Ứng dụng công nghệ hiện đại trong vận hành liên hồ chứa

TMO - Các hệ thống giám sát, dự báo mưa, lưu lượng dòng chảy và phần mềm vận hành thông minh giúp các hồ chứa phối hợp xả nước hợp lý, giảm thiểu rủi ro ngập lụt, bảo đảm an toàn công trình và hỗ trợ sản xuất, sinh hoạt cho người dân hạ du.

Ngay từ năm 2015, ngành thủy lợi đã chuyển sang tiếp cận liên hồ, ứng dụng các mô hình thủy văn, thủy lực như MIKE 11, SWAT, WEAP kết hợp với bản đồ GIS, dữ liệu từ cảm biến mưa, lưu lượng, mực nước. Các kịch bản hành động được xây dựng cho từng tình huống hạn hán, lũ tiểu mãn, xâm nhập mặn... nhằm đảm bảo điều tiết nước hợp lý, thích ứng với điều kiện thực tế tại từng khu vực. Việc mô hình hóa dữ liệu thời gian xả nước, lưu lượng xả và phân phối nước giúp công tác dự báo tăng tính chính xác, phù hợp với từng giai đoạn sản xuất.

Cụ thể, trong công tác cấp nước đổ ải, gieo cấy vụ đông xuân từ 2019 đến 2021 tại các tỉnh trung du và đồng bằng Bắc bộ, lượng nước tiết kiệm mỗi năm nhờ điều tiết hợp lý đạt từ 1,4 đến 1,8 tỷ m3. Diện tích gieo cấy tại vùng đồng bằng Bắc bộ được bảo đảm, trong khi môi trường sông ngòi hạ du vẫn được duy trì dòng kỹ thuật tối thiểu. Một lợi ích khác là khả năng hỗ trợ cảnh báo sớm.

Khi có lượng mưa lớn, các mô hình đã dự báo trước thời điểm và lưu lượng nước về hồ. Từ đó, lệnh điều tiết có thể phát hành sớm hơn, phối hợp thông minh với các cấp chính quyền ở vùng hạ du, giảm thiểu thiệt hại.

Được biết, hệ thống hồ chứa lớn như Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang đóng vai trò điều tiết nguồn nước cho toàn bộ lưu vực sông Hồng - Thái Bình. Trong điều kiện biến đổi khí hậu, lượng mưa phân bổ không đều giữa các vùng và dòng chảy, mùa kiệt có xu hướng suy giảm, quy trình vận hành hồ chứa trở thành công cụ điều tiết quan trọng. Theo Lãnh đạo Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Môi trường), quy trình này không chỉ tối ưu dòng xả mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước trên toàn hệ thống.

Vận hành liên kết hiện nay không thể chỉ dựa vào kinh nghiệm. Các cơ quan chức năng phải tích hợp dữ liệu thời gian thực, sử dụng mô hình toán để điều phối liên hoàn, cân đối lợi ích giữa phát điện, nông nghiệp, sinh hoạt và môi trường. Không dừng lại ở các hồ chứa thượng nguồn sông Hồng, sông Thái Bình, ngành thủy lợi còn triển khai nhiều tuyến chuyển nước quy mô lớn như “Cửa Đạt - Sông Mực - Khu kinh tế Nghi Sơn”, “Rào Trổ - Vực Tròn - ven biển Quảng Bình”, “Cửa Đạt - Sông Chu - ven biển miền Trung”…

Các công trình này được thiết kế dựa trên nghiên cứu thực địa, điều kiện khai thác nguồn nước và nhu cầu sử dụng của từng vùng, thay vì bó hẹp theo ranh giới hành chính. Đặc biệt, bài toán chuyển nước liên vùng, liên lưu vực được đặt ra cấp bách hơn trong bối cảnh các tỉnh Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung thường xuyên thiếu nước trong mùa khô, hạ tầng cấp nước còn hạn chế.

Chuyển đổi số trong vận hành hồ chứa góp phần đảm bảo an toàn tài sản, tính mạng người dân trong trường hợp thiên tai, bão lũ xảy ra. (Ảnh minh hoạ). 

