Tên dự án dự thi : THIẾT BỊ CẢNH BÁO NGẬP, LỤT TRÊN ĐƯỜNG BỘLĨNH VỰC DỰ THI: VẬT LÍ VÀ THIÊN VĂN HỌC

CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP QUỐC GIA DÀNH CHO
HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM HỌC 2013-2014

ĐƠN VỊ DỰ THI:
SỞ GD&ĐT TỈNH NGHỆ AN
PHÒNG GD&ĐT HUYỆN QUỲ HỢP
TRƯỜNG THCS THỊ TRẤN QUỲ HỢP

Tên dự án dự thi :
THIẾT BỊ CẢNH BÁO NGẬP, LỤT TRÊN ĐƯỜNG BỘ

LĨNH VỰC DỰ THI: VẬT LÍ VÀ THIÊN VĂN HỌC

Tác giả (hoặc các tác giả):
1. Hoàng Thế Lực
2. Cao Thị Hồng Nhung
3. Nguyễn Anh Tú
1


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn

3

Tóm tắt nội dung dự án

4

Giới thiệu và tổng quan về vấn đề nghiên cứu

6

Giả thuyết khoa học và phát biểu mục đích nghiên cứu

9

Phương pháp nghiên cứu (tài liệu và thực nghiệm)

10

Số liệu/ kết quả nghiên cứu

12

Phân tích số liệu/ kết quả và thảo luận

13

Kết luận

15

Tài liệu tham khảo

17

2

I.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn sư giúp đỡ của
Phòng giáo dục và đào tạo huyện Quỳ Hợp, Công an huyện Quỳ Hợp, Ban lãnh đạo
trường THCS thị trấn Quỳ Hợp, thầy giáo Mai Xuân Tâm cùng một số thầy cô giáo
trường THCS thị trấn Quỳ Hợp đã hướng dẫn để tiến hành các thí nghiệm có chất
lượng và thu được kết quả mong đợi, giúp chúng tôi thưc hiện được đề tài.
Đề tài nghiên cứu về cảnh báo ngập lụt trên đường bộ là một đề tài nghiên
cứu thuộc lĩnh vưc Vật lí - Thiên văn học.
Trong đề tài này chúng tôi đã đưa ra một giải pháp cảnh báo nhằm đem lại hiệu quả
trong việc ngăn ngừa các tai nạn giao thông đường bộ có thể xẩy ra khi tham gia
giao thông tại những nơi xẩy ra ngập, lụt.
Ý tưởng của chúng tôi xuất phát từ những vấn đề thưc tế, chúng ta có thể nhận thấy
trong những năm gần đây tình trạng tai nạn giao thông do lũ cuốn trôi khi người
dân tham gia giao thông trên những đoạn đường xẩy ra ngập lụt ngày càng gia tăng.
Dưa trên những vấn đề thưc tế đó chúng tôi đã có ý tưởng phải làm ra một thiết bị
cảnh báo có tác đông mạnh mẽ đến những người tham gia giao thông và giúp người
dân nhận thức được vấn đề nguy hiểm khi đi qua những đoạn đường này.
Thiết bị hoạt động hoàn toàn tư động.
Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sản xuất và chế tạo, chi phí thấp.
Tính ứng dụng cao và có thể áp dụng được vào thưc tế.
Tuy nhiên với một đề tài nghiên cứu khoa học được thưc hiện trong một thời gian
ngăn có thể còn có những mặt hạn chế nhất định.
Vì vậy chúng tôi rất mong được sư góp ý chân thành của mọi người để đề tài của
chúng tôi hoàn thiện hơn.

3

II. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN
1) Mục đích:
Mục đích của đề tài này là chúng tôi đưa ra một giải pháp cảnh báo đem lại hiệu
quả cao. Đặc biệt đây là thiết bị cảnh báo tư động và có thể hoạt động liên tục
24/24 giờ. Hơn nữa nhờ hệ thống báo biệu dùng đèn kèm theo bảng chỉ dẫn nên
giúp người tham gia giao thông có thể nhận biết dễ dàng hơn.
2) Bản chất:
+ ) Cấu tạo:
Gồm các bộ phận chính sau:
- Đèn báo hiệu và biển chỉ dẫn được gắn trên cọc cao 2,4m
- Thanh cản nước có gắn biến trở.
- Hệ thống công tắc điện tư động.
- Phao tư động được gắn vào hệ thống công tắc.
- Giá đỡ
- Nguồn điện và hệ thống dây dẫn điện.
- Hố ga để đặt thiết bị.

