Trên thế giới trong vài thập kỷ gần đây mô hình số mô phỏng được sử dụng ngày càng phổ biến và trở thành một công cụ hữu ích trong mô phỏng, dự báo, đặc biệt là dự báo tác nghiệp nguồn nước mặt. Các nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ dự báo dòng chảy (lũ, hạn) có tích hợp điều khiển công trình hồ chứa cũng đã được tiến hành trên thế giới bắt đầu từ những năm 1980s.
Hơn nữa, một xu hướng khác, xu hướng ứng dụng mô hình mã nguồn mở thông số phân bố, trong thời gian gần đây đã tạo ra cơ hội mới trong việc mô phỏng, dự báo dòng chảy mặt các lưu vực sông. Trong các mô hình thủy văn mã nguồn mở hiện có (như DHSVM, DLBRM, HSPF, SOBEK, HYPE, vv…)., mô hình HYPE (HYdrological Predictions for the Environemt) do Viện Khí tượng thủy văn Thụy Điển (SMHI) phát triển đang ngày càng trở thành một công cụ được ứng dụng rộng rãi, giúp dự báo dòng chảy mặt các nguồn nước liên quốc gia ở nhiều khu vực như Châu Âu, Tây Á, Nam Mỹ, Bắc Mỹ… và được đánh giá là một trong những mô hình thủy văn có nhiều ưu điểm trong khả năng tính toán và ứng dụng.
Tại Việt Nam, trong thời kỳ đầu (khoảng năm 1960-1975), các phương pháp dự báo mưa-dòng chảy chủ yếu dựa trên các phân tích diễn biến lịch sử, đường cong lũy tích chu kỳ nguồn nước, phân tích xu thế.
Từ năm 1975, công tác dự báo đã có nhiều bước tiến mới, ứng dụng các kỹ thuật máy tính phát triển các phương trình đơn lẻ phân tích thống kê các phương trình hồi quy tương quan dòng chảy với mưa và với các đặc trưng dòng chảy theo thời gian….Trong giai đoạn này, mô hình thống kê đa biến, mô hình nhận dạng, sử dụng hàm điều hòa, phân tích chuỗi thời gian như mô hình ARIMA, mô hình mạng thần kinh nhân tạo ANN…lập tương quan dòng chảy với dự báo dòng chảy tháng trong cả mùa lũ và mùa cạn đã được sử dụng trên các lưu vực sông.
Từ năm 1990, các mô hình toán thủy văn mưa rào dòng chảy, mô hình thủy lực được ứng dụng nhiều. Ban đầu, các mô hình này được sử dụng dự báo dòng chảy hạn ngắn sau đó phát triển dần thành các mô hình dự báo hạn vừa 5-10 ngày và dự báo hạn tháng với đầu vào là các trường mưa dự báo hạn vừa và hạn dài. Hiện nay Trung tâm dự báo KTTV Trung ương đang sử dụng các mô hình TANK, NAM, MIKE dự báo lũ lớn, hạn thủy văn và điều tiết hồ chứa cho hầu hết các lưu vực sông trên toàn quốc hạn ngắn đến hạn vừa.
Về dự báo sử dụng nguồn dữ liệu mở toàn cầu tại Việt Nam trong nhiều năm qua, kết quả dự báo mưa từ các mô hình số trị được ứng dụng trong dự báo dòng chảy từ mưa đã đem lại nhiều hiệu quả to lớn như: kéo dài thời gian dự kiến của các mô hình toán tới 5-10 ngày, tháng và mùa. Mô hình khu vực RAMS (Regional Area Model System) đã được nghiên cứu và đang được dự báo thử nghiệm tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Lưu vực sông Srê Pốk là một trong 10 hệ thống lưu vực sông lớn có vị trí đặc biệt quan trọng của nước ta, toàn bộ lưu vực sông Srê Pốk (trong lãnh thổ Việt Nam) có diện tích tự nhiên khoảng 18.230 km2, trải rộng trên phần lớn diện tích tỉnh Đắk Lắk, một phần tỉnh Đắk Nông và 2 huyện của tỉnh Lâm Đồng. Hiện nay, lưu vực sông Srê Pốk đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến tài nguyên nước như: tình trạng cạn kiệt nguồn nước mặt, trong khi lượng nước khai thác ngày càng gia tăng, các hồ chứa thủy lợi, thủy điện ngày càng nhiều. Hơn nữa, với đặc điểm vừa là sông liên quốc gia và liên tỉnh, nguồn nước các sông xuyên biên giới trong lưu vực sông chưa được kiểm soát, các thông tin, số liệu về nguồn nước còn rất nghèo, các trạm quan trắc tài nguyên nước của các sông xuyên biên giới vẫn còn rất thiếu.Với những vấn đề cấp bách về tài nguyên nước đang diễn ra trên lưu vực, vấn đề quản lý khai thác bền vững nguồn nước lưu vực sông Srêpôk ngày càng được quan tâm. Rất nhiều đề tài, dự án cũng như công tác nghiệp vụ ở nhiều cấp khác nhau được triển khai.Cụ thể, tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương và Đài KTTV khu vực Tây Nguyên sử dụng chính phương pháp thống kê, hồi quy dự báo hạn 10 ngày. Phương trình hồi quy được thiết lập dựa trên yếu tố mực nước trung bình của 10 ngày trước, lượng mưa bình quân lưu vực dự báo, mực nước trung bình của 10 ngày của thời kỳ dự báo cho trạm Bản Đôn.
