Ứng dụng thuật toán cây khung trên nền tảng QGIS để bố trí tối ưu mạng lưới đường ống trong hệ thống cấp nước tưới

Mạng lưới đường ống tưới thay thế kênh hở truyền thống đã được áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới để cải thiện hiệu quả tưới tiêu. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, chi phí mạng lưới đường ống tưới thường chiếm tỷ lệ cao trong chi phí xây dựng hệ thống. Do đó tối ưu hóa chiều dài tuyến ống luôn nhận được sự quan tâm, nghiên cứu. Bài báo này áp dụng thuật toán cây khung nhỏ nhất (Minimum Spaning Tree-MST) trên nền tảng QGIS để bố trí tối ưu tuyến ống tại khu tưới xã Búng Lao, tỉnh Điện Biên. Kết quả kiểm định so với thiết kế hiện trạng có sai số chiều dài 0,5% đảm bảo độ tin cậy. Tham số đầu vào dựa trên bố trí cửa lấy nước từng thửa ruộng với diện tích bình quân 1,0ha, nguồn nước tại suối Nậm Cô, các vật cản và định hướng tuyến ống. Kết quả xác định chiều dài tuyến ống tối ưu theo phương án tối thiểu là 9.207,4m và phương án quản lý vận hành là 11.223,4m. Ngoài thời gian phân tích nhanh chóng, kết quả phân tích được hiển thị trực quan trên QGIS hỗ trợ cơ quan quản lý, cộng đồng dân cư và các bên liên quan xem xét, thảo luận để lựa chọn được phương án phù hợp.

1. GIỚI THIỆU CHUNG

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Bố trí cửa lấy nước và các vật cản

2.2. Thuật toán cây khung nhỏ nhất

2.3. Công cụ Geo-MST tích hợp trên phần mềm QGIS

2.4. Khu vực nghiên cứu điển hình

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Bố trí cửa lấy nước và xác định các vật cản

3.2. Kiểm định thuật toán

3.3. Bố trí tối ưu mạng lưới đường ống

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] WWAP. The United Nations World Water Development Report 2015: Water for a Sustainable World; WWAP: Paris, France, 2015. [Google Scholar]

[2] Ioan Sarbu Adriana Tokar (2018). Water Distribution Systems: Numerical modelling and optimization. Polytechnic Publishing House, Timisoara, RomaniaISBN: 978--606-35-0207-1

[3] Jímenez-Bello, M.Á.; López-Pérez, E.; Manzano-Juárez, J.; Palau Estevan, C.V.; Royuela-Tomás, Á.; Intrigliolo-Molina, D.S. Assessing irrigation performance in a citrus irrigation district using geographic information systems and remote sensing data. Ital. J. Agrometeorol. 2015, 3, 104–109. [Google Scholar]

[4] Umesh Balu Kadam, Kedar Bapusaheb Gaikwad, Swapnil Santosh Jadhav, Swapnil Ramu Pawar (2020). Pipe distribution network for irrigation system. International Journal Of Current Engineering And Scientific Research. ISSN (PRINT): 2393-8374, (ONLINE): 2394-0697, VOLUME-7, ISSUE-6, 2020.

[5] Tariq, S.; Hu, Z.; Zayed, T. Micro-electromechanical systems-based technologies for leak detection and localization in water supply networks: A bibliometric and systematic review. J. Clean. Prod. 2021, 289, 125751. [Google Scholar]

[6] Prieto, M.A.; Murado, M.A.; Bartlett, J.; Magette, W.L.; Curran, T.P. Mathematical model as a standard procedure to analyze small and large water distribution networks. J. Clean. Prod. 2015, 106, 541–554. [Google Scholar] [CrossRef]

[7] Murat Çalışkan, Berk Anbaroğlu (2020). Geo-MST: A geographical minimum spanning tree plugin for QGIS. SoftwareX Volume 12, July–December 2020, 100553. https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.100553

[8] FAO (2000). Performance Analysis of On-demand Pressurized Irrigation Systems. Irrigation and Drainage Paper 59.

[9] FAO (2007). Handbook on Pressurizes Irrigation Techniques, 2nd edition.

[10] Adrian Laycoc (2007). Irrigation Systems: Design, Planning and Construction. ISBN-13: 978 184593 2633;

[11] Nguyễn Thị Kim Dung (2014). Báo cáo tổng hợp đề tài: "Nghiên cứu đề xuất các giải pháp công nghệ về cơ sở hạ tầng (thủy lợi và cấp nước sinh hoạt) phục vụ xây dựng nông thôn mới vùng trung du, miền núi phía Bắc"

[12] Đặng Minh Hải (2024). Báo cáo chuyên đề Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu xây dựng bộ tiêu chí, hướng dẫn kỹ thuật sử dụng đường ống dẫn nước trong công trình thuỷ lợi vùng trung du và miền núi. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

[13] Tổng cục thủy lợi (2020). Sổ tay hướng dẫn hoàn thiện thủy lợi nội đồng cho vùng trung du và miền núi phía Bắc.

_____________________________________________________________________

Chi tiết bài báo xem tại đây: Ứng dụng thuật toán cây khung trên nền tảng QGIS để bố trí tối ưu mạng lưới đường ống trong hệ thống cấp nước tưới

Nguyễn Văn Kiên
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
Lã Phú Hiến, Đặng Minh Hải
Trường Đại học Thủy lợi

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI