Câu hỏi: Dự báo tài nguyên nước mặt, nước dưới đất trên thế giới và Việt Nam bằng những mô hình toán nào?
Trả lời:
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 (hạn hán thiếu nước, xâm nhập mặn, lũ lụt…).
Dự báo tài nguyên nước là một bài toán mang tính đa ngành, phức tạp, thể hiện mối liên quan chặt chẽ giữa các yếu tố khí tượng, tài nguyên nước mặt, nước dưới đất và hải văn.
Việc xác định và dự báo được diễn biến tài nguyên nước (nước mặt và nước dưới đất) cả về số lượng và chất lượng nước theo tháng, mùa, năm để thông báo và xây dựng kế hoạch phân bổ nguồn nước cho các hộ khai thác sử dụng 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.
Từ những năm của thập kỷ 80, thế kỷ 20 đến nay, nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Pháp, Đan Mạch, Trung Quốc, Hà Lan đã ứng dụng các công cụ mô hình như: các mô hình thủy văn thông số tập trung như NAM, TANK, mô hình thủy văn thông số phân bố như TOPMDEL, SWAT(Mỹ), DIMOSOP (Italia), HBV (Thụy điển); mô hình thủy động lực học như HEC, sự phát triển mạnh mẽ của các mô hình toán thủy văn đã đem lại một hướng mới cho công tác dự báo nguồn nước mặt. Các mô hình phân tích chuỗi thời gian, phân tích dòng chảy theo tần suất đã được phát triển và ứng dụng cho dự báo dài hạn nguồn nước, dự báo dòng chảy tháng, mùa, năm như mô hình ARIMA (tác giả đầu tiên Box và Jenkin- Mỹ), mô hình Thomas- Fiering (tác giả đầu tiên Thomas- Fiering-Mỹ). Mô hình thuỷ lực như 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 3 D, Modflow….
Trong những năm gần đây, các thông tin dự báo về tài nguyên nước, cảnh báo hạn hán tại các lưu vực sông trên thế giới thường xuyên được cập nhật và đưa lên các website. Điển hình như của Trung tâm Dự báo Khí tượng quốc Gia, thuộc Cục Quản lý khí quyển và Đại Dương Hoa Kỳ- NOAA. Các tính toán phân tích về tài nguyên nước đều lấy đầu vào là các yếu tố khí hậu từ kết quả dự báo của các mô hình số trị toàn cầu và dựa trên các phương pháp phân tích dòng chảy theo chuỗi thời gian và phân tích theo tần suất, tính toán ước lượng về sự biến đổi dòng chảy (lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình) tại các hệ thống sông theo chu kỳ 10 ngày, tháng, 3 tháng và theo mùa. Trong các cảnh báo hạn hán thủy văn, các chỉ số hạn như PDSI được đưa vào để đánh giá mức độ và giám sát hạn của các vùng.
Trong nước, công tác dự báo mưa hạn vừa hiện tại chủ yếu dựa trên: 1) các chỉ tiêu dự báo các đợt không khí lạnh thời hạn 5-10 ngày và chỉ tiêu dự báo hạn vừa thời kỳ xuất hiện các đợt mưa đầu mùa ở Đồng bằng và trung du Bắc Bộ. Các chỉ tiêu này thường chỉ đưa ra khoảng thời kỳ xuất hiện với xác suất đảm bảo trên 80% đối với không khí lạnh trong những tháng chính đông: 12, 1 và 2 và xác suất đảm bảo khoảng 70% đối với các đợt mưa trong các tháng 5 và 6 ở đồng bằng và trung du Bắc Bộ và nhân tố dự báo được chọn đơn thuần chỉ là độ cao địa thế vị mực 500 mb. Như vậy đối với các tháng khác, nếu áp dụng chỉ tiêu này thường không cho kết quả rõ rệt; 2) Các phương pháp thống kê như mạng thần kinh nhân tạo (ANN), trung bình trượt (ARIMA), phân tích chuỗi (TISEAN) của phần mềm HyBGM. Tuy nhiên, các phương pháp trên chỉ sử dụng chuỗi số liệu tại từng điểm trạm. Do đó, các kết quả đưa ra mang tính địa phương và các kết quả đánh giá thử nghiệm cho thấy chất lượng dự báo chỉ đạt trên mức trung bình một ít.
Trong lĩnh vực dự báo, bài toán dự báo hạn dài đặc trưng tiềm năng nguồn nước tại Việt Nam đã được nghiên cứu từ rất sớm. Các phương pháp dự báo hạn dài chủ yếu dựa trên các diễn biến lịch sử, phân tích thống kê theo chuỗi thời gian và các phương trình hồi quy tương quan dòng chảy với yếu tố khí hậu, ENSO, áp cao Thái Bình Dương…. Phương pháp mô hình được ứng dụng những năm 1990, phân tích chuỗi thời gian như mô hình ARIMA, mô hình mạng thần kinh nhân tạo dự báo dòng chảy tháng đã được sử dụng. Dự báo thủy văn và tài nguyên nước với đầu vào là kết quả dự báo khí tượng khí hậu.
Vấn đề dự báo nguồn nước hàng năm, dự báo mùa lũ, dự báo mùa cạn chưa có công nghệ hoàn chỉnh. Hiện nay, hệ thống hồ chứa đã phát triển rất mạnh trên toàn quốc với hơn 3000 hồ chứa thủy điện lớn nhỏ. Dòng chảy hạ lưu các lưu vực theo tháng, mùa và năm không còn ở trạng thái tự nhiên mà bị chi phối hoàn toàn bởi chế độ điều tiết của các hồ chứa nhất là trong mùa cạn. Các phương pháp đã được dùng trong tác nghiệp tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương dự báo hạn dài hạ lưu các lưu vực sông hiện nay chủ yếu hoàn toàn phụ thuộc vào phân tích tương tự, thống kê và kinh nghiệm.
Đối với công tác thông báo tài nguyên nước dưới đất hiện tại được thực hiện theo các phương pháp:
+ Nhóm các phương pháp xác xuất thống kê ứng dụng dự báo ngắn ngày trong các bản tin tháng: gồm có phương pháp phân tích đồ thị mực nước, phương pháp tương quan, phương pháp xu thế, hàm điều hòa…
+ Phương pháp phân tích biểu đồ, đồ thị mực nước là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều trong dự báo mực nước hạn ngắn.
Lựa chọn những mô hình toán phù hợp để dự báo tài nguyên nước ở các lưu vực sông chính của Việt Nam và là công cụ để cảnh báo, dự báo về diễn biến tài nguyên nước theo tháng, mùa, năm phục vụ điều hành hợp lý hệ thống hồ chứa, xây dựng kế hoạch khai thác sử dụng nước của các ngành kinh tế và giúp các nhà quản lý điều hành nguồn nước hợp lý trên các lưu vực sông, đặc biệt là trong tình hình hạn hán, thiếu nước, nhằm giải quyết các mâu thuẫn ngày càng gay gắt giữa các hộ khai thác sử dụng nước trong mùa cạn.
