Quản lý, vận hành công trình thủy lợi: Chuyển từ kinh nghiệm sang dựa trên cơ sở dữ liệu

Hệ thống quan trắc, dữ liệu số và các công cụ dự báo đang từng bước làm thay đổi căn bản phương thức quản lý, vận hành các công trình thủy lợi ở Việt Nam. Không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại do hạn hán, xâm nhập mặn hay lũ lụt, nền tảng dữ liệu còn mở ra cách tiếp cận mới trong bảo đảm an ninh nguồn nước quốc gia trước những tác động ngày càng gay gắt của biến đổi khí hậu.

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi sâu sắc quy luật phân bố nguồn nước ở nước ta. Hạn hán, thiếu nước, xâm nhập mặn diễn biến nghiêm trọng hơn trong mùa khô, trong khi mưa lớn, lũ lụt cực đoan xuất hiện với tần suất ngày càng cao. Song song với đó, quá trình đô thị hóa, phát triển công nghiệp và làng nghề cũng làm gia tăng áp lực ô nhiễm lên nhiều hệ thống thủy lợi trọng điểm.

Ông Nguyễn Hồng Khanh, Phó Cục trưởng Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Môi trường).

Trong bối cảnh đó, theo ông Nguyễn Hồng Khanh, Phó Cục trưởng Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Môi trường), công tác quản lý thủy lợi không thể tiếp tục dựa chủ yếu vào kinh nghiệm như trước mà phải chuyển mạnh sang quản trị dựa trên dữ liệu và dự báo.

Dữ liệu trở thành "bộ não" của hệ thống thủy lợi

Hiện nay, Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi đang tổ chức giám sát, dự báo chất lượng nước tại 16 hệ thống công trình thủy lợi liên tỉnh trên phạm vi cả nước.

Thông qua các chỉ số như độ mặn, COD, BOD, DO..., cơ quan quản lý có thể xác định thời điểm phù hợp để mở cống lấy nước, điều tiết bổ sung dòng chảy hoặc triển khai các giải pháp cải thiện chất lượng nước. Dữ liệu này cũng hỗ trợ phát hiện, giám sát và xử lý các hành vi xả thải gây ô nhiễm hệ thống thủy lợi.

Đằng sau những bản tin giám sát, dự báo là cả một hệ thống thu thập, phân tích và xử lý dữ liệu được thực hiện liên tục bởi các đơn vị chuyên môn. Tại khu vực phía nam, Viện Kỹ thuật Biển ( thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam) là đơn vị được giao thực hiện nhiệm vụ giám sát, dự báo chất lượng nước trên các hệ thống thủy lợi trọng điểm như Dầu Tiếng, Cái Lớn-Cái Bé, Quản Lộ-Phụng Hiệp và Tứ giác Long Xuyên.

Các nhóm nghiên cứu định kỳ quan trắc hiện trường, phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước và ứng dụng mô hình MIKE 11 để dự báo diễn biến độ mặn, chất lượng nước trong ngắn hạn và trung hạn, từ đó hình thành các bản tin gửi tới cơ quan quản lý phục vụ công tác điều hành.

Cán bộ Viện Kỹ thuật Biển lấy mẫu nước phục vụ công tác giám sát, dự báo chất lượng nước tại hệ thống thủy lợi Dầu Tiếng.

Cùng với các chỉ tiêu truyền thống như độ mặn, ô nhiễm hữu cơ và vi sinh, công tác quan trắc hiện nay cũng từng bước mở rộng theo dõi dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tại các vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm, qua đó góp phần nhận diện sớm những nguy cơ ô nhiễm mới và hoàn thiện cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lâu dài.

Theo ông Phạm Văn Tùng, Viện trưởng Viện Kỹ thuật Biển, các bản tin không chỉ giúp cơ quan quản lý quyết định thời điểm lấy nước, đóng mở cống hay kiểm soát xâm nhập mặn, mà còn góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu dài hạn phục vụ quản lý nguồn nước. "Khoa học chỉ thực sự phát huy giá trị khi các kết quả quan trắc và dự báo được chuyển hóa thành quyết định điều hành kịp thời, giúp giảm thiểu rủi ro và sử dụng hiệu quả từng nguồn nước”, ông Tùng cho biết.