Việc chuyển nước liên hồ, liên lưu vực không còn là tình huống bảo vệ, mà là cấu hình dài hạn của hệ thống thủy lợi hiện đại, gắn với mục tiêu phục vụ đa ngành. Việc mô phỏng vận hành liên hồ chứa chỉ là một phần trong việc chuyển đổi số toàn diện mà ngành thủy lợi đang triển khai, từ khai thác, thu thập dữ liệu đến xây dựng hệ sinh thái điều hành thông minh.

Ngành đang triển khai chuyển đổi số toàn diện ở cấp hệ thống, từ các công ty đầu mối đến mạng lưới kênh mương, từ các trạm vận hành đến bộ máy quản lý ở cấp cơ sở. Chuyển đổi số không chỉ là cài đặt phần mềm hay gắn thêm cảm biến. Đó là quá trình thiết kế lại toàn bộ hệ thống vận hành, từ hạ tầng dữ liệu đến con người vận hành. Do đó, Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi đã xây dựng kiến ​​trúc chuyển đổi số bao gồm 4 tầng: hạ tầng số, nền tảng dữ liệu, công nghệ và ứng dụng, dịch vụ điều hành và ra quyết định.

Trong đó, dữ liệu là yếu tố trung tâm. Hệ thống hiện kết nối thông tin từ hàng trăm hồ chứa, trạm đo mưa, SCADA, camera và UAV từ nhiều tỉnh, thành phố. Dữ liệu được cập nhật theo thời gian thực, lưu trữ tập trung tại trung tâm điều hành. Ở tầng ứng dụng, ngành tích hợp nhiều mô hình như bản sao số (Digital Twin), mô phỏng lũ lụt (MIKE Flood, TELEMAC), hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) phục vụ điều hành kiệt, cảnh báo xâm nhập mặn, hạn hán.

Các địa phương như Bắc Giang, Ninh Thuận, Hà Tĩnh đang là những đơn vị thí điểm chuyển đổi toàn diện hệ thống thủy lợi, từ mô hình phục vụ đơn mục tiêu sang vận hành đa mục tiêu, hướng tới cung cấp dịch vụ thủy lợi đa dạng và bền vững. Lãnh đạo Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi cho biết, Cục đang tiến tới tự động hóa một phần công việc vận hành hồ. Có những mô hình cho phép tính toán tối ưu hóa từng giờ, đề xuất lệnh điều tiết và gửi cảnh báo qua hệ thống cho cả chính quyền lẫn người dân.

Tầng dịch vụ điều hành cũng được số hóa toàn diện. Các thủ tục như cấp phép khai thác nước, đăng ký bảo trì công trình, giám sát lưu lượng, thanh toán dịch vụ đều có thể tích hợp vào hệ thống quản lý. Người dân vùng sâu, vùng xa có thể truy cập ứng dụng di động để xem lịch, cảnh báo sự cố hoặc nhận thông báo khi mực nước kênh giảm dưới ngưỡng.

Lãnh đạo Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi thông tin thêm, trong giai đoạn tiếp theo kỳ vọng người dân không chỉ là đối tượng thụ hưởng mà còn là một phần trong hệ thống vận hành. Phản hồi từ hiện trường giúp Cục điều chỉnh mô hình và xây dựng kịch bản phù hợp hơn. Với hai trụ cột là tối ưu hóa vận hành liên hồ chứa và chuyển đổi số, ngành thủy lợi đang xây dựng nền tảng quản trị tài nguyên nước hiện đại, linh hoạt và chủ động.

Từ những hiệu quả mang lại, hướng tới mục tiêu trong tương lai có thể quản lý, giám sát từ xa các công trình hồ chưa trên cả nước, việc ứng dụng công nghệ hiện đại không chỉ quản lý hiệu quả các công trình hồ chứa mà còn góp phần đảm bảo an toàn cho hạ du, nhất là trong thời điểm thiên tai, bão lũ ngày càng diễn biến phức tạp.

Trung Thắng