Sử dụng thông tin từ vệ tinh, Internet, Internet of things, Big Data, kho lưu trữ đám mây và các công nghệ thông tin khác để xây dựng giải pháp an toàn đập hồ chứa giúp quản lý cảnh báo phục vụ thu thập dữ liệu tự động, truyền và lưu trữ, tính toán và phân tích dữ liệu thông minh, hiển thị bản đồ tự động, đánh giá trạng thái, cảnh báo sớm tự động và gửi phát hành thông tin cảnh báo bất thường đến các đối tượng tiếp nhận.
1. Căn cứ xây dựng
Căn cứ theo điều 29, Nghị định số 114-2018-NĐ-CP về Quản lý an toàn đập, hồ chứa nước:
- Chủ sở hữu đập, hồ chứa thủy điện; tổ chức, cá nhân khai thác đập, hồ chứa thủy lợi có trách nhiệm xây dựng cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa nước;
- Cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa nước phải được cập nhật thường xuyên, liên tục trong quá trình quản lý, khai thác.
- Đập, hồ chứa nước đang khai thác mà chưa có cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa nước thì phải xây dựng cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa nước chậm nhất sau 3 năm kể từ ngày Nghị Định này có hiệu lực thi hành;
- Sở nông nghiệp và Phát triển nông thôn xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa thủy lợi trên địa bàn; cập nhật vào hệ thống cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa thủy lợi của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn;
- Sở Công thương xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa thủy điện trên địa bàn, cập nhật hệ thống cơ sở dữ liệu về đập, hồ chứa thủy điện của Bộ Công Thương.
2. Nhiệm vụ chuyển đổi số trong công tác quản lý an toàn đập hồ chứa
- Quản lý lưu trữ hồ sơ, lý lịch công trình: Hồ sơ thiết kế công trình, hồ sơ duy tu bảo dưỡng, kế hoạch duy tu bảo dưỡng.
- Quản lý thông tin công trình: Thông tin ký thuật công trình, thông tin dữ liệu vị trí địa lý, số liệu giám sát vận hành.
- Bộ công cụ hỗ trợ ra quyết định trong công tác quản lý vận hành đảm bảo an toàn hồ đập.
- Hệ thống báo cáo đánh giá hiện trạng công trình.
- Tự động hóa công việc giám sát vận hành hệ thống công trình thủy lợi.
3. Giải pháp công nghệ
- Công nghệ hiển thị bản đồ WebGL cho phép trình bày bản đồ chất lượng cao, hình ảnh 3 chiều, ứng dụng khối GPU để vẽ hình ảnh, tăng tốc độ xử lý, cho phép chạy mượt mà trên Web và các thiết bị di động thông minh.
- Ứng dụng các mô hình toán, các thuật toán học máy, học sâu, trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia tự động phân tích, hỗ trợ người dùng.
- Ứng dụng viễn thám, giải đoán ảnh tự động cung cấp số liệu đầu vào cho hệ thống như xác định đường đặc tính hồ chứa, lập bản đồ ngập lụt, thành lập bản đồ lúa, bản đồ hạn hán, bốc thoát hơi nước ET,…
- Kiến trúc cơ sở dữ liệu lớn, mã nguồn mở như: Apache Hadoop, Hive, Spark, GreenplumDB,..giúp quản lý các nguồn dữ liệu đa dạng, dữ liệu theo thời gian (timescale).
4. Cơ sở dữ liệu
Hình ảnh sơ đồ tổng thể cơ sở dữ liệu đập hồ chứa
4.1. Dữ liệu tĩnh
4.1.1. Dữ liệu không gian
Hình ảnh bản đồ WebGis trên hệ thống
Dữ liệu được số hóa và tích hợp lên hệ thống trên nền WebGis bao gồm vị trí và hình dạng của các lớp:
- Hồ chứa và lưu vực hồ chứa.
- Các trạm đo mưa, các trạm KTTV.
