Cơ ở khoa học nghiên cứu quy mô trạm bơm và loại hình máy bom chìm vụ tưới trong nông nghiệp ở Cộng hòa Dân chủ nhân dân Lào

Cơ sở khoa học nghiên cứu quy mô trạm bơm và loại hình máy bơm chìm phục vụ tưới trong nông nghiệp ở CHDCND Lào NCS. Somphone Thanasack PGS. TS Lê Chí Nguyện Tóm tắt Sử dụng máy bơm chìm để tưới là giải pháp tốt khắc phục tình trạng mực nước các sông thay đổi lớn ở CHDCND Lào. Hiện nay và tương lai, máy bơm chìm sẽ được sử dụng rộng rãi để tưới ở CHDCND Lào. Việc xác định quy mô và loại hình máy bơm chìm hợp lý cho tưới ở Lào là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Bài báo trình bày cách chọn chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để so sánh, lập bài toán tối ưu và đường lối giải cùng với chương trình chạy trên máy vi tính để tìm lời giải tối ưu cho sự lựa chọn quy mô và loại hình máy bơm chìm để tưới ở CHDCND Lào. I. Đặt vấn đề Trong thực tế của Lào, mực nước nguồn có thể dao động lớn hơn 5 m và thay đổi đột ngột, cụ thể mực nước dao động từ (9ữ22) m trên dòng chính sông Mêkông và (4ữ10)m trên các sông nhánh. Tình trạng này gây nhiều khó khăn cho việc vận hành sử dụng khai thác thiết bị, đối với các máy bơm cánh dẫn trục đặt ngang thường làm việc với chiều cao hút địa hình HSđh  (6ữ7) m và máy bơm cánh dẫn trục đứng cũng bị hạn chế về chiều dài của trục. Để khắc phục sự hạn chế đó đã có một số biện pháp kỹ thuật giải quyết như dùng trạm bơm thuyền, trạm bơm trục đạt nghiêng, trạm bơm di động trên đường ray... . Tuy nhiên, các biện pháp nêu trên đạt hiệu quả chưa cao do kết cấu thiết bị và công trình trạm phức tạp, khó điều khiển theo nguyên lý tự động, do vậy, không chủ động trong vận hành khai thác. Máy bơm chìm có thể khắc phục tốt những nhược điểm nêu trên. Với ưu nhược điểm và khả năng khắc phục được của máy bơm chìm, cùng với xu hướng phát triển của máy bơm chìm của thời đại ngày nay, máy bơm chìm và công trình trạm phù hợp tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp đã và đang sử dụng ở Lào và sẽ được sử dụng nhiều hơn trong thời gian tới. Việc nghiên cứu tìm quy mô và loại hình máy bơm chìm hợp lý dùng để tưới ở CHDCND Lào là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đóng góp tốt cho sự phát triển sản xuất nông nghiệp cũng như nền kinh tế quốc dân của Lào. II. Hệ thống trạm bơm tưới dùng máy bơm chìm Hệ thống trạm bơm tưới dùng máy bơm chìm cũng giống như hệ thống tưới với công trình đầu mối trạm bơm thông thường, chỉ khác nhau ở chỗ là trạm bơm dùng máy bơm chìm thì công trình trạm có kết cấu đơn giản hơn so với công trình trạm đặt máy bơm loại khác. Máy bơm và động cơ gắn liền với nhau và được đặt chìm trong nước để bơm nước trong điều kiện mực nước nguồn thay đổi lớn. Các đặc trưng hệ thống trạm bơm dùng máy bơm chìm để tưới có thể phân thành 3 nhóm như sau: Hình 1: Các đặc trưng hệ thống trạm bơm tưới Đây là bài toán thiết kế hệ thống, để giải bài toán này đã xem xét các phương án điều chỉnh khi hệ thống đã thiết lập và giải quyết bài toán thiết kế theo phương án điều khiển đã chọn, và là bài toán thiết kế với nhiều phương án quy mô công trình theo phương án điều khiển. III. Lựa chọn chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để đánh giá và thiết lập bài toán Để đánh giá hiệu quả xây dựng và quản lý các trạm bơm, người ta có thể sử dụng các chỉ tiêu: chỉ tiêu về giá thành một mét khối nước bơm lên CW (đ/m 3) ; chỉ tiêu về giá thành một tấn mét nước bơm lên CE (đ/Tm) ; chỉ tiêu về chi phí cho một hecta ruộng Cha (đ/ha) ; chỉ tiêu về hệ số sử dụng công suất lắp máy của trạm bơm. ở đây, với mục đích so sánh giữa các trạm bơm lắp các loại máy khác nhau, trong các điều kiện khác nhau, ta chọn dùng chỉ tiêu giá thành một tấn mét nước bơm