Nghiên cứu quản lý hồ chứa để phòng chống thiên tai

ThS Đặng Đình Đức giới thiệu về dự án.

Ứng phó với biến đổi khí hậu

Trước thực tế biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng và tình hình thời tiết mưa lũ bất thường, rung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường (CEFD), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã phát triển Hệ thống dự báo và cảnh báo khí tượng thủy văn (Hệ thống).

Hệ thống đáp ứng nhu cầu vận hành các hồ chứa và phòng chống thiên tai, giúp tối ưu hóa việc khai thác và sử dụng nguồn nước, đồng thời giảm thiểu rủi ro thiên tai.

ThS Đặng Đình Đức, đại diện CEFD và là chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, hệ thống dự báo khí tượng là một trong những thành phần quan trọng nhất, được xây dựng dựa trên các công nghệ, mô hình khí tượng tiên tiến.

Hệ thống này có khả năng cung cấp thông tin dự báo chi tiết và chính xác các yếu tố như lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, gió, giúp các nhà quản lý có thể chuẩn bị tốt hơn cho các sự kiện thời tiết sắp tới.

Hệ thống dự báo và cảnh báo khí tượng thủy văn của CEFD được xây dựng dựa trên nền tảng các công nghệ hiện đại và tiên tiến nhất hiện nay, đảm bảo tính chính xác trong việc dự báo thời tiết và thủy văn. Cấu trúc hệ thống bao gồm 3 phần chính: Hệ thống dự báo khí tượng, hệ thống dự báo thủy văn và công cụ hỗ trợ ra quyết định.

Tính từ thời gian thực hiện vận hành đầu năm 2023 cho đến nay, ThS Đặng Đình Đức đánh giá, hệ thống hoạt động tại lưu vực sông Hồng đã có tổng cộng 94 bản tin, dự báo lưu lượng nước đến, lưu lượng xả, mực nước thượng lưu tại các hồ: Lai Châu, Sơn La, Bản Chát, Huội Quảng, Hòa Bình, Thác Bác, Tuyên Quang và sông Chảy 3,… theo thời hạn dự báo từ 6 – 48 giờ.

Cùng với đó, hệ thống cảnh báo đã được xây dựng thành công cho 8 lưu vực lớn ở Việt Nam, trong đó 4 lưu vực đang được dự báo nghiệp vụ. Các bản tin đã mang lại chất lượng với độ tin cậy cao, kịp thời, đảm bảo, phục vụ trực tiếp cho vận hành các hồ chứa đa mục tiêu trong cả nước: Hồ chứa Đắk Mi trên lưu vực Vu Gia Thu Bồn, các hồ Thái An, Thuận Hòa, Sông Miện 5,…

Hệ thống dự báo thủy văn của CEFD sử dụng các công cụ mô hình thủy văn tiên tiến để mô phỏng, dự báo dòng chảy. Một trong những mô hình chính được sử dụng là SWAT (Soil and Water Assessment Tool).

SWAT cung cấp các thông tin về dòng chảy, chất lượng nước hỗ trợ việc quản lý tài nguyên nước một cách bền vững. Một số mô hình thủy văn phân bố khác là WFLOW, MARINE được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên các lưu vực sông có sự phân hóa cao về các yếu tố mặt đệm.

Hệ thống cũng sử dụng các mô hình tập trung phổ biến tại Việt Nam như NAM, HEC-HMS, TANK. Đây là những công cụ dự báo thủy văn mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong dự báo, quản lý tài nguyên nước. Các mô hình này có ưu điểm về tốc độ mô phỏng, lượng thông tin đầu vào ít, do đó phù hợp với các bài toán mô phỏng, dự báo lũ, các lưu vực sông nhỏ, ít số liệu.

Hỗ trợ dự báo chính xác

ThS Đặng Đình Đức cho hay, để mô phỏng dòng chảy và lũ lụt trong sông và kênh rạch, Hệ thống sử dụng các mô hình thủy động lực học 1-2D như HEC-RAS, MIKE 11, MIKE 21... Các mô hình này giúp dự báo chính xác dòng chảy, mực nước, mức độ ngập lụt, cung cấp thông tin trực quan hỗ trợ công tác phòng, chống lũ lụt hiệu quả.

Chuỗi hệ thống này đã được vận hành tại các lưu vực Sông Mê Kông, sông Hồng, Kỳ Cùng – Bắc Giang Sông Hương, Sông Se San, Sông Sre Pok, Sông Ba,… và chính thức kích hoạt vận hành liên tục từ ngày 15/3/2023.

Hệ thống dự báo khí tượng sẽ phục vụ công tác dự báo thời tiết (hạn 7 ngày) bao gồm: Dự báo mưa (dự báo lưu vực và theo diện), cung cấp thông tin dự báo các biến khí tượng khác nhau theo nhiệt độ, khí áp, trường gió,… phục vụ dự báo thủy văn, hải văn; Dự báo hạn mùa sẽ giúp cung cấp các trường dự báo khí tượng hạn tới 6 tháng;

Thủy văn, phục vụ dự báo dòng chảy đến hồ, dòng chảy thượng lưu và khu giữa; Công cụ hỗ trợ ra quyết định, giúp cung cấp thông tin hỗ trợ và kiểm soát việc thực hiện quy trình dự báo mỗi ca, tự động cung cấp số liệu mưa trực tiếp cho mô hình/ công cụ thủy văn real – time và hỗ trợ hiển thị phân bố mưa theo thời gian hỗ trợ dự báo viên phân tích, đánh giá tình thế mưa, lũ.

Để tối ưu hóa thời gian chuẩn bị bản tin, đảm bảo việc tuân thủ các quy trình dự báo, cung cấp thông tin hỗ trợ dự báo viên ra quyết định, ngoài việc liên kết các nguồn số liệu, kết quả từ các mô hình khí tượng, thủy văn, hệ thống đã tích hợp công nghệ máy học (ML) và trí tuệ nhân tạo (AI).

Các mô hình như LSTM (Long Short-Term Memory - Bộ nhớ ngắn dài) đã được áp dụng để dự báo dòng chảy trên một số lưu vực giúp tăng cường độ chính xác của dự báo.

Ngoài ra, hệ thống cũng đã tích hợp các kỹ thuật đồng hóa dữ liệu, cụ thể là phương pháp lọc Kalman kép, để tích hợp dữ liệu quan trắc thời gian thực với mô hình dự báo. Công nghệ này giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của các dự báo hạn cực ngắn và hạn ngắn.

ThS Đặng Đình Đức cho biết, để đảm bảo tính chủ động của công tác dự báo, đặc biệt các khu vực thiếu mạng lưới trạm quan trắc, hệ thống cho phép tích hợp dữ liệu quan trắc vệ tinh, các sản phẩm từ viễn thám.

Các nguồn dữ liệu này cung cấp các thông tin quan trọng về tình hình thời tiết và thủy văn từ không gian, bổ sung cho dữ liệu quan trắc mặt đất và cải thiện độ chính xác của các mô hình dự báo.

ThS Đặng Đình Đức cho biết, nhờ vào Hệ thống của CEFD, các hồ chứa đã vận hành một cách hiệu quả hơn, giúp tối ưu hóa việc khai thác và sử dụng nguồn nước, đồng thời giảm thiểu rủi ro từ thiên tai. Hệ thống đã đem lại nhiều lợi ích rõ rệt, cải thiện khả năng dự báo lũ, tối ưu hóa vận hành hồ chứa đảm bảo an toàn cho các công trình và người dân vùng ảnh hưởng.

Chi Nhật