Thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước ở khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long

Chủ nhiệm: TS. Lê Hoàng Anh

Năm đăng ký: 2021

Năm nghiệm thu: 2022

Tóm tắt:

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm qua, sự nóng lên của trái đất cùng với ảnh hưởng của hiện tượng El Nino đã làm nhiệt độ tăng cao và thiếu hụt lượng mưa, gây ra tình trạng hạn hán và xâm nhập mặn đe dọa nghiêm trọng đến sản xuất và dân sinh, đặc biệt là tại Đồng bằng sông Cửu Long. Tại các khu vực sông Tiền và sông Hậu, độ mặn đã lấn sâu tới 70 - 85 km tính từ cửa sông. Song song đó, tình hình ô nhiễm nguồn nước cũng ở mức báo động cao khi có khoảng 3,7 triệu tấn chất thải mỗi năm (với 90% chưa được xử lý) đổ trực tiếp hoặc gián tiếp xuống sông rạch. Đứng trước những rủi ro này, việc thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước là vô cùng cần thiết, giúp cung cấp thông số kịp thời để các cơ quan quản lý và người dân chuẩn bị phương án đối phó.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung của đề tài là thiết kế và chế tạo thành công mô hình cảm biến cảnh báo xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, đảm bảo khả năng đo đạc các thông số như độ mặn, độ pH và độ đục. Về mục tiêu cụ thể, nhóm nghiên cứu tiến hành hệ thống hóa cơ sở lý luận, xây dựng thuật toán ước lượng để cảnh báo sự biến đổi thông số trong tương lai. Đề tài cũng hướng tới việc chế tạo phần cơ khí, thiết kế mạch đo cảm biến, xây dựng mô hình quan trắc tích hợp truyền thông không dây và phần mềm giám sát qua internet. Cuối cùng, hệ thống sẽ được thực nghiệm, đánh giá kết quả và ứng dụng làm tài liệu hướng dẫn thực hành cho giảng viên, sinh viên tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long.
3. Kết cấu của đề tài
Báo cáo tổng hợp bao gồm 6 chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước vùng Đồng bằng Sông Cửu Long
Chương 2: Thiết kế và chế tạo mô hình quan trắc
Chương 3: Xây dựng thuật toán ước lượng, cảnh báo thông số độ mặn và ô nhiễm nguồn nước trong tương lai
Chương 4: Xây dựng hệ thống và thực ngiệm, đánh giá kết quả hệ thống cảnh báo xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước
Chương 5: Xây dựng tài liệu hướng dẫn thực hành tại trường SPKT Vĩnh Long
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
4. Nội dung chính của đề tài
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước vùng Đồng bằng Sông Cửu Long. Chương này tập trung khảo sát tình hình ngập mặn, ô nhiễm nguồn nước và phân tích các đặc tính biến đổi độ mặn. Chương này cũng giải thích chi tiết các nguyên lý đo và quá trình chế tạo mạch cảm biến đo độ mặn, độ pH, độ đục và COD (nhu cầu oxy hóa học). Tiếp theo, Chương 2: Thiết kế và chế tạo mô hình quan trắc đi sâu vào thực hành chế tạo phần cơ khí như khung phao nổi, khung gá tấm pin mặt trời và thanh gá cảm biến. Nội dung chương cũng trình bày cách thiết kế phần mạch điện, thiết lập các phương pháp truyền thông lưu trữ dữ liệu và xây dựng phần mềm hiển thị giám sát các thông số thu thập được.
Để hệ thống trở nên thông minh hơn, Chương 3: Xây dựng thuật toán ước lượng, cảnh báo thông số độ mặn và ô nhiễm nguồn nước trong tương lai cung cấp nền tảng lý thuyết về các giải thuật ước lượng và ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) thông qua ngôn ngữ Python và các mạng trích chọn đặc trưng để đưa ra kết quả dự báo biến đổi môi trường nước. Sau đó, Chương 4: Xây dựng hệ thống và thực ngiệm, đánh giá kết quả hệ thống cảnh báo xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước mô tả toàn bộ quá trình lắp đặt mô hình quan trắc thực tế, kết nối phần mềm giám sát và tiến hành đo đạc thực nghiệm tại các tỉnh Vĩnh Long, Bến Tre, Bạc Liêu nhằm thống kê và đánh giá tính chính xác của thiết bị.
Nhằm phát huy giá trị đào tạo của đề tài, Chương 5: Xây dựng tài liệu hướng dẫn thực hành tại trường SPKT Vĩnh Long biên soạn các bài tập thực hành cụ thể cho môn vi xử lý ứng dụng (đọc tín hiệu tương tự, truyền thông I2C, SPI) và mạng truyền thông công nghiệp (SMS, Ethernet). Cuối cùng, Chương 6: Kết luận và kiến nghị tổng kết lại những thành tựu mà hệ thống đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, đồng thời đưa ra những hạn chế còn tồn đọng và định hướng phát triển cho tương lai.

Thành viên đề tài:

ĐHSPKT Vĩnh Long Chủ nhiệm đề tài 2 Ths. Dương Tấn Đạt ĐHSPKT Vĩnh Long Thư ký khoa học 3 TS. Phan Anh Cang ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên chính 4 TS. Trần Bá Luân ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên chính 5 ThS. Nguyễn Tấn Nó ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên chính 6 ThS. Lê Hữu Toàn ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên chính 7 ThS Nguyễn Hải Đăng ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên chính 8 KS. Nguyễn Ngọc Tuấn ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên 9 Trần Phan An Trường ĐHSPKT Vĩnh Long Thành viên

Từ khóa: Xâm nhập mặn Hệ thống cảnh báo Cảnh báo Thiết kế Chế tạo Ô nhiễm Nguồn nước Đồng bằng Sông Cửu Long