Lựa chọn phương án tưới tối ưu hệ thống công trình thủy lợi

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TƯỚI TỐI ƯU
HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
Nguyễn Trọng Hoan
Trường Đại học Thủy lợi

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Cấp nước tưới cho nông nghiệp là nhiệm
vụ của các cơng ty Quản lý khai thác hệ
thống cơng trình thủy lợi. Việc đảm bảo nhu
cầu dùng nước cho sản xuất nơng nghiệp theo
thời vụ trong vùng với chi phí quản lý vận
hành (QLVH) thấp nhất là mục tiêu phấn đấu
của cơng ty Quản lý khai thác hệ thống cơng
trình thủy lợi.
Phương án cấp nước tưới tối ưu cho nông
nghiệp càng được chú trọng hơn trong thời
gian tới, khi thủy lợi phí chuyển sang giá
nước và cấp nước tưới theo đơn đặt hàng của
các đơn vị dùng nước, đòi hỏi có những giải
pháp để giảm chi phí QLVH, vì vậy việc
nghiên cứu lựa chọn phương án cấp nước
tưới cho nông nghiệp theo thời vụ của hệ
thống cơng trình thủy lợi là rất cần thiết, một
đòi hỏi từ thực tế trong sản xuất kinh doanh
của các Cơng ty QLKTcơng trình thuy lợi
giai đoạn hiện nay và trong thời gian tới ở
nước ta.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và cấp thiết

nêu trên, tác giả nghiên cứu ứng dụng lý thuyết
tối ưu để xây dựng bài toán lựa chọn phương
án cấp nước tưới của hệ thống cơng trình cấp
nước có hệ thống kênh tưới liên thơng.
2. BÀI TỐN TỐI ƯU CHI PHÍ QUẢN LÝ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH
THỦY LỢI

Bài tốn đặt ra cần giải quyết trong thực tế
là khu vực tưới cho nơng nghiệp với một diện
tích rộng lớn, nhiều xã có diện tích tưới lớn
có nhu cầu cấp nước tưới đồng thời trong một
thời gian nhất định theo thời vụ. Sự chậm trễ

cấp nươc tưới trong từng thời vụ sẽ ảnh
hưởng rất lớn đến thời vụ gieo trồng và sẽ
ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Một
phương án cấp nước tưới tối ưu cho nơng
nghiệp là một đóng góp có hiệu quả lớn cho
công ty trong quản lý khai thác hệ thống cơng
trinh thủy lợi.
Trong một hệ thống cơng trình thủy lợi có
nhiều cơng trình cấp nước (trạm cấp nước)
như: các trạm bơm, các cống lấy nước, các
cơng trình phải đồng thời cấp nước cho các
diện tích tưới của các xã, mỗi cơng trình cấp
nước đến từng xã có chi phí trên 1 m 3 nước
khác nhau. Mục tiêu của bài tốn là tìm
phương án cấp nước tưới cho các xã trong
một vụ sao cho tổng chi phí QLVH là thấp

nhất. Phương án cấp nước tươi tối ưu cho
nông nghiệp là một trong những biện pháp
giảm tổng chi phí QLVH, nâng cao hiệu quả
của hề thống thủy lợi.
Bài toán tối ưu cấp nước tưới cho nông
nghiệp được xây dựng dựa trên lý thuyết quy
hoạch tuyến tính.
Hàm mục tiêu:
n

m

F(x) =  cij x ij  min
j1 i1
Trong đó:
- c ij : chi phí quản lý vận hành cơng trình
cấp nước j tưới cho xã i (đồng/m3 nước);
- xij : khối lượng nước trạm j cấp cho xã i.
Tìm khối lượng nước tưới xij  0 để
phương án cấp nước tưới có tổng chi phí
quản lý vận hành là nhỏ nhất.
Với các điều kiện biên:
1/ xij = ai (i = 1,2,3,…n ), tổng khối
lượng nước tưới bằng lượng nước có khả
năng cấp từ trạm j;

432


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

2/ xij = bj (j = 1,2,3…m ), tổng khối
lượng nước tưới bằng lượng nước tưới trên
mặt ruộng xã I;
3/ ai = bj , Tổng khối lượng nước từ các
trạm bằng tổng lượng nước cần tưới đến mặt
ruộng của các xã trong vùng;
4/ xij  0, khối lượng nước tưới là khơng
âm; (Phó Đức Anh , 2007); (Nguyễn Đức
Nghĩa, 1999).

