Hệ thống cảnh báo sớm thiên tai giải pháp kỹ thuật

QUẢN TRỊ RỦI RO VÀ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ BỀN VỮNG 24 HỆ THỐNG CẢNH BÁO SỚM THIÊN TAI GIẢI PHÁP KỸ THUẬT Bùi Quang Bình* Đỗ Thị Ngân** Tóm tắt Nhiều năm gần đây, thế giới vẫn đang phải chứng kiến những tổn[.]

QUẢN TRỊ RỦI RO VÀ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ BỀN VỮNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO SỚM THIÊN TAI GIẢI PHÁP KỸ THUẬT Bùi Quang Bình* Đỗ Thị Ngân** Tóm tắt: Nhiều năm gần đây, giới phải chứng kiến tổn thất nặng nề thiên tai lũ quét trượt lở đất Nhiều giải pháp kỹ thuật quản trị rủi ro thiên tai nghiên cứu ứng dụng giới Việt Nam Bài viết trình bày số giải pháp kỹ thuật bao gồm việc xây dựng hệ thống cảnh báo thiên tai phục vụ cho việc quản lý dài hạn cảnh báo sớm Bên cạnh đó, hệ thống quan trắc số mơ hình dự báo thiên tai Việt Nam đề cập, qua số bất cập khó khăn đưa Cuối cùng, giải pháp toàn diện quản trị kỹ thuật phù hợp cho Việt Nam đề xuất, nhằm giảm thiểu thiệt hại người thiên tai gây Từ khóa: Cảnh báo sớm thiên tai;Rủi ro thiên tai Đặt vấn đề Những trận lũ lụt kinh hoàng hồi tháng 4/2021 Trung Quốc tháng 6/2021 Đức ảnh hưởng đến sống người dân cho thấy biến đổi khí hậu (BĐKH) làm cho thời tiết trở nên khắc nghiệt bất thường khắp nơi giới Ít 25 người chết tỉnh Hà Nam, miền Trung Trung Quốc, có hàng chục người bị mắc kẹt tàu điện ngầm thành phố Trịnh Châu nước chảy qua sau nhiều ngày mưa trút nước (Reuters, 2021a) Thảm họa lũ lụt tương tự xảy châu Âu gây thiệt hại nghiêm trọng với 160 người chết Đức 31 người Bỉ (Reuters, 2021b) Các trận lũ lụt xảy bất ngờ diễn thời gian ngắn, làm cho quyền người dân khơng kịp chuẩn bị ứng phó Các thảm họa cho thấy công tác dự báo sớm trở nên vô quan trọng nhằm ứng phó với bất thường thời tiết tương tự tương lai Chỉ 18 ngày, từ 18/10 - 6/11/2020, bên cạnh bão, mưa lũ, ngập lụt lịch sử, miền Trung liên tiếp xảy sạt lở vùi lấp hàng trăm người Chỉ số người may mắn sống sót Trong đó, 192 người chết 57 người tích, tổng thiệt hại kinh tế khoảng 30.000 tỷ đồng (Chính phủ, 2020) * Tiến sĩ, Viện Nghiên cứu Phát triển bền vững Vùng, email: binhbq@hotmail.com Thạc sĩ, Viện Nghiên cứu Phát triển bền vững Vùng ** 24 RISK GOVERNANCE AND SUSTAINABLE URBAN DEVELOPMENT Các giải pháp mặt kỹ thuật quản trị rủi ro thiên tai nhằm ứng phó giảm thiệt hại người nghiên cứu ứng dụng số nước giới Trong đó, việc xây dựng hệ thống cảnh báo sớm thiên tai nâng cấp máy quản lý rủi ro thiên ứng dụng Các giải pháp thực mang lại hiệu định giảm thiệt hại người của, cung cấp thông tin cho quan quản lý liên quan việc định kịp thời xác Vì thế, giải pháp kỹ thuật quản lý rủi ro thiên tai ứng dụng số nước giới