Nghiên cứu đề xuất bộ công cụ mô hình toán dự báo tài nguyên nước mặt, nước dưới đất phù hợp với điều kiện lưu vực sông ở Việt Nam

Tài nguyên nước luôn giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia đặc biệt trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa như nước ta hiện nay. Mặc dù là tài nguyên có thể tái tạo, song tài nguyên nước của mỗi quốc gia vẫn chỉ là hữu hạn. Trong những năm gần đây, tài nguyên nước diễn biến ngày càng phức tạp theo những chiều hướng bất lợi. Do chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như biến đổi khí hậu, khai thác quá mức, chặt phá rừng đầu nguồn... nên các vấn đề về hạn hán, xâm nhập mặn xuất hiện ở nhiều nơi và xảy ra thường xuyên hơn. Những vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sinh hoạt, sản xuất của cộng đồng và là vấn đề của toàn xã hội. Có thể nói, công tác dự báo tài nguyên nước có tầm quan trọng đối với sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng và đặc biệt trong công tác chủ động phòng tránh thiên tai do nước gây ra.

Công tác dự báo tài nguyên nước có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công tác quản lý và quy hoạch tài nguyên nước (phân bổ, chia sẻ tài nguyên nước). Trong nhiều năm qua, được sự quan tâm của Đảng và nhà nước công tác dự báo thủy văn phục vụ phòng chống lũ lụt, hạn hán đã được tổ chức thực hiện trên hầu hết các hệ thống sông lớn của nước ta và đã có những đóng góp quan trọng cho sự nghiệp giải phóng đất nước và phát triển kinh tế. Từ những năm 1980 công tác dự báo thủy văn phục vụ chuyên ngành được nhà nước cho phép thực hiện trong khuôn khổ các Hợp đồng kinh tế giữa Ngành Khí tượng Thủy văn và các ngành sử dụng thông tin dự báo có liên quan đã cho thấy hiệu quả kinh tế trong sử dụng thông tin liên quan đến số lượng tài nguyên nước mặt.

Hiện nay, vấn đề dự báo tài nguyên nước (nước mặt và nước dưới đất) đã được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Pháp, Đan Mạch, Trung Quốc, Hà Lan, các quốc gia đã ứng dụng thành công các công cụ mô hình như: NAM, TANK, TOPMDEL, SWAT(Mỹ), DIMOSOP (Italia), HBV (Thụy điển); mô hình thủy động lực học như HEC, các mô hình họ Mike; mô hình cân bằng nước MIKE BASIN, MITSIM, IQQM; mô hình dự báo nước dưới đất: ANN, WETSPA (Bỉ), mô hình MT3D, Modflow... để dự báo diễn biến tài nguyên nước.

Công tác dự báo tài nguyên nước là một bài toán khó mang tính chất liên hoàn và phức tạp thể hiện mối liên quan chặt chẽ giữa các yếu tố khí tượng, khí hậu, hải văn, khai thác sử dụng nước với nguồn nước mặt, nước dưới đất.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS. Thân Văn Đón thực hiện Nghiên cứu đề xuất bộ công cụ mô hình toán dự báo tài nguyên nước mặt, nước dưới đất phù hợp với điều kiện lưu vực sông ở Việt Nam với mục tiêu: Xác định được bộ công cụ mô hình toán để dự báo tài nguyên nước mặt, nước dưới đất phù hợp với điều kiện từng lưu vực sông chính ở Việt Nam; Áp dụng thử nghiệm cho một lưu vực sông điển hình.

Từ những năm 1960 của thế kỷ XX, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, các mô hình thống kê phân tích chuỗi theo thời gian, các mô hình thủy văn tính toán dòng chảy từ mưa, mô hình đường lũ đơn vị, mô hình diễn toán dòng chảy trong sông, mô hình điều tiết hồ chứa và tính toán cân bằng nước phát triển rất mạnh. Việc ứng dụng các mô hình tính toán mô phỏng lại dòng chảy trên lưu vực, tính toán dòng chảy tại những vùng không có số liệu quan trắc và kéo dài số liệu đã trở nên phổ biến. Nhiều mô hình mô phỏng tính toán cân bằng nước, các khung hỗ trợ quản lý tổng hợp và dự báo tiềm năng nguồn nước đã được đầu tư nghiên cứu và áp dụng cho các lưu vực sông lớn trên thế giới như hồng Hoàng Hà, sông Trường Giang (Trung Quốc), sông Missisipi, Colorado, Missouri, Phía tây bắc Ohio (Mỹ)…