Thực tiễn tại các hệ thống Dầu Tiếng, Cái Lớn-Cái Bé và Quản Lộ-Phụng Hiệp cho thấy, các bản tin giám sát, dự báo chất lượng nước đã hỗ trợ đơn vị quản lý chủ động quyết định thời điểm lấy nước, đóng mở cống, điều tiết nguồn nước, kiểm soát xâm nhập mặn và hạn chế rủi ro do ô nhiễm nguồn nước trong quá trình vận hành công trình.

Theo ông Nguyễn Hồng Khanh, giá trị của hệ thống dữ liệu không chỉ nằm ở việc phục vụ vận hành hằng ngày mà còn tạo nên cơ sở khoa học để đánh giá hiện trạng, dự báo xu thế, xây dựng chính sách và quy hoạch đầu tư lâu dài.

Công tác quản lý thủy lợi phải chuyển từ ứng phó sang chủ động dựa trên dữ liệu và dự báo.

Ông Nguyễn Hồng Khanh, Phó Cục trưởng Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi (Bộ Nông nghiệp và Môi trường)

Điển hình, kết quả giám sát chất lượng nước đã trở thành một trong những nguồn dữ liệu quan trọng để xây dựng Đề án phát triển tổng thể hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải theo hướng đa mục tiêu, bảo vệ môi trường bền vững - mô hình được định hướng nhân rộng đối với nhiều hệ thống thủy lợi khác trong thời gian tới.

Chủ động dự báo để giảm thiểu thiệt hại

Một trong những minh chứng rõ nét nhất cho hiệu quả của tư duy quản lý mới là công tác phòng, chống hạn hán và xâm nhập mặn tại Đồng bằng sông Cửu Long.

Nếu như mùa khô 2015-2016 có khoảng 405.000ha đất sản xuất bị thiệt hại và hơn 210.000 hộ dân thiếu nước sinh hoạt thì đến mùa khô 2019-2020, mặc dù xâm nhập mặn còn nghiêm trọng hơn, diện tích lúa thiệt hại chỉ còn khoảng 58.400ha nhờ chủ động dự báo và điều chỉnh sản xuất.

Đến mùa khô 2024-2025, diện tích lúa bị ảnh hưởng chỉ còn khoảng 43ha. Những con số này cho thấy việc dự báo sớm và chuẩn bị từ trước đã góp phần giảm đáng kể thiệt hại do thiên tai gây ra.

Hệ thống cống Cái Lớn-Cái Bé góp phần kiểm soát xâm nhập mặn, điều tiết nguồn nước phục vụ sản xuất và dân sinh ở Đồng bằng sông Cửu Long.

Kết quả này không chỉ đến từ việc hoàn thiện các quy trình điều hành mà còn nhờ hệ thống giám sát, dự báo ngày càng chính xác. Theo các đơn vị chuyên môn, bản tin chất lượng nước và dự báo độ mặn được cập nhật thường xuyên đã giúp các địa phương chủ động điều chỉnh lịch thời vụ, tích trữ nước ngọt, vận hành các cống kiểm soát mặn và tổ chức lấy nước đúng thời điểm, qua đó giảm đáng kể thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp.

Theo ông Nguyễn Hồng Khanh, bài học thực tiễn cho thấy "chủ động từ sớm, từ xa thì thiệt hại giảm đi rất nhiều". Đây cũng chính là sự chuyển biến về tư duy, từ ứng phó sang phòng ngừa và thích ứng, lấy khả năng cung cấp của nguồn nước làm trung tâm để tổ chức sản xuất phù hợp theo tinh thần Nghị quyết số 120/NQ-CP của Chính phủ.

