Hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu nước cho một trong những khu vực sản xuất nông nghiệp trọng điểm của vùng Đồng bằng Bắc Bộ. Không những vậy, trong xu thế chung về phát triển đô thị, dân cư và nhiều ngành kinh tế khác khiến cho yêu cầu và tính chất tiêu thoát nước trên hệ thống có sự thay đổi đáng kể. Dưới tác động của biến đổi khí hậu và diễn biến thời tiết cực đoan, trong những năm vừa qua tính trạng mưa gây úng thường xuyên xảy ra trên hệ thống. Thực tế vận hành hệ thống tiêu trong những năm qua cho thấy rất nhiều vấn đề phức tạp nảy sinh, trong đó có việc vận hành tiêu nước đệm hợp lý để đảm bảo yêu cầu tiêu thoát kịp thời mà không gây lãng phí về chi phí vận hành hệ thống. Như vậy, giải quyết bài toán tiêu úng cho hệ thống Bắc Nam Hà phải xử lý được hai vấn đề chính là đảm bảo các đối tượng trong hệ thống không bị ngập úng và duy trì lớp nước đệm trong hệ thống kênh hợp lý.

Việc duy trì lớp nước đệm trong hệ thống hợp lý sẽ giúp cho việc vận hành tiêu nước hiệu quả, tránh lãng phí chi phí vận hành công trình tiêu. Do đó, cần nghiên cứu quy trình vận hành tiêu nước đệm hợp lý vừa giảm được ngập úng và cũng tránh việc lãng phí trong vận hành. Để đáp ứng yêu cầu này, cơ sở để ra quyết định vận hành tiêu nước hợp lý theo các tình huống thực tế cần dựa trên hai giai đoạn, bao gồm diễn biến thời gian thực của các yếu tố mưa, ngập úng đến thời điểm hiện tại và dự báo mưa, dòng chảy lũ cho thời đoạn tiếp theo. Từ thực tế trên, nhóm nghiên cứu của TS. Lê Viết Sơn tại Viện quy hoạch thủy lợi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dự báo tình hình ngập úng trên hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà nhằm hỗ trợ ra quyết định vận hành bơm tiêu nước theo thời gian thực” từ năm 2019 đến năm 2021.

Mục tiêu của đề tài là nhằm đánh giá tình hình mưa gây úng, thực trạng úng ngập và thực trạng vận hành tiêu nước của hệ thống Bắc Nam Hà; xây dựng được bộ công cụ mô hình toán, công nghệ dự báo và bộ cơ sở dữ liệu phục vụ dự báo tình hình mưa, ngập úng theo diễn biến thực tế trên hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà tạo cơ sở hỗ trợ ra quyết định vận hành tiêu nước đệm hợp lý và tiêu nước chống úng ngập cho hệ thống; và đề xuất điều chỉnh quy trình vận hành bơm tiêu nước đệm nhằm chủ động giảm ngập úng đồng thời tiết kiệm chi phí bơm tiêu cho hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà.

Đề tài đã tiến hành ứng dụng các công nghệ về dự báo mưa, tính toán, dự báo ngập úng và giải pháp tích hợp các công nghệ để hỗ trợ vận hành tiêu nước theo thời gian thực, với một số kết quả chính như sau:

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo mưa có độ phân giải cao 3km x 3km để dự báo mưa cho hệ thống Bắc Nam Hà, kết quả dự báo đạt được mức tương quan ở ngưỡng 40-60% với sai số RMSE cho lượng mưa dự báo tích luỹ ngày dao động khoảng 15- 20mm tại hạn 24h. Mô hình có kĩ năng dự báo tốt ở các ngưỡng dưới 50mm/24h cho các hạn đến 72h. Mô hình có độ phân giải cao cho thấy có sự cân bằng trong dự báo định lượng mưa, không dự báo quá thiên cao tại những ngưỡng mưa nhỏ và thiên thấp trong những ngưỡng mưa lớn như mô hình toàn cầu, qua đó cho thấy tính ứng dụng cao cho bài toán dự báo thủy văn phục vụ vận hành tiêu nước trên khu vực Bắc Nam Hà.

