Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm nguồn nước mùa cạn và nguy cơ hạn hán, thiếu nước cho Đồng bằng sông Cửu Long

Trong những năm gần đây, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) liên tục đối mặt với tình trạng hạn hán và thiếu nước nghiêm trọng, đặc biệt vào các năm 2005, 2013, 2016 và 2020, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt và sản xuất của hàng triệu người dân. Việc đảm bảo nguồn nước phục vụ sinh hoạt, sản xuất và phát triển kinh tế - xã hội của vùng, đồng thời, chủ động ứng phó với nguy cơ hạn hán thiếu nước, việc xây dựng một hệ thống cảnh báo sớm, có thể dự báo trước từ 3 đến 6 tháng là yêu cầu cấp thiết.

Trong thời gian qua, Viện Khoa học tài nguyên nước (Bộ Nông nghiệp và Môi trường) đã thực hiện một số nghiên cứu hướng đến quản trị tài nguyên nước quốc gia trên nền tảng công nghệ số thông qua hệ thống thông tin, cơ sở dữ liệu tài nguyên nước quốc gia, ứng dụng khoa học công nghệ mới, tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, viễn thám, Internet vạn vật, dữ liệu lớn, các mô hình toán tiên tiến về tài nguyên nước, giám sát, cảnh báo và dự báo tài nguyên nước thời gian thực nhằm hỗ trợ thực hiện Luật tài nguyên nước 2023. Trong đó, Viện Khoa học tài nguyên nước đã thực hiện nghiên cứu nổi bật là “Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm nguồn nước mùa cạn và nguy cơ thiên tai hạn hán, thiếu nước cho Đồng bằng sông Cửu Long”.

Nghiên cứu hướng tới việc xây dựng được hệ thống cảnh báo sớm với thời đoạn 03 đến 06 tháng nguồn nước mùa cạn và nguy cơ thiên tai hạn hán, thiếu nước cho Đồng bằng sông Cửu Long; đồng thời, hỗ trợ cảnh báo sớm được nguồn nước mùa cạn và nguy cơ thiên tai hạn hán, thiếu nước cho Đồng bằng sông Cửu Long trong năm 2024 và các năm tiếp theo.

Nội dung nghiên cứu tập trung vào cảnh báo tổng lượng nước mùa cạn và đánh giá nguy cơ hạn hán thiếu nước theo hướng hạn thủy văn, sử dụng chỉ số thiếu hụt nguồn nước. Ngoài các phương pháp thống kê truyền thống, nghiên cứu còn phát triển một bộ công cụ công nghệ hiện đại nhằm tăng tính chính xác, nhanh chóng và khách quan của kết quả dự báo.

Bộ công cụ và công nghệ cảnh báo

🔹 Mô hình mạng NARX

Mô hình mạng NARX với ưu điểm có khả năng nắm bắt các quan hệ phi tuyến phức tạp giữa biến dòng chảy và các yếu tố đầu vào như lượng mưa, nhiệt độ. Khi sử dụng dữ liệu đầu vào liên tục và chính xác, mô hình hoạt động tốt trong cảnh báo với bước tính toán ngắn hạn. Mô hình có thể tích hợp các yếu tố ảnh hưởng bên ngoài để cải thiện kết quả. Mô hình mạng NARX thực hiện cảnh báo tổng lượng nước trong 3 tháng và 6 tháng tới tại trạm Kratie, Tân Châu và Châu Đốc.

🔹 Mô hình LSTM

Mô hình LSTM có khả năng lưu giữ thông tin về chuỗi thời gian dài, rất hiệu quả với dữ liệu thủy văn có độ trễ lớn. Mô hình hoạt động tốt khi dòng chảy có các mối quan hệ phi tuyến phức tạp và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời gian trước đó. LSTM có thể được áp dụng linh hoạt cho các điều kiện thủy văn khác nhau. Mô hình LSTM được sử dụng kiểm chứng và đối chiếu với mạng NARX trong cảnh báo lượng nước 6 tháng và 3 tháng tới tại các trạm Kratie, Tân Châu và Châu Đốc.

🔹 Mô hình MIKE 11

MIKE 11 được sử dụng để tính toán đặc trưng mực nước tại các trạm Tân Châu và Châu Đốc, phục vụ cho cảnh báo hạn hán và nguy cơ thiếu nước. Quy trình sử dụng MIKE 11 gồm: (1) Xác định tổng lượng nước đến trong 3 và 6 tháng tới từ mô hình LSTM và NARX; (2) Lựa chọn các năm/tháng điển hình ứng với giá trị cảnh báo tại trạm Kratie; (3) Mô phỏng và diễn toán dòng chảy, mực nước đến Tân Châu và Châu Đốc để xác định lưu lượng, mực nước, qua đó cảnh báo nguy cơ hạn hán thiếu nước.

Bên cạnh các mô hình cảnh báo, nghiên cứu đã phát triển hệ thống WebGIS nhằm cập nhật, hiển thị và phổ biến kết quả cảnh báo đến các đối tượng liên quan một cách nhanh chóng, trực quan và hiệu quả.

Tích hợp hệ thống cảnh báo sớm

Hệ thống cảnh báo sớm nguồn nước mùa cạn và nguy cơ hạn hán vùng ĐBSCL tích hợp các mô hình thống kê, tự động kết nối từ khâu cập nhật, phân tích dữ liệu đến tính toán và hiển thị kết quả trên giao diện WebGIS. Kết quả đầu ra của hệ thống không chỉ hỗ trợ đắc lực cho các dự báo viên mà còn phục vụ các nhà quản lý và người dân thông qua các bản tin và hệ thống thông tin trên trang điện tử của Viện Khoa học Tài nguyên nước http://monitoringwri.com/wri/, http://wri.vn/Pages/trang-chu.aspx

Hệ thống đã sẵn sàng cung cấp các bản tin cảnh báo nguồn nước mùa cạn định kỳ với thời hạn 3 tháng và 6 tháng cho toàn vùng ĐBSCL, đóng vai trò quan trọng trong việc hoạch định kế hoạch sử dụng nước, ứng phó thiên tai và bảo vệ an sinh của hàng triệu người dân.

DWRM