Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ trong quản lý hồ chứa

TMO - Thời gian qua, Trung tâm Động lực học Thủy khí Môi trường (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 để đáp ứng nhu cầu vận hành các hồ chứa và phòng chống thiên tai.  

Để giảm thiểu thiệt hại và có dự báo chính xác về vận hành hồ chứa, Trung 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 có vai trò đáp ứng nhu cầu vận hành các hồ chứa và phòng chống thiên tai, tối ưu hóa việc khai thác và sử dụng nguồn nước, giảm thiểu rủi ro do thiên tai.

Đại diện CEFD 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, 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. Cấu trúc hệ thống bao gồm 3 phần chính là 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, 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, Hoà Bình, Thác Bác, Tuyên Quang và sông Chảy 3…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 phục vụ trực tiếp cho vận hành các hồ chứa đa mục tiêu trong cả nước.

Hệ thống dự báo và cảnh báo khí tượng thủy văn giúp đáp ứng nhu cầu vận hành các hồ chứa và phòng chống thiên tai. (Ảnh minh hoạ). 

Đối với hệ thống dự báo thủy văn của CEFD, hệ thống này 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.

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, sông Hương, sông Se San, sông Sre Pok, sông Ba,…Chính thức 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 phục vụ dự báo thuỷ văn, hải văn; Dự báo hạn mùa sẽ giúp cung cấp các trường dự báo khí tượng hạn tới 6 tháng.

Đối với hệ thống công cụ tích hợp hỗ trợ ra quyết định, hệ thống cũng đã tích 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. Đồng thời đồng hóa dữ liệu 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, cho phép tích hợp dữ liệu quan trắc vệ tinh, các sản phẩm từ viễn thám. Các nguồn dữ liệu sẽ cải thiện độ chính xác của các mô hình dự báo.

Hệ thống của CEFD giúp các hồ chứa đã vận hành một cách hiệu quả hơn, 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.

Với việc ứng dụng hiệu quả các thành tựu của cuộc cách mạng 4.0, công nghệ số, cùng hệ thống dự báo và cảnh báo khí tượng thuỷ văn do Trung 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, sẽ góp phần đảm bảo an toàn cho các hồ chứa, vùng hạ du, từ đó giảm thiểu tối đa thiệt hại về tính mạng, tài sản cho người dân trong mùa mưa lũ cũng như khi các hồ chứa, hồ thuỷ điện vận hành xả lũ.

Hồng Liên