Tối ưu vận hành liên hồ chứa bằng công nghệ và dữ liệu

Thủy lợi là một trụ cột thích ứng biến đổi khí hậu

Hệ thống hồ chứa lớn như Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang đóng vai trò điều tiết nguồn nước cho lưu vực sông Hồng - Thái Bình, nơi lượng mưa phân bổ không đều và dòng chảy mùa kiệt suy giảm do tác động của biến đổi khí hậu.

Theo ông Lương Văn Anh, Phó Cục trưởng Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Môi trường), quy trình vận hành liên hồ chứa đã trở thành công cụ quan trọng để tối ưu dòng xả và 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. Chúng tôi 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," ông nhấn mạnh.

Trước đây, các hồ chứa thường hoạt động độc lập, việc phân tích nước thiếu căn cứ khoa học. Từ năm 2015, ngành thủy lợi chuyển sang tiếp cận liên hồ, ứng dụng các mô hình thủy văn, thủy lực như MIKE 11, SWAT, WEAP, kết hợp bản đồ GIS và dữ liệu từ cảm biến mưa, lưu lượng, mực nước. Các kịch bản hành động được xây dựng cho từng tình huống như hạn hán, lũ tiểu mãn, xâm nhập mặn, giúp điều tiết nước hợp lý, thích ứng với thực tế từng khu vực. Ví dụ, từ 2019 đến 2021, công tác cấp nước đổ ải, gieo cấy vụ đông xuân tại các tỉnh trung du và đồng bằng Bắc Bộ đã tiết kiệm 1,4 đến 1,8 tỷ m3 nước mỗi năm nhờ điều tiết hợp lý, đảm bảo diện tích gieo cấy và duy trì dòng kỹ thuật tối thiểu cho sông ngòi hạ du.

Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi cho biết cả nước hiện có hơn 7.300 đập, hồ chứa thủy lợi, với tổng dung tích khoảng 15,2 tỷ m3. Tuy nhiên, chỉ 28% số hồ được lập quy trình vận hành, và 17% số hồ được lắp thiết bị quan trắc khí tượng thủy văn chuyên dụng.

Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Nguyễn Hoàng Hiệp cho rằng việc vận hành hồ thủy lợi hiện nay nhấn mạnh yếu tố đa mục tiêu. Hồ chứa thủy lợi không chỉ phục vụ sản xuất nông nghiệp mà còn phục vụ các ngành khác, không chỉ có chức năng tích nước, xả nước, tưới nước mà còn phục vụ hoạt động kinh tế. Ngoài ra, hồ thủy lợi phải đảm bảo sự an toàn, hồ có dung tích cắt lũ phải vận hành để cắt lũ…

"Bão số 3 năm 2024 là câu chuyện lớn trong vận hành hồ chứa, đặc biệt là hồ chứa liên vùng. Rất nhiều vấn đề đặt ra trong các quyết định và cách vận hành hồ chứa thủy lợi hiện nay để đảm bảo đa mục tiêu, vận hành hiệu quả và để hồ chứa thực sự là linh hồn của thủy lợi", Thứ trưởng Nguyễn Hoàng Hiệp cho biết.

Công nghệ và dữ liệu là chìa khóa tối ưu hóa

Theo Thứ trưởng Nguyễn Hoàng Hiệp, nhiều hồ đã tồn tại hàng chục năm nhưng chưa có quy định rõ ràng về thời điểm dừng khai thác, trong khi dung tích thực tế và thiết kế chênh lệch lớn – có hồ tăng gấp đôi, nhưng cũng có hồ chỉ còn một nửa. Ông Hiệp nhấn mạnh: "Việc cảnh báo sớm, cảnh báo xa còn yếu và cần được đầu tư bằng khoa học công nghệ".

Ngành thủy lợi không chỉ điều hành nguồn nước theo mùa vụ mà còn tính đến các tình huống cực đoan. Ông Lương Văn Anh chia sẻ: "Lũ bất thường hay hạn kéo dài đều được mô phỏng trước bằng mô hình toán, giúp giảm áp lực ra quyết định trong thời điểm khẩn cấp." Khả năng hỗ trợ cảnh báo sớm cũng được cải thiện nhờ mô hình dự báo thời điểm và lưu lượng nước về hồ, cho phép phát hành lệnh điều tiết sớm, phối hợp với chính quyền hạ du để giảm thiệt hại.

Không dừng lại ở các hồ thượng nguồn sông Hồng - Thái Bình, ngành thủy lợi triển khai các tuyến chuyển nước quy mô lớn như "Cửa Đạt - Sông Mực - Khu kinh tế Nghi Sơn", "Rào Trổ - Vực Tròn - ven biển Quảng Bình". Các công trình này được thiết kế dựa trên nghiên cứu thực địa, điều kiện khai thác và nhu cầu sử dụng, thay vì bó hẹp theo ranh giới hành chính. Hồ Đồng Mít (Bình Định), với dung tích gần 90 triệu m3, cấp nước cho 6.700 ha, là một ví dụ về hồ đa mục tiêu, vừa phục vụ nông nghiệp vừa đảm bảo sinh thái.

Bài toán chuyển nước liên vùng, liên lưu vực càng trở nên cấp bách tại Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung, nơi thường xuyên thiếu nước mùa khô. Chuyển nước không chỉ là giải pháp bảo vệ mà còn là cấu hình dài hạn của hệ thống thủy lợi hiện đại, phục vụ đa ngành.

Ngành thủy lợi đang triển khai chuyển đổi số toàn diện, từ khai thác dữ liệu đến xây dựng hệ sinh thái điều hành thông minh. Ông Lương Văn Anh khẳng định: "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." Kiến trúc chuyển đổi số bao gồm 4 tầng: hạ tầng số, nền tảng dữ liệu, công nghệ, và dịch vụ điều hành. Dữ liệu từ hàng trăm hồ chứa, trạm đo mưa, SCADA, camera, và UAV được cập nhật thời gian thực, lưu trữ tập trung.

Ở tầng ứng dụng, các mô hình như bản sao số (Digital Twin), MIKE Flood, TELEMAC, và hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) được tích hợp để điều hành kiệt, cảnh báo xâm nhập mặn, hạn hán. Các địa phương như Bắc Giang, Ninh Thuận, Hà Tĩnh đang thí điểm chuyển đổi, từ vận hành đơn mục tiêu sang đa mục tiêu, hướng tới cung cấp dịch vụ thủy lợi bền vững. Ông Văn Anh cho biết: "Chúng tôi tiến tới tự động hóa một phần vận hành hồ, với mô hình tối ưu hóa từng giờ, đề xuất lệnh điều tiết và gửi cảnh báo qua hệ thống".

Những dịch vụ điều hành cũng được số hóa, từ cấp phép khai thác nước, bảo trì công trình, đến giám sát lưu lượng và thanh toán dịch vụ. Người dân có thể truy cập ứng dụng di động để xem lịch tưới, nhận cảnh báo sự cố, hoặc thông báo mực nước kênh. "Chúng tôi kỳ vọng người dân không chỉ thụ hưởng mà còn tham gia vận hành. Phản hồi từ hiện trường giúp điều chỉnh mô hình và xây dựng kịch bản phù hợp", ông Văn Anh chia sẻ.

Đỗ Hương