Việc ứng dụng các công nghệ hiện đại như GIS, viễn thám, mô hình toán, các thiết bị đo đạc tự động, các thiết bị truyền thông v.v…(gọi là công nghệ nền) một các hợp lý và hài hòa đóng vai trò quan trọng và quyết định đến sự thành công của công tác quản lý nước tại lưu vực sông Danube một lưu vực sông lớn và có tính quốc tế cao nhất thế giới. Bài viết đã thông qua những nét tổng thể về công nghệ nền trong quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Danube, nhìn lại các ứng dụng công nghệ của Việt Nam nhằm đưa ra những yêu cầu cơ bản cho việc ứng dụng công nghệ nền trong quản lý nước lưu vực sông ở nước ta.
Trang 1CÔNG NGHỆ DÙNG TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG DANUBE VÀ NHỮNG YÊU CẦU CÔNG NGHỆ NỀN TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TẠI VIỆT NAM
TECHNOLOGIES UTILIZED IN WATER MANAGEMENT IN DANUBE RIVER BASIN AND REQUIREMENTS FOR BASE TECHNOLOGIES IN WATER MANAGEMENT IN VIET NAM
ThS Đỗ Thị Chính
TÓM TẮT
Việc ứng dụng các công nghệ hiện đại như GIS, viễn thám, mô hình toán, các thiết bị đo đạc tự động, các thiết bị truyền thông v.v…(gọi là công nghệ nền) một các hợp lý và hài hòa đóng vai trò quan trọng và quyết định đến sự thành công của công tác quản lý nước tại lưu vực sông Danube - một lưu vực sông lớn và có tính quốc tế cao nhất thế giới Bài viết đã thông qua những nét tổng thể về công nghệ nền trong quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Danube, nhìn lại các ứng dụng công nghệ của Việt Nam nhằm đưa ra những yêu cầu cơ bản cho việc ứng dụng công nghệ nền trong quản lý nước lưu vực sông ở nước ta.
ABSTRACT
Utilizing modern technologies as GIS, remote sensing, water modelling, automatic measure equipments, means of communication sensiblely and harmoniously contributes to success of water management in Danube river basin, which is a big and the most international river basin in the world This paper summarizes the main points of base technologies in water management in Danube river basin, reviews the applications of them in Vietnam and bring out the requirements for utilizing base technologies in water management in our country.
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Sông Danube dài 2.780km, rộng 1,5km là con sông lớn thứ 2 châu Âu, sau sông Volga Với tổng diện tích lưu vực là 801.463km2 thuộc 19 quốc gia, lưu vực sông Danube được coi là lưu vực sông có tính quốc tế cao nhất thế giới Hơn 81 triệu dân có các nền văn hóa khác nhau, nói tiếng nói khác nhau cùng chia sẻ và hợp tác trên hệ thống sông Danube dưới sự quản lý của ủy ban Quốc tế về bảo vệ sông Danube (ICPDR)
Trang 2
Hình 1: Lưu vực sông Danube, Nguồn: ICPDR
Qua nhiều năm thực hiện các mục tiêu về hiệp ước bảo vệ sông Danube và
EU WFD, với sự phối hợp của các quốc gia trong lưu vực sông Danube đã xây dựng được một hệ thống công nghệ và công cụ nhằm phục vụ cho công tác quản
lý nước một cách hiện đại và có thể coi là tốt nhất hiện nay
Hệ thống công nghệ đã hỗ trợ cho việc trao đổi thông tin, quản lý lũ lụt, quản
lý chất lượng nước phục vụ rất hiệu quả cho cuộc sống của người dân trong vùng
và bảo vệ môi trường một cách bền vững Trong đó phải kể đến mạng lưới kiểm soát xuyên quốc gia về kiểm soát và đánh giá tài nguyên nước, hệ thống quản lý
và cảnh báo lũ lụt, quản lý chất lượng nước, quản lý thông tin tài nguyên nước
II VÀI NÉT TỔNG THỂ VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG QUẢN LÝ NƯỚC LƯU VỰC SÔNG DANUBE
II.1 Mạng lưới kiểm soát xuyên quốc gia (TNMN)