- Các lớp hành chính tỉnh, huyện, xã.
- Giao thông…
4.1.2. Thông tin chung và thông số kỹ thuật của hồ chứa
Thông tin chung của hồ chứa
Thông tin chung của hồ chứa, đặc trưng thủy văn, thông số kỹ thuật của hồ, đập, tràn, cống, dữ liệu đường đặc tính lòng hồ, quy trình vận hành.
4.1.3. Hồ sơ lưu trữ điện tử
.png)
Danh sách hình ảnh
Hình ảnh, bản vẽ và thông tin hiện trạng công trình cần sửa chữa, nâng cấp. Dữ liệu nhật ký các hạng mục sửa chữa, nâng cấp.
4.2. Dữ liệu động
Dữ liệu được tự động cập nhật vào cơ sở dữ liệu máy chủ hoặc cập nhật qua giao diện phần mềm nếu hồ đó chưa lắp đặt hệ thống quan trắc tự động.
4.2.1. Quan trắc trong thân đập
Hình ảnh thông tin đập
Trạm giám sát BH, AKT,..được lắp đặt bên trong thân đập, dữ liệu được cập nhật theo thời gian thực.
4.2.2. Camera giám sát
Hình ảnh danh sách camera
Tích hợp camera giám sát và cập nhật hình ảnh ghi được vào cơ sở dữ liệu máy chủ.
4.2.3. Quan trắc ngoài công trình
Hình ảnh dữ liệu quan trắc hồ chứa Ngàn Trươi
Dữ liệu giám sát lượng mưa, mực nước hồ, xả tràn, xả cống được cập nhật theo thời gian thực.
4.2.4. Dữ liệu dự báo
Hình ảnh thông tin dự báo hồ chứa Ngàn Trươi
Hệ thống tích hợp các nguồn mưa dự báo, dòng chảy đến hồ, diễn biến mực nước hồ, mực nước sông,..
5. Phân tích dữ liệu an toàn đập, hồ chứa
5.1. Quản lý thông tin công trình
Hình ảnh thông số kỹ thuật hồ chứa Ngàn Trươi
Trên hệ thống http://thuyloivietnam.vn quản lý thông tin của 6750 hồ gồm thông tin chung, thông số kỹ thuật, cụ thể:
- 6.336 hồ chứa đã được đưa lên hệ thống.
- 761 hồ do địa phương quản lý (dưới 50.000 m3).
Trong 6750 hồ, đơn vị đã số hóa (xác định vị trí, hình dáng) được 1.475 hồ chứa trên bản đồ. Trong thời gian tới, đơn vị tiếp tục cập nhật, số hóa các hồ còn lại lên bản đồ.
Hình ảnh báo cáo hiện trạng đánh giá an toàn đập
Chức năng quản lý thông tin công trình:
- Hiển thị hồ chứa trên bản đồ WebGIS.
- Quản lý thông tin chung, thông số kỹ thuật của hồ chứa, đập, tràn, cống.
- Quản lý hiện trạng công trình và hình ảnh công trình.
- Thống kê, tra cứu và xuất báo cáo.
5.2. Truy vấn thông tin hồ bằng QR Code
Hình ảnh QR Code hồ chứa Ngàn Trươi
- Tạo mã QR Code riêng cho từng hồ chứa trên hệ thống.
- Quét QR Code để truy vấn thông tin hồ chứa từ các thiết bị di động.
5.3. Quản lý số liệu quan trắc và dự báo
5.3.1. Dữ liệu quan trắc
.png)
Hình ảnh dữ liệu quan trắc hồ chứa Ngàn Trươi
- Tự động cập nhật dữ liệu quan trắc, giám sát như: dữ liệu nước mưa, mưa, mực nước hồ, Q đến, Q xả,..
- Có thể cập nhật số liệu thủ công đối với các hồ chứa chưa có quan trắc tự động.
- Có thể cập nhật số liệu từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau.
