Thông tin ứng dụng kết quả nhiệm vụ KH&CN

Xây dựng mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi tại Hải Phòng (01/03/2024)

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và thực hiện cơ cấu lại nền kinh tế, yêu cầu công tác thủy lợi là đổi mới căn bản, bền vững để phát huy tối đa tiềm năng và lợi thế của hệ thống công trình thủy lợi nhằm đáp ứng yêu cầu bảo đảm an ninh nguồn nước quốc gia, bảo vệ hoạt động sản xuất nông nghiệp, phục vụ dân sinh. Trên địa bàn thành phố Hải Phòng có 6 hệ thống thuỷ lợi: Vĩnh Bảo, Tiên Lãng, Đa Độ, An Hải, Thuỷ Nguyên và Cát Hải. Tổng số công trình thuỷ lợi gồm có 393 cống dưới đê; 702 trạm bơm điện tưới tiêu nước, 3823 tuyến kênh chìm từ kênh trục đến kênh cấp 3 dài 4044 km, 695 tuyến kênh tưới sau trạm bơm dài 1296 km và hàng nghìn tuyến kênh nội đồng. Toàn hệ thống đê điều thành phố hiện có 393 cống dưới đê, mật độ bình quân trên 1 km đê/cống. Các cống nội đồng (cống trên bờ) khoảng 2000 công trình. Qua khảo sát và đánh giá các công trình cống cho thấy phần lớn các cống nhỏ khẩu độ dưới 2m, nhiệm vụ chủ yếu là tưới tiêu độc lập trong phạm vi nhỏ và phần lớn được xây dựng từ lâu bằng nhiều loại vật liệu khác nhau (gạch xây, đá xây, bê tông...) với nhiều hình thức kết cấu khác nhau (cống ống buy, cống hộp, cống vòm...). 

Giao diện bản đồ số Hệ thống công trình thủy lợi Đa Độ.

Hệ thống thủy lợi Đa Độ gồm 72 cống dưới đê tả Văn Úc, hữu Lạch Tray, đê biển I, II; 152 trạm bơm điện nội đồng; 272 công trình kênh cấp I; 594 công trình trên kênh và 149 công trình kênh tưới sau trạm bơm. Sự xuống cấp của các cống gây khó khăn công tác quản lý và vận hành công trình. Từ năm 2019, Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi Đa Độ đã tiến hành thực hiện đề tài khoa học và công nghệ độc lập không sử dụng ngân sách nhà nước “Nghiên cứu thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để quản lý, vận hành từ xa hệ thống cống thủy lợi”. Kết quả nhiệm vụ đã xây dựng được thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để quản lý, vận hành từ xa hệ thống cống thủy lợi và quy trình lắp đặt và vận hành thiết bị; thử nghiệm tại quy mô vận hành đối với 02 cống bờ Đa Độ (cống Bãi Vẹt (1 cửa) và cống Đống Cung (2 cửa). Trên cơ sở kết quả nghiên cứu năm 2019, với mục tiêu xây dựng mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi tại Hải Phòng, từ tháng 12/2021 đến 06/2023 Công ty TNHH một thành viên khai thác công trình thủy lợi Đa Độ đã triển khai dự án khoa học và công nghệ cấp thành phố “Xây dựng mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi tại Hải Phòng”, do ThS. Phạm Thị Ngoan – Phó Tổng giám đốc Công ty làm chủ nhiệm. Dự án đã tiến hành: Nghiên cứu tổng quan tài liệu và những vấn đề lý thuyết có liên quan; Dự thảo mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi; Xây dựng hệ thống trạm làm việc cho cống bờ Đa Độ (không có điện lưới, sử dụng nguồn điện năng lượng mặt trời); Xây dựng hệ thống trạm làm việc cho cổng dưới đê (có sử dụng điện lưới); Xây dựng hệ thống trạm điều hành trung tâm; Vận hành thử nghiệm mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi; Hoàn thiện mô hình ứng dụng tự động hóa trong vận hành cống thủy lợi; Xây dựng quy chế, quy trình vận hành cống thủy lợi tại Hải Phòng theo hướng tự động hóa. Sản phẩm được ứng dụng vào dự án là mô hình thiết bị vận hành từ xa cống thủy lợi sử dụng năng lượng mặt trời với 2 quy mô cửa cống (cánh cống, gồm cống có 01 cửa và cống có 02 cửa.

Pin năng lượng mặt trời được sử dụng để vận hành hệ thống thủy lợi.

Trên cơ sở kết quả vận hành thử nghiệm, tiến hành hoàn thiện mô hình với một số cải tiến nhằm tối ưu và nâng cao hiệu quả ứng dụng mô hình. Dự án đã đề xuất quy trình vận hành cống thủy lợi tại Hải Phòng theo hướng tự động hóa, các bước cụ thể gồm:

 1. Nhận lệnh vận hành: Căn cứ vào tình hình thực tế thực hiện kế hoạch điều tiết nước, nhu cầu sử dụng nước của khách hàng. Ban giám đốc Công ty ra lệnh chỉ đạo bằng văn bản/phương tiện thông tin cho đơn vị trực tiếp quản lý, vận hành thực hiện vận hành cống. Trưởng đơn vị quản lý chỉ đạo trực tiếp lệnh vận hành cho công nhân vận hành tại chỗ hoặc cán bộ kỹ thuật vận hành từ xa.