Theo hiệp ước đã kí kết bởi các các quốc gia thành viên trong hiệp hội đã thống nhất hợp tác trong lĩnh vực kiểm soát và đánh giá tài nguyên nước, vì vậy mạng lưới kiểm soát xuyên quốc gia được thành lập dựa trên 78 trạm lấy mẫu (trong đó 76 trạm đã cung cấp dữ liệu từ năm 2003), 52 chỉ tiêu xác định và tần suất lấy mẫu ít nhất là 12 lần trong năm (đối với chỉ tiêu hóa học) và 2 lần trong năm (đối với chỉ tiêu sinh học)
Mạng lưới này được chính thức hoạt động từ năm 1996 có nhiệm vụ cung cấp cái nhìn tổng quan về mức độ ổn định ô nhiễm và xu hướng lâu dài của chất lượng nước và tải ô nhiễm trên nhánh chính của sông Danube
Lưu vực sông Danube
Trang 3Hình 2: Báo cáo về chất lượng nước hàng năm được đưa
lên trang web cua ICPDR, Nguồn: ICPDR
Mạng lưới kiểm soát xuyên quốc gia sử dụng các dữ liệu kiểm soát đánh giá tại các quốc gia và dựa trên mục tiêu về hiệp ước về bảo vệ sông Danube, nhằm:
Hài hòa giữa các phương pháp kiểm soát và đánh giá, đặc biệt liên quan đến chất lượng nước
trên sông
Phát triển hợp tác và
liên kết các hệ thống
kiểm soát áp dụng các
thiết bị đo đạc cố định
hoặc di động, chia sẻ
thông tin liên lạc và
thuận tiện cho quá
trình xử lý dữ liệu
Chuẩn bị và thực hiện
những chương trình
liên kết cho các điều
kiện vùng ven sông trên các tiểu lưu vực Danube, bao gồm cả trữ lượng dòng chảy, chất lượng nước, phù sa, các hệ sinh thái vùng ven sông là yếu
tố cơ bản cho đánh giá tác động
Công tác thu thập số liệu được thực hiện cấp quốc gia Bộ phận quản lý dữ liệu cấp quốc gia có nhiệm vụ chuyển ngay dữ liệu nhận được từ các phòng thí nghiệm TNMN theo đúng chuẩn dữ liệu trao đổi tới trung tâm quản lý dữ liệu TNMN tại Viện Thủy văn Slovak ở Bratislava, sau khi kiểm tra dữ liệu lần cuối trung tâm này sẽ đưa vào bộ cơ sở dữ liệu, các dữ liệu này sau đó sẽ được đưa lên
Hình 3: TNMN thiết lập mới cho nước mặt theo
Trang 4Hình 4: Xử lý dữ liệu tạiViện VITUKI - Hungari
Hình 5: Cấu trúc hệ thống kiểm soát chất lượng nước tự động và phần mềm đặc
biệt xử lý thống kê
trang web của ICPDR
Các số liệu thủy văn được trao đổi
trực tuyến, còn các dữ liệu về chất lượng
nước sau khi kiểm định kết quả được đưa
lên mạng để chia sẻ Trong phạm vi lưu vực,
tất cả các cơ quan chức năng đều có thể chia
sẻ số liệu được với nhau
II.2 Hệ thống thông tin cho quản lý thiên tai lũ lụt WATMAN (tại Rumani)
Trang 5Nằm ở hạ lưu sông Danube, Rumani thường xuyên chịu thiên tai lũ lụt, điển hình là những năm gần đây do chịu ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu toàn cầu vùng hạ lưu Danube này đã chịu những trận lụt lớn, như năm 2005 với mức thiệt hại lên tới 50.000 tỉ lei (khoảng 2 tỉ US$)
Để giảm những thiệt hại do lũ gây ra, trong nhiều năm qua Rumani đã và đang xây dựng thành công hệ thống thông tin cho quản lý thiên tai lũ lụt Hệ thống này bao gồm các trạm đo, các trung tâm xử lý và các trung tâm hành động
Từ các trạm đo các số liệu
được truyền qua mạng internet về
trung tâm xử lý theo thời gian thực
Tại trung tâm này dùng các mô hình
toán và GIS để phân tích, xử lý để
đưa ra kết quả dự báo Thông thường
các thông tin này sẽ được đưa về các
tỉnh và tỉnh sẽ triển khai hành động
tới địa phương Trong những trường
hợp khẩn cấp, trung tâm dự báo sẽ
chuyển thông tin đến bộ phận can
thiệp khẩn cấp và bộ phận này sẽ
hành động trực tiếp tại địa phương nơi xảy ra thiên tai lũ lụt
Bên cạnh việc xây dựng hệ thống quản lý và cảnh báo hiện đại, các thiết
bị đo đạc thủy văn cũ dần được thay thế bằng các thiết bị đo tự động mới Các
BASIN DISPATCH +
H F C.
