Tóm tắt Luận án Nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN TIẾN THÁI 
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH BƠM TƯỚI HỢP LÝ 
VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 
Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước 
Mã số chuyên ngành: 62-62-30-01 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI, NĂM 2016
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi 
Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS. Lê Chí Nguyện 
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh 
Phản biện 1: TS. Lê Viết Sơn, Viện Quy hoạch Thủy lợi 
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Quang Trung, Viện Khoa học Thủy lợi 
Phản biện 3: GS.TS. Dương Thanh Lượng, Trường Đại học Thủy lợi 
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại 
 ............................................................................................................................... 
 ............................................................................................................................... 
vào lúc giờ ngày tháng năm 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
- Thư viện Quốc gia 
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có diện tích tự nhiên khoảng 3,9 triệu ha, 
đất đai ở đây có tiềm năng to lớn về độ phì nhiêu tự nhiên, lại có những thuận 
lợi cơ bản về khí hậu như sự giầu có về nhiệt lượng, độ ẩm và ánh sáng là 
những nguồn năng lượng tiềm tàng của thiên nhiên mà chúng ta có thể khai 
thác. Vùng đất này rất xứng đáng được ưu tiên đầu tư để phát triển sản xuất 
nông nghiệp. 
Ngày nay ĐBSCL, chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế 
xã hội ở Việt Nam. Sản lượng nông nghiệp chiếm 50% cả nước, riêng lương 
thực xuất khẩu 90%. Các thành quả phát triển kinh tế xã hội ở ĐBSCL trong 
những thập niên vừa qua đều có vai trò to lớn của hệ thống thủy lợi trong đó có 
hệ thống trạm bơm tưới. 
Hệ thống trạm bơm tưới có vai trò quan trọng trong việc cải tạo môi trường nói 
chung, đặc biệt là trong lĩnh vực cải tạo đất. Thực tiễn cho thấy hiệu quả các 
các trạm bơm tưới ở ĐBSCL những năm qua là rất to lớn, đóng vai trò quyết 
định trong việc khai thác tài nguyên nước để phát triển nông nghiệp, làm ngọt 
hóa hàng trăm ngàn ha, đã biến những vùng đất phèn mặn thiếu nguồn nước 
ngọt hoang hóa thành những cánh đồng hai vụ, bộ mặt nông thôn đang được đổi 
thay từng ngày. 
Tuy nhiên, hiện nay các hệ thống trạm bơm ở ĐBSCL còn nhỏ lẻ, manh mún, 
chưa có quy hoạch cụ thể. Hơn nữa, với một vùng đồng bằng rộng lớn như 
ĐBSCL có các vùng sinh thái khác nhau (ngọt, ngọt hóa, mặn lợ, mặn), với cơ 
cấu mùa vụ khác nhau, tập quán canh tác của người dân ĐBSCL cùng với điều 
kiện địa hình và nguồn nước khác nhau thì việc xác định mô hình bơm tưới hợp 
lý là một vấn đề cần được xác định trên cơ sở khoa học, đảm bảo các yêu cầu 
về kinh tế, kỹ thuật và phù hợp với tình hình thực tế của ĐBSCL. 
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý vùng ĐBSCL” 
2 
là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 
Định nghĩa về mô hình bơm tưới hợp lý: là tổ hợp các thông số tối ưu về quy 
mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ trách, cột nước bơm, loại máy bơm, số 
máy bơm trong một trạm, hiệu suất bơm, công suất bơm và loại hình nhà máy 
bơm. 
2. Mục đích nghiên cứu 
Thiết lập được bài toán mô hình bơm tưới hợp lý, nhằm xác định được các 
thông số tối ưu của mô hình về quy mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ 
trách, số máy bơm trong một trạm, loại máy bơm, cột nước bơm, hiệu suất bơm 
và loại hình nhà máy bơm. Nhằm ứng dụng trong công tác quy hoạch và thiết 
kế hệ thống trạm bơm đảm bảo cung cấp nước tưới cho phát triển nông nghiệp, 
nông thôn vùng ĐBSCL. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
- Đối tượng nghiên cứu: Mô hình bơm tưới hợp lý bao gồm các thông số về quy 
mô diện tích, lưu lượng trạm bơm phụ trách, số máy bơm trong một trạm, loại 
máy bơm, cột nước bơm, hiệu suất bơm và loại hình nhà máy bơm 
- Phạm vị nghiên cứu: Vùng ĐBSCL, không xét đến biến đổi khí hậu mực nước 
biển dâng, sử dụng các loại máy bơm trong nước sản xuất. 
4. Nội dung nghiên cứu 
Nghiên cứu tổng quan về điều kiện tự nhiên, tình hình sử dụng máy bơm và xây 
dựng trạm bơm tưới tiêu vùng ĐBSCL. Tình hình nghiên cứu trong nước và 
ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu; Thiết lập và lựa chọn phương pháp xây 
dựng mô hình bơm tưới phù hợp dựa trên cơ sở khoa học và thực tiễn; Lựa 
chọn hàm mục tiêu của bài toán tối ưu dựa trên chỉ tiêu đánh giá hiệu quả kinh 
tế của dự án; Đề xuất phương pháp và kỹ thuật xử lý miền xác định, điều kiện 
ràng buộc của hàm mục tiêu và tài liệu đầu vào của mô hình; Áp dụng mô hình 
và phương pháp giải cho các vùng của ĐBSCL và một trạm bơm cụ thể. 