Điều hành thủy lợi bước vào thời kỳ số hóa

Cùng với sự phát triển của công nghệ số, phương thức vận hành hệ thống thủy lợi cũng đang thay đổi căn bản.

Phòng thí nghiệm Hóa-Môi trường của Viện Kỹ thuật Biển phân tích các mẫu nước phục vụ công tác giám sát, dự báo chất lượng nước.

Nếu trước đây việc điều hành chủ yếu dựa trên số liệu đo đạc thủ công và kinh nghiệm thì hiện nay nhiều công trình lớn đã được trang bị hệ thống quan trắc tự động kết hợp công nghệ viễn thám, cho phép cập nhật liên tục các thông số về mực nước, độ mặn và lưu lượng.

Các bản tin dự báo nguồn nước, hạn hán và xâm nhập mặn được xây dựng từ rất sớm, thậm chí trước mùa khô nhiều tháng, đồng thời liên tục cập nhật theo tuần và theo tháng. Nhờ đó, cơ quan quản lý có thể xây dựng các kịch bản điều hành, tối ưu hóa kế hoạch cấp nước, giảm lượng nước phải xả từ các hồ chứa thủy điện nhưng vẫn bảo đảm nhu cầu sản xuất.

Không chỉ hỗ trợ điều hành mùa khô, dữ liệu thời gian thực còn giúp nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong mùa mưa lũ.

Theo ông Nguyễn Hồng Khanh, tại các hồ chứa như Cửa Đạt, Ngàn Trươi-Cẩm Trang hay Tả Trạch, hệ thống quan trắc và dự báo đã giúp chủ động hạ thấp mực nước trước khi lũ về, góp phần giảm đỉnh lũ, bảo đảm an toàn cho vùng hạ du.

Trong các đợt xả nước phục vụ gieo cấy vụ đông xuân ở khu vực Trung du và Đồng bằng Bắc Bộ, số liệu quan trắc cũng giúp tính toán chính xác lượng nước cần xả, tránh lãng phí nguồn nước và nâng cao hiệu quả vận hành liên hồ chứa.

Hướng tới hệ thống thủy lợi thông minh

Theo lãnh đạo Cục Quản lý và Xây dựng công trình thủy lợi, trong thời gian tới ngành thủy lợi sẽ tiếp tục hoàn thiện thể chế, rà soát quy hoạch, đầu tư các công trình tích trữ và điều tiết nước, đồng thời coi chuyển đổi số là khâu đột phá để hiện đại hóa công tác quản lý.

Một trong những định hướng quan trọng là xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên ngành thống nhất; ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (Machine Learning) trong dự báo nguồn nước, hạn hán, xâm nhập mặn và hỗ trợ ra quyết định theo thời gian thực.

Ngành cũng sẽ từng bước triển khai mô hình "bản sao số" (Digital Twin) đối với các hệ thống thủy lợi và hồ chứa quan trọng, kết hợp cảm biến IoT, viễn thám, ảnh vệ tinh và nền tảng số dùng chung nhằm hình thành mô hình quản lý thông minh, minh bạch và hiệu quả hơn.

Nền tảng để hiện thực hóa mục tiêu này chính là hệ thống dữ liệu quan trắc được tích lũy trong nhiều năm qua tại các công trình thủy lợi trên cả nước. Khi dữ liệu ngày càng đầy đủ, liên tục và được chuẩn hóa, đây sẽ là "nguồn nhiên liệu" quan trọng để các mô hình AI và Digital Twin học hỏi, nâng cao chất lượng dự báo, mô phỏng các kịch bản vận hành và hỗ trợ cơ quan quản lý đưa ra quyết định chính xác, kịp thời hơn trước những diễn biến ngày càng phức tạp của nguồn nước.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, việc xây dựng hệ thống thủy lợi dựa trên dữ liệu số không chỉ là yêu cầu về công nghệ mà còn là điều kiện để bảo đảm an ninh nguồn nước, an toàn sản xuất và phát triển bền vững trong dài hạn.