Giản đồ hành động cấp lưu vực
SIMIN DESWAT stations Fixed
C.C.E.S.
E.I.C.
L.C.E.S
Can thiệp trực tiếp.Phản hồi (sms, internet, fax)Dữ liệu, cảnh báo, báo độngC.C.E.SBan quản lý những tình huống khẩn cấp cấp tỉnhH.F.CTrung tâm dự báo thủy vănE.I.CTrung tâm can thiệp khẩn cấpSIMIN RadarDESWATTrạm đo tự
động
Hình 6: Bảng hiển thị thông tin thủy văn
theo thời gian thực
Trang 6thiết bị này tự động đo mực nước, nhiệt độ, mưa … và truyền số liệu về trung tâm xử lý theo thời gian thực
Cứ sau mỗi giờ các số liệu H, Q tại các trạm đo được truyền về trung tâm theo thời gian thực và hiển thị lên bảng kết quả
II.3 Hệ thống quản lý thông tin sông ngòi và các công việc theo WFD của châu Âu (Đức) – WINSYS
Chương trình WINSYS được phát
triển bởi công ty WASY của Đức, hiện nay
thuộc tập đoàn DHI Chương trình được
xây dựng dựa trên nền ArcGIS, có nhiệm
vụ thực thi các công việc theo WFD của
châu Âu nhằm đưa ra một công cụ hữu hiệu
cho việc ghi chép, quản lý cũng như phổ
biến các thông tin kinh tế tài nguyên nước
Các công cụ chính của WINSYS:
mạng sông, quản lý chất lượng nước,
chuỗi thời gian, trình bày và đưa lên web
Tất cả các lớp đối tượng liên quan đến
nước như là: sông suối, khí tượng, thủy văn, các cơ quan quản lý, cơ sở hạ tầng, quy hoach vùng, bản đồ v.v… được đưa vào để quản lý Chương trình thiết kế kiểu phân quyền cho từng nhóm đối tượng:
Nhóm quản lý dữ liệu: Có nhiệm vụ cập nhật dữ liệu, chỉnh sửa và thêm
bớt các chi tiết
Nhóm sử dụng: Có thể khai thác thông tin, chỉnh sửa một số chi tiết, tạo
các kịch bản và các sự kiện
Nhóm sử dụng qua web: Khai thác các thông tin đã được phổ biến trên web.