Công trình “Đánh giá tài nguyên nước và nguồn nước trên thế giới” (Assessment of water resources and water availability in the world) thuộc chương trình “Đánh giá toàn diện về các nguồn tài nguyên nước ngọt trên thế giới” (Comprehensive assessment of the fresh water resources in the world) do giáo sư I.A. Shiklomanov, Viện Thủy văn Liên bang Nga thực hiện năm 1997. Dựa trên số liệu của 2400 trạm quan trắc Khí tượng Thủy văn toàn thế giới với thời gian quan trắc từ 5 đến 178 năm, tác giả đã đưa ra đánh giá về tổng lượng nước trên trái đất, hệ số biến động cũng như số lượng nước sẵn có trên các lục địa. Công trình cũng đưa ra các dạng phân bố dòng chảy trong năm, xu thế biến đổi của tổng lượng tài nguyên nước theo chu kỳ nhiều năm của một số lưu vực điển hình. Từ năm 1980 - nay, tại nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Pháp, Đan Mạch, Trung Quốc, Hà Lan đã ứng dụng các mô hình thủy động lực học như mô hình thủy lực 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều, họ mô hình HEC, các mô hình họ Mike, mô hình cân bằng nước như MIKE BASIN, MITSIM, các mô hình thủy văn thông số tập trung như NAM, TANK, mô hình thủy văn thông số phân bố như TOPMDEL (Mỹ), DIMOSOP (Italia), HBV (Thụy điển), WETSPA (Bỉ)… mô phỏng, tính toán, dự báo dòng chảy trên hệ thống sông.

Đề tài Nghiên cứu đề xuất bộ công cụ mô hình toán dự báo tài nguyên nước mặt, nước dưới đất phù hợp với điều kiện lưu vực sông ở Việt Nam đã đạt được các kết quả như sau:

Phân tích, lựa chọn và đề xuất công cụ mô hình tính toán liên quan đến TNN phục vụ các mục đích nghiên cứu của đề tài đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và được đánh giá lựa chọn thông qua các tiêu chí đánh giá lựa chọn của nhóm nghiên cứu.Trong bối cảnh chúng ta đang từng bước hoàn thiện các quy định pháp luật để nâng cao hiệu quả về dự báo, cảnh báo, quy hoạch tài nguyên nước hiệu quả thì những đề xuất của nhóm nghiên cứu về bộ mô hình tương ứng để tính toán với những đánh giá cụ thể nhằm lượng hóa hiệu quả trong quy hoạch tài nguyên nước được nâng cao.

Theo đặc điểm của các mô hình toán thủy văn, nhóm tác giả đã nghiên cứu nhóm tiêu chí và đề xuất tiêu chí lựa chọn mô hình dự báo thủy văn dựa trên các tiêu chí được thiết lập qua kinh nghiệm và nghiên cứu của Baker và Carder, 1976 bao gồm 6 tiêu chí: 1. Tính dễ sử dụng của mô hình; 2 Khả năng số liệu; 3. Khả năng của mô hình; 4. Khả năng đối với các hoạt động quản lý rừng; 5. Khả năng áp dụng cho các vùng địa lý khác nhau; 6. Độ chính xác của dự báo.

Tương tự đối với mô hình cân bằng nước và diễn toán dòng chảy, nhóm tác giả đã nghiên cứu nhóm tiêu chí của đề xuất tiêu chí lựa chọn mô dựa trên các tiêu chí được thiết lập qua kinh nghiệm và nghiên cứu của Mr. Rick Walls, 2007 có liên quan như sau: 1. Khả năng diễn toán dòng chảy mùa khô và mùa lũ; 2. Giao diện mô hình; 3. Quản lý kịch bản; 4. Dịch vụ và hỗ trợ khách hàng; 5. Giá cả; 6. Dễ sử dụng; 7. Tốc độ tính toán.

Đề tài đã triển khai phân tích, đánh giá và đề xuất bộ mô hình nước mặt: (1). Mưa rào - Dòng chảy (thủy văn); (2). Cân bằng nước; (3). Diễn toán dòng chảy (thủy lực). Quá trình đề xuất được thực hiện dựa trên việc định tính (bộ tiêu chí đánh giá) và định lượng (bộ công cụ AHP đánh giá trọng số tiêu chí) đưa ra kết quả đề xuất công cụ mô hình phù hợp tính toán TNN đối với từng lưu vực sông.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18567/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)