Trung Quốc châu Âu, Việt Nam áp dụng nhằm ứng phó với tượng thời tiết ngày cực đoan xảy thời gian tới Hệ thống cảnh báo thiên tai Khoảng 52% diện tích châu Á vùng núi với lượng mưa lớn thường xuyên, khu vực phải hứng chịu thảm họa lũ quét suốt chiều dài lịch sử (Haichen Li nnk, 2017) Do lũ quét trượt lở đất có phân bố phạm vi ảnh hưởng diện rộng, nên việc phòng chống thiên tai lũ quét chủ yếu biện pháp kỹ thuật truyền thống dựa vào dự báo tượng thời tiết, đo lượng mưa cảnh báo chậm không hợp lý tốn Kể từ năm 1990, với phát triển khoa học cơng nghệ máy tính, nhiều nước giới bắt đầu nghiên cứu ứng dụng công nghệ cảnh báo sớm thiên tai, phương pháp tối ưu cho nước phát triển với mật độ dân số dày đặc thường xuyên xảy thiên tai lũ quét sạt lở đất hàng năm (Haichen Li nnk, 2017) Cảnh báo sớm thiên tai giới phân loại thành cảnh báo dài hạn (long term) cảnh báo theo thời gian thực (real time) Hai phương pháp đánh giá có hiệu thời gian vừa qua với việc không ngừng nghiên cứu nhằm cải thiện độ xác phân tích cảnh báo dài hạn, tính tốn cho số cảnh báo thời gian thực, sở liệu sử dụng cho xây dựng hệ thống thông tin địa lý 2.1 Nghiên cứu cảnh báo lũ quét trượt lở đất dài hạn  Phân tích thống kê dựa liệu lịch sử Về bản, phương pháp thu thập liệu trận lũ quét xảy khứ, từ tần suất chu kỳ lặp lại xác định Qua đó, nhà khoa học dự đoán xu hướng xuất thảm họa tương lai (Cheng W., 2013) Cụ thể, tần suất tính tốn cách lấy số lần xảy thiên tai trừ vụ thảm họa lịch sử khu vực nghiên cứu cụ thể, sau lấy khoảng thời gian xảy thảm họa lịch sử chia cho giá trị Phương pháp tính tần suất xuất thảm hoạ đưa kết phản ánh mức độ hoạt động thảm họa qua sử dụng để suy đốn xác suất dài hạn Tuy nhiên, để tính tốn phương pháp này, liệu thiên tai khứ phải đáng tin cậy, xác đầy đủ (Binh Bui, 2010; Chen, G nnk, 2007) Thêm vào đó, phương pháp ứng dụng lưu vực sông, suối dịng chảy cụ thể  Phân tích rủi ro dựa chế gây thảm họa Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ kỹ thuật, hệ thống thơng tin địa lý (GIS) công nghệ viễn thám (RS), ứng dụng xây dựng mơ hình cảnh báo lũ quét dài hạn dựa 25 QUẢN TRỊ RỦI RO VÀ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ BỀN VỮNG yếu tố gây thiên tai lượng mưa, địa hình, độ dốc, thảm thực vật, mạng lưới sông suối địa chất… Bằng cách áp dụng cơng thức tốn học, tất yếu tố đưa vào tính toán dựa đánh giá nguy tính dễ tổn thương Qua đó, mơ hình dự báo lũ quét sạt lở đất tạo với độ xác cao Phân tích rủi ro dựa chế gây lũ lụt trượt lở đất cơng nghệ GIS RS có ưu điểm mức độ bao phủ rộng lớn tỉnh vùng có điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng giống Bên cạnh đó, mơ hình dự báo chứng quan trọng, khoa học giúp cho việc định