II.4 Ứng dụng viễn thám trong công
tác quản lý tài nguyên nước
Kỹ thuật viễn thám được ứng dụng
trong nhiều ngành, đặc biệt là trong quản lý
tài nguyên kỹ thuật viễn thám càng thể hiện
rõ ưu điểm của mình: quản lý tài nguyên
rừng, tài nguyên nước, quản lý đất đai v.v…
Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên
nước ở châu Âu nói chung cũng như các
nước trong lưu vực sông Danube nói riêng đã ứng dụng kỹ thuật viễn thám như một phương tiện hỗ trợ bổ sung về mặt số liệu, dữ liệu trong khi các số liệu đo
Hình 8: Sử dụng ảnh vệ tinh để nhận biết phạm vi ngập lụt ở Danube delta Hình 7: Giao diện chính WINSYS,
Nguồn: Wasy
Trang 7không đủ hoặc việc thực hiện đo đạc quá tốn kém và mất thời gian, nhất là trong những trường hợp cảnh báo khẩn cấp
Ứng dụng tích hợp các công nghệ hiện đại một cách hợp lý và hài hoà đã góp một phần không nhỏ vào sự thành công trong quản lý nước tại lưu vực sông Danube
Sự hiện đại của các công nghệ đã tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức trong quá trình đo đạc và xử lý tính toán Các dữ liệu được thống nhất và chia sẻ trong toàn thể các cơ quan chức năng của lưu vực đã tạo điều kiện thuận lợi và nâng cao độ chính xác các tính toán về dòng chảy cũng như chất lượng nước Sử dụng hiệu quả các thiết bị truyền thông vào việc truyền dữ liệu và phổ biến thông tin đã làm giảm đáng kể thiệt hại
do thiên tai và hiểm họa gây ra, tạo được niềm tin và tình yêu của mỗi người dân vào việc sống và bảo vệ nguồn tài nguyên nước tại lưu vực sông Danube
III MỘT SỐ ĐÒI HỎI ĐỂ
PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ
NỀN 1 NHẰM QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC
SÔNG Ở VIỆT NAM HIỆU
QUẢ HƠN
III.1 Các công nghệ nền trong
quản lý nước
Trong quản lý tổng hợp tài
nguyên nước việc tích hợp GIS, viễn
thám, các mô hình toán và các thiết
bị đo đạc hiện đại được coi là các
công nghệ nền, sự tích hợp các công nghệ nền một cách hợp lý sẽ tạo nên một công cụ hữu hiệu cho việc quản lý nhằm giảm bớt thời gian và công sức, cũng như hiệu quả về mặt kinh tế Trong đó:
Hệ thống thông tin địa lý GIS được sử dụng để quản lý cơ sở dữ liệu và các phân tích không gian Ưu điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS là sự kết hợp giữa các yếu tố không gian và các yếu tố thuộc tính tạo nên một thể thống nhất cho phép người dùng có thể truy vấn và tính toán nhanh Hiện nay GIS được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực đặc biệt là trong quản lý tài nguyên với các phần mềm nổi tiếng như ARCView, ARCGIS của ESRI, Mapinfo của Công ty Mapinfo, Geomedia Professional của công ty Intergraph
Các mô hình toán sử dụng trong quản lý tài nguyên nước bao gồm các mô hình thủy lực, thủy văn, chất lượng nước Hiện nay có khá nhiều các mô hình
có khả năng tính toán và mô phỏng các bài toán về thủy lực, thủy văn và chất
1 Công nghệ nền trong quản lý tài nguyên nước được hiểu là các ngành công nghệ nhằm cung cấp các số liệu, tích hợp thông tin và các kết quả tính làm cơ sở để xây dựng mô hình quản lý nước ứng dụng công nghệ một cách hiệu quả
Hình 9: Sử dụng mô hình MIKE 11 để xây dựng sơ đồ thủy lực cho hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai - Viện KHTLMN
Trang 8lượng nước như các mô hình MIKE của Viện DHI Đan Mạch, mô hình GAMS của Ngân hàng Thế giới, mô hình SOBEK (Hà Lan)
Trên thế giới công nghệ viễn thám
đã sớm được sử dụng trong công tác
điều tra cơ bản Với hàng loạt các