+

_

Sơ đồ cấu tạo đơn giản
của thiết bị cảnh báo
ngập, lụt trên đường bộ
+) Hoạt động.
Hệ thống hoạt động tư động dưa vào nguyên lí sư nổi của vật.

4

Khi có hiện tượng ngập lụt, trên đường sẽ xuất hiện nước ngập, tác
động vào hệ thống phao tư động lắp đặt trong thiết bị làm cho khóa điện được lắp
với hệ thống đèn báo được đóng lại và đèn được bật sáng.
Các phao được gắn ở các vị trí khác nhau tương ứng với các mưc nước
ngập khác nhau để đóng mở một công tắc nhất định nên với một mưc nước ngập
nhất định sẽ có đèn báo tương ứng với mưc nước đó được bật sáng (thiết bị được
chế tạo để đưa ra 3 mức nước cảnh báo)
Mỗi công tắc điện được gắn với 1 đèn, công tắc nào đóng thì đèn đó
được bật sáng.
Khi nước ngập rút xuống thì các phao sẽ hạ xuống, khi đó công tắc
điện sẽ tư động ngắt mạch điện và đèn sẽ tắt.
Hệ thống cảnh báo nguy hiểm của dòng chảy hoạt động dưa vào thanh
cản nước có gắn vào biến trở khi có nước chảy thì thanh cản nước bị lệch, nước
chảy càng mạnh thì thanh cản nước lệch càng nhiều. Thanh cản nước có gắn vào
biến trở và đóng vai trò là tay quay của biến trở. Khi tay quay quay thì cường độ
dòng điện qua mạch điện biến đổi khi đó kim chỉ cảnh báo nước chảy sẽ quay và
tương ứng với từng mức độ (có 3 cấp: nước chảy nhẹ, nước chảy vừa, nước chảy
mạnh)
3) Mô tả kết quả nghiên cứu:
Sau khi hoàn thành việc chế tạo thiết bị chúng tôi đã tiến hành thể
nghiệm tại các ao hồ, sông suối trên địa bàn và khả năng hoạt động của thiết bị và
chúng tôi nhận thấy có thể đưa thiết bị này vào thử nghiệm trên các tuyến đường.
Tuy nhiên việc thử nghiệm này đang gặp một số khó khăn đó là tìm điểm xẩy
ra ngập lụt ở thời điểm hiện tại trên địa bàn thì chưa có xẩy ra ngập lụt, và điểm thứ
hai là chưa được sư đồng ý của các cơ quan chức năng.

5

III. GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện nay trên các tuyến đường bộ nội địa các thiết bị cảnh báo ngập, lụt chủ yếu là
cọc tiêu, biển báo.
Các loại biển báo hiệu hoặc cọc tiêu được đặt tại các tuyến đường thường xẩy ra
ngập, lụt.
Cũng có những tường hợp sử dụng các biển báo tạm thời tại những nơi xẩy ra ngập,
lụt cục bộ.
Tuy nhiên không phải người dân nào cũng có thể biết được ý nghĩa các chỉ dẫn trên
các biển báo hoặc cọc tiêu.
Trong những năm gần đây tình trạng người dân tham gia giao thông bị nước cuốn
trôi khi đi qua các đoạn được ngập, lụt đang có chiều hướng gia tăng.
Đặc biệt trong mùa mưa lũ năm 2013 đã xẩy ra một số vụ tai nạn thương tâm do lũ
cuốn trôi.
Sau đây là một số hình ảnh về ngập, lụt và công tác cảnh báo ngập, lụt đang
được áp dụng hiện nay

