Hội thảo Thiên tai lũ quét, sạt lở đất ở khu vực miền Trung:

Cần đưa công nghệ IOT và WSN vào cảnh báo sớm sạt lở đất, lũ quét

 17:11 | Thứ sáu, 15/01/2021  0
Hệ thống cảnh báo sớm về sự mất ổn định của mái dốc và dịch chuyển lũ bùn đá là cần thiết để cảnh báo cho dân cư trong vùng bị ảnh hưởng cũng như các cấp quản lý hành chính - chuyên ngành về khả năng xảy ra thiên tai, cho phép sơ tán những người dễ bị tổn thương và tiến hành sửa chữa và bảo dưỡng kịp thời các cơ sở hạ tầng quan trọng...

LTS: Thiên tai lũ quét, sạt lở đất liên tục xảy ra tại một số địa phương ở miền Trung vào tháng 10 và 11.2020 đã cướp đi hàng trăm mạng người, hàng chục người mất tích, tàn phá nhà cửa, gây xáo trộn đời sống của không biết bao nhiêu hộ gia đình. Sau những thảm kịch kinh hoàng ấy, những nguyên nhân cụ thể đã được gọi tên: tình trạng cấp phép thuỷ điện "cóc" ồ ạt, thiếu kiểm soát đã lấy đi nhiều diện tích rừng tự nhiên; đó là nạn phá rừng âm ỉ lâu mà không ít vụ có sự tiếp tay của chính những người mang trọng trách bảo vệ rừng; là cơn thịnh nộ của mẹ thiên nhiên vì đã hết ngưỡng chịu đựng... Nhưng mổ xẻ vấn đề đến đâu thì cái quan trọng nhất đó là sẽ rút ra bài học gì, tìm được phương cách nào hiệu quả rồi phòng chống, để những nỗi đau, mất mát ấy không còn lặp lại.

Trên tinh thần đó, Tổng hội Xây dựng Việt Nam phối hợp cùng Uỷ ban Nhân dân tỉnh Quảng Nam tổ chức Hội thảo với chủ đề "Thiên tai lũ quét, sạt lở đất ở khu vực miền Trung - nguyên nhân và giải pháp giảm thiểu". Quy tụ các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực liên quan, là những nhà khoa học đầu ngành cũng như chuyên gia am hiểu thực tế tại các địa phương cụ thể, Hội thảo diễn ra tại Hội An vào ngày 16.1 tới sẽ là dịp để phân tích một cách thấu đáo thực trang lũ quét, sạt lở đất, đặc biệt đề xuất những giải pháp cụ thể nhằm phòng chống, giảm thiểu tác động mà chúng gây ra.  Để thông tin tới rộng rãi bạn đọc về những nội dung này, Người Đô Thị ngoài việc cập nhật và tường thuật về diễn biến Hội thảo, cũng sẽ lần lượt giới thiệu những bài tham luận của các chuyên gia.

Tiếp theo kỳ trước, dưới đây Người Đô Thị giới thiệu hướng tiếp cận cảnh báo sớm về  sạt lở đất, lũ quét dựa trên công nghệ IOT và WSN của các chuyên gia đến từ Trung tâm Tin học và Tính toán – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

***

Hiện trường vụ sạt lở ở xã Phước Lộc, huyện Phước Sơn, Quảng Nam vào cuối tháng 10.2020. Ảnh: TTXVN

Hiện nay tại Việt Nam cũng như ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình hầu như không có hệ thống đo đạc và giám sát các mái dốc (cũng là nơi bắt nguồn của sạt lở và lũ bùn đá) để đưa ra cảnh báo thiên tai vì các kỹ thuật hiện có rất phức tạp và đắt tiền. Bài viết này đề cập đến các giải pháp giám sát và cảnh báo sớm mất ổn định mái dốc và đo đạc dịch chuyển lũ bùn đá dựa trên công nghệ mới nhất tích hợp cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng, đo phát xạ âm, quán tính, mạng diện rộng năng lượng thấp, trí tuệ nhân tạo trên vi xử lý siêu tiết kiệm năng lượng… một cách tiếp cận hiệu quả để phát hiện các chuyển động của mái dốc và lũ bùn đá và sau đó thông báo/báo động cho người dùng. Từ đó đề xuất hợp tác triển khai một hệ thống giám sát mái dốc đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp để cảnh báo các vụ sạt lở đất và lũ bùn đá sắp xảy ra, có thể được ứng dụng vận hành rộng rãi ở các khụ vực đồi núi phía Bắc và miền Trung Việt Nam.

