Nghiên cứu kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình số trị xây dựng kịch bản dòng chảy lũ về hồ chứa phục vụ phòng tránh và giảm nhẹ ảnh hưởng hạ du trong trường hợp sự cố
Việc dự báo dòng chảy lũ về hồ chứa trên thế giới đã có những mô hình và phương thức kết hợp ở rất nhiều mức độ khác nhau. Trong khi đó, tại Việt Nam, tính toán dòng chảy lũ chủ yếu dựa trên các trạm quan trắc trực tiếp tại hồ, dự báo lượng mưa, thông số khí tượng, khí hậu. Trên thực tế, con số ước tính chính ác thường chỉ được tính cho các kịch bản cụ thể. Tức là, tương ứng lượng mưa trong khoảng cho trước thì sẽ có một lưu lượng nước về hồ với điều kiện cố định bề mặt lớp phủ và mô hình số độ cao, điều kiện nhiệt độ đã định sẵn. Các kịch bản này là cơ sở để điều tiết nước cho các hồ chứa. Tuy nhiên, với hiện trạng lớp phủ thay đổi đặc biệt là trên các lưu vực sông lớn thì các thông số của mô hình thủy lực cũng thay đổi. Chưa kể đó là lượng mưa theo kịch bản không thể bám sát được hết các trường hợp trong thực tế. Vì thế, việc thay đổi phương thức ước tính dòng chảy lũ, nâng cao chất lượng các kịch bản dòng chảy là hết sức cần thiết.
Trong những năm gần đây, với việc dữ liệu viễn thám miễn phí như Landsat8 và Sentinel 1, Sentinel 2 và các loại ảnh khác đang trở nên dễ tiếp cận và ử lý hơn thì việc cập nhật bản đồ lớp phủ đang trở nên dễ dàng hơn tạo điều kiện để nâng cao chất lượng đầu và độ chính ác đầu ra của mô hình 5 số trị. Chính do đó, nghiên cứu phương pháp cập nhật dữ liệu lớp phủ từ các loại dữ liệu viễn thám miễn phí và giá rẻ phục vụ cho tính toán mô hình số trị là hết sức cần thiết. Điều này vốn đã được Hoa Kỳ thực hiện trong dự án NSIP nhưng ở điều kiện về khoa học công nghệ và tài chính khác hoàn toàn chúng ta. Công nghệ viễn thám cho phép ác định hầu hết các thông số đầu vào của mô hình thủy văn (mô hình số địa hình (DEM), ác định và cập nhật thông tin sử dụng đất/ lớp phủ (Landuse/landcover), Thổ nhưỡng (Soil), bốc thoat hơi nước (Evaporation), lượng mưa gần thời gian thực (Rainfall)) nh m /dự báo/mô phỏng dòng chảy đầu nguồn; Đến nay, có nhiều công trình sử dụng mô hình thủy văn ác định dòng chảy trên sông, tuy nhiên chưa có số liệu cập nhật biến động lớp phủ và ác định lượng mưa gần thời gian thực nhằm tăng tính hiệu quả của số liệu đầu vào.
Hai thông số cần thiết xác định liên quan đến biến động dòng chảy từ tư liệu viễn thám là lớp phủ và lượng mưa. Để tính toàn lượng nước về hồ chứa, các nước phát triển thường dùng mô hình SWAT, MikeSHE hay GeoSFM (USGS). Khả năng sử dụng mô hình MikeSHE (DHI) hoặc SWAT cho phép dự báo dòng chảy đầu nguồn rất hữu dụng và đang được sử dụng hiện tại trong lĩnh vực tài nguyên nước tại Việt Nam. Các loại dữ liệu dự báo mưa từ dữ liệu vệ tinh đang trở nên phổ biến và dễ tiếp cận với tần suất ngày càng lớn có thể đạt tới 1h một bản tin. Do đó một yêu cầu cấp thiết đặt ra là kết hợp số liệu này với số liệu đo đạc trực tiếp để nâng cao độ chính ác và mật độ dữ liệu lượng mưa. Ngoài ra, các số liệu radar vệ tinh quan trắc trái đất như Sentinel 2 và radar đo cao vệ tinh cung cấp nguồn thông tin rất giá trị về mực nước, vùng nước. Việc hai dữ liệu này được cung cấp miễn phí đã tạo điều kiện để kiểm định mô hình thủy lực và hiệu chỉnh mô hình thủy lực nâng cao độ chính ác kết quả mô phỏng. Do đó, đòi hỏi nghiên cứu phương thức kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình số trị theo chu trình mới không chỉ là một chiều như trước đây.