5.3.2. Dữ liệu dự báo
.png)
Hình ảnh dữ liệu dự báo hồ chứa Ngàn Trươi
- Hệ thống tích hợp dữ liệu dự báo mưa toàn cầu: ECMWF (Châu Âu), GFS (Mỹ), Halex (Nhật), MeteoBlue (Thuỵ Sỹ),..
- Tần suất cập nhật: 4 lần/ngày (1 giờ, 7 giờ, 13 giờ, 19 giờ).
- Thời đoạn dự báo: chi tiết lên đến 1 giờ.
- Thời gian dự báo: tối đa lên đến 10 ngày.
- Lưới dự báo: chi tiết đến 4x4km
5.3.3. Hồ sơ lưu trữ điện tử
Hình ảnh tài liệu công trình hồ chứa Ngàn Trươi
Số hoá các loại tài liệu sau:
- Hồ sơ pháp lý ở giai đoạn chuẩn bị.
- Hồ sơ pháp lý ở giai đoạn dự án đầu tư.
- Hồ sơ pháp lý ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật.
- Hồ sơ pháp lý ở giai đoạn thiết kế thi công: chia theo các hạng mục và gói thầu.
- Các hồ sơ pháp lý khác như: Tư vấn khảo sát thiết kế, các báo cáo, các văn bản về kiểm toán, thanh tra, về vốn kế hoạch, các thông báo cuộc họp,..
Chọn hồ để quản lý và lưu trữ thông tin hồ sơ liên quan.
Hệ thống cho phép:
- Tìm kiếm và xem thông tin chi tiết.
- Tải tệp tin thư mục.
- Sửa, xoá, thêm mới và di chuyển hồ sơ.
5.3.4. Hiện trạng công trình
Hình ảnh đánh gia an toàn hồ đập hồ chứa Ngàn Trươi
Yêu cầu kiểm tra, sát sát hiện trường: Được nêu trong Điều 16 Nghị định 114. Kiểm tra đập, hồ chứa nước: Mục 1.a. Kiểm tra thường xuyên, quan sát trực quan tại hiện trường để nắm bắt kịp thời hiện trạng đập, hồ chứa nước.
Giải pháp thực hiện: Chụp ảnh, đánh giá hiện trạng theo các tiêu chí kèm theo mô tả.
Đã đưa được hình ảnh của 322 hồ chứa lên hệ thống http://thuyloivietnam.vn
5.3.5. Cảnh báo tình huống nguy hiểm hồ chứa và lượng mưa theo số liệu quan trắc
Hồ chứa
Hình ảnh cảnh báo mực nước hồ theo số liệu quan trắc
- Cảnh báo mức độ an toàn hồ chứa theo quy trình vận hành điều tiết.
- Tự động hiển thị thông tin thời gian thực các cảnh báo tương ứng theo quy trình vận hành hồ chứa.
- Tự động cảnh báo mức độ an toàn hồ chứa trên bản đồ WebGis với các nhãn màu phân theo cấp báo động:
- Mực nước hồ lớn hơn MNLTK
- Mực nước hồ trên MNDBT
- Mực nước hồ dưới MNC
- Mực nước hồ trên MNC, dưới MNDBT
Lượng mưa
Hình ảnh cảnh báo lượng mưa theo số liệu quan trắc
- Cảnh báo lượng mưa theo quy định của ngành Khí tượng thủy văn.
- Tự động hiển thị thông tin các cảnh báo theo cường độ mưa trong ngày trên bản đồ và trên bảng số liệu tổng hợp.
- Tự động cảnh báo lượng mưa trên bản đồ WebGis với các nhãn màu phân theo cấp báo động:
- Mưa >200mm
- Mưa từ 100-200mm
- Mưa từ 50-100mm
- Mưa dưới 50mm
5.4. Cảnh báo tình huống nguy hiểm hồ chứa và lượng mưa theo số liệu dự báo
Hồ chứa
Hình ảnh cảnh báo mực nước hồ theo số liệu dự báo
- Từ dữ liệu mưa quan trắc và dữ liệu mưa dự báo (4 nguồn mưa dự báo) hệ thống bằng bộ mô hình thủy văn – thủy lực MIKE của DHI sẽ dự báo dòng chảy đến các hồ chứa.