6


7


Từ những thưc trạng đó chúng tôi nhận thấy rằng các thiết bị cảnh báo hiện nay
chưa phát huy được hiệu quả cảnh báo cho người dân khi tham gia giao thông.
Để đảm bảo việc cảnh báo có hiệu quả thì các thiết bị cảnh báo cần được lắp đặt tại
những vị trí dễ quan sát và có thể quan sát được từ xa. Đặc biệt là vào ban đêm và
những lúc tầm nhìn hạn chế do thời tiết như sương mù, mưa,…
Để đáp ứng được những yêu cầu trên thì việc dùng đèn hiệu để cảnh báo là hiệu
quả hơn cả. Tín hiệu đèn tác động trưc tiếp vào thị giác người quan sát cách xa vị
trí đường ngập.

Vì vậy chúng tôi đã đưa ra một giải pháp “Thiết bị cảnh báo ngập lụt, trên
đường bộ” giúp người tham gia giao thông có thể tránh được những rủi ro đáng
tiếc khi tham gia giao thông trên những đoạn đường ngâp, lụt.
Đây là một hệ thống cảnh báo tư động và dùng tín hiệu đèn kèm bảng chỉ dẫn để
cảnh báo
+) Mục tiêu.
Mục tiêu của nghiên cứu này là làm ra một sản phẩm là một thiết bị cảnh báo ngập,
lụt trên đường bộ có thể thay thế hoặc bổ trợ thêm cho các thiết bị cảnh báo hiện có
nhằm tăng thêm hiệu quả trong công tác cảnh báo ngập, lụt trên đường bộ.
+) Ý nghĩa của nghiên cứu này là giúp mọi người dân khi tham gia giao thông nếu
bắt gặp ngập, lụt thì khi thiết bị cảnh báo mọi người có thể dễ dàng nhận biết được
các mức độ nguy hiểm và tránh được những tai nạn do chủ quan đi qua vùng nước
ngập,lụt.

8


IV. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC VÀ PHÁT BIỂU MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
1) Giả thuyết khoa học.
Hiện nay trên các tuyến đường bộ nội địa các thiết bị cảnh báo ngập, lụt chủ yếu là
cọc tiêu, biển báo.
Các loại biển báo hiệu hoặc cọc tiêu được đặt tại các tuyến đường thường xẩy ra
ngập, lụt.
Tuy nhiên không phải người dân nào cũng có thể biết được ý nghĩa các chỉ dẫn trên
các biển báo hoặc cọc tiêu.
Trong những năm gần đây tình trạng người dân tham gia giao thông bị nước cuốn
trôi khi đi qua các đoạn được ngập, lụt đang có chiều hướng gia tăng.
Vì vậy cần phải tìm ra một giải pháp “cảnh báo ngập lụt, trên đường bộ” giúp
người tham gia giao thông có thể tránh được những rủi ro đáng tiếc khi tham gia
giao thông trên những đoạn đường ngâp, lụt.

Vậy giải pháp đó là gì và tính hiệu quả của giải pháp như thế nào?
Có thể có thiết bị nào mà có thể cảnh báo được ngập, lụt lại có tác động mạnh đến
những người tham gia giao thông hay không?
2) Mục đích:
Mục đích của đề tài này là chúng tôi đưa ra một giải pháp cảnh báo đem lại hiệu
quả cao. Đó là thiết bị cảnh báo ngập, lụt trên đường bộ. Đặc biệt đây là thiết bị
cảnh báo tư động và có thể hoạt động liên tục 24/24 giờ. Hơn nữa nhờ hệ thống báo
biệu dùng đèn kèm theo bảng chỉ dẫn nên giúp người tham gia giao thông có thể
nhận biết dễ dàng hơn. Trên cơ sở đó có thể biết được ở đoạn đường phía trước có
bị ngập, lụt hay không và nếu có thì mức độ nguy hiểm như thế nào. Từ đó mà có
thể tránh được những tai nạn đáng tiếc khi đi qua những vùng nước nngập lụt này.

9


V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Trên cơ sở ý tưởng chúng tôi đã thảo luận bàn bạc để tiến hành vào việc nghiên
cứu:
1) Phân công nhiệm vụ cho các thành viên.
- Hoàng Thế lưc:

Nhóm trưởng.