5. Phương pháp nghiên cứu 
3 
Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu; Phương pháp mô 
hình hóa; Phương pháp phân tích hệ thống và tối ưu hóa; Phương pháp phân 
tích, tổng hợp. 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
a) Ý nghĩa khoa học 
Đóng góp cho khoa học chuyên ngành về phương pháp luận giải bài toán xác 
định mô hình bơm tưới hợp lý nói chung và ĐBSCL nói riêng. 
b) Ý nghĩa thực tiễn 
- Cung cấp cơ sở để quy hoạch, thiết kế các trạm bơm điện vùng ĐBSCL. 
- Cung cấp phần mềm tính toán để giải quyết bài toán tìm các thông số tối ưu 
trong công tác tư vấn thiết kế và quy hoạch các trạm bơm tưới. 
7. Những đóng góp mới của luận án 
- Xây dựng được phương pháp luận thiết lập bài toán xác định mô hình bơm 
tưới hợp lý trên cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống và thuật toán tối ưu. 
- Đề xuất được mô hình bơm hợp lý dựa trên chỉ tiêu chi phí động nhỏ nhất cho 
các vùng đặc trưng của ĐBSCL 
- Xây dựng được phần mềm tính toán “Chương trình xác định mô hình bơm 
hợp lý” phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế hệ thống trạm bơm tưới. 
8. Bố cục của luận án 
Gồm phần mở đầu, 03 chương chính và kết luận. Ngoài ra còn có phần: các tài 
liệu khoa học tác giả luận án đã công bố; tài liệu tham khảo; phụ lục. 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 
1.1. Tổng quan về bài toán quy hoạch, thiết kế tối ưu 
1.1.1. Ngoài nước 
Vài thâp niên trở lại đây, trên thế giới, có rất nhiều ứng dụng lý thuyết tối ưu 
rộng rãi và hiệu quả trong khoa học kỹ thuật, kinh tế và đời sống. Trong đó có 
4 
lĩnh vực thiết kế quy hoạch và quản lý hệ thống tưới, cấp nước sạch. Cụ thể là: 
Quy hoạch tuyến tính được ứng dụng giải quyết các vấn đề như: Phân tích 
phương án quy hoạch hệ thống tưới cho một lưu vực ở Ấn Độ; Tính toán mức 
độ cải thiện về năng suất cây trồng và quy trình tưới nhằm khống chế vấn đề 
xâm nhập mặn; Xác đinh cơ cấu cây trồng tối ưu và quy trình cấp nước tối ưu 
từ hệ thống kênh tưới kết hợp với các giếng bơm nước ngầm trong năm; Xác 
định hệ thống kinh nghiệm quản lý tốt nhất nhằm giảm mức độ xâm nhập mặn 
tại Grand Valley (Colorado); Lựa chọn cơ cấu cây trồng và quản lý các phương 
án sử dụng nguồn nước tưới; Tối đa lợi nhuận ròng (NPV) từ cây trồng trong 
nông nghiệp khi cơ cấu cây trồng, diện tích trồng trọt và lượng nước tưới điều 
tiết từ một hồ chứa đã xác định; Lựa chọn loại máy bơm, công suất bơm và số 
máy bơm vận hành đáp ứng yêu cầu nước cho nuôi trồng thủy sản; Tối ưu hóa 
lập kế hoạch chạy máy bơm cho hệ thống cấp nước sạch được ứng dụng ở 
Toronto phía Bắc nước Mỹ 
Trong khi đó quy hoạch phi tuyến được áp dụng để lập kế hoạch và điều khiển 
tối ưu cho hệ thống đa máy bơm, xuất phát từ quan điểm hiệu quả năng lượng 
với mục tiêu chi phí năng lượng là nhỏ nhất. 
Còn quy hoạch động được sử dụng: Xác định sản lượng thu hoạch tối đa từ cây 
bông được tưới và cây lúa không được tưới, tương ứng với các mức độ cấp 
nước từ hồ chứa trong hệ thống; Tính toán nhu cầu nước tưới và yêu cầu về 
lượng lao động hiệu quả. 
Ngoài ra thuật toán di truyền đã được ứng dụng để thiết kế tối ưu hệ thống công 
trình trạm bơm ở vùng nước ngầm ven biển. 
1.1.2. Trong nước 
Trong lĩnh vực Thủy lợi, điển hình là hệ thống thủy nông, những năm gần đây 
nhiều đề tài đã ứng dụng lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hóa để giải 
quyết những vấn đề xảy ra trong thực tế nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, điển 
hình như một số đề tài: Xây dựng quy mô trạm bơm và loại hình máy bơm cho 
các vùng của đồng bằng sông Hồng và ĐBSCL, tác giả Hoàng Lâm Viện; Xác 
5 
định quy mô và loại hình máy bơm thích hợp cho tưới vùng ĐBSCL với chỉ 
tiêu tối ưu là chỉ tiêu tĩnh, tác giả Lê Chí Nguyện; Thiết lập quan hệ hàm số 
giữa năng lượng bơm nước với mực nước sông thiết kế thông qua đặc tính của 
các máy bơm và hình thức công trình của từng trạm bơm tưới và tiêu nước, tác 
giả Bùi Văn Hức; Xác định hệ số tiêu thiết kế tối ưu cho hệ thống tiêu trạm 
bơm Nhâm Tràng, Hà Nam, tác giả Dương Thanh Lượng; Phân vùng tối ưu hệ 
thống thủy nông Văn Giang, tác giả Phạm Thị Hoài; Phân khu tưới hợp lý cho 
các hệ thống tưới cây trồng cạn bằng động lực trên vùng đất dốc, tác giả 
Nguyễn Tuấn Anh; Đề xuất một số kiểu trạm bơm lắp ghép dùng cho ĐBSCL, 
tác giả Nguyễn Tiến Thái. 