- Từ đó, kết hợp với đường đặc tính lòng hồ (Z-W-F), dữ liệu quan trắc mực nước hồ và phương án xả hệ thống tính toán dự báo được diễn biến mực nước các hồ chứa.
Mưa
Hình ảnh cảnh báo lượng mưa theo số liệu dự báo
- Hệ thống tích hợp 04 nguồn mưa dự báo gồm:
- Mưa dự báo Halex – Nhật Bản
- Mưa dự báo ECMWF – Châu Âu
- Mưa dự báo GFS – Mỹ
- Mưa dự báo Meteo Blue – Thuỵ Sỹ
- Tự động cảnh báo lượng mưa dự báo trong 3h tới, 1 ngày tới, 3 ngày tới trên bản đồ WebGis với các nhãn màu phân theo cấp báo động:
- Mưa > 200mm
- Mưa từ 100 – 200mm
- Mưa từ 50 – 100mm
- Mưa dưới 50mm
5.5. Cảnh báo an toàn vùng hạ du
Truyền thông cảnh báo đến người dân vùng hạ du: Người dân cài đặt phần mềm trên điện thoại di động để nhận các thông tin cảnh báo do cơ quan chức năng thông báo. Phần mềm có các chức năng sau:
- Gửi tin nhắn cảnh báo đến người phụ trách điểm trạm vùng hạ du, hiển thị trạng thái từng người phụ trách đã đọc thông tin cảnh báo hay chưa.
- Gửi tin nhắn đến các điện thoại Smartphone (cài ứng dụng) trong vùng hạ du cần cảnh báo, hiển thị thống kê có bao nhiêu điện thoại đã đọc thông tin cảnh báo này.
5.6. Công cụ hỗ trợ điều hành hồ chứa
5.6.1. Dự báo dòng chảy đến hồ
Hình ảnh kết quả dự báo theo quan trắc hồ chứa Ngàn Trươi
Từ số liệu mưa thực đo, mưa dự báo hệ thống sử dụng mô hình mưa dòng chảy Mike Nam tính toán lưu lượng đến hồ:
- Dự báo dài hạn (tháng, vụ) và vừa hạn (tuần): Xây dựng mô hình mưa – dòng chảy (NAM), bước thời gian tính toán (ngày) để dự báo.
- Dự báo ngắn hạn (ngày): Xây dựng mô hình mưa – dòng chảy (NAM), bước thời gian tính toán (giờ) để dự báo.
Mô hình Mike 11: Diễn toán chế độ dòng chảy, mực nước khu vực hạ lưu các hồ chứa. Cụ thể:
- Xác định thời gian xuất hiện lũ.
- Xác định dạng lũ, tổng lượng lũ, lưu lượng đỉnh lũ; xác định lưu lượng, mực nước tại các điểm khống chế.
Các dữ liệu quan trắc thực đo (mưa, mực nước hồ, Q đến, Q xả,…) được hệ thống cập nhật liên tục theo thời gian thực.
- Các dữ liệu dự báo cũng được cập nhật mới theo tần suất 6h/ngày.
- Từ đó, hệ thống tự động diễn toán lại kết quả kịch bản mỗi khi dữ liệu thực và kế hoạch vận hành đã được xây dựng từ trước. Từ đó phản ảnh được dự báo sát với thực tế
5.6.2. Hỗ trợ lập phương án điều tiết hồ
Hình ảnh điều tiết hồ chứa Ngàn Trươi
5.6.2.1. Tự động dự báo lũ đến hồ và hỗ trợ ra quyết định theo thời gian thực
Bằng việc cập nhật và sử dụng số liệu mưa quan trắc của các trạm và dữ liệu mưa dự báo mới nhất, đồng thời sử dụng mô hình mưa – dòng chảy MIKE NAM hệ thống tự động tính toán dự báo dòng chảy đến hồ và đề xuất phương án xả lũ:
- Xem kết quả dự báo theo các nguồn mưa dự báo khác nhau.