- Cao Thị Hồng Nhung

Thành viên

- Nguyễn Anh Tú

Thành viên

Công việc cụ thể:
+)Hoàng Thế Lưc: chịu trách nhiệm chung, có nhiệm vụ phân công
công việc, xây dưng ý tưởng vẽ sơ đồ, Chịu trách nhiệm thiết kế và làm phần
hệ thống phao, công tắc và giá đỡ.
+) Nguyễn Anh Tú: chịu trách nhiệm làm hệ thống đèn, biển báo, đấu
nối các thiết bị điện với nhau.
+) Cao Thị Hồng Nhung: chịu trách nhiệm mua các vật liệu, đèn, dây
điện, công tắc tư động, nguồn điện, làm thư kí của nhóm và làm thêm
một số công việc phụ khác khi có phát sinh.
Các thành viên trong nhóm dưới sư điều hành của bạn nhóm trưởng
cộng đồng trách nhiệm phối hợp cùng nhau thưc hiện ý tưởng.
2) Khảo sát thưc tế và tìm kiếm thông tin.
Sau khi phân công nhiệm vụ chúng tôi tiến hành khảo sát một số điểm xẩy ra
ngập, lụt vào mùa mưa bảo trên địa bàn huyện Quỳ Hợp. Đánh giá mức độ
ngập lụt và mức độ nguy hiểm ở các điểm ngập lụt này.
Tìm hiểu về các loại biển báo, cọc tiêu sử dụng trong cảnh báo ngập lụt trên
đường bộ.
Tìm hiểu các quy định về các loại biển báo sử dụng trong giao thông đường
bộ ở Việt Nam.
Tìm hiểu về các vụ tai nạn giao thông do ngập, lụt gây ra.
3) Tiến hành làm thiết bị.
Để đảm bảo tính thẩm mỹ và độ chính xác thì chúng tôi nhờ đến sư giúp đở
của một số người thân trong việc thiết kế mô hình và lắp ráp mô hình.
4) Thử nghiệm.

10


Sau khi tiến hành làm các bộ phận của thiết bị hoàn tất chúng tôi thưc hiện việc

lắp ghép các bộ phận lại trên cơ sở mô hình hoàn chỉnh và tiến hành làm công
việc thử nghiệm từng bước một.
Bước 1: Thử nghiệm trong thùng nước.
Đặt thiết bị vào thùng nước và bơm nước vào để kiểm tra hoạt động của hệ
thống phao và công tắc tư động, sau đó cắm điện để kiểm tra hoạt động của đèn
báo hiệu.
Bước 2: Thử nghiệm thưc tế tại hồ Thung Mây với mặt nước tỉnh.
Để tạo ra hiện tượng nước ngập thì chúng tôi cho hệ thống hộp phao chìm
dần theo chiều từ trên xuống và tạo hiện tượng nước rút chúng tôi nhấc hộp
phao từ dưới lên.
Sau khi tiến hành thưc nghiệm chúng tôi nhận thấy thiết bị hoạt động tốt.
Bước 3: Thử nghiệm trên sông.
Với hai lần thử nghiệm thành công ở trên chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm
trên dòng sông Dinh với dòng nước chảy xiết và thấy thiết bị vẫn hoạt đông tốt.
Với những thử nghiệm thưc tế trến các vùng nước khác nhau đã đem lại các
kết qủa cao. Tuy nhiên thiết bị của chúng tôi chỉ đang làm ở mức độ mô hình
thu gọn nên việc áp dụng vào thưc nghiệm trên các tuyến đường là chưa thưc
hiện đươc.
Mặt khác để thử nghiệm một thiết bị cảnh báo trên đường bộ thì cần phải có
sư đồng ý của các cơ quan có thẩm quyền và phải tùy thuộc vào thời gian đo có
xẩy ra ngập lụt không.
Vì vậy thiết bị của chúng tôi mới chỉ thành công ở mức độ thử nghiệm tại
những trường hợp và vị trí thưc tế mà nhóm nghiên cứu đã thưc hiện.