Công tác dự báo tháng, mùa cũng mới chỉ thực hiện tại trạm Bản Đôn theo các phương pháp:
– Phương pháp thống kê tương tự, lựa chọn các tháng trong đó có chế độ mưa, dòng chảy tương tự
– Phương pháp tương quan hồi qui 2 biến (Mưa dự báo bình quân lưu vực và dòng chảy thời kỳ trước).
– Mô hình thống kê tự hồ quy ARIMA.
Nhìn chung, các phương án dự báo này còn nhiều bất cập, kết quả dự báo không phải là quá trình diễn biến dòng chảy mà là một giá trị đặc trưng trung bình cho cả thời kỳ dự báo. Trên lưu vực sông Srêpôk tồn tại nhiều hồ chứa, các trạm thủy văn bị ảnh hưởng mạnh bởi sự điều tiết, vận hành hồ. Hệ các phương trình này không xem xét tới yếu tố tác động của hồ chứa cũng như sự điều tiết, phân bổ nước theo các thời kỳ mùa cạn khác nhau từ các hồ chứa. Mặc dù hiện tại, các phương pháp này khi xây dựng phương án kết quả tính toán cho thấy mức độ tương quan rất chặt chẽ. Tuy nhiên khi dùng phương án vào dự báo (biến độc lập) thì kết quả lại phụ thuộc nhiều vào mưa dự báo. Mặt khác, yếu tố dự báo dòng chảy mùa cạn chưa xem xét phân tích tương quan với các nhân tố khí tượng, khí hậu khác như nhiệt độ, độ ẩm,…Đồng thời, phương án chưa xem xét đến tác động điều tiết của các hồ chứa thủy điện trong mùa cạn đối với các trạm vùng hạ lưu. Kết quả dự báo hạn dài còn hạn chế nhất là tại các vị trí hạ lưu. Đặc biệt, trong khoảng thời gian giao thời giữa mùa khô và mùa mưa, kết quả dự báo chưa tốt. Hơn nữa, cho đến nay tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương và Đài KTTV khu vực Tây Nguyên, chưa có đề tài nghiên cứu khoa học hoàn chỉnh nào được đầu tư vào nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo dòng chảy từ mưa nào trên lưu vực Srêpôk và đưa vào tác nghiệp. Do đó, công tác dự báo dòng chảy mùa cạn nói chung và dự báo phục vụ Quy trình vận hành liên hồ chứa còn gặp hạn chế về chất lượng. Mô phỏng dòng chảy có cùng biến đổi (trend) so với dữ liệu quan sát thực. Dòng chảy sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi biến động từ nhiệt độ và lượng mưa, nhưng sẽ chịu ảnh hưởng từ lượng mưa nhiều hơn. Nói chung, kết quả cho thấy khí hậu ở lưu vực Srêpôk sẽ nóng hơn và khô hơn trong tương lai, với mối đe dọa về thiếu nước vào mùa khô. Tuy nhiên mô phỏng lưu lượng đỉnh chưa chính xác (cao hơn rất nhiều so với giá trị thực), và dữ liệu lượng mưa có thể là nguyên nhân cho sự chưa chính xác này.
Việc nghiên cứu hiệu chỉnh và kiểm định bổ sung thông số cho cả mùa cạn tại các vị trí trên lưu vực sông Srêpôk là rất quan trọng đặc biệt trong điều kiện có hồ Buôn Tua Srah trên sông Krông Nô, Buôn Kuop, Srêpôk3, Srêpôk4 và srêpôk 4A trên sông Srêpôk vì trong những năm gần đây diễn biến hạn hán tại khu vực Tây Nguyên liên tiếp diễn ra. Hiệu chỉnh các thông số đóng vai trò rất quan trọng, nâng cao hiệu quả mô phỏng và dự báo, cảnh báo TNN tại lưu vực sông Srêpôk. Mặt khác, dòng chảy hạ lưu sông Srêpôk tại Bản Đôn chịu tác động nhiều bởi hệ thống hồ chứa thượng nguồn đáp ứng yêu cầu phòng lũ và cấp nước hạ du. Để vận hành hiệu quả hệ thống hồ chứa thì thông tin dự báo thủy văn hạn vừa và nhận định dòng chảy tháng, mùa là rất quan trọng để phân phối dòng chảy cấp nước hạ du trong chiến lược huy động dung tích hồ chứa hiệu quả.