- Kết hợp với các kịch bản xả đã được thiết lập.
- Chọn khoảng thời gian xem dự báo (từ 24 giờ đến 72 giờ).
- Xây dựng mô hình mưa-dòng chảy (NAM), bước thời gian tính toán (ngày) để dự báo.
- Xây dựng mô hình mưa-dòng chảy (NAM), bước thời gian tính toán (giờ) để dự báo.
- Xác định thời gian xuất hiện lũ.
- Xác định dạng lũ, tổng lượng lũ, lưu lượng đỉnh lũ, xác định lưu lượng, mực nước tại các điểm khống chế.
5.6.2.2. Tuỳ chỉnh dự báo lũ đến hồ và hỗ trợ ra quyết định
- Hệ thống cho phép tuỷ chỉnh dự báo:
- Tuỳ chỉnh thời gian dự báo.
- Tuỳ chỉnh số giờ dự báo.
- Tuỳ chỉnh ốp thời gian dự báo.
- Tuỳ chọn mô hình mưa dự báo và kịch bản mưa theo kinh nghiệm.
- Hỗ trợ lập phương án điều tiết hồ theo 3 lựa chọn:
- Căn cứ theo lịch sử vận hành xả (lựa chọn 1).
- Căn cứ theo số liệu kế hoạch xả do chủ hồ cung cấp (lựa chọn 2).
- Căn cứ theo dữ liệu từ hệ thống gợi ý: theo các điều kiện khống chế mực nước, thời gian xả,.. (lựa chọn 3).
5.6.2.3. Hỗ trợ xả lũ tối ưu theo QTVH hồ chứa hiện hành
Hình ảnh biểu đồ xả lũ tối ưu theo QTVH hiện hành
Hệ thống sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đưa ra phương án xả lũ tối ưu nhằm:
- Đảm bảo an toàn công trình.
- Cắt, giảm lũ cho vùng hạ du.
- Tích nước hiệu quả cho hồ chứa.
- Đảm bảo tuân thủ theo QTVH hồ chứa hiện hành.
5.6.3. Dự báo diễn biến ngập lụt hạ du theo thời gian thực
Hình ảnh dự báo ngập lụt hạ du theo thời gian thực
Từ kết quả dự báo diễn biến mực nước trên sông tại các trạm thuỷ văn khống chế, hệ thống xây dựng được kịch bản ngập lụt và khoanh vùng phạm vi ảnh hưởng,…
Hệ thống máy chủ chạy song song cho phép tập trung huy động nhiều máy chủ đồng thời chạy mô phỏng mô hình dự báo lũ, ngập lụt hạ du cho lưu vực sông lớn.
- Hệ thống diễn toán ngập lụt theo thời gian tương ứng với các kịch bản điều tiết. Bao gồm phạm vi và mức độ ngập.
- Thống kê ước lượng thiệt hại do ngập lụt gây ra: số hộ dân bị ảnh hưởng, số người bị ảnh hưởng, diện tích đất gieo trồng, công trình trọng yếu,..theo địa giới hành chính (tỉnh, huyện, xã).
- Đề xuất phương án ứng phó.
5.6.4. Các tính năng khác
.png)
Hình ảnh các trận lũ lịch sử của hồ chứa Ngàn Trươi
Ngoài ra, hệ thống còn nhiều tính năng khác để hỗ trợ người dùng trong quá trình vận hành như:
- Lưu, tạo các trận lũ lịch sử.
- Xem quá trình vận hành trong quá khứ.