lên. Các thông số về cấu trúc - Nhiệm vụ trạm bơm - Quy mô trạm bơm - Vị trí đặt trạm - Kết cấu nhà trạm - Chủng loại máy bơm - Diện tích khu tưới - Kích thước mặt cắt - Chiều dài hệ thống kênh - Đặc điểm và số lượng các công trình trên kênh các thông tin ra - Quy trình điều khiển - Quản lý - Vận hành - Hệ thống kênh - Công trình trên kênh - Các chỉ tiêu kinh tế - Các chỉ tiêu xã hội - Các chỉ tiêu an ninh - Các chỉ tiêu kỹ thuật Các thông tin vào - Các điều kiện khí tượng, thuỷ văn - Nguồn nước - Nhu cầu nước - Loại cây trồng - Cơ cấu cây trồng - Tập quán canh tác - Giá thành sản phẩm áp dụng phương pháp tối ưu trong phân tích hệ thống, hàm mục tiêu được xác định như sau: ni nn n ii i HHHH Min HW E HW E HW E HW E P   ......... ),...,,...,,( 21 22 2 11 1 (1) Trong đó: Ei /Wi .Hi - Mức chi phí đơn vị của phương án số máy bơm thứ i (đ/T.m) i - Phương án số máy bơm thứ i Hi - Cột nước bơm theo yêu cầu của phương án thứ i (m) Wi - Tổng lượng nước bơm lên của phương án thứ i (m 3) Wi Hi - Tổng lượng nước nhân với cột nước của phương án thứ i Với điều kiện ràng buộc là máy bơm luôn hoạt động nằm trong phạm vi hiệu suất cao ( = 65ữ85%) IV. Đường lối giải thuật toán và chương trình tính toán xác định quy mô và loại máy bơm chìm hợp lý Tổng chi phí xây dựng và quản lý vận hành công trình được tính theo công thức: E = pK + C (2) trong đó: E - Tổng chi phí xây dựng và quản lý vận hành công trình (đ) p - Tỷ lệ phần trăm tính khấu hao hoàn vốn và sửa chữa lớn công trình (%) K - Vốn đầu tư xây dựng công trình (đ), bao gồm vốn đầu tư xây dựng đầu mối trạm bơm (Kđm)và vốn đầu tư xây dựng kênh mương (Kkm) C - Chi phí quản lý vận hành hàng năm trong suốt quá trình hoạt động của công trình quy về năm đầu tiên, được tính theo công thức: C = Cnăm T T ii i )1( 1)1(   (3) T - Thời gian hoạt động của công trình (năm) i - Lãi suất tính toán (%) Cnăm - Chi phí quản lý vận hành hàng năm của công trình bao gồm chi phí điện năng, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên, chi phí tiền lương và các chi phí khác được tính theo công thức: Cnăm=Cđiện + Cbd + Clương + Ckhác (4) Cđiện - Chi phí điện năng (đ), được tính theo công thức: Cđiện=9,81 b bb tHnQ 81,0 a (5) t - Thời gian bơm nước trong một năm (giờ) a - Đơn giá tiền điện (đ/kwh) Hb- Cột nước bơm trên đường đặc tính của máy bơm (m) Qb - Lưu lượng bơm trên đường đặc tính của máy bơm (m 3/s) b - Hiệu suất bơm trên đường đặc tính của máy bơm (%) n - Số máy bơm trong trạm bơm Cbd - Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên gồm chi phí bảo dưỡng các hạng mục xây lắp và chi phí bảo dưỡng máy móc thiết bị (đ), tính theo công thức: Cbd = 15%Kxl + 4%Ktb (6) Kxl - Chi phí xây dựng các hạng mục xây lắp (đ) Ktb - Chi phí mua sắm máy móc thiết bị (đ) Clương - Chi phí tiền lương (đ), tính theo công thức: Clương = lg . socn . sothg (7) lg - Lương công nhân trong một tháng (đ) socn - Số công nhân làm việc trong công trình trạm bơm sothg - Số tháng làm việc trong năm (tháng) Ckhác - Chi phí khác bao gồm chi phí cho văn phòng phẩm, hội họp, ... lấy bằng 10% chi phí vận hành hàng năm (đ) Tính toán tổng chi phí cho một tấn mét nước bơm lên: mỗi loại máy bơm tính cho 6 điểm có hiệu suất nằm trong vùng hiệu suất cao, mỗi điểm tính toán cho số máy bơm thay đổi nằm trong kinh nghiệm số máy bơm hợp lý (2ữ8), theo sơ đồ ở hình 2. Hình 2: Sơ đồ tính toán chi phí nhỏ nhất cho một tấn mét nước bơm lên min(CE) Các thông số kỹ thuật mb theo các điểm làm việc: Qb(m), Hb(m), hsb(m) Các chi phí XD Theo số lượng mb (n): Kxl(n), Kkm(n) Nhập số liệu m=1, 2, , 6 n=2, 3, , 8 Cđ(m,n)= f(n, Qb(m), Hb(m), hsb(m), t, a) Cbd(n)= f(n, Kxl(n), Kmb) Clg=f(lg, socn, sothg) Socn=1 