1.2. Tổng quan về tình hình sử dụng máy bơm và xây dựng trạm bơm ở 
ĐBSCL 
1.2.1. Về xây dựng trạm bơm 
Sau giải phóng miền Nam các trạm bơm có quy mô lớn được xây dựng theo 
kinh nghiệm đã làm ở miền Bắc. Tuy nhiên, khi đi vào vận hành nhận thấy các 
trạm bơm này không mang lại hiệu quả theo mục tiêu đề ra và đến năm 1990 đã 
bị phá bỏ. Do sản xuất nông nghiệp ở ĐBSCL không thể thiếu máy bơm và 
trạm bơm. Xuất phát từ thực tế ấy, từ năm 2000 đến nay, các trạm bơm vừa, 
nhỏ và các máy bơm lưu động không ngừng được xây dựng, phát triển. Tuy 
nhiên các trạm bơm được xây dựng vẫn còn nhỏ, lẻ, phân tán, chủ yếu là tự 
phát, theo kinh tế hộ cá thể và tổ hợp tác xã. 
1.2.2. Về loại máy bơm 
ĐBSCL chủ yếu sử dụng 2 hình thức là bơm điện (1 pha và 3 pha) và bơm dầu. 
Trong đó bơm dầu đang được sử dụng phổ biến. Diện tích canh tác được tưới, 
tiêu bằng bơm dầu hiện chiếm từ 60% đến 75%. Nguyên nhân do máy bơm dầu 
cơ động, thích hợp cho khu bơm nhỏ lẻ, ngoài nhiệm vụ bơm nước còn có 
nhiệm vụ chạy ghe, xay sát. 
1.2.3. Hình thức kết cấu nhà trạm 
Kết cấu nhà trạm của các trạm bơm ở ĐBSCL có 2 loại kiên cố và bán kiên cố. 
6 
Trong đó bán kiên cố chiếm chủ yếu. 
1.2.4. Quản lý vận hành 
Hiện nay ở ĐBSCL chủ yếu là hình thức quản lý vận hành bởi các hợp tác xã 
nông nghiệp, tổ hợp tác dùng nước, tổ liên kết sản xuất, hộ gia đình. Các hình 
thức này chủ yếu do người dân tự lập ra, hoạt động theo nguyên tắc “ tự thu, tự 
chi theo quy định của nhà nước và thỏa thuận giữa các đối tượng”. Trong các 
mô hình này, mô hình hộ gia đình đang chiếm tỷ trọng lớn ở ĐBSCL. Ngoài ra 
mô hình quản lý khai thác như Công ty trách nhiệm hữu hạn Nhà nước một 
thành viên, trạm thủy nông các huyện chỉ được áp dụng một vài hệ thống trạm 
bơm lớn. 
1.3. Tổng quan về điều kiện tự nhiên vùng ĐBSCL 
1.3.1. Quá trình hình thành ĐBSCL 
ĐBSCL được hình thành và phát triển đầy đủ cách đây khoảng 2500 năm. 
Trong đó vùng đất mũi Cà Mau là vùng trẻ nhất được hình thành cách đây 1000 
năm. 
1.3.2. Địa hình 
ĐBSCL có địa hình bằng phẳng, phần lớn có cao độ trung bình từ 0.7-1.2 m. 
Với đặc điểm này có thể sử dụng các loại nhà máy bơm có cột nước không cao, 
quy mô về lưu lượng cũng như diện tích phụ trách của trạm bơm nằm trong 
phạm vi từ nhỏ đến lớn. Ngoài ra rất thuận lợi cho công tác khảo sát, thiết kế 
bố trí mặt bằng, thi công các công trình trong hệ thống trạm bơm. 
1.3.3. Mạng lưới sông rạch 
ĐBSCL có hệ thống sông ngòi, kênh rạch khá phong phú như: Hệ thống sông 
thiên nhiên bao gồm sông có nguồn (sông Tiền, sông Hậu và hệ thống sông 
Vàm Cỏ) và sông rạch nội địa (Mỹ Thạnh, Gành Hào, Bạch Ngưu, Bảy Háp, 
Cửa Lớn, Đầm Cùng, Cái Tàu, Trẹm, Ông Đốc, Cái Lớn, Cái Bé). Còn hệ 
thống kênh đào được đan dày cả 3 cấp, nên mọi tác động vào bất kỳ vị trí nào 
trong hệ thống kênh đều có thể lan truyền ảnh hưởng đến các vùng lân cận. Như 
vậy nguồn nước ngọt ĐBSCL rất dồi dào, hệ thống sông kênh hình thành các 
7 
bờ bao phân chia cánh đồng của vùng thành các khu tưới độc lập nhau. Sự phân 
chia kiểu tự nhiên này sẽ ảnh hưởng lớn đến các thông số hình dạng khu tưới, 
lưu lượng và diện tích trạm bơm phụ trách cần tìm trong mô hình bơm tưới hợp 
lý. 