6 năm, sạt lở đất khiến hơn 32.000 người thiệt mạng

Sạt lở đất không do địa chấn gây ra hơn 32.000 người chết trên toàn cầu từ năm 2004 đến năm 2010 [Petley 2012], với phần lớn các sự kiện này xảy ra ở châu Á, Trung và Nam Mỹ, và thường liên quan đến cộng đồng ở các nước có thu nhập thấp và trung bình. Biến đổi toàn cầu (ví dụ như khí hậu, dân số, sử dụng đất và đô thị hóa) dự kiến ​​sẽ làm gia tăng sự bất ổn trên nền đất, gây ra sự gia tăng thiệt hại trực tiếp và gián tiếp về con người và tài sản [Kjekstad và Highland 2009].

Đặc biệt trong năm 2020 vừa qua, nhiều đợt mưa lớn diện rộng, lũ bão chồng lũ bão xảy ra tại các tỉnh miền Trung đã có hàng loạt vụ sạt lở đất và lũ bùn đá làm thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, cho đến nay các cơ quan chức năng vẫn đang tiếp tục triển khai việc tìm kiếm người bị vùi lấp tại thủy điện Rào Trăng 3 (Huế) và tại Trà My (Quảng Nam).

Địa hình một khu vực sạt lở đất điển hình.

Sạt lở đất không do địa chấn xảy ra ở các sườn dốc khi có nước ngấm và tạo lớp mật độ nước cao trên lớp không thấm nước (đất sét hoặc đá) khi có mưa lớn hoặc tan chảy của tuyết. Khối lượng lớp đất bên trên mặt trượt cũng tăng lên vì có nước trong khe kẽ giữa các hạt của đất, với định hướng mặt trượt nghiêng, một khối lượng đất nặng sẽ dễ dàng trượt trên nền trơn. Khi các điều kiện này hội tụ, lở đất bắt đầu bằng sự di chuyển chậm, sau đó các vết nứt phát triển và lực néo giữ đất yếu đi.

Sự di chuyển dần tăng tốc và vụ lở đất bắt đầu khi một khối lượng đất di chuyển, cuốn theo mọi thứ vào nó. Lở đất đầu tiên sẽ phá hủy các nhà cửa, vùi lấp người dưới mái dốc. Khi có sạt lở đất xuống một con suối tập trung nước chảy xuống, hiện tượng lũ bùn đá hay còn gọi là lũ quét sẽ xẩy ra và gây tổn hại cho hạ lưu của con suối.

Nứt đất: dấu hiệu ban đầu của sạt lở.

Hiện trạng công nghệ cảnh báo sớm sạt lở đất và lũ quét

Để giám sát một khu vực có khả năng xảy ra sạt lở đất, có một số phương pháp và thiết bị đo một số thông số (thời tiết hoặc lòng đất) liên quan đến nguyên nhân hoặc ảnh hưởng. Trên thế giới thường áp dụng các phương pháp giám sát được chia thành ba loại.

Quan trắc thủ công: Quan sát thực địa về các đặc điểm thay đổi của địa hình, vết nứt và dòng nước trên bề mặt. Điểm hạn chế của cách làm này là không thể đo lường những thay đổi tại địa điểm trong một khoảng thời gian ngắn như thang phút hoặc một giờ là không thể.

Phương pháp viễn thám: Phân tích ảnh vệ tinh (giao thoa kế vệ tinh radar ghi lại và so sánh các hình ảnh mặt đất của bề mặt đất được chụp ở các mốc thời gian khác nhau), đo phản xạ quang học và phát hiện và phạm vi ánh sáng (LiDAR) trên mặt đất, vệ tinh hoặc máy bay: giám sát khu vực rộng độ phân giải cao.