Cnăm=f(Cđ(m,n), Cbd(n), Clg(n)) E(m,n)=f(p, K(n), C(m,n)) K(n)= f(Kxl(n), Kkm(n), Kmb, n) CE(m,n)=f(E(m,n), t, n, Qb(m), Hb(m)) Socn=2 C(m,n)=f(Cnăm(m,n), t, ii) n<=5 Min(CE)=CE(1,2) Min(CE)=CE(m,n) Min(CE) CE(m,n)<min(CE) Đúng Đúng Min(CE)=CE(1,2) Sai Sai Các số liệu không thay đổi: tg, a, t, ii, p, Kmb, lg, sothg. Để tính toán minCE cho một loại máy bơm chìm qua các bước sau: a. Nhập số liệu - Các thông số về loại máy bơm, lưu lượng bơm, cột nước bơm và hiệu suất bơm của các điểm tính toán trên đường đặc tính máy bơm: Qb(m), Hb(m), ηb(m). - Các số liệu về thời gian bơm nước (tg), đơn giá điện năng (a), tuổi thọ máy bơm (t), lãi suất nội tại (ii), khấu hao đầu tư xây dựng (p), giá thành máy bơm (Kmb), số tháng làm việc (sothg) và tiền lương công nhân (lg). - Các số liệu về chi phí xây dựng theo số lượng máy bơm: Chi phí xây dựng phần xây lắp (Kxl(n)) và chi phí xây dựng phần kênh mương (Kkm(n)). b. Các bước tính toán Mỗi loại máy bơm tính cho 6 điểm có hiệu suất nằm trong vùng hiệu suất cao (m=1ữ6), mỗi điểm tính toán cho số máy bơm thay đổi nằm trong kinh nghiệm số máy bơm hợp lý (n=2ữ8). Việc nhập số liệu có thể gõ từng số liệu một hoặc có thể đọc từ file số liệu. Sau khi đã nhập xong số liệu, cho chạy chương trình, có thể biết được trị số CE min. Với chương trình chạy trên máy vi tính theo sơ đồ tính toán ở hình 2, ta sẽ nhanh chóng tìm được phương án tối ưu với số máy bơm, loại máy bơm chìm hợp lý cho một vùng tưới cụ thể. V. Kết luận Kết quả tính toán với các tài liệu thực tế ở CHDCND Lào đi đến một số nhận xét sau: - Với cấp cột nước H=8ữ12m thì dùng loại bơm hướng trục chìm là kinh tế nhất vì chi phí cho một tấn mét nước bơm lên là nhỏ nhất. - Với cấp cột nước H=12ữ20m nên dùng loại bơm hỗn lưu chìm là tốt nhất vì có giá thành chi phí cho một tấn mét nước bơm lên nhỏ nhất. - Còn các cấp cột nước H=20ữ45m nên dùng loại máy bơm ly tâm chìm là rẻ nhất vì chi phí cho một tấn mét nước bơm lên là nhỏ nhất. Do số máy bơm hợp lý nên chi phí đầu tư xây dựng và quản lý vận hành giảm. - Tổng chi phi CE cho thấy một số trường hợp dùng máy bơm chìm lại rẻ hơn dùng máy bơm và trạm bơm thông thường (do phải xây dựng nhà máy phòng sàn, công trình thuỷ công đắt). Ngoài ra, nếu các hệ số trong hàm mục tiêu được xác định chính xác thì lời giải càng gần với thực tế. Tài liệu tham khảo 1. Phó Đức Anh (2000), Phân tích hệ thống và ứng dụng, Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà nội. 2. Nguyễn Đức Bảo (1996), Kinh tế đầu tư các dự án Thuỷ lợi, TĐHTL, Hà nội. 3. Nguyễn Văn Bày, Nguyễn Đăng Công và nnk (2005), Báo cáo tổng hợp Dự án sản xuất thử nghiệm “Sản xuất thử nghiệm máy bơm chìm công suất N=37; 55; 75kw phục vụ nông nghiệp”, Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện và xây dựng, Hà nội. 4. Hà Văn Khối (2002), Quy hoạch và quản lý nguồn nước, Giáo trình giảng dạy lớp Cao học, ĐHTL, Hà nội. 5. Lê Chí Nguyện (2003), Một số vấn đề cơ sở nghiên cứu hệ thống tưới tiêu, cấp thoát nước bằng động lực, Tập bài giảng cao học, Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà nội. Abstract The submersible pumps using for irrigation is a good solution to overcome the big change of water level condition in Lao PDR. At the present and in the future, submersible pumps will be used more commontly for irrigation in Lao PDR. The determination the reasonable scales and types of the pumping station with submersible pumps for irrigation in Laos is one issue that has a signification in science and reality. This paper presents the method selection of the economical and technical criteria for comparing and setting up the optimal problem and the way to solve by the computer program to look for the optimal key for selecting the scales and types of the submersible pumps for irrigation in Lao PDR.