11


VI. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Sau khi công việc làm các bộ phận của thiết bị hoàn tất chúng tôi tiến hành lắp
ghép các bộ phận lại và tiến hành làm công việc thử nghiệm.

Kết quả thu được như sau:
+) Thử nghiệm trong thùng nước.
Đặt thiết bị vào thùng nước và bơm nước vào để kiểm tra hoạt động của hệ
thống phao và công tắc tư động, sau đó cắm điện để kiểm tra hoạt động của đèn
báo hiệu.
+) Thử nghiệm tại hồ nước.
Sau khi tiến hành thưc nghiệm tại bể nước thành công chúng tôi đã tiến hành
thể nghiệm tại hồ Thung Mây và nhận thấy thiết bị chúng tôi hoạt động tốt.
+) Thử nghiệm trên sông.
Với hai lần thử nghiệm thành công ở trên chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm
trên dòng sông Dinh và thấy thiết bị vẫn hoạt đông tốt.

12


VII. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Với thử nghiệm trong thùng nước và ở hồ Thung Mây thì chúng tôi nhận thấy thiết
bị hoạt động tốt tuy nhiên vùng nước làm thưc nghiệm là vùng nước tỉnh.
Vì vậy cần thiết phải thử nghiệm với những vùng nước động (nước chảy) để kiểm
tra hiệu quả cũng như hoạt động của thiết bị.
Sau khi tiến hành làm thử nghiệm với vùng nước chảy ở sông Dinh thì kết quả là
thiết bị hoạt động tốt.
Tuy nhiên chúng tôi đã nhận thấy một vấn đề nảy sinh đó là hê thống đèn báo có
vấn đề.
Cụ thể: khi đèn màu cam sáng thì đèn vàng không tắt, khi đèn đỏ sáng thì đèn cam
và đèn vàng không tắt. Như vậy thì hiệu quả việc cảnh báo sẽ thấp và có thể gây
khó hiểu cho người tham gia giao thông khi cả 3 đèn cùng sáng.
Từ bất cập đó chúng tôi cùng thảo luận đưa ra phương án giải quyết đó là điều
chỉnh lại cách mắc mạch điện, thiết kế sơ đồ mạch điện theo hệ thống công tắc cầu
thang, các công tắc và bóng đèn được mắc như sau.

A

§ Ìn
c¶nh
b¸o
dßng
ch¶y

§ Ìn biÓn
chØdÉn

§ Ìn biÓn
chØdÉn
§ Ìn
vµng

1
2
c«ng t¾
c1

§ Ìn biÓn
chØdÉn
§ Ìn
®á

§ Ìn
cam

3
4
c«ng t¾
c2

6
5
c«ng t¾
c3

8
7
c«ng t¾
c4

Với thiết kế sơ đồ mạch điện như trên thì phao 1 được nối với công tắc 1 và 2, phao
2 được nối với công tắc 3, phao 3 được nối với công tắc 4, thanh cản nước được
gắn vào biến trơ, Ampekế được thiết kế thành biển báo cảnh báo tốc độ dòng chảy.
Như vậy đã khắc phục được tình trạng cả 3 đèn cùng sáng như đã nêu ở trên.
Tuy nhiên với sư góp ý của một số thầy cô giáo chúng tôi đã nhận ra được một số
điểm hạn chế của thiết bị và trong nhóm đã cùng thảo luận để cùng đề xuất những
phương án bổ sung khi đem thiết bị này vào ứng dụng trong thưc tế.
13


Đó là thiết bị hoạt động phải nhờ vào nguồn điện, tuy nhiên nếu sử dụng nguồn
điện lưới quốc gia thì có thể có hiện tượng cắt điện do mưa bảo, hoặc những nơi
không có điện thì không thể hoạt động được. Nên chúng tôi đã cùng thống nhất đưa
ra ý kiến là khi áp dụng vào thưc tế thì phải sử dụng các tấm Pin mặt trời để cung
cấp điện cho thiết bị.

Với những ý kiến thảo luận ở trên chúng tôi đã phần nào khắc phục được một số
nhược điểm của thiết bị này.