- Nghiên cứu đã sử dụng mô hình dự báo tiêu nước (mô hình PCSWMM) để mô phỏng ngập úng hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà. Kết quả mô phỏng, hiệu chỉnh mô hình với trận mưa trong tháng 10/2017. Nghiên cứu đã xây dựng kết nối 1 chiều và 2 chiều trong mô hình PCSWMM, kết quả đã xây dựng bản đồ ngập úng tương ứng với trận mưa tháng 10/2017, đã mô phỏng diễn biến trận mưa từ 13/10 đến 21/10 trên hệ thống Bắc Nam Hà. Kết quả nghiên cứu phục vụ dự báo ngập lụt úng, kết quả tính toán mực nước và bản đồ ngập từ mô hình có thể được sử dụng phục vụ công tác chỉ đạo điều hành tiêu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp.

- Nghiên cứu đã tiến hành xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định vận hành tiêu nước theo thời gian thực. Hệ thống tự động đọc các dữ liệu đầu vào cần thiết cho mô hình  PCSWMM; tự động kích hoạt mô hình PCSWMM vận hành, tính toán với các dữ liệu đã được cung cấp; tự động trích xuất kết quả tại các vị trí đã được xác định trước và tự động chuyển kết quả tính toán vào hệ thống WEBGIS để người dùng có thể xem, khai thác, sử dụng. Hệ thống DSS phục vụ dự báo ngập úng và vận hành tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà cập nhật số liệu theo bước thời gian là 2 giờ và và thời gian dự báo là 72 giờ tới (3 ngày).

- Nghiên cứu đã tiến hành xây dựng hệ thống WEBGIS để hiện thị các dữ liệu thực đo và các kết quả dự báo về lượng mưa, mực nước, kế hoạch vận hành bơm tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà. Đây là kết quả của việc tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính từ các nguồn dữ liệu là các trạm đo, trạm quan trắc; đồng thời thể hiện được kết quả dự báo được trích xuất từ hệ thống hỗ trợ ra quyết định. Kết quả dự báo ngập úng thể hiện các số liệu thực đo và dự báo dưới dạng bản đồ, biểu đồ trực tiếp trên nền bản đồ và cập nhật liên tục theo thời gian thực.

- Quy trình vận hành hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà được ban hành năm 2016 có nội dung chặt chẽ, khoa học và phù hợp với thực tiễn. Để góp phần hoàn thiện quy trình, nghiên cứu lần này đề xuất cụ thể hóa về mực nước cần duy trì khi bơm tiêu nước đệm trong 3 trường hợp là mưa vừa (đến 50mm/ngày), mưa to (50-100mm/ ngày) và mưa rất to >100mm/ngày cho từng thời kỳ sinh trưởng của cây lúa là mới cấy, lúa đẻ nhánh và lúa đã trưởng thành.

Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với trường hợp mưa vừa, mực nước đệm cần duy trì tại bể hút các trạm bơm trong thời kỳ lúa mới cấy là 0,3-0,5m, như quy định hiện nay; thời kỳ lúa đẻ nhánh và thời kỳ lúa đã trưởng thành chỉ cần duy trì mực nước đệm ở mức 0,6-0,7m (cao hơn quy định hiện nay từ 0,2-0,3m). Đối với trường hợp mưa to trong thời kỳ lúa mới cấy, mực nước đệm cần duy trì tại bể hút các trạm bơm là tương tự như quy định tại quy trình 5470, đối với thời kỳ lúa đẻ nhánh duy trì mực nước cao hơn quy định hiện nay khoảng 0,1m. Đối với trường hợp mưa rất to duy trì mực nước đệm như quy định hiện nay.

Tính mới của đề tài này là áp dụng các công nghệ tiên tiến hiện có để nâng cao chất lượng quan trắc và dự báo mưa làm đầu vào cho việc tính toán thuỷ văn thuỷ lực và ứng dụng mô hình thuỷ văn kết hợp thuỷ lực để nghiên cứu chế độ dòng chảy cho khu vực chịu tác động lớn của các công trình do con người tạo ra là hệ thống thuỷ lợi Bắc Nam Hà.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21134/2021) tại Cục Thông tin, Thống kê.

N.P.D (NASTIS)