Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng tác động sâu sắc và hệ thống sông quốc tế xuất hiện nhiều biến động khó lường, việc dự báo dòng chảy mùa cạn trên sông Hồng, đặc biệt từ phần thượng nguồn nằm ngoài lãnh thổ Việt Nam trở thành yêu cầu cấp bách để đảm bảo an ninh nguồn nước và vận hành hiệu quả các hồ chứa.
Từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Nguyễn Tiền Giang (trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) triển khai đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp, công nghệ dự báo dòng chảy mùa cạn, thời hạn 10 ngày, tháng, mùa đến biên giới Việt - Trung” trong 36 tháng (01/2023 - 12/2025), thuộc Chương trình 562 của Bộ KH&CN.
Toàn cảnh Hội thảo khoa học giới thiệu các kết quả của Đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp, công nghệ dự báo dòng chảy mùa cạn, thời hạn 10 ngày, tháng, mùa đến biên giới Việt - Trung”. (Ảnh: Bộ KH&CN)
Xây dựng nền tảng dữ liệu và công nghệ dự báo hiện đại cho sông Hồng
Hệ thống sông Hồng - Thái Bình là lưu vực lớn thứ hai của Việt Nam, đóng vai trò chiến lược về kinh tế, chính trị và an ninh nguồn nước. Tuy nhiên, do hơn một nửa lượng dòng chảy mùa cạn trên lưu vực nằm trong lãnh thổ Trung Quốc, công tác dự báo gặp nhiều thách thức vì thiếu số liệu khí tượng thủy văn thượng nguồn, trong khi hoạt động vận hành hàng loạt hồ thủy điện phía Trung Quốc liên tục thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên.
Các mô hình mưa, dòng chảy truyền thống không còn phù hợp. Bài toán đặt ra là: Làm thế nào để dự báo chính xác khi gần như không có dữ liệu thượng nguồn?
Xuất phát từ yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu đã tiếp cận vấn đề bằng tổ hợp phương pháp hiện đại: Sử dụng dữ liệu viễn thám, ảnh vệ tinh, dữ liệu tái phân tích và mô hình thủy văn - kết hợp cùng các thuật toán máy học tiến tiến. Không chỉ dự báo, nhóm còn xây dựng được bộ dữ liệu đầy đủ đầu tiên về phần thượng lưu sông Hồng thuộc lãnh thổ Trung Quốc, vốn là khoảng trống kéo dài trong nhiều năm qua của ngành tài nguyên nước Việt Nam.
Từ những luận giải đó, đề tài đặt ra ba mục tiêu chính: Xây dựng được bộ dữ liệu về điều kiện địa lý tự nhiên, hệ thống các hồ chứa chính (đặc tính, quy trình vận hành…) phần thượng lưu vực sông Hồng thuộc tỉnh Vân Nam, Trung Quốc; Đánh giá được sự thay đổi chế độ thủy văn phần thượng lưu vực sông Hồng dưới tác động của biến đổi khí hậu và hệ thống các hồ chứa chính thuộc Trung Quốc; Xây dựng được phương pháp, công nghệ dự báo dòng chảy mùa cạn thời hạn trung bình 10 ngày, tháng, mùa đến biên giới Việt Trung; áp dụng thí điểm cho một tiểu lưu vực cụ thể (thuộc lưu vực sông Hồng). Định hướng giải pháp giảm thiểu thiệt hại do biến đổi dòng chảy mùa cạn cũng được đề xuất dựa trên phân tích toàn diện từ bảy nội dung nghiên cứu.
Trọng tâm của nghiên cứu là tái hiện điều kiện tự nhiên, hệ thống hồ chứa, biến động mực nước - diện tích hồ và thay đổi chế độ thủy văn dưới tác động của phát triển kinh tế - xã hội cũng như biến đổi khí hậu. Nhóm phát triển nền tảng WebGIS để lưu trữ, mô phỏng và trực quan hóa dữ liệu theo thời gian thực, hỗ trợ tra cứu, phân tích và vận hành hồ chứa. Công cụ này cho phép truy cập trực tuyến, sử dụng dữ liệu mở và hoàn toàn không phụ thuộc vào bản quyền phần mềm thương mại.