2. Người vận hành thực hiện kiểm tra các điều kiện trước khi vận hành bao gồm: (1) Kiểm tra phần công trình thủy công, cơ khí, thiết bị đóng mở; (2) Kiểm tra môi trường xung quanh cống và vật cản trước, sau cống; (3) Kiểm tra mực nước thượng, hạ lưu cống; (4) Kiểm tra nồng độ mặn vào mùa khô (đối với cống thực hiện nhiệm vụ lấy nước); (5) Kiểm tra trước khi đóng điện…; (6) Nếu phát hiện sự cố thì công nhân không vận hành và báo cáo cán bộ phụ trách hoặc Trưởng đơn vị. Cán bộ kỹ thuật kiểm tra và khắc phục sự cố. (7) Nếu đảm bảo các điều kiện vận hành thì căn cứ lệnh vận hành là chế độ vận hành từ xa hoặc tại chỗ, người vận hành thực hiện lệnh.

3. Vận hành cống: Đối với vận hành từ xa: người vận hành đăng nhập phần mềm và thực hiện thao tác mở khóa và điều khiển đóng/mở cống; Đối với vận hành tại chỗ: người vận hành thao tác ấn nút trên tủ điện.

4. Theo dõi, phát hiện các sự cố quá trình vận hành: Người vận hành tiếp tục theo dõi các điều kiện vận hành trong suốt quá trình vận hành cống: (1) Đối với vận hành từ xa: Theo dõi các thông số kỹ thuật trên phần mềm và hình ảnh camera. (2) Đối với vận hành tại chỗ: Theo dõi các chỉ số trên tủ điện và quan sát bằng mắt thường quá trình cống vận hành.

5. Nếu phát hiện sự cố về phần công trình thủy công, cơ khí, thiết bị đóng mở, thiết bị điện hoặc xảy ra tai nạn… thì công nhân dừng vận hành cống và báo cáo cấp trên khắc phục sự cố để xử lý.

6. Nếu cánh cống đi hết hành trình đến trạng thái Mở thông/Đóng kí mà không phát sinh sự cố: (1) Đối với vận hành từ xa: Người vận hành hoàn tất vận hành và đăng xuất khỏi phần mềm. (2) Đối với vận hành tại chỗ: Người vận hành hoàn tất vận hành và thực hiện ghi chép nhật ký. Tùy theo điều kiện thực tế của các cống thủy lợi trên trên địa bàn Hải Phòng để áp dụng và điều chỉnh quy trình vận hành cho phù hợp.

Kết quả cho thấy, về mặt kỹ thuật mô hình vận hành hoạt động ổn định, đảm bảo an toàn lao động và đáp ứng yêu cầu vận hành cống thủy lợi thực tế. Việc vận hành tự động, giúp tăng tuổi thọ công trình, nếu áp dụng cho các cống gần nhau còn giúp công nhân giảm thời gian di chuyển mà vẫn đảm bảo các cống vận hành gần như đồng thời với nhau. Mặt khác cũng làm tăng hiệu quả điều tiết nước, đáp ứng kịp thời như cầu nước sản xuất nông nghiệp của các địa phương và ngăn chặn tiêu thoát nước theo từng tiểu vùng trên hệ thống thủy lợi. Thiết bị này không chỉ đem lại hiệu quả về kinh tế mà còn giảm sức lao động cho công nhân, trong an toàn phòng chống cháy nổ cũng như cải thiện môi trường, nâng cao năng lực quản lý hệ thống và chủ động được công tác điều hành trong điều kiện không có điện lưới quốc gia. Mô hình có tính khả thi để nhân rộng áp dụng cho toàn bộ hệ thống cống thủy lợi Đa Độ và các hệ thống thủy lợi khác trên địa bàn thành phố. Khi triển khai nhân rộng cho toàn bộ các cống trên hệ thống thủy lợi Đa Độ thì sẽ giảm chi phí đầu tư ban đầu cho xây dựng các trạm làm việc cống, việc đầu tư phát triển đồng bộ cơ sở vật chất cùng phần mềm giám sát, điều khiển sẽ tiết kiệm chi phí quản lý. Ngoài ra các thiết bị của trạm làm việc các cống dưới đê, cống bờ Đa Độ có tuổi thọ dự kiến kéo dài trên 5 năm giúp mang lại hiệu quả lâu dài về mặt kinh tế. So với các cống vận hành thủ công, việc áp dụng mô hình sẽ giúp vận hành đồng thời nhiều cống, tiết kiệm thời gian di chuyển và nhân công vận hành, giúp công nhân tập trung vào công tác quản lý vi phạm lấn chiếm, xả thải, bảo vệ nguồn nước ngọt của thành phố. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng./.