1.3.4. Địa chất 
Địa chất ĐBSCL phổ biến là bùn sét và bùn sét pha, mới được thành tạo. Đất 
hầu như chưa được nén chặt, độ lỗ rỗng lớn, tính nén lún cao và sức kháng cắt 
nhỏ. Các yếu tố này không thuận lợi cho việc xây dựng công trình. Vì vậy loại 
nhà máy bơm có kết cấu nhẹ sẽ phù hợp với vùng ĐBSCL, đi kèm với loại nhà 
máy này là các loaị máy bơm có công suất vừa và nhỏ. 
1.3.5. Đất đai - Thổ nhưỡng 
ĐBSCL có đất phù sa chiếm 30,4% diện tích tự nhiên (DTTN), đất mặn chiếm 
19,1% DTTN, đất phèn chiếm 41,1%DTTN, các loại đất khác chiếm 9,4% 
DTTN. Trong các loại đất này ngoại trừ đất lầy và than bùn, đất đỏ vàng và đất 
xói mòn chủ yếu sử dụng trồng rừng, còn lại đều có thể trồng lúa và các loại 
cây trồng khác với từng mức độ thích nghi khác nhau. Thực tế cho thấy, cùng 
một loại cây trồng, trồng trên các loại đất khác nhau, hệ số tưới sẽ khác nhau. 
Nó ảnh hưởng đến lưu lượng trạm bơm phụ trách, đây là thông số cần tìm trong 
mô hình bơm tưới. 
1.3.6. Đặc điểm mưa 
Vùng phía Tây ĐBSCL có lượng mưa năm lớn nhất (2.000-2.400 mm), vùng 
phía Đông có lượng mưa trung bình (1.600-1.800 mm), còn vùng trung tâm 
đồng bằng có lượng mưa nhỏ nhất (1.200-1.600 mm). Lượng mưa năm tập 
trung vào các tháng mùa mưa. Như vậy lượng nước cần tưới cho các loại cây 
trồng chủ yếu là về mùa khô và hệ số tưới của vùng trung tâm đồng bằng dọc 
hai bên sông Tiền sông Hậu là lớn nhất, ngược lại vùng phía Tây có hệ số tưới 
nhỏ nhất. 
1.3.7. Đặc điểm thủy triều 
ĐBSCL chịu tác tác động của triều biển Đông và biển Tây. Độ lớn của triều 
8 
vùng ven biển Đông đạt khoảng 3.0-4.0m (lớn nhất Việt Nam), trong khi đó độ 
lớn triều vùng ven biển Tây đạt khoảng 0.8-1.2m. Mực nước triều cao nhất năm 
thường xuất hiện vào các tháng X, XI, còn các tháng VI và VII, mực nước triều 
thấp nhất năm. Như vậy các vùng của ĐBSCL bị ảnh hưởng triều, thời gian lấy 
nước tưới trong một ngày giảm dẫn đến hệ số tưới tăng so với các vùng không 
bị ảnh hưởng thủy triều. 
1.4. Một số kết luận rút ra từ phần tổng quan 
1. Về đối tượng nghiên cứu: Lê Chí Nguyện (2009) đã sử dụng lý thuyết phân 
tích hệ thống và tối ưu hóa để xác định quy mô trạm bơm tưới phù hợp cho 
ĐBSCL. Nhưng chỉ tiêu tối ưu về kinh tế được sử dụng là chỉ tiêu tĩnh, chỉ tiêu 
này không phản ánh đúng về hiệu quả kinh tế, chỉ có chỉ tiêu tối ưu động mới 
thể hiện đúng bản chất vấn đề này. 
2. Về phương pháp giải và thuật toán: Các tác giả thường sử dụng quy hoạch 
tuyến tính, quy hoạch động, ít tác giả áp dụng quy hoạch phi tuyến trong mô 
hình nghiên cứu bởi tính phức tạp khi xử lý bài toán quy hoạch phi tuyến. 
3. Về sử dụng máy bơm ở ĐBSCL, phân tán với số lượng lớn, các loại máy 
bơm nhỏ tự chế, hiệu suất thấp do các hộ gia đình quản lý, chưa đáp ứng được 
nhu cầu tưới cho vùng ĐBSCL rộng lớn. 
4. Về x ... ó: Kj = 
m
m j
- Tổng chi phí xây dựng đơn vị toàn hệ thống ứng với 
phương án đầu tư j 
M[Bj] - Bình quân gia quyền (kỳ vọng toán học) của chi phí hàng năm đơn vị 
cho hệ thống ứng với phương án đầu tư j 
R - Tỷ lệ chiết khấu (%), quy đổi giá trị đồng tiền ở tương lai về hiện tại 
2.5.3. Điều kiện ràng buộc của hàm mục tiêu 
Số tổ máy bơm lắp đặt trong trạm; Hiệu suất bơm; Cột nước bơm; Loại máy 
bơm; Loại nhà máy bơm; Chi phí xây dựng trạm bơm; Chi phí xây dựng kênh 
mương. Các giá trị này sẽ được xác định cụ thể cho vùng ĐBSCL ở chương 3 
2.5.4. Các biến số của hàm mục tiêu 
- Nhóm biến số không điều khiển được: Mưa, bốc hơi, độ ẩm, tốc độ gió, mực 
nước ngoài sông, địa hình; Hệ số sử dụng kênh mương (ht); Hệ số tưới thiết kế 
(qtk); Thời gian hoạt động của dự án (T); Hệ số chiết khấu (R); .... Các biến số 
này coi như đã biết trước, vì vậy coi chúng là các tham số trong tối ưu hóa mô 
hình bơm tưới. 