thiết bị thu, phát nhằm quan sát trái
đất, các ảnh viễn thám đã bổ sung rất
nhiều cho các dữ liệu còn thiếu khi
điều kiện đo đạc hạn chế, hoặc chưa
từng được thực hiện đo đạc trong quá
khứ Trong quản lý tài nguyên nước
viễn thám được ứng dụng ở nhiều
mảng như dự báo thời tiết, tính toán
nước ngầm, sạt lở, lũ lụt v.v… Hiện
nay có nhiều dữ liệu ảnh viễn thám được sử dụng như là Landsat, MODIS, Aster, Quickbird, Radar và các phần mềm xử lý ảnh như ENVI, ESDAS, Geomatica
Cùng với sự phát triển của các công nghệ phần mềm, ngày nay các thiết bị
đo đạc cũng đã được hiện đại hóa rất nhiều Trong lĩnh vực đo đạc tài nguyên nước có rất nhiều các thiết bị đã được tự động hóa với độ chính xác cao, nhằm tiết kiệm thời gian và công sức như các thiết bị đo nước tự động, các thiết bị đo hồi âm, các thiết bị đo GPS
Các thiết bị truyền thông, liên lạc như internet, điện thoại, fax, bộ đàm Ngày nay đã có những thiết bị truyền thông tốc độ cao, có thể truyền trực tiếp những bộ dữ liệu có dung lượng lớn, điều đó hỗ trợ rất nhiều cho qua trình đo đạc và xử lý dữ liệu theo thời gian thực giúp cho công tác phòng chống thiên tai được hiệu quả, và thông tin được chuyển đến người dùng có tính thời sự cao
III.2 Hiện trạng ứng dụng công nghệ trong quản lý lưu vực sông ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ đã khá phổ biến tại các cơ quan quản lý tài nguyên nước với một số phần mềm và thiết bị hiện đại
Về các phần mềm GIS, hầu hết các cơ quan đều sử dụng ARCView, ARCGIS và Mapinfo Đây là các phần mềm GIS hiện đại và có nhiều tính năng,
sự trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm cũng dễ dàng Tuy nhiên ở hầu hết các cơ quan đều sử dụng phần mềm không bản quyền vì thế bộ phần mềm thường hạn chế các chức năng hoặc hay bị trục trặc trong quá trình sử dụng Hơn nữa các phần mềm GIS ở đây được sử dụng để đồ họa, quản lý dữ liệu là chính, chứ chưa khai thác hết các chức năng phân tích không gian của nó
Hình 10: Sử dụng ArcView GIS 3.2a trong quản lý dữ liệu tài nguyên nước tại Viện KHTLMN
Trang 9Nhờ vào chương trình hỗ trợ nâng cao năng lực của các cơ quan ngành nước của DANIDA, trong những năm gần đây đã có những phần mềm thủy văn, thủy lực hiện đại được đưa vào sử dụng như MIKE 11, MIKE21, MIKE Basin … của DHI Hiện nay các phần mềm MIKE đang sử dụng ở Việt Nam khá nhiều và đều có mua bản quyền, chúng ta cũng đã có một đội ngũ kỹ sư được đào tạo cơ bản để sử dụng các chương trình này Đây là một trong những điểm thuận lợi để phát triển hiện đại công nghệ quản lý tài nguyên nước Ngoài ra các tại một số cơ quan cũng đang sử dụng các phần mềm được phát triển bởi Việt Nam như VRSAP (Viện Quy hoạch Thủy lợi), KOD
(Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam), TANK
(Viện Quy hoạch Thủy lợi)
Công nghệ viễn thám bước đầu đã
được sử dụng trong quản lý tài nguyên nước
ở Việt Nam, tuy nhiên do hạn chế về mặt dữ
liệu và giá cả mà các ứng dụng của ảnh viễn
thám chưa được sử dụng rộng rãi, nhưng
trong nhiều trường hợp sử dụng ảnh viễn
thám cho kết quả có độ chính xác cao hơn và
hiệu quả kinh tế hơn, nhất là trong điều kiện
thiếu hụt số liệu đo đạc hoặc việc thực hiện
đo đạc quá tốn kém và mất nhiều thời gian
