Ứng dụng công nghệ số quản lý ngập lụt đô thị

Đổi mới phương thức quản lý ngập lụt

Là đô thị cảng biển lớn với hơn 125 km bờ biển, mạng lưới sông ngòi dày đặc và tốc độ đô thị hóa thuộc nhóm cao nhất cả nước, thành phố Hải Phòng đang đứng trước thách thức ngày càng lớn từ biến đổi khí hậu.

Như trận mưa ngày 9/7, lượng mưa đạt khoảng 130 mm, nước sông Tam Bạc, sông Cấm dâng cao khiến nhiều tuyến đường và khu dân cư đô thị ngập sâu, có nơi 50 cm. Thời gian gần đây, những trận mưa có cường suất trên 100 mm, thậm chí có thời điểm vượt 300 mm kết hợp với triều cường và nước biển dâng khiến nhiều khu vực xảy ra ngập úng, ảnh hưởng đến đời sống người dân cũng như hoạt động sản xuất.

Thành phố đã đầu tư nhiều dự án cải thiện hệ thống thoát nước, nâng cấp hạ tầng và xây dựng các công trình xử lý nước thải. Nhà máy xử lý nước thải Vĩnh Niệm với công suất thiết kế 36.000 m³/ngày đêm góp phần nâng cao năng lực xử lý nước thải đô thị. Tuy nhiên, tốc độ phát triển đô thị vượt khả năng đáp ứng của hạ tầng. Phần lớn mạng lưới thoát nước được xây dựng qua nhiều giai đoạn, thiếu đồng bộ, chủ yếu là hệ thống thoát nước chung nên hiệu quả tiêu thoát nước còn hạn chế.

Theo Công ty TNHH một thành viên Thoát nước Hải Phòng, hệ thống thoát nước hiện nay cơ bản chỉ đáp ứng các trận mưa khoảng 50 mm. Trong khi đó, tỷ lệ thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt mới đạt khoảng 12 - 15%, nhiều khu vực chưa có hệ thống thu gom riêng, làm gia tăng áp lực lên mạng lưới thoát nước khi xuất hiện mưa lớn kết hợp triều cường.

Hiện nay, nếu chỉ tiếp tục mở rộng cống, xây thêm trạm bơm hay nâng cấp đê điều thì khó có thể giải quyết triệt để bài toán ngập úng khi khí hậu ngày càng cực đoan. Vì vậy cần thay đổi phương thức quản lý, lấy dữ liệu và công nghệ làm nền tảng để dự báo, điều hành và ra quyết định.

Một trong những giải pháp được nhiều chuyên gia đánh giá có tính đột phá là xây dựng Digital Twin (bản sao số đô thị). Mô hình này sẽ tích hợp dữ liệu địa hình, hệ thống thoát nước, lượng mưa, mực nước, triều cường, kết hợp với mạng lưới cảm biến IoT và trí tuệ nhân tạo để tạo nên một "bản sao số" của toàn bộ đô thị.

Khác với bản đồ quy hoạch truyền thống, công nghệ Digital Twin cho phép mô phỏng gần như theo thời gian thực diễn biến của hệ thống thoát nước. Khi có dự báo mưa lớn, cơ quan quản lý có thể dự báo khu vực có nguy cơ ngập, độ sâu và thời gian ngập, đồng thời lựa chọn phương án vận hành trạm bơm, cống điều tiết phù hợp để giảm thiểu thiệt hại.

Theo Phó giáo sư, Tiến sĩ Trần Đăng An, Trường Đại học Thủy lợi, điểm mạnh nhất của Digital Twin là khả năng dự báo và hỗ trợ quy hoạch dài hạn. Trước khi phê duyệt một dự án đô thị mới, cơ quan quản lý có thể mô phỏng xem dự án sẽ ảnh hưởng như thế nào đến dòng chảy, cao độ nền hay khả năng tiêu thoát nước của toàn khu vực. Điều này giúp hạn chế tình trạng sau khi đô thị hình thành mới phát hiện phát sinh điểm ngập và phải đầu tư khắc phục với chi phí rất lớn.