Từ những thực tế yêu cầu trên, ThS. Tạ Thị Vân Anh cùng các cộng sự tại Trung tâm Thông tin và Dữ liệu viễn thám - Cục Viễn thám quốc gia đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình số trị xây dựng kịch bản dòng chảy lũ về hồ chứa phục vụ phòng tránh và giảm nhẹ ảnh hưởng hạ du trong trường hợp sự cố”. Với sự khác biệt thay đổi độ nhám và dòng chảy lũ tại các vùng miền khác nhau bởi đặc trưng địa hình và lớp phủ, nên để có tính đại diện, đề tài dự kiến thực nghiệm gồm lưu vực 2 hồ chứa Đắk Ny 4 (Quảng Nam) và hồ chứa Bản Chát (Lai Châu).
Đề tài nghiên cứu này kết hợp kết quả đề tài “Nghiên cứu kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình thủy lực ây dựng kịch bản tài nguyên nước các hồ chứa trong trường hợp sự cố” kết thúc năm 2015 của Cục Viễn thám quốc gia để tạo nên một chu trình khép kín quản lý nguồn nước thượng và hạ lưu hồ chứa.
Đề tài đã hoàn thành được cơ bản các mục tiêu khoa học công nghệ đề ra đã đăng ký trong thuyết minh đề cương đề tài.
- Xây dựng được Quy trình kết hợp công nghệ viễn thám và mô hình số trị ác định dòng chảy về hồ chứa;
- Thiết lập bộ dữ liệu DEM thành lập từ BĐĐH, DEM ASTER đã chuẩn hóa tại 2 khu vực Bản Chát và Đắk Mi 4.
- Bản đồ lóp phủ mặt đất 2 thời kỳ tại 2 khu vực Bản Chát và Đắk Mi 4;
- 2 kịch bản tài nguyên nước dòng chảy lũ về hồ chứa tại 02 khu vực Bản Chát và Đắk Mi 4;
Thông qua việc thực hiện đề tài đã nâng cao được năng lực trình độ ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát tài nguyên nước nói chung, dòng chảy lũ về hồ chứa nói riêng của một số cán bộ kỹ thuật của Cục Viễn thám quốc gia, thêm được một số kinh nghiệm về kỹ thuật và định hướng kỹ thuật ử lý ảnh viễn thám trong giám sát tài nguyên nước, tăng thêm hiểu biết về việc cảnh báo ảnh hưởng tai biến thiên nhiên b ng công nghệ viễn thám trong điều kiện biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, trong thời gian gấp rút thực hiện, đề tài gặp phải một số khó khăn hạn chế cần cải thiện. Cụ thể: dữ liệu cho công tác thực nghiệm vẫn còn hạn chế bởi các dữ liệu viễn thám trong thực nghiệm chỉ là các dữ liệu thu thập được trên mạng Internet hoặc các loại ảnh kế thừa từ một số đề tài, dự án đã thực hiện tại Cục Viễn thám quốc gia; trong quá trình nghiên cứu, các cán bộ thực hiện đề tài chưa có sự liên lạc trao đổi thường uyên với các cơ sở nghiên cứu nước ngoài, mới chỉ dừng ở việc trao đổi thông tin ngắn hạn qua Hội thảo; số liệu thu thập không nhiều nên cần có thêm số liệu chi tiết và đa thời gian cho việc kiểm chứng mô hình cũng như hoàn thiện phương pháp, quy trình đề xuất.
Các kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng của ảnh viễn thám trong việc giám sát lưu vực sông. Tuy nhiên, cần mở rộng nghiên cứu áp dụng quy trình cho các hồ chứa nước trong lãnh thổ Việt Nam và quốc tế nếu có các số liệu đo đạc thực tế để đối sánh. Mở rộng nghiên cứu mô phỏng tài nguyên nước trong trường hợp sự cố cả các nhánh sông, lưu vực hồ chứa ngoài biên giới.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20045/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