- Nhóm biến số điều khiển được: Vì diện tích trạm bơm phụ trách (ω), lưu 
lượng trạm bơm (Qtb), hiệu suất bơm (ηb), công suất bơm (N) và loại nhà máy 
15 
bơm phụ thuộc vào loại máy bơm (p), cột nước bơm (Hb) và số máy bơm (n). 
Do vậy, trường hợp 1, C*p là hàm của bốn biến (C*p = C*p(f, n, h, p)). Còn 
trường hợp 2, khi đã biết lưu lượng và cột nước trạm bơm thì hiệu suất bơm 
(ηb), công suất bơm (N), số máy bơm (n) và loại nhà máy lại phụ thuộc vào loại 
máy bơm (p) cho nên C*p là hàm của 01 biến (C*p = C*p(p)). 
2.6. Cách xác định các thành phần trong hàm mục tiêu 
2.6.1. Tổng chi phí xây dựng đơn vị 
 K = (KĐM + KKM)/ω (2.19) 
Trong đó: 
K: Tổng chi phí xây dựng đơn vị của toàn hệ thống 
KĐM: Chi phí xây dựng công trình đầu mối trạm bơm. Trong luận án này sử 
dụng phương pháp tính trực tiếp để mô phỏng chi phí xây dựng công trình đầu 
mối trạm bơm theo các phương án số tổ máy bơm khác nhau tương ứng với các 
phương án loại máy bơm khác nhau. 
KKM: Chi phí xây dựng hệ thống kênh mương. Trong luận án này tác giả sử 
dụng phương pháp hồi quy tương quan để mô phỏng toán học mối quan hệ giữa 
chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm tương ứng với các hình 
dạng khu tưới xác định. 
2.6.2. Chi phí quản lý hàng năm bình quân đơn vị 
 M[B] = (M[Le] + Bcl + Bcsctx + Bcdn)/ω (2.22) 
Trong đó: 
- M[B]: Bình quân gia quyền của chi phí quản lý hàng năm đơn vị cho hệ thống 
- M[Le]: Bình quân gia quyền của chi phí năng lượng hàng năm 
  
ij w
n
i
ji pa .WL
1
,e 
  (2.25) 
Trong công thức thức (2.25): a - Đơn giá năng lượng bơm (đ/KWh); Wi,j - Điện 
năng tiêu thụ trong năm thứ i với phương án loại máy và số máy bơm đặt trong 
16 
trạm bơm j (KWh); Pwi - Xác suất xuất hiện Wi,j. 
- Bcl: Bình quân chi phí tiền lương của công nhân vận hành và cán bộ quản lý 
hệ thống hàng năm: Bcl =Scn .Kl.Ltt.St (2.26) 
Trong công thức (2.26): Scn: Số công nhân làm việc trong trạm; Kl: Hệ số lương 
cơ bản; Ltt: Mức lương tối thiểu; St: Số tháng trong một năm 
- Bcsctx: Bình quân chi phí sửa chữa thường xuyên hệ thống hàng năm 
Bcsctx = Ksctx% (K + Bctb) (2.27) 
Trong công thức (2.27): Ksctx - Hệ số phụ thuộc vào vùng nghiên cứu; K - Tổng 
chi phí xây dựng; Bctb - Chi phí thiết bị 
- Bcdn: Bình quân chi phí quản lý doanh nghiệp trong quá trình hoạt động của 
hệ thống hàng năm: Bcdn = Kdn%M[B] (2.28) 
Trong công thức (2.28): Kdn - Hệ số phụ thuộc vào vùng nghiên cứu 
2.7. Thuật toán và các bước giải bài toán tối ưu mô hình bơm tưới 
Sơ đồ thuật toán giải cho trường hợp 1 hình 2.8, trường hợp 2 hình 2.9. 
2.8. Lập chương trình tính toán 
Chương trình được lập bằng ngôn ngữ C# (đọc là Csharp) trong bộ công cụ 
.NET. Đây là ngôn ngữ lập trình có tính ưu việt cao. 
2.9. Kết luận chương 2 
Từ những luận cứ lý thuyết trong phân tích hệ thống và toán tối ưu, đã phân 
tích đánh giá lựa chọn được phương pháp xây dựng mô hình bơm tưới hợp lý 
dựa trên những quan điểm, nguyên lý và phương pháp để tìm lời giải tối ưu 
hoặc hợp lý. Trên cơ sở nguyên lý tiếp cận từng bước, các bước xây dựng mô 
hình bơm tưới hợp lý được thiết lập. Trong đó có ứng dụng mô hình mô phỏng 
đánh giá phản ứng của hệ thống theo các phương án có thể để xác định phương 
án có thể chấp nhận được. Lập hàm mục tiêu ứng trường hợp áp dụng trong 
công tác quy hoạch các trạm bơm tưới và trường hợp phục vụ công tác thiết kế 
trạm bơm tưới. Phân tích mối quan hệ biện chứng giữa các biến thông số trong 
17 
hàm mục tiêu, để đưa hàm mục tiêu về dạng rút gọn có dạng phi tuyến. Phương 
pháp quét với bước không đổi được sử dụng để giải bài toán tối ưu đơn mục 
tiêu phi tuyến, với chỉ tiêu tối ưu là chi phí động cho một đơn vị diện tích, 
nhằm tìm các thông số tối ưu trong các phương án được chấp nhận. 