Tổ hợp thuật toán học máy nâng cấp độ chính xác dự báo mùa cạn
Trong quá trình triển khai, nhóm đã ứng dụng các loại ảnh vệ tinh độ phân giải cao (Sentinel, Landsat, MODIS và ảnh NICFI 5m), kết hợp dữ liệu đo cao vệ tinh để xác định diện tích mặt nước và diễn biến mực nước hồ chứa ở thượng nguồn - nơi Việt Nam không có số liệu quan trắc trực tiếp. Quy trình này được kiểm định tại một số hồ thuộc Việt Nam trước khi mở rộng sang 15 hồ chứa chính vùng Vân Nam (Trung Quốc), cho phép tính toán biến động trữ lượng và dòng xả theo thời gian.
Song song với đó là hệ thống mô hình dự báo mưa nội mùa và mùa dành riêng cho thượng lưu sông Đà - khu vực thượng nguồn quan trọng nhất của hệ thống sông Hồng. Các mô hình cho phép dự báo lượng mưa với thời hạn 90 - 180 ngày, bước thời gian 10 - 30 ngày, tạo đầu vào cho mô phỏng dòng chảy mùa cạn.
Đặc biệt, nhóm đã phát triển bộ mô hình dự báo dòng chảy dựa trên tổ hợp hơn 10 thuật toán máy học và mô hình thủy văn vật lý, cho ra đời 3 mô hình dự báo tối ưu ở các hạn 1 tháng, 3 tháng và 6 tháng, cũng như một mô hình lai ghép kết hợp dữ liệu - vật lý. Các mô hình này cho phép tính toán lưu lượng trung bình 10 ngày - một yêu cầu bắt buộc trong Quy trình vận hành liên hồ chứa sông Hồng ban hành theo Quyết định 740/QĐ-TTg.
Đo số liệu lưu lượng dòng chảy thượng nguồn sông Đà tại Pắc Ma, Mường Tè, Lai Châu phục vụ nghiên cứu Đề tài. (Ảnh: KH&CN)
PGS.TS. Nguyễn Tiền Giang cho biết, việc ứng dụng học máy trong dự báo dòng chảy đã mang lại “kết quả bước đầu đầy khích lệ, độ chính xác vượt trội so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt hiệu quả trong điều kiện thiếu hụt dữ liệu”. Bộ công nghệ dự báo dòng chảy mùa cạn đang được hiệu chỉnh, kiểm định và sẽ sớm đưa vào thử nghiệm thực tế, hứa hẹn mở ra hướng tiếp cận mới trong quản lý tài nguyên nước xuyên biên giới.
Đề tài cũng có ý nghĩa nền tảng trong hoạch định chiến lược an ninh nguồn nước. Lần đầu tiên, Việt Nam có thể ước tính, mô phỏng và dự báo dòng chảy thượng nguồn sông Hồng nằm ngoài lãnh thổ, dù không có sự chia sẻ dữ liệu từ Trung Quốc - điều mà nhiều quốc gia có sông quốc tế vẫn đang phải thực hiện để chủ động trong công tác điều hành.
Các kết quả sẽ góp phần hoàn thiện cơ sở dữ liệu sông Hồng; hỗ trợ vận hành hồ chứa, phân bổ nguồn nước, ứng phó hạn hán ở đồng bằng sông Hồng; và cung cấp luận cứ khoa học cho các nghiên cứu hoặc đàm phán sau này liên quan đến hợp tác quản lý lưu vực sông Hồng.
Với cách tiếp cận bài bản, công nghệ hiện đại và dữ liệu được phát triển độc lập, đề tài đánh dấu bước tiến quan trọng trong nỗ lực “làm chủ” thông tin thượng nguồn và nâng cao năng lực dự báo, điều hành tài nguyên nước trên lưu vực sông Hồng. Khi được ứng dụng rộng rãi, các kết quả nghiên cứu không chỉ phục vụ nhiệm vụ khoa học mà còn tạo tiền đề cho phát triển bền vững vùng đồng bằng Bắc Bộ trong bối cảnh thách thức nguồn nước ngày càng gia tăng.