Quan trắc tự động tại chỗ: Trên mặt đất về sự dịch chuyển của mái dốc, các đặc tính thủy văn và vật lý trong đất, cũng như lượng mưa bằng các công cụ khác nhau. Các máy đo đo lượng mưa, máy đo độ giãn, máy đo độ nghiêng, máy đo độ xoay, máy toàn đạc, máy quét laser và cảm biến phát xạ âm (AE) và GPS để quan sát sự dịch chuyển và biến dạng của mái dốc. Các máy đo phản xạ miền thời gian (TDR), máy đo độ căng và máy đo áp để đo các thay đổi của các đặc tính thủy văn và vật lý của đất.

Tại Việt Nam đã có thử nghiệm lắp đặt hệ thống giám sát báo động lũ quét với công nghệ nhập khẩu từ Đài Loan, được lắp đặt tại Bản Khoang, Sapa với chi phí cao và phương pháp giám sát thủ công, đánh giá nguy cơ bằng con người: cảm biến đo mưa, cảm biến chấn rung, cảm biến căng kế (dây đặt ở lòng suối bị đứt khi có bùn đá chảy qua) và camera chiếu hình ảnh lòng suối về trung tâm giám sát.

Nhìn chung, các hệ thống hiện đang áp dụng ở nước ngoài nhập vào Việt Nam có giá thành đầu tư cũng như bảo dưỡng vận hành rất cao, không phù hợp để triển khai rộng rãi, đại trà ở các khu vực dân cư ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung Việt Nam. Việc dự báo, cảnh báo sạt lở đất hiện nay chỉ sử dụng lượng mưa và bản đồ địa hình (với đầu tư hàng trăm tỷ của nhà nước) đang dẫn đến việc cảnh báo hầu hết cả huyện miền núi mỗi khi có mưa bão, về thực tế hiệu quả chưa như mong đợi vì các tỉnh và nhà nước không đủ nguồn lực ứng phó diện rộng.

Hệ thống cảnh báo sớm CLi-ESEWS

Hệ thống được thiết kế dựa trên nền tảng từ các kết quả nghiên cứu đề tài cấp nhà nước (Chương trình nghiên cứu công nghệ vũ trụ quốc gia) và địa phương (Sở khoa học công nghệ Đà Nẵng) do PGS-TS. Phạm Hồng Quang chủ trì, thiết bị được sản xuất bởi công ty cổ phần Đầu tư hạ tầng và đầu tư công nghệ Châu Long (www.CLii.vn).

Hệ thống được sáng chế nhằm mục tiêu: Hiệu quả cao, giá thành rẻ, có khả năng triển khai cộng đồng dân cư ở các khu vực nghèo thu nhập thấp; Giám sát thời gian thực dịch chuyển mái dốc, bùn đá; Địa phương tự lắp đặt dễ dàng với tư vấn từ xa của các chuyên gia đánh giá nguy cơ xác định các vị trí cần lắp đặt cảm biến; Dễ dàng vận hành và duy trì và sử dụng bởi nhân lực địa phương; Nối kết mạng toàn quốc giám sát và cảnh báo thiên tai (công nghệ Internet of Things - IoT và Wireless Sensor Network - WSN), đồng nhất thông tin thời gian thực giữa đơn vị dự báo, đơn vị tổ chức PCTT, địa phương, người dân và đơn vị cứu hộ cứu nạn; Sử dụng công nghệ, kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học và thiết bị tự chủ sản xuất tích hợp tại Việt Nam

Công nghệ áp dụng là giám sát tại chỗ các thông tin, gồm: Dịch chuyển mái dốc, rung chấn (xác định độ sâu mặt trượt, khoảng cách dịch chuyển khối trượt); Đặc tính thủy văn/vật lý của nước ngầm (áp lực nước lỗ rỗng); Các âm thanh phát xạ bởi bùn đá, biến dạng vật rắn khi có dịch chuyển khối đất, đá…

Về vận hành, các hạng mục quan trắc được đo bằng các thiết bị được lắp đặt trong các lỗ khoan và trên bề mặt của các vị trí có khả năng sạt lở đất, cung cấp số liệu liên tục. Số liệu giám sát được đưa về trung tâm với các hệ thống tính toán hiệu năng cao chuyên gia đánh giá, ra quyết định hệ số ngưỡng báo động, tích hợp số liệu dự báo mưa khu vực. Khi chỉ số hiện trường vượt ngưỡng hệ thống tự động báo động sơ tán. Có khả năng tự động xác định sạt lở vùi lấp nhà dân, tự động gửi tín hiệu cứu hộ cứu nạn.