Hình 2. 8. Sơ đồ khối của thuật toán quét hàm mục tiêu C*p = C*p(f,n,h,p) 
18 
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 
BƠM TƯỚI HỢP LÝ VÙNG ĐBSCL 
3.1. Mô phỏng các thông số của mô hình bơm tưới 
- Cột nước bơm tưới: Dựa vào kết quả mô phỏng bản đồ cột nước địa hình 
ĐBSCL đã được đăng trên tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và môi trường số 
31, 12-2010, trang 107 – 109. Tác giả đã xác định được cột nước bơm tưới 
vùng ĐBSCL nằm trong khoảng (Hb = 2-4,5m). 
- Loại máy bơm và loại hình nhà máy bơm: Do ĐBSCL có địa chất mềm yếu, 
Hình 2.9. Sơ đồ khối của thuật toán quét hàm mục tiêu C*p = C*p(p) 
19 
mạng lưới sông rạch dày đặc đan xen nhau hình thành các bờ bao chia ĐBSCL 
thành các khu tưới độc lập có quy mô diện tích phổ biến nhỏ hơn 500ha. Hơn 
nữa với tập quán quản lý của người dân ĐBSCL theo mô hình hợp tác xã nông 
nghiệp, tổ hợp tác dùng nước, tổ liên kết sản xuất, hộ gia đình. Loại máy bơm 
phù hợp với ĐBSCL là loại máy bơm vừa và nhỏ có cột nước bơm từ 2-4.5m, 
có hiệu suất làm việc η ≥ 65%, loại hình nhà trạm đi kèm kiểu buồng hoặc kiểu 
móng tách rời. 
- Lưu lượng trạm bơm: được mô phỏng theo công thức 3.3 và 3.4 
Qtrạm = n.Q1m (3.3) 
ht
tram
q
Q


 (3.4) 
Trong đó: n - Số tổ máy bơm; Q1m - Lưu lượng của một máy bơm; ω - Diện tích 
tưới; ht - Hệ số lợi dụng của hệ thống kênh mương; q - Hệ số tưới, được lấy 
trong cuốn Thủy nông ĐBSCL của tác giả Lê Sâm. 
- Diện tích trạm bơm phụ trách: 
q
Q httram 
 (3.5) 
- Hình dạng khu tưới: qua điều tra thực tế của tác giả và căn cứ vào bản đồ hệ 
thống sông kênh. Các hình dạng khu tưới được mô phỏng như hình 3.8. 
Trong đó tỷ lệ giữa cạnh dài trên cạnh ngắn của hình chữ nhật bằng 3. 
TuyÕn c«ng tr×nh tr¹ m b¬m
S
«
n
g
, 
k
ª
n
h
S
«
n
g
, 
k
ª
n
h
TuyÕn c«ng tr×nh
tr¹ m b¬m S
«
n
g
, 
k
ª
n
h
TuyÕn c«ng tr×nh
tr¹ m b¬m
a b c 
 Hình 3. 8. Hình dạng khu tưới 
20 
3.2. Mô phỏng quan hệ giữa chi phí xây dựng trạm bơm với số tổ máy bơm 
Quá trình mô phỏng được tiến hành theo trình tự: Căn cứ vào các quy trình quy 
phạm, tác giả thiết kế nhà máy bơm cho 09 loại máy bơm điển hình 
(200HH200, 300HH260, HL400-5, HL1200-3, HTĐ800-3, HTĐ1200-3, 
HTĐ1500-5, 10HTĐ80, 12HTĐ115) tương ứng với số tổ máy bơm từ 02 đến 
08 tổ máy. Sau đó bóc tách tính toán khối lượng và căn cứ vào các Thông tư, 
Nghị định, đơn giá, báo giá của thành phố Cần Thơ, lập dự toán chi phí xây 
dựng cho các phương án thiết kế. Do quy định của Bộ Giáo dục tóm tắt luận án 
tiến sĩ không được quá 24 trang, vì vậy tác giả chỉ đưa kết quả mô phỏng quan 
hệ giữa chi phí xây dựng trạm bơm với số tổ máy bơm của loại máy bơm 
HL1200-3 làm mẫu, kết quả được thể hiện ở bảng 3.7. 