Hiện nay tại Việt Nam các ứng dụng của viễn thám được sử dụng trong dự báo thời tiết, một số ứng dụng của ảnh viễn thám trong quản lý lũ lụt, phân loại thực phủ, xác định vị trí nước ngầm, quy hoạch thủy lợi…Các phần mềm xử lý ảnh viễn thám được sử dụng hiện nay là ENVI, Geomatica (không bản quyền), WINASEAN (phát triển bởi Viện Địa lý, Viện KHVN), một số loại ảnh có nhiều ứng dụng và giá cả vừa phải như Landsat, Aster, MODIS, Spot cũng đã và đang được sử dụng tại Việt Nam Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thám trên thế giới, ngày càng có nhiều trạm thu phát thường xuyên hơn, giá cả cũng dần dần được giảm xuống và có thêm nhiều ảnh được cung cấp miễn phí, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển công nghệ viễn thám tại Việt Nam, cũng như các ứng dụng viễn thám trong quản lý tài nguyên nước
Do các yếu tố lịch sử mà dữ liệu tài nguyên nước của Việt nam không được đo đạc đầy đủ Việc thiếu hụt số liệu đo, các thiết bị đo, truyền dữ liệu thô
sơ cũng dẫn tới khó khăn cho công tác tính toán và quản lý Các dữ liệu chưa được thống nhất, vẫn còn nhiều dữ liệu chưa được số hóa, việc chia sẻ dữ liệu cũng chưa được thực hiện rộng rãi tại các cơ quan chức năng khiến cho việc sử dụng bị hạn chế Ngoài ra việc truyền dữ liệu cũng còn chậm trễ do thiếu hoặc chưa sử dụng triệt để các phương tiện truyền thông như internet, fax, điện thoại vào việc truyền tải dữ liệu
Hình 11: Ứng dụng ảnh Landsat đa thời gian và bản đồ
để theo dõi xói lở các cù lao
sông Hậu
Trang 10III.3 Một số yêu cầu nhằm phát triển công nghệ nền trong quản lý lưu vực sông ở Việt Nam
Trong điều kiện và hiện trạng sử dụng công nghệ như hiện nay, để sử dụng tổng hợp được các công nghệ một các hiệu quả trong quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam cần thực hiện một số yêu cầu cơ bản sau:
Mọi dữ liệu phải được số hóa, thống nhất và được chia sẻ
Nâng cao các ứng dụng GIS trong quản lý, phân tích dữ liệu
Sử dụng viễn thám để cập nhật, bổ sung dữ liệu và tính toán sự biến động
Giữ vững vai trò chủ đạo của các mô hình toán trong quá trình tính toán
mô phỏng, kết hợp với GIS và viễn thám để nâng cao hiệu quả ứng dụng
Dần dần hiện đại hóa các thiết bị đo đạc, để tiến tới các số liệu đo đạc thời gian thực được cập nhật thường xuyên và đầy đủ
Sử dụng hiệu quả vai trò của internet, fax, sms trong việc truyền dữ liệu và thông tin
IV KẾT LUẬN
Mô hình tích hợp các công nghệ GIS, mô hình toán, viễn thám, các thiết bị
đo đạc hiện đại và các phương tiện truyền thông trong quản lý tài nguyên nước là
mô hình được sử dụng thành công ở lưu vực sông Danube cũng như nhiều lưu vực khác trên thế giới Việc sử dụng tích hợp công nghệ nhằm phát huy tối đa ưu điểm
và hạn chế nhược điểm của mỗi công nghệ đã đem đến cho người sử dụng những thông tin cần thiết một cách nhanh chóng, tiết kiệm được thời gian, công sức, tiền bạc và giảm thiểu được những rủi ro, thiệt hại do thiên tai và hiểm họa gây ra
Từ bài học thành công của nước bạn nhìn lại việc ứng dụng công nghệ ở Việt Nam, rút ra những yêu cầu cho công nghệ nền trong ứng dụng vào quản lý tài nguyên nước ở nước ta Đó là yêu cầu về thống nhất và chia sẻ dữ liệu, bổ sung dữ liệu bằng công nghệ viễn thám, giữ vững vai trò tính toán của các mô hình kết hợp với việc tăng cường các ứng dụng của GIS và viễn thám để nâng cao hiệu quả ứng dụng Dần thay thế các phương tiện đo đạc thô sơ bằng các thiết bị đo đạc hiện đại
và phát huy khả năng ứng dụng của các phương tiện truyền thông để đưa thông tin tới người dùng một cách đầy đủ, chính xác và nhanh chóng
Một số từ viết tắt:
DTM: Mô hình số địa hình
GIS: Hệ thống thông tin địa lý
ICPDR: Ủy ban quốc tế về bảo vệ sông Danube
TNMN: Mạng lưới kiểm soát xuyên quốc gia