14


VIII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả.
Qua quá trình thử nghiệm thì thu được kết quả như sau:
+) Thử nghiệm trong thùng nước. Thiết bị hoạt động tốt, khi mưc nước dâng
lên thì phao nổi lên và đèn sáng, khi nước rút thì phao hạ xuống và đèn tắt
+) Thử nghiệm tại hồ Thung Mây. Thiết bị hoạt động tốt, khi mưc nước
dâng lên thì phao nổi lên và đèn sáng, khi nước rút thì phao hạ xuống và đèn tắt
+) Thử nghiệm trên sông. Thiết bị hoạt động tốt, khi mưc nước dâng lên thì
phao nổi lên và đèn sáng, khi nước rút thì phao hạ xuống và đèn tắt.
2) Những ưu điểm của đề tài.
So với các thiết bị cảnh báo hiện đang được sử dụng trên đường bộ thì thiết bị
này tạo được hiệu ứng cao, gây được sư chú ý của người tham gia giao thông
hơn nhờ vào hệ thống đèn báo, thông tin báo hiệu dễ hiểu đối với mọi người khi
tham gia giao thông nhờ vào hệ thống bảng chỉ dẫn.
Đặc biệt là rất dễ qua sát vào ban đêm và vào những khi thời tiết xấu, tầm nhìn
bị hạn chế.
Thiết bị dễ làm và chi phí thấp, tiện lợi vì hoạt đông tư động.
3) Hạn chế của đề tài.
Thiết bị hoạt động cảnh báo tốt cần có nguồn điện ổn đinh nên đối với trường
hợp mất điện hoặc tại những khu vưc không có điện lưới quốc gia thì việc cảnh
báo này phải sử dụng đến nguồn điện dư phòng và có thể sử dụng nguồn điện
Pin mặt trời dẫn đến tốn kém thêm kinh phí.
Phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng.
Hệ thống hoạt động dưa vào phao và hệ thống công tắc cơ nên có thể dẫn đến

một số trục trặc như kẹt công tắc, bùn đất tràn vào hố ga làm ảnh hưởng đến
hiện tượng nổi lên, hạ xuống của phao.
4) Khả năng ứng dụng vào thực tiển.
Thiết bị này chưa được thử nghiệm trên các tuyến đường giao thông.
Tuy nhiên với những ưu điểm trên thì nếu ứng dụng vào thưc tiển sẽ đem lại
hiệu qua nhất định.
5) Kết luận.
Thiết bị cảnh báo ngập, lụt trên đường bộ có thể cảnh báo tốt khi có hiện tượng
ngập, lụt xảy ra. Nó tạo hiệu ứng mạnh cho người tham gia giao thông nhờ vào
15


tín hiệu đèn cảnh báo, đặc biệt rất hiệu quả trong những trường hợp ban đêm
hoặc tầm nhìn bị hạn chế do điều kiện thời tiết.
Việc nghiên cứu thêm một thiết bị cảnh báo đã giúp cho các nhà quản lí, các
nhà chức trách có thêm lưa chọn cho công tác cảnh báo.
Tuy nhiên với tầm hiểu biết còn hạn chế cả về lý thuyết lẫn thưc tiễn, lần đầu
được trưc tiếp tham gia nhiều trải nghiệm thưc hành ở lĩnh vưc này, đề tài chắc
chắn sẽ còn những điều sai sót hay chưa hợp lý. Chúng tôi mong muốn nhận
được sư giúp đỡ và góp ý của những người am hiểu lĩnh vưc này.
Xin trân trọng cảm ơn hướng dẫn của các thầy cô giáo, cảm ơn bạn bè và những
người giúp đỡ chúng tôi trong quá trình hoàn thành đề tài này.

16


IX. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách giáo khoa vật lí lớp 8

NXB giáo dục

Sách giáo khoa vật lí lớp 9

NXB giáo dục

Sách giáo khoa công nghệ lớp 9, modun lắp đặt mạng điện trong nhà
giáo dục

NXB

Luật an toàn giao thông đường bộ. Website: Chinhphu.vn
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về báo hiệu đường bộ. Website: sở giao thông
vận tải tỉnh Tây Ninh.

17