Mở đầu Dự báo khí tượng thủy văn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều hành hệ thống các hồ chứa thượng nguồn phục vụ phát điện, cấp nước và chống lũ cho hạ du. Đối với những nước nằm trong khu vực nhiệt đới như nước ta thì lũ chủ yếu hình thành từ mưa. Tương tác giữa bức xạ mặt trời và các nhân tố mặt đệm hình thành các tổ hợp thời tiết gây mưa. Nước mưa sau khi đã lấp đầy chỗ trũng, ngấm xuống đất thì chảy tràn trên bề mặt lưu vực vào các sông suối nhỏ, rồi chảy ra những sông lớn hơn.
Trên cơ sở bản chất vật lý của hiện tượng, việc dự báo lũ tại 1 địa điểm nào đó sẽ bao gồm các công đoạn như: i) Dự báo thời tiết bao gồm các yếu tố như nhiệt độ, nắng, gió, độ ẩm, mưa, bốc hơi; ii) Mô phỏng quá trình mưa rơi xuống lưu vực, chảy tràn trên sườn dốc và chảy vào sông suối; iii) Dự báo dòng chảy trên cơ sở qui luật chảy truyền từ những vùng cao xuống các vùng thấp. Dựa vào thời gian dự kiến, người ta chia dự báo nói chung thành 3 hạn: dự báo ngắn hạn với thời gian dự kiến nhỏ hơn hoặc bằng 24 giờ; dự báo trung hạn với thời gian dự kiến từ 2 đến 5 ngày, và dự báo dài hạn thời gian dự báo lớn hơn 5 ngày. Lũ trên hệ thống sông Hồng tập trung nhanh, thời gian lũ ở phần thượng lưu các sông cũng chỉ kéo dài từ 3 đến 5 ngày, trong khi các phương pháp dự báo lũ hiện nay chỉ mới đạt thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ, do đó các quy trình vận hành hệ thống công trình phòng lũ hạ du cũng chỉ được xây dựng với thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ. Để công tác điều hành các công trình phòng lũ cho hạ du có hiệu quả, các nhà khoa học đã nghĩ tới việc kéo dài thời gian dự kiến thông qua việc dự báo mưa.
Điều đó có nghĩa là nếu như chúng ta dự báo được lượng mưa trước một khoảng thời gian (chẳng hạn 24 đến 36 giờ) thì cũng có nghĩa là đã kéo dài được thời gian dự báo lũ lên gấp đôi. Hiện nay trên thế giới công nghệ dự báo mưa và dự báo lũ đã phát triển ở mức độ cao. Công nghệ dự báo hiện đại trong đó kết hợp nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán. Các mô hình thuỷ văn – thuỷ lực với công nghệ cao được tích hợp với các mô hình dự báo thời tiết được xây dựng ở Châu Âu, Mỹ, Nhật và nhiều nước khác trên thế giới.
Ở Châu âu, người ta đã tiến hành tích hợp mô hình thuỷ văn DIMOSOP với mô hình dự báo thời tiết BOLAM trong khuôn khổ nghiên cứu RAPHAEL và MAP-SOP để dự báo mưa lũ trung hạn cho rất nhiều khu vực ở Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 1 Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình Châu Âu. Các mô hình tích hợp trên có khả năng dự báo hạn trung có độ chính xác tương đối cao với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày. Xuất phát từ nhu cầu cần thiết phải nâng cao chất lượng dự báo và kéo dài thời gian dự báo mưa lũ trên hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống liên hồ chứa phòng lũ cho hạ du thì việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trên thế giới về dự báo mưa lũ trung hạn là rất cần thiết. Chính vì vậy trường Đại học Thủy lợi đã được Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn giao nhiệm vụ thực hiện đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình” trong khuôn khổ nghị định thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italy về hợp tác khoa học công nghệ.
Tham gia vào thực hiện nghiên cứu này phía đối tác Italia gồm các chuyên gia của Đại học Brescia, Đại học Bách khoa Milano – nơi xây dựng và phát triển mô hình thủy văn DIMOSOP và các chuyên gia của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC- CNR) – nơi xây dựng và phát triển mô hình dự báo thời tiết BOLAM. Phía Việt Nam, tham gia vào đề tài này ngoài các chuyên gia, giảng viên của trường Đại học Thủy lợi còn có các chuyên gia đầu ngành về dự báo mưa lũ trung hạn của Trung tâm Dự báo KTTVTW, nơi sẽ tiếp nhận kết quả của đề tài, cải tiến, hoàn thiện cho phù hợp với điều kiện Việt Nam để đưa vào dự báo tác nghiệp trong tương lai. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là: “Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình”. Với mục tiêu đã nêu trên, các nội dung chính của đề tài bao gồm: 1.
Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn 2. Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn 3. Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ tích hợp giữa dự báo mưa và lũ trung hạn 4. Kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình.
Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 2 Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình 1. Phạm vi của đề tài Khu vực nghiên cứu của đề tài là lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, chủ yếu cho phần lãnh thổ lưu vực phía Việt Nam, vì các thông tin phần lưu vực phía Trung quốc rất thiếu. Với mục tiêu nghiên cứu như đã nêu ở trên thì công nghệ dự báo mưa trung hạn (dự báo thời tiết nói chung) sẽ được xây dựng cho toàn bộ lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình, nhưng kết quả đưa ra sẽ chỉ là các khu vực nằm trong lãnh thổ Việt Nam. Công nghệ dự báo lũ trung hạn sẽ được thực hiện cho mọi vị trí của lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, nhưng kết quả đưa ra là các vị trí thuộc thượng nguồn của các hồ chứa hiện tại bao gồm Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà.
Phần kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái bình chỉ là kết nối và thử nghiệm một số kịch bản đề ra nhằm hỗ trợ cho việc điều hành các hồ chứ không phải đi xây dựng quy trình vận hành cho các hồ chứa trên lưu vực nghiên cứu. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu Để thực hiện các nội dung chính nêu trong phần (1.2), các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để nghiên cứu là điều tra, thu thập số liệu, các thông tin liên quan; phân tích, tổng hợp số liệu, thông tin; phương pháp mô hình hoá và phương pháp chuyên gia. Phương pháp nghiên cứu cụ thể cho từng vấn đề được tóm tắt dưới đây: 1. Dự báo mưa trung hạn Trước đây, dự báo thời tiết nói chung và dự báo mưa nói riêng ở nước ta chủ yếu dựa vào phương pháp sinop, nghĩa là sử dụng các bản đồ để dự tính sự tiến triển của các hình thế thời tiết và trên cơ sở đó dự báo các yếu tố.
Tuy nhiên, từ năm 1997 trở lại đây, với sự trợ giúp của các cơ quan khí tượng khu vực và toàn cầu, Trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn trung ương (TTDBKTTVTW) đã bước đầu ứng dụng các mô hình số trị vào dự báo thời tiết như sử dụng mô hình GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết CHLB Đức (DWD) cung cấp. Việc áp dụng các mô hình số trị vào dự báo thời tiết, bão, ATNĐ, mưa… đang rất được quan tâm nghiên cứu và phát triển ở các nước tiên tiến trên thế giới vì các mô hình này có khả năng dự báo trung hạn với độ chính xác cao và với thời gian dự kiến lên đến 5 ngày, thậm chí là 10 ngày. Các mô hình số trị đang được sử dụng hiện nay trên thế giới là: − Mô hình MM5 của Hoa kỳ: mô hình này do Trung Tâm Nghiên Cứu Khí quyển Hoa Kỳ (NCAR) xây dựng và phát triển. Mô hình MM5 đang được Cơ quan Khí Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 3 Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình Tượng Hoa Kỳ, NASA, và nhiều trường đại học trên thế giới (Hoa Kỳ, Âu Châu, Hồng Kông và Đài Loan) dùng để dự báo thời tiết.
− Mô hình BOLAM do Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC-CNR), Italia xây dựng và phát triển từ những năm 1990, đây là một trong những mô hình khí tượng hiện đại có độ chính xác cao, hiện nay được các nước Châu Âu sử dụng rất nhiều để dự báo thời tiết. − Các mô hình khác như mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết CHLB Đức (DWD) xây dựng và phát triển …vv Trong khuôn khổ dự án hợp tác về khoa học công nghệ giữa Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Italy theo nghị định thư đã ký kết, chúng tôi lựa chọn mô hình BOLAM vào nghiên cứu và ứng dụng dự báo mưa trung hạn cho lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình. Mô hình này được chính TS. Buzzi – tác giả của mô hình cùng tham gia nghiên cứu, mô phỏng và chuyển giao cho Trường Đại học Thủy lợi và Trung tâm Dự báo KTTVTW để áp dụng cho khu vực nghiên cứu.
Dự báo lũ trung hạn Từ khi hồ Hoà bình bắt đầu vận hành vào năm 1988, vấn đề dự báo lũ đóng vai trò quan trọng trong việc điều hành hồ Hoà Bình chống lũ cho hạ du và sản xuất điện năng.