Trong bối cảnh biến đổi khí hậu diễn biến ngày càng phức tạp, tài nguyên nước đang chịu nhiều sức ép từ hạn hán, lũ lụt, suy giảm dòng chảy và nhu cầu khai thác ngày càng gia tăng. Việc xây dựng các hệ thống dự báo, cảnh báo sớm có độ chính xác cao đã trở thành yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác và sử dụng nguồn nước.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài khoa học cấp Bộ "Nghiên cứu xây dựng hệ thống cảnh báo, dự báo sớm nguồn nước mặt lưu vực sông Ba sử dụng dữ liệu lớn (Big Data), trí tuệ nhân tạo (AI) và bộ công cụ mô hình toán phục vụ xây dựng kế hoạch sử dụng nước" đang được triển khai với kỳ vọng tạo ra bước tiến quan trọng trong công tác quản lý tài nguyên nước của Việt Nam.
Lưu vực sông Ba – khu vực chịu nhiều áp lực về nguồn nước
Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực sông lớn của khu vực miền Trung – Tây Nguyên, có vai trò đặc biệt quan trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội, cấp nước sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và thủy điện.
Tuy nhiên, trong nhiều năm gần đây, khu vực này thường xuyên chịu ảnh hưởng của hạn hán kéo dài vào mùa khô, lũ lớn vào mùa mưa và sự biến động bất thường của dòng chảy. Những hiện tượng này gây nhiều khó khăn cho công tác điều tiết hồ chứa, cấp nước sản xuất cũng như phòng chống thiên tai.
Trong khi đó, các phương pháp dự báo truyền thống chủ yếu dựa trên mô hình toán và số liệu quan trắc còn gặp nhiều hạn chế khi phải xử lý lượng dữ liệu ngày càng lớn và đa dạng.
Big Data và AI mở ra phương pháp dự báo mới
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ số trong những năm gần đây đã tạo điều kiện để ứng dụng Big Data và trí tuệ nhân tạo vào lĩnh vực tài nguyên nước.
Big Data cho phép thu thập và quản lý khối lượng dữ liệu khổng lồ từ nhiều nguồn khác nhau như:
- Số liệu khí tượng thủy văn;
- Dữ liệu vệ tinh;
- Ảnh viễn thám;
- Dữ liệu radar mưa;
- Số liệu hồ chứa;
- Số liệu quan trắc lưu lượng;
- Dữ liệu địa hình;
- Thông tin khai thác sử dụng nước.
Trong khi đó, AI có khả năng tự học từ dữ liệu quá khứ, phát hiện các quy luật phức tạp và xây dựng các mô hình dự báo có độ chính xác cao hơn so với nhiều phương pháp truyền thống.
Sự kết hợp giữa Big Data và AI giúp hệ thống không chỉ dự báo nhanh hơn mà còn liên tục cập nhật theo thời gian thực khi có dữ liệu mới.
Xây dựng hệ thống cảnh báo thông minh
Một trong những điểm nổi bật của đề tài là xây dựng hệ thống cảnh báo, dự báo sớm nguồn nước mặt theo hướng thông minh.
Hệ thống sẽ tích hợp nhiều thành phần:
- Cơ sở dữ liệu lớn tập trung;
- Công cụ phân tích dữ liệu;
- Các mô hình thủy văn;
- Các thuật toán học máy;
- Hệ thống gis;
- Nền tảng webgis phục vụ khai thác trực tuyến.
Khi hệ thống tiếp nhận dữ liệu mới từ các trạm quan trắc hoặc nguồn dữ liệu vệ tinh, các thuật toán AI sẽ tự động phân tích, đánh giá và đưa ra kết quả dự báo.
Trong trường hợp phát hiện nguy cơ thiếu nước, lũ lớn hoặc các diễn biến bất thường của nguồn nước, hệ thống sẽ phát sinh cảnh báo sớm để cơ quan quản lý có phương án điều hành phù hợp.
Hỗ trợ xây dựng kế hoạch sử dụng nước
Một điểm khác biệt của đề tài là không chỉ dừng lại ở dự báo.
Kết quả dự báo sẽ được sử dụng làm cơ sở để hỗ trợ xây dựng kế hoạch sử dụng nước trên toàn lưu vực.
Thông qua các kịch bản dự báo theo thời gian khác nhau, các nhà quản lý có thể:
- Điều tiết hồ chứa hợp lý;
- Cân đối nguồn nước giữa các ngành;
- Chủ động cấp nước sinh hoạt;
- Đảm bảo nước tưới;
- Giảm thiểu thiệt hại do hạn hán;
- Nâng cao hiệu quả vận hành các công trình thủy lợi và thủy điện.
Đây là hướng tiếp cận hiện đại đang được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng.
Góp phần chuyển đổi số ngành tài nguyên nước
Việc triển khai đề tài còn góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong lĩnh vực tài nguyên nước.
Thay vì xử lý thủ công, phân tích phân tán hoặc cập nhật dữ liệu theo từng đợt, toàn bộ quá trình thu thập, lưu trữ, xử lý và dự báo sẽ được thực hiện trên một nền tảng thống nhất.
Điều này giúp:
- Giảm thời gian xử lý dữ liệu;
- Nâng cao độ chính xác của dự báo;
- Tăng khả năng chia sẻ dữ liệu;
- Hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng;
- Tiết kiệm nguồn lực.
Đồng thời, cơ sở dữ liệu lớn được xây dựng trong khuôn khổ đề tài sẽ là nền tảng quan trọng cho nhiều nghiên cứu tiếp theo về tài nguyên nước.
Kỳ vọng tạo ra sản phẩm có khả năng ứng dụng rộng rãi
Theo mục tiêu của đề tài, hệ thống sẽ được xây dựng theo hướng có khả năng mở rộng để áp dụng cho nhiều lưu vực sông khác trên cả nước.
Nếu được triển khai thành công, đây sẽ là một trong những hệ thống ứng dụng AI và Big Data quy mô lớn đầu tiên phục vụ trực tiếp công tác cảnh báo, dự báo nguồn nước mặt tại Việt Nam.
Đề tài không chỉ góp phần nâng cao năng lực dự báo tài nguyên nước mà còn tạo tiền đề cho việc xây dựng các nền tảng quản lý tài nguyên nước thông minh trong tương lai, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.