3. TỐI ƯU CHI PHÍ QLVH CHO MỘT HỆ
THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI

Khu vực tưới có 10 xã ký hiệu D1 … D10
từng xã có nhu cầu cấp nước khác nhau theo
hợp đồng, được cấp nước tưới từ hệ thống
thủy lợi có 8 trạm cấp nước, ký hiệu T1 …
T8, với chi phí quản lý vận hành tưới từng
trạm cấp đến từng xã khác nhau, số liệu thể
hiện ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Chi phí quản lý vận hành của các trạm cấp nước tới mặt ruộng các xã
Đơn vị tính: triệu đồng/1000m3
Xã
Trạm

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

( m3 )

T1

1.6

1,2

1,3

1.4

1.2

1,5

1.1

1,6

1,4

1,3

850

T2

1,2

1,.4

0.9

1,5

1,6

1,1

1,0

1,5

1,3

1.1

350

T3

1,5

1,6

1,2

0.8

1,6

1,4

1,5

0.9

1,1

1,3

120

T4

1,0

1,5

1,3

1.1

1.4

1.2

1.3

1,2

1,6

1,4

900

T5
T6
T7
T8

1,3
1.5
1,3
1,5

1,6
1,.2
1,6
1,1

1,2
1,1
1,2
1,5

1,6
1,5
1,2
0.9

1,3
1,4
1,6
1,3

1,5
0.8
0.9
1,5

1,5
1,5
1,3
1,1

1,1
1,2
1,6
1,5

1,5
1,3
1,4
0.8

1,6
1.4
1,5
1,3

880
450
980
250

bj
(m3 )

150

510

110

90

750

1100

900

670

320

180

4780

Bài toán: Bài toán được viết dưới dạng bài
tốn quy hoạch tuyến tính
Hàm mục tiêu:
Min1.6X11+1.2X12+1.3X13+1.4X14+1.2
X15+1.5X16+1.1X17+1.6X18+1.4X19+1.3
X110+1.2X21+1.4X22+0.9X23+1.5X24+1.6
X25+1.1X26+1.0X27+1.5X28+1.3X29+1.1
X210+1.5X31+1.6X32+1.2X33+0.8X34+1.6
X35+1.4X36+1.5X37+0.9X38+1.1X39+1.3
X310+1.1X41+1.5X42+1.3X43+1.1X44+1.4

X45+1.2X46+1.3X47+1.2X48+1.6X49+1.4
X410+1.3X51+1.6X52+1.2X53+1.6X54+1.3
X55+1.5X56+1.5X57+1.1X58+1.5X59+1.6
X510+1.5X61+1.2X62+1.1X63+1.5X64+1.4
X65+0.8X66+1.5X67+1.2X68+1.3X69+1.6
X610+1.3X71+1.6X72+1.2X73+1.2X74+1.6
X75+0.9X76+1.3X77+1.6X78+1.4X79+1.5

ai

X710+1.5X81+1.1X82+1.5X83+0.9X84+1.3
X85+1.6X86+1.1X87+1.5X88+0.8X89+1.3
X810
Điều kiện biên:
X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X1
8X+X19+X110= 850
X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X28
+X29+X210= 350
X31+X32+X33+X34+X35+X36+X37+X38
+X39+X310= 120
X41+X42+X43+X44+X45+X46+X47+X48
+X49+X410= 900
X51+X52+X53+X54+X55+X56+X57+X58
+X59+X510= 880
X61+X62+X63+X64+X65+X66+X67+X68
+X69+X610= 450

433

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

Bảng 3.2. Phương án cấp nước
có tổng chi phí QLVH tối ưu

X71+X72+X73+X74+X75+X76+X77+X78
+X79+X710= 980
X81+X82+X83+X84+X85+X86+X87+X88
+X89+X810=
250X11+X21+X31+X41+X51+X61+X71
+X81 =150;
X12+X22+X32+X42+X52+X62+X72
+X82 =510
X13+X23+X33+X43+X53+X63+X73
+X83 =110
X14+X24+X34+X44+X54+X64+X74
+X84 =90
X15+X25+X35+X45+X55+X65+X75
+X85 =750
X16+X26+X36+X46+X56+X66+X76
+X86 =1100
X17+X27+X37+X47+X57+X67+X77
+X87=900
X18+X28+X38+X48+X58+X68+X78
+X88=670
X110+X210+X310+X410+X510+X610
+X710+X810=180
Công cụ tính tốn: Bài tốn được giải
bằng phần mềm Lingo 16.0

Thơng qua lý thuyết quy hoạch tuyến tính
để xây dựng bài toán giải quyết vấn đề trong
thực tiển về quản lý chi phí QLVH hệ thống
cơng trình thủy lợi. Kết quả nghiên cứu đã
xây dựng được bài toán lựa chọn phương án
cấp nước tưới tối ưu cho nông nghiệp theo
thời vụ có tổng chi phí QLVH thấp nhất. Bài
tốn được giải bằng phần mềm Lingo 16.0,
kết quả tìm được là phương án tưới theo thời
vụ có tổng chi phí QLVH nhỏ nhất.

3. KẾT QUẢ TÍNH TỐN

5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

4. KẾT LUẬN

- Tổng chi phí phương án cấp nước tưới [1] Phó Đức Anh, Đặng Hữu Đạo (2007) –
tối ưu:
Phân tích và Tối ưu hóa hệ thống, NXB
F(x) = 5.197.000 đ;
Nông nghiệp.
- Khối lượng cấp nước tưới từ các trạm [2] Nguyễn Đức Nghĩa (1999), Tối ưu hóa –
Quy hoạch tuyến tính và rời rạc, NXB Giáo
đến các xã theo phương án tối ưu (Bảng 3.2).
dục, Hà Nội.

434