Xây dựng hệ thống dữ liệu đồng bộ

Bên cạnh Digital Twin, nhiều chuyên gia cho rằng cần xây dựng hệ thống dữ liệu đồng bộ. Theo Phó giáo sư, Tiến sĩ Lê Chí Ngọc, Khoa Toán - Tin, Đại học Bách khoa Hà Nội, Quy hoạch chung điều chỉnh của Hải Phòng cho thấy diện tích đất xây dựng đô thị sẽ tăng từ khoảng 52.000 - 53.500 ha vào năm 2030 lên 72.000 - 73.000 ha vào năm 2040. Điều này đồng nghĩa cao độ nền, lớp phủ bề mặt, hướng dòng chảy và mạng lưới thoát nước sẽ tiếp tục thay đổi mạnh.

Điểm nghẽn lớn nhất hiện nay không phải thiếu thuật toán mà là thiếu dữ liệu đầy đủ, đồng bộ và cập nhật gần thời gian thực. Vì vậy, một hệ thống dự báo ngập muốn chính xác phải phản ánh đúng hiện trạng đô thị theo thời gian thực. Hải Phòng cần xây dựng kiến trúc dự báo gồm: hệ thống quan trắc thời gian thực; mô hình thủy văn - thủy lực; trí tuệ nhân tạo để hiệu chỉnh sai số và dự báo tức thời; cùng hệ thống đánh giá xác suất rủi ro phục vụ cảnh báo.

Theo đó, mạng lưới cảm biến IoT sẽ được lắp đặt tại các cửa sông, cống thoát nước, hồ điều hòa, trạm bơm, cửa xả và các điểm ngập trọng yếu. Toàn bộ dữ liệu về lượng mưa, mực nước, áp suất, lưu lượng dòng chảy được truyền liên tục về Trung tâm Điều hành đô thị thông minh (IOC).

AI sẽ phân tích dữ liệu để dự báo nguy cơ ngập trước từ 6 - 12 giờ, hỗ trợ cơ quan quản lý chủ động vận hành trạm bơm, cửa phai, cống ngăn triều và đồng thời gửi cảnh báo sớm đến người dân.

Theo Tiến sĩ Nguyễn Bách Thảo, Trưởng Bộ môn Địa chất thủy văn, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, quản lý ngập lụt trong tương lai cần dựa trên 3 trụ cột gồm hạ tầng công trình, hạ tầng xanh và công nghệ số.

Trước mắt, thành phố cần tiếp tục nâng cấp các tuyến cống xuống cấp, xây dựng trạm bơm, lắp đặt cống ngăn triều và van một chiều tại các cửa xả. Về lâu dài, cần từng bước phát triển mô hình "Đô thị bọt biển" (Sponge City) - xu hướng đang được nhiều quốc gia áp dụng nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu.

Thay vì tìm mọi cách đưa nước ra khỏi đô thị nhanh nhất, mô hình này hướng đến việc giữ nước, thấm nước và điều tiết nước ngay trong đô thị thông qua hệ thống hồ điều hòa, công viên sinh thái, mái xanh, vườn mưa, vật liệu thấm nước trên vỉa hè và bãi đỗ xe, giúp giảm áp lực cho hệ thống cống, cải thiện vi khí hậu, bổ sung nước ngầm và nâng cao chất lượng không gian đô thị.

Hệ thống GIS sẽ số hóa toàn bộ mạng lưới cống, mương, hồ điều hòa, trạm bơm và cửa xả trên nền bản đồ số thống nhất. Khi xảy ra sự cố, đơn vị quản lý có thể nhanh chóng xác định vị trí, đánh giá năng lực tiêu thoát của từng lưu vực và triển khai phương án xử lý tối ưu.

Thành phố đang đặt mục tiêu trở thành đô thị cảng quốc tế hiện đại, trung tâm logistics và công nghiệp lớn của khu vực, các ứng dụng như Digital Twin, GIS, IoT, trí tuệ nhân tạo cùng Trung tâm Điều hành đô thị thông minh sẽ giúp thành phố từng bước chuyển từ tư duy ứng phó khi ngập xảy ra sang quản lý rủi ro chủ động với các dữ liệu được cập nhật liên tục, các mô hình dự báo ngày càng chính xác và hạ tầng được vận hành thông minh. Qua đó nâng cao năng lực chống chịu trước biến đổi khí hậu, là điều kiện quan trọng để xây dựng đô thị thông minh, xanh và phát triển bền vững.