Và khi câu chuyện hạn mặn năm nay diễn ra gay gắt, đã có rất nhiều giải pháp công nghệ được đưa ra tại các các hội thảo, trong đó công nghệ ứng dụng trí tuệ nhân tạo IoT-AI, được xem là mới mẻ, kỳ vọng sẽ góp phần khắc phục tác động tiêu cực của hạn mặn đến với đời sống người dân và canh tác nông nghiệp.
Công nghệ quan trắc và dự báo chất lượng nước theo thời gian thực
Nguyễn Duy Duy là một nhà khoa học về Động lực học Chất lỏng, làm việc tại chương trình An ninh Nguồn nước, Viện Nghiên cứu Quốc gia Australia (CSIRO), người đang tham gia chương trình nâng cao năng lực người dân và doanh nghiệp tại ĐBSCL về biến đổi khí hậu do Hội