3.3. Mô phỏng quan hệ giữa chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng 
trạm bơm 
Để có kết quả mô phỏng, trước tiên tác giả đi bố trí hệ thống kênh mương cho 
03 dạng khu tưới tương ứng với các cấp diện tích và lưu lượng khác nhau. Tiếp 
theo căn cứ vào các quy trình, quy phạm, thiết kế hệ thống kênh mương (kênh ở 
đây được thiết kế là kênh đất nửa đào nửa đắp). Tính toán khối lượng và căn cứ 
vào các Thông tự, Nghị định, đơn giá, báo giá của thành phố Cần Thơ, lập dự 
toán chi phí xây dựng kênh mương ứng với các cấp lưu lượng khác nhau. Cuối 
Bảng 3. 7. Chi phí xây dựng và thiết bị phương án máy bơm HL1200-3 
Phương án số máy Chi phí xây dựng Chi phí thiết bị 
2 638,383,000 122,858,000 
3 800,414,000 184,287,000 
4 866,074,000 245,716,000 
5 1,027,120,000 307,145,000 
6 1,240,483,000 368,574,000 
7 1,405,400,000 430,003,000 
8 1,569,355,000 491,432,000 
21 
cùng, xây dựng mối quan hệ giữa chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng 
trạm bơm, kết quả được thể hiện ở hình 3.9. 
3.4. Các số liệu đầu vào của mô hình 
Mưa, mực nước (từ năm 1997 đến năm 2001); Địa hình; Lượng bốc thoát hơi 
chuẩn; Hệ số cây trồng; Độ dốc đáy kênh, hệ số nhám và hệ số mái dốc kênh; 
Phân bố mùa vụ; Công thức tưới tăng sản đối với cây lúa; Hệ số tưới thiết kế; 
Hệ số sử dụng kênh mương; Số công nhân làm việc trong trạm; Hệ số lương cơ 
bản; Mức lương tối thiểu;Số tháng trong một năm; Ksctx = 1,1; Kdn = 4,06; Tỷ lệ 
chiết khấu R =10%; Thời gian hoạt động của dự án T = 20 năm; Đối với trường 
hợp 2 còn phải nhập cụ thể cột nước bơm và diện tích trạm bơm phụ trách. 
3.5. Kết quả mô hình bơm tưới hợp lý cho ĐBSCL (trường hợp 1) 
3.5.1. Khu ngọt ven sông Tiền sông Hậu 
Hình 3. 9. Quan hệ chi phí xây dựng kênh mương với lưu lượng trạm bơm 
22 
- Khu ngọt cao không ngập úng: ω=358.5ha, Q=0.63m3/s, loại máy (10HTĐ80) 
n=3, Hb=2.3m, η=67%, Nb=7.07KW, nhà máy bơm kiều buồng ướt, khu tưới 
hình vuông. 
- Khu ngọt địa hình trung bình ngập nông: ω=392ha, Q=0.644m3/s, loại máy 
(HL1200-3), n=2, Hb=3.4m, η=80.08%, Nb=13.29KW, nhà máy bơm kiều kiều 
móng tách rời, khu tưới hình vuông. 
- Khu ngọt địa hình cao ngập sâu: ω=267.3ha, Q=0.45m3/s, loại máy (HL400 -
5), n=3, Hb=4m, η=78.3%, Nb=7.52KW, nhà máy bơm kiều kiều móng tách rời, 
khu tưới hình vuông. 
3.5.2. Khu chua nội địa Đồng Tháp Mười 
ω=331.6ha, Q=0.63m3/s, loại máy (10HTĐ80), n=3, Hb=2.3m, η=67%, 
Nb=7.07KW, nhà máy bơm kiều buồng ướt, khu tưới hình vuông. 
3.5.3. Khu chuaTứ Giác Long Xuyên 
ω=308ha, Q=0.44m3/s, loại máy (200HH200), n=4, Hb=2.2m, η=71%, 
Nb=3.34KW, nhà máy bơm kiều móng tách rời, khu tưới hình vuông. 
3.5.4. Khu mặn bán đảo Cà Mau 
- Khu có khả năng tiếp nước ngọt từ sông Hậu: ω=412.1ha, Q=0.63m3/s, loại 
máy (10HTĐ80), n=3, Hb=2.3m, η=67%, Nb=7.07KW, nhà máy bơm kiều 
buồng ướt, khu tưới hình vuông. 
- Khu không có khả năng tiếp nước ngọt từ sông Hậu: ω=334.8ha, Q=0.44m3/s, 
loại máy (200HH200), n=4, Hb=2.2m, η=71%, Nb=3.34KW, nhà máy bơm kiều 
móng tách rời, khu tưới hình vuông. 
3.6. Áp dụng chương trình tính toán cho một vùng tưới có quy mô 
xác định (trường hợp 2) 
Chọn hệ thống trạm bơm Ông Cha, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang để tính toán 
- Các thông số đầu vào: ω = 355ha; mực nước trạm thủy văn Vàm Nao; Cao 
trình mặt ruộng đại diện A0 = 2.1m; cột nước thiết kế Htk=4.36m; khu tưới hình 
23 
chữ nhật có cạnh dài vuông góc với tuyến công trình trạm bơm; ngoài ra còn có 
các tài liệu về khí tượng, hệ số tưới,  
- Kết quả tính toán: Q=0.695m3/s, loại máy (HL400-5), n=5, Hb=4.36m, 
η=80,3%, Nb=7.4KW, nhà máy bơm kiều móng tách rời, khu tưới hình vuông. 
3.7. Kết luận chương 3 
1. Đã mô phỏng được giới hạn của các thông số đầu vào của mô hình phù hợp 
với bối cảnh thực tế của ĐBSCL về điều kiện địa hình, địa chất, mạng lưới sông 
kênh, điều kiện kinh tế của người dân và quản lý vận hành hệ thống trạm bơm. 