Dự báo sạt lở đất mỗi khi mưa báo thường nguy cơ cấp cao nhất tại 5-7 buyện trong một ngày vào tháng 11.2020 tại tỉnh Quảng Nam. Bản đồ sạt lở đất phủ đỏ các tỉnh phía Bắc.

Sơ đồ khối hệ thống tại địa phương.

Hệ thống cảnh báo sớm sạt lở đất và lũ quét CLi-ESEWS là một sản phẩm công nghệ mới được thiết kế chế tạo và sẽ có khả năng triển khai đại trà tại Việt Nam do các đặc tính hiệu quả, chi phí đầu tư vận hành rẻ, dựa trên những công nghệ mới nhất trên thế giới. Đây là một đóng góp nhằm tới mục tiêu triển khai mạng lưới báo động sớm sạt lở đất và lũ quét ở các khu dân cư và mái dốc đường giao thông ở các khu vực có nguy cơ ảnh hưởng của loại hình thiên tai này.

Mạng lưới cảm biến và báo động được thiết kế theo mô hình “cắm và chạy”, có thể được lắp đặt bởi cộng đồng người dân địa phương. Thông tin đo đạc sẽ được truyền về các trung tâm phân tích sử dụng siêu máy tính để học và tạo ra các chỉ số giới hạn báo động bởi hệ thống trí tuệ nhân tạo học sâu (deep learning) và tự động cập nhật vào hệ thống tại hiện trường. Các cảm biến đo lường mới đã được thiết kế và sản xuất bởi công ty trong nước với chi phí giới hạn ở mức vài trăm đô la (Mỹ), lắp đặt giống như đặt ống bơm nước ngầm (không cần máy khoan đắt tiền) và tự động vận hành sử dụng năng lượng mặt trời hầu như không mất chi phí bảo dưỡng.

Việc sử dụng phương pháp tiếp cận cảnh báo sớm này triển khai ở các khu dân cư, công trình xây dựng nằm trong khu vực có thể bị tác động bởi sạt lở đất và lũ bùn đá sẽ làm giảm số người chết và thiệt hại về tài sản. Các dữ liệu đo đạc cũng cho phép cơ quan quản lý đánh giá nguy cơ để ưu tiên hiệu quả các nguồn lực về tài chính quy hoạch dịch chuyển các khu dân cư hoặc sửa chữa gia cố an toàn các công trình xây dựng như đường giao thông trong khu vực rừng núi.

Để có thể triển khai lắp đặt vận hành hệ thống với chi phí rẻ nhất, cần có sự chung tay hợp tác xây dựng hệ thống của các cơ quan chức năng phòng chống thiên tai, quản lý hành chính địa phương, quy hoạch triển khai hệ thống và đào tạo hướng dẫn lắp đặt, duy trì vận hành...

PGS.TS. Phạm Hồng Quang - TS. Phạm Hồng Công -Ths. Phạm Quang Chính (Trung tâm Tin học và Tính toán – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam)

_________________

Tham khảo: 

Coduto, D.P., Yeung, M.R., and Kitch, W.A., 2010, Geotechnical Engineering: Principles and Practices (2nd edition). Pearson, New York, 794 p.

Kjekstad O, Highland L (2009) Economic and social impacts of landslides. In: Sassa K, Canuti P (eds) Landslides – Disaster Risk Reduction, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg

Petley D (2012) Global patterns of loss of life from landslides. Geology 40(10):927–930

bài viết liên quan
để lại bình luận của bạn
có thể bạn quan tâm

Đọc tin nhanh

*Chỉ được phép sử dụng thông tin từ website này khi có chấp thuận bằng văn bản của Người Đô Thị.