- Quản lý kịch bản.
- Camera giám sát.
- Xác định diện tích ngập lụt từ ảnh vệ tinh.
5.7. Xác định đường đặc tính hồ chứa
- Xây dựng nhiều hồ, đập để trữ nước, khoảng 6750 hồ đập (~80 hồ, đập lớn).
- Chỉ có khoảng hơn 400 hồ có đường đặc tính hồ chứa. Hầu hết các đập nhỏ và trung bình đều vận hành mà không có đường đặc tính hồ chứa hoặc dựa trên mối quan hệ tuyến tính đơn giản.
Ảnh vệ tinh SAR Sentinel-1
.png)
Hình ảnh đường đặc tính hồ chứa chụp từ ảnh vệ tinh SAR Sentinel-1
- Ý tưởng: Sử dụng ảnh vệ tinh SAR Sentinel-1 miễn phí, độ phân giải 10 mét để xác định đường đặc tính hồ chứa.
- Minh họa hình ảnh biến động diện tích mặt nước hồ chứa Tả Trạch được giải đoán từ ảnh viễn thám Sentinel-1 có độ phân giải 10 mét, thời gian thu nhận ảnh từ tháng 3 năm 2019 đến tháng 3 năm 2020 tại Hà Tĩnh, Việt Nam.
- Phân tích ảnh viễn thám để kiểm chứng kết quả ngập lụt
Hình ảnh xác định diện tích ngập lụt từ ảnh vệ tinh SAR Sentinel-1
6. Lợi ích sử dụng
Đối với quản lý giám sát và chủ hồ
- Có được bức tranh tổng thể về tình hình các hồ chứa.
- Ngăn ngừa các yếu tố bất lợi ảnh hưởng đến an toàn công trình.
- Đưa ra cảnh báo lũ sớm để vận hành an toàn công trình đồng thời giảm thiểu ngập lụt vùng hạ du.
- Lưu trữ thông tin quá trình vận hành hồ chứa để cải tiến vận hành hệ thống, nâng cao độ chính xác của mô hình thuỷ văn, tính toán dòng chảy về hồ chứa ở những lần vận hành tiếp theo.
Đối với người dân vùng hạ du
- Qua app mobile trên di động, người dân vùng hạ du sẽ nhận được các thông tin cảnh báo xả lũ của cơ quan chức năng.
- Chủ động đưa ra phương án di dời người và tài sản khỏi nơi ở phù hợp để tránh thiệt hại đáng tiếc nếu xảy ra.
7. Iot thiết bị
Dưới đây là danh sách các thiết bị hỗ trợ công tác quản lý an toàn đập hồ chứa được cung cấp từ Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thuỷ lợi – Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam:
7.1. Các trạm khí tượng thuỷ văn chuyên dùng
7.1.1. Trạm đo độ mở cửa tràn (RMS-SGT)
Hình ảnh trạm đo độ mở cửa tràn
Thiết bị thu thập tự động đọc số liệu đo từ các thiết bị đo/cảm biến đô độ mở, xử lý sơ bộ và tự động truyền các số liệu này về nhà quản lý hiển thị lên bảng điện tử;
Cập nhật cơ sở dữ liệu qua phương thức truyền thông mạng thông tin di động GSM/GPRS và phương thức truyền tín hiệu qua sóng Radio (đối với nội bộ hệ thống)
7.1.2. Thiết bị quan trắc công trình đập, hồ chứa
Bao gồm các thiết bị quan trắc các thông số lún, mực nước thấm trong thân đập, trong vai đập, áp lực thấm nền,...
7.1.3. Thiết bị hệ thống giám sát vận hành
Thiết bị để kết nối số liệu quan trắc khí tượng thuỷ văn chuyên dùng, tình hình ngập lụt hạ du đập
Camera giám sát vận hành công trình
7.1.4. Phương thức truyền tin
Quang mạng Internet, mạng điện thoại vệ tinh