2. Kết quả mô phỏng tìm được điều kiện ràng buộc của các biến trong hàm mục 
tiêu phi tuyến đơn mục tiêu, miền xác định của mỗi biến nhận các giá trị theo 
từng miền con. Như vậy bài toán có thể được gọi là tối ưu rời rạc. 
3. Về kết quả của mô hình 
Loại máy bơm tối ưu có công suất động cơ (Nđc ≤ 22KW). Số tổ máy bơm tối 
ưu trong một trạm nằm trong khoảng từ 02 đến 04 máy, phổ biến là 03. Kết quả 
này phù hợp với thực tế ở ĐBSCL . 
Diện tích trạm bơm phụ trách của các vùng nằm trong khoảng từ 276.3ha đến 
412.1ha. Như vậy kết quả này phù hợp với thực tế ở ĐBSCL có quy mô tưới 
phổ biến từ 50ha đến 500ha. 
Do vùng chua nội địa Đồng Tháp Mười có hệ số tưới lớn nhất (qtk = 1.33l/s.ha), 
trong khi đó vùng bán đảo Cà Mau có hệ số tưới nhỏ nhất (qtk = 0.92l/s.ha). 
Điều này dẫn đến vùng mặn bán đảo Cà Mau không có khả năng tiếp nước từ 
sông Hậu có tổng chi phí đơn vị nhỏ nhất ngược lại vùng chua nội địa Đồng 
Tháp Mười có chi phí đơn vị lớn nhất. 
KẾT LUẬN 
Với hướng nghiên cứu đã chọn, trong luận án đã giải quyết được một số vấn đề 
về phương pháp luận và mô hình toán, về xác lập bài toán, áp dụng mô hình 
vào một thí dụ thực tiễn, giải bài toán và phân tích kết quả. Từ kết quả nghiên 
cứu của luận án, có thể rút ra một số kết luận dưới đây: 
24 
1. Dựa trên những quan điểm, nguyên lý và phương pháp trong lý thuyết phân 
tích hệ thống và toán tối ưu, đã thiết lập được các bước xây dựng mô hình bơm 
tưới hợp lý theo nguyên lý tiếp cận từng bước, liên tiếp làm rõ mục tiêu của bài 
toán. 
2. Bằng những luận cứ có tính khoa học và thực tiễn, đã đề xuất hướng tiếp cận 
mối quan hệ giữa hệ thống trạm bơm với mục tiêu hiệu quả kinh tế. Trên cơ sở 
đó, mục tiêu trên đã được biểu diễn thành hàm mục tiêu tổng chi phí đơn vị nhỏ 
nhất, thỏa mãn các điều kiện ràng buộc về nhiệm vụ đặt ra đối với hệ thống 
trạm bơm. 
3. Do tính chất đặc điểm của hàm mục tiêu có dạng phi tuyến ràng buộc đơn 
mục tiêu nên phương pháp tối ưu được sử dụng để giải bài toán này là phương 
pháp quét với bước thông số không đổi. Thực chất của phương pháp này là quét 
dò tìm cực trị, bước quét càng nhỏ thì kết quả càng chính xác. 
4. Miền xác định, điều kiện ràng buộc và tài liệu đầu vào của mô hình được xác 
định theo phương pháp mô phỏng, phản ánh nhiệm vụ khai thác của hệ thống 
trạm bơm tưới cũng như điều kiện biên của hệ thống nghiên cứu. 
5. Phần mềm xác định mô hình bơm tưới hợp lý được lập bằng ngôn ngữ C# 
(đọc là Csharp) trong bộ công cụ .NET. Đây là một ngôn ngữ lập trình hướng 
đối tượng hiện đại, kế thừa các ưu điểm của các ngôn ngữ lập trình C, C++ và 
Java. C# là ngôn ngữ lập trình được đánh giá là dễ học và có tính ưu việt cao. 
6. Đã áp dụng mô hình và phương pháp giải cho các vùng của ĐBSCL 
và một hệ thống trạm bơm thực tế đó là trạm bơm Ông Cha thuộc huyện 
Chợ Mới tỉnh An Giang. Mô hình đáp ứng thực tiễn đang đặt ra của công 
tác quy hoạch, thiết kế hệ thống trạm bơm ở nước ta hiện nay, đặc biệt là 
vùng ĐBSCL chưa có quy hoạch các trạm bơm điện. 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
 1. Nguyễn Tiến Thái, Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tuấn Anh (2012), Nghiên cứu 
đề xuất thông số yêu cầu cho máy bơm phục vụ tưới tiêu vùng ĐBSCL, Tạp chí 
Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và môi trường số 36, 3-2012, trang 19 - 20. 
2. Nguyễn Tiến Thái, Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tuấn Anh (2012), Nghiên cứu 
xác định mô hình bơm hợp lý cho vùng ĐBSCL, Tạp chí Khoa học kỹ thuật 
Thủy lợi và môi trường số 36, 3-2012, trang 21 - 23. 
3. Lê Chí Nguyện, Nguyễn Tiến Thái, Triệu Ánh Ngọc (2010), Phương pháp 
tính toán cột nước bơm tưới – tiêu vùng ĐBSCL, Tạp chí Khoa học kỹ thuật 
Thủy lợi và môi trường số 31, 12-2010, trang 107 - 109.