quan liên quan cơng tác quy hoạch sử dụng đất, bố trí khu dân cư Cuối cùng, trình xây dựng mơ hình có tham gia mặt kỹ thuật nhiều chuyên gia lĩnh vực khác Tuy nhiên, mơ hình dự báo xây dựng thời điểm cụ thể với yếu tố gây thảm hoạ xác định, để có độ xác cao phải thường xuyên cập nhật số liệu sau đợt xảy thiên tai chạy lại mơ hình Thêm vào đó, để vận hành, bảo trì mơ hình cần hệ thống máy tính có cấu hình mạnh địi hỏi chi phí đầu tư lớn nhân lực thực cần phải đào tạo chuyên sâu Zhao đánh giá rủi ro thiên tai lũ quét khu vực thượng nguồn sơng Minjiang phân tích cường độ tần suất (Hapuarachchi, P nnk, 2011) Hơn nữa, Tang Shi đưa hệ thống phương pháp lộ trình kỹ thuật tích hợp, bao gồm việc thu thập liệu GIS, xây dựng sở liệu không gian, lựa chọn hệ thống số đánh giá, dự báo, đánh giá rủi ro phân vùng (Hu, J., & Liu, Z., 2011) Theo hệ thống phương pháp lộ trình kỹ thuật này, Guan Chen vẽ đồ đánh giá rủi ro thiên tai lũ quét tỉnh Giang Tây, dựa đồ địa lý phân tích khí hậu, lượng mưa, địa hình, độ dốc mạng lưới sông để đánh giá mức độ dễ bị tổn thương đồ phân vùng rủi ro thiên tai lũ quét (Hu, J nnk, 2014) Trong q trình phân tích tính dễ bị tổn thương lũ quét thành phố Wenshan, phạm vi độ sâu lũ quét coi số quan trọng để nâng cao độ xác đánh giá (Huang, X., nnk; Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Conservation, 1991) Hệ thống số phân vùng nguy lũ quét dựa vi địa mạo, địa hình vị trí độ dốc, tích tụ dịng chảy xây dựng 2.2 Cảnh báo sớm thiên tai, lũ quét, trượt lở đất theo thời hạn thực  Phương pháp tính toán cho số cảnh báo thời gian thực Cho đến nay, nghiên cứu hệ thống cảnh báo sớm thiên tai chưa có thống yếu tố gây thảm họa thiên tai lũ quét trượt lở đất, chẳng hạn hướng tốc độ gió, vận tốc lưu lượng dòng chảy, mực nước, cường độ lượng mưa, v.v Thay vào đó, hầu hết mơ hình thường tập trung vào yếu tố lượng mưa, số tập trung vào mơ hình cảnh báo mực nước dâng Các phương pháp tính tốn lượng mưa cảnh báo sớm chia thành hai loại: theo hướng liệu theo chế (Hình 1) 26 RISK GOVERNANCE AND SUSTAINABLE URBAN DEVELOPMENT Hình Sơ đồ hệ thống kỹ thuật cảnh báo sớm thiên tai theo thời gian thực ứng dụng giới Khảo sát trường hợp Lượng mưa tới hạn trạm đo vùng Hướng liệu Phân tích tần suất mưa thiên tai Phân tích tương quan Nội suy Phân tích tần xuất lượng mưa lũ lụt Cảnh báo sớm lượng mưa Công thức thực tiễn Kinh nghiệm Công thức phù hợp Hướng chế Cân mực nước Mơ hình thuỷ văn Dữ liệu Mơ hình thuỷ động lực học  Các phương pháp tính toán lượng mưa cảnh báo sớm Trên thực tế, phương pháp dựa liệu cách để tính tốn lượng mưa cảnh báo sớm thiên tai Với điều kiện lũ quét phải có mối tương quan định với lượng mưa, phương pháp tính tốn lượng mưa đưa