Luận án – Nghiên cứu cơ sở khoa học lựa chọn sơ đồ bố trí và thông số thiết kế tối ưu của trạm bơm tưới cho vùng đất dốc khu vực Trung du, miền núi phía Bắc

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN SƠ ĐỒ BỐ TRÍ VÀ THÔNG SỐ THIẾT KẾ TỐI ƯU CỦA TRẠM BƠM TƯỚI CHO VÙNG ĐẤT DỐC KHU VỰC TRUNG DU, MIỀN NÚI PHÍA BẮC

Ngành:

Kỹ thuật tài nguyên nước

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn sơ đồ bố trí và thông số thiết kế tối ưu cho trạm bơm tưới phục vụ cây trồng cạn tại các vùng đất dốc thuộc khu vực Trung du, miền núi phía Bắc (TDMNPB). Vấn đề này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, nhằm giải quyết bài toán cấp nước tưới cho các loại cây trồng cạn có giá trị kinh tế cao tại một khu vực có tiềm năng phát triển kinh tế lớn nhưng chưa được khai thác hiệu quả.

Nghiên cứu đã điều tra, thu thập và đánh giá dữ liệu về TDMNPB, tổng hợp các giải pháp cấp nước tưới hiện hành, trong đó phổ biến là hình thức tưới bằng động lực (hồ → bơm → hệ thống đường ống → vòi phun cầm tay). Luận án đã thiết lập bài toán và xây dựng phương pháp giải dựa trên lý thuyết phân tích hệ thống, sử dụng kết hợp phương pháp mô phỏng và tối ưu hóa. Hàm mục tiêu được chọn là tổng chi phí xây dựng ban đầu và chi phí quản lý vận hành quy về năm đầu có giá trị nhỏ nhất (Cmin), đồng thời đảm bảo các điều kiện ràng buộc về cung cấp đủ nước, tổng lượng nước tưới, giá trị hiện tại ròng NPV > 0 và tính khả thi của phương án. Phương pháp quét với bước không đổi được sử dụng để tìm kiếm các thông số tối ưu.

Kết quả, luận án đã xây dựng thành công phần mềm tính toán "Chương trình phân vùng bơm tối ưu vùng đất dốc" (PVBTU) bằng ngôn ngữ Visual Basic, gồm 6 modul chính, giúp phân tích nhanh chóng nhiều phương án và tìm ra lời giải tối ưu cho diện tích phục vụ của máy bơm, trạm bơm với các sơ đồ bố trí khác nhau. Phần mềm này đã được ứng dụng điển hình tại huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình, chứng minh khả năng xác định sơ đồ bố trí và thông số thiết kế tối ưu, đồng thời thiết lập các bảng tra tiện lợi cho người thiết kế. So sánh với kết quả tính toán bằng Excel, phần mềm PVBTU cho sai số nhỏ hơn 5% và giữ nguyên sơ đồ bố trí, khẳng định độ tin cậy và khả năng giảm tải công việc thiết kế đáng kể. Tuy nhiên, nghiên cứu còn hạn chế ở vùng địa hình liên tục, hình dạng vùng tưới chữ nhật và cần mở rộng cho các loại cây trồng khác, đồng thời xem xét biến đổi giá điện và kịch bản khí hậu RCP8.5 trong tương lai.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 4. Nội dung nghiên cứu
  • 5. Phương pháp nghiên cứu
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
    • 6.1 Ý nghĩa khoa học
    • 6.2 Ý nghĩa thực tiễn
  • 7. Cấu trúc luận án
• CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
  • 1.1 Khái niệm về đất dốc
  • 1.2 Sơ lược về điều kiện tự nhiên vùng TDMNPB
  • 1.3 Đánh giá về hiệu quả sử dụng nước tưới cho cây trồng cạn
  • 1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến luận án
    • 1.4.1 Các nghiên cứu nước ngoài
    • 1.4.2 Các nghiên cứu trong nước
  • Kết luận chương 1
• CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 2.1 Xây dựng bài toán
  • 2.2 Lựa chọn phương pháp giải bài toán
    • 2.2.1 Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng trong nghiên cứu lựa chọn sơ đồ bố trí và thông số thiết kế tối ưu của trạm bơm tưới
    • 2.2.2 Hệ thống các quan điểm và nguyên lý tiếp cận hệ thống
      • 2.2.2.1 Hệ thống các quan điểm
      • 2.2.2.2 Nguyên lý tiếp cận hệ thống
    • 2.2.3 Phương pháp mô phỏng và phương pháp tối ưu hóa trong phân tích hệ thống
      • 2.2.3.1 Mô hình mô phỏng hệ thống
      • 2.2.3.2 Tối ưu hóa về giải pháp cấp nước tưới
  • 2.3 Phương pháp giải bài toán
    • 2.3.1 Thiết lập các phương án bố trí trạm bơm
    • 2.3.2 Đề xuất và thiết kế các phương án
    • 2.3.3 Lựa chọn hàm mục tiêu, điều kiện ràng buộc
      • 2.3.3.1 Các chỉ tiêu tối ưu
      • 2.3.3.2 Lựa chọn chỉ tiêu tối ưu - hàm mục tiêu
      • 2.3.3.3 Điều kiện ràng buộc
      • 2.3.3.4 Tính toán các thành phần trong hàm mục tiêu
    • 2.3.4 Giải bài toán tối ưu
      • 2.3.4.1 Trình tự tính toán các phương án và xác định phương án tối ưu
      • 2.3.4.2 Lập chương trình tính toán
  • Kết luận chương 2
• CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
  • 3.1 Lựa chọn khu vực điển hình để áp dụng phương pháp đã xây dựng
  • 3.2 Sơ lược về điều kiện tự nhiên xã hội tỉnh Hòa Bình
  • 3.3 Hiện trạng cấp nước tưới cho cây trồng cạn tỉnh Hòa Bình
    • 3.3.1 Tưới tự chảy
    • 3.3.2 Tưới bằng động lực
  • 3.4 Lựa chọn vùng tưới điển hình ở tỉnh Hòa Bình
  • 3.5 Xác định quy mô của trạm bơm, chi phí thiết bị và chi phí xây dựng theo loại máy bơm
  • 3.6 Xác định quan hệ giữa đường kính ống, lưu lượng, chi phí đường ống và hệ số sức cản đơn vị
  • 3.7 Ứng dụng phần mềm PVBTU để xác định các phương án tối ưu
    • 3.7.1 Ứng dụng phần mềm PVBTU để xác định phương án tối ưu cho 3 vùng điển hình của huyện Cao Phong
      • 3.7.1.1 Vùng tưới đại diện 1
      • 3.7.1.2 Vùng tưới đại diện 2
      • 3.7.1.3 Vùng tưới đại diện 3
    • 3.7.2 Kiểm tra chương trình tính toán
    • 3.7.3 Thiết lập các thông số để phân vùng tưới hợp lý cho vùng đất dốc
    • 3.7.4 Xây dựng bảng tra thông số thiết kế trạm bơm.
  • Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
  • 1. Những kết quả đạt được
  • 2. Những đóng góp mới của luận án
  • 3. Tồn tại và hướng phát triển
  • 4. Kiến nghị