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

Điều tiết nguồn nước theo thời gian thực

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 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 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. 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 nói.

Trước đây, các hồ chứa hoạt động tương đối độc lập. Việc phân tích nước còn 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 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.

“Chúng tôi không chỉ điều hành nguồn nước theo mùa vụ mà còn tính đến các vấn đề cực đoan. Lũ bất thường hay hạn kéo dài đều được mô phỏng trước bằng mô hình toán, giúp giảm tải áp lực ra quyết định trong thời điểm khẩn cấp”, ông Văn Anh chia sẻ.

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.

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.

“Chúng tôi không đặt mục tiêu trên giấy. Mỗi tuyến dẫn nước được đề xuất đều phải chứng minh tính khả thi qua mô phỏng dòng chảy, khảo sát địa hình và kết nối thực tế với mạng lưới hiện hữu”, lãnh đạo Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi nói thêm.

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. 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.

Từ phân tích dữ liệu đến hệ sinh thái điều hành thông minh

Việc mô phỏng vận hành liên hồ chứa chỉ là một phần trong bức tranh 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", Phó Cục trưởng Lương Văn Anh nhấn mạnh.

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.

“Chúng tôi 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”, ông Văn Anh cho biết.

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.

“Chúng tôi 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 chúng tôi điều chỉnh mô hình và xây dựng kịch bản phù hợp hơn”, ông Văn Anh chia sẻ thêm.

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. Không chỉ ứng phó với biến đổi khí hậu, hệ thống này còn góp phần tái định hình ngành thủy lợi theo hướng hiệu quả hơn, minh bạch hơn và gần hơn với nhu cầu thực tế của cộng đồng.