cảnh báo sớm cách phân tích liệu thiên tai lịch sử Tuy nhiên, phương pháp lại khơng tính đến chế gây thiên tai Vì vậy, cần phải xem xét tổng thể phân loại số liệu đầu vào khảo sát trường hợp bao gồm lượng mưa tới hạn trạm, lượng mưa tới hạn khu vực, phân tích tần suất mưa thiên tai, phân tích tương quan, phương pháp loại suy nội suy (Li, X., 2015) Để tính lượng mưa tới hạn cần thơng qua thống kê lượng mưa trận thiên tai lịch sử cách lấy lượng mưa tối thiểu khoảng thời gian làm giá trị ban đầu so sánh với giá trị khu vực lân cận, qua xác định lượng mưa tới hạn cho cảnh báo sớm lũ quét Nếu có đủ liệu lịch sử từ mạng lưới quan trắc thủy văn, khí tượng có, lượng mưa tới hạn cho trạm khu vực tính tốn Bên cạnh đó, phương pháp tính tốn tổng hợp lưu lượng dịng chảy tới hạn khu vực đồi núi, độ bão hòa độ ẩm đất Phương pháp tính tốn cách sử dụng lượng mưa tới 27 QUẢN TRỊ RỦI RO VÀ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ BỀN VỮNG hạn trạm quan trắc phân tích tần suất mưa thiên tai để phân vùng lượng mưa khu vực (Li, P nnk, 2017) Ví dụ, để cảnh báo sớm lũ qt, sử dụng lượng mưa 24 lượng mưa 10 ngày trước để dự đoán (Liao, M., 2012) Với mối tương quan lượng mưa thông số lưu vực, số phương pháp khác nghiên cứu xây dựng mơ hình thống kê liên quan đến lượng mưa tới hạn, diện tích lưu vực, chiều dài sơng độ dốc sơng Bằng cách sử dụng mơ hình này, lượng mưa cảnh báo sớm cho lưu vực nhỏ (Lin D., 2014) Hơn nữa, cách phân tích trường hợp liệu địa chấn tai biến địa chất, lượng mưa tới hạn tính tốn dựa năm cấp độ để cảnh báo sớm lũ quét trượt lở đất (Lin X nnk, 2015) Phương pháp ngoại suy nội suy sử dụng để tính tốn lượng mưa tới hạn từ trạm đo mưa xung quanh nội suy Kriging, nghịch đảo khoảng cách (invert distance to a power), nội suy song tuyến lưới (Bilinear interpolation in a grid) (Liu Y., nnk, 2014) Bản chất phương pháp tính tốn lượng mưa tới hạn tương ứng với mực nước mà lũ quét xảy Mối tương quan mực nước lưu lượng, lượng mưa lưu lượng phân tích để tính lượng mưa gây lũ quét theo cấp độ khác (Liu C nnk., 2015) Với phát triển khoa học, nghiên cứu đưa mơ hình số tính tốn số cảnh báo lũ quét theo thời gian thực Các mơ hình số thường xây dựng dựa cân nước, nguyên tắc thủy văn thủy động lực học Họ đưa phương pháp tính toán lượng mưa tới hạn tối thiểu với điều kiện cảnh báo phải tính đến lượng mưa cường độ (Meng H., 2014)  Cải thiện nguồn liệu sử dụng để cảnh báo Mặc dù mô hình phương pháp tính tốn nghiên cứu nhiều, nhiên hạn chế lớn cảnh báo sớm lũ quét theo thời gian thực thiếu liệu lượng mưa, lưu lượng mực nước theo thời gian thực Để giải vấn đề khơng có cách khác tăng cường mạng lưới quan trắc khí tượng thuỷ văn, lượng mưa lưu lượng dịng chảy Vì vậy, có số nghiên cứu đưa tiêu chuẩn kỹ thuật số bố trí trạm khí tượng thủy văn theo nhu cầu phòng chống lũ lụt vùng núi (Wang L., 2014; Wang X nnk, 2009) Cùng với việc tăng dày mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn, việc ứng dụng công nghệ viễn thám việc thu thập liệu mở rộng khoảng thời gian dự báo dựa công nghệ dự báo thời tiết đại Tuy nhiên, việc cảnh báo sớm lũ quét khó dựa vào số liệu quan trắc thời gian thực, cần phải sử dụng phương pháp dự báo tổng hợp xây dựng mơ hình vật lý khác mơ hình nhằm kéo dài khoảng thời gian dự báo sớm (Wu J nnk, 2014)  Thông tin liệu đầu vào hệ thống cảnh báo Việc cập nhật thơng tin nhanh chóng, đầy đủ vơ quan trọng để rút ngắn thời gian cảnh báo sớm lũ quét theo thời gian thực Các thông tin cảnh báo sớm lũ quét bao gồm thu thập, truyền liệu, phân tích cảnh báo sớm, mơ thiên tai phát sóng cảnh báo tới người dân theo thời 28 RISK GOVERNANCE AND SUSTAINABLE URBAN DEVELOPMENT gian thực Đối với vùng núi, hệ thống kỹ thuật máy móc thu thập liệu cần tối ưu tiêu thụ điện năng, hiệu suất ổn định độ xác cao (Xu X., & He W., 2015) Trong đó, thiết bị cảm biến từ xa cảnh báo sớm mực nước sông, suối hệ thơng truyền tin di động có sẵn máy điện thoại GPRS SMS nhằm cung cấp thông tin cho người dân (Ye J nnk, 2014) Một số mơ hình chí cịn ứng dụng công nghệ dựa Internet of Things (ToT) công nghệ GIS nên tảng web (WebGIS) (Ye J nnk, 2013; Ye Y nnk, 2008) Hệ thống cảnh báo, dự báo thiên tai Việt Nam 3.1 Thực trạng hệ thống quan trắc thời tiết hệ thống cảnh báo thiên tai Việt Nam Trong nhiều năm trở lại đây, tỉnh miền núi nước liên tục xảy trận lũ quét trượt lở đất với cường độ ngày lớn, gây tổn thất nghiêm trọng tài sản cướp sinh mạng nhiều người dân (Bảng 2) Về tổng thể, hệ thống cảnh báo thiên tai Việt Nam nói chung tỉnh miền núi nói riêng cịn thiếu, chưa đồng đặc biệt chưa có chức cảnh báo theo thời gian thực Mới có số dự án nhỏ với quy mô dự báo, cảnh báo cấp độ sở xã, phường Gần đây, đề án “Ðiều tra, đánh giá phân vùng cảnh báo nguy trượt lở đất đá vùng miền núi Việt Nam” theo Quyết định 351/QÐ-TTg ngày 27-3-2012 Thủ tướng Chính phủ đặt thời hạn đến năm 2020 xây dựng hệ thống đồ cho 37 tỉnh, thành phố có nguy trượt lở cao Nhưng đến xây dựng cho 15 tỉnh, thành phố Kết Ðề án xây dựng đồ tỷ lệ 1/50.000 Với tỷ lệ nhỏ đồ, tính hiệu việc cảnh báo gần 0; khơng thể xác định điểm có nguy trượt lở, đối tượng bị tác động để phục vụ công tác đạo ứng phó Để xác định điểm trượt lở, cần phải xây dựng đến tỷ lệ 1/5000 ứng dụng quy hoạch đất đai cung cấp thông tin cho quan liên quan Bên cạnh đó, đồ chưa có khả dự báo thời gian xảy trượt lở đất Nội dung đồ khoanh định diện tích có trạng nguy trượt lở theo cấp độ cao, cao, trung bình thấp; phân loại vị trí trượt lở theo quy mơ lớn, lớn, trung bình nhỏ, theo kiểu trượt trượt xoay, trượt nêm, trượt phẳng, trượt hỗn hợp trượt dạng dịng… Ngồi ra, đề án tiến hành điều tra trạng, phân vùng cảnh báo trượt lở tỷ lệ 1:10.000 cho 200 xã trọng điểm có nguy trượt lở cao, đến thực 64 xã Các kết điều tra, đánh giá Ðề án chuyển giao cho địa phương Ban Chỉ đạo Trung ương phòng, chống thiên tai Một số trạm khí tượng thuỷ văn vùng núi phía Bắc Theo Tổng cục KTTV (2019), tỉnh Yên Bái có 20 trạm đo mưa tự động, cung cấp số liệu đến điện thoại lãnh đạo quyền cấp thành viên Ban Chỉ huy phòng chống thiên tai tìm kiếm cứu nạn, trang web chuyên ngành trạm đo khí tượng thủy văn đặt địa phương Bên cạnh đó, Yên Bái đưa vào vận hành hệ thống cảnh báo lũ quét khu vực thị xã Nghĩa Lộ; thiết bị cảnh báo mực nước nguy hiểm đặt ngầm tràn thuộc huyện Văn Chấn Đặc biệt 100 thiết bị đo mưa đặt trực tiếp thôn, bản, nhằm kịp thời 29 QUẢN TRỊ RỦI RO VÀ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ BỀN VỮNG đưa thông tin cảnh báo cho nhân dân Dự án cảnh báo sớm lũ quét xây dựng từ năm 2006, Dự án "Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ quét" xây dựng thử nghiệm hai huyện Văn Chấn Trạm Tấu (Yên Bái) Tuy nhiên, tính hiệu dự án chưa đánh giá hệ thống cảnh báo chưa lần hoạt động Bảng Thống kê số trận lũ quét xảy giai đoạn 2001-2019 vùng trung du miền núi phía Bắc STT Tỉnh Số trận lũ quét từ 2001-2019 Tỉnh Hà Giang 56 Tỉnh Cao Bằng 48 Tỉnh Bắc Kạn 16 Tỉnh Tuyên Quang 30 Tỉnh Lào Cai 95 Tỉnh Điện Biên 42 Tỉnh Lai Châu 40 Tỉnh Sơn La 95 Tỉnh Yên Bái 47 10 Tỉnh Hoà Bình 37 11 Tỉnh Thái Nguyên 13 12 Tỉnh Lạng Sơn 21 13 Tỉnh Quảng Ninh 19 14 Tỉnh Bắc Giang 15 Tỉnh Phú Thọ 24 Tổng 590 Nguồn: Văn phòng Thường trực Ban Chỉ đạo Trung ương PCTT, 2020 Tỉnh Lào Cai có trạm khí tượng thủy văn; 53 trạm đo mưa tự động; hệ thống cảnh báo sớm thiên tai đầu tư, hệ thống cảnh báo thiên tai Hàn Quốc, trạm cảnh báo lũ bùn đá Đài Loan (Trung Quốc) chạy thử nghiệm Đây mơ hình cảnh báo thử nghiệm triển khai xã Bản Khoang, huyện Sapa Hệ thống bao gồm loạt cảm biến 30 ... đo mưa tự động; hệ thống cảnh báo sớm thiên tai đầu tư, hệ thống cảnh báo thiên tai Hàn Quốc, trạm cảnh báo lũ bùn đá Đài Loan (Trung Quốc) chạy thử nghiệm Đây mơ hình cảnh báo thử nghiệm triển... (ToT) công nghệ GIS nên tảng web (WebGIS) (Ye J nnk, 2013; Ye Y nnk, 2008) Hệ thống cảnh báo, dự báo thiên tai Việt Nam 3.1 Thực trạng hệ thống quan trắc thời tiết hệ thống cảnh báo thiên tai Việt... 2.2 Cảnh báo sớm thiên tai, lũ quét, trượt lở đất theo thời hạn thực  Phương pháp tính tốn cho số cảnh báo thời gian thực Cho đến nay, nghiên cứu hệ thống cảnh báo sớm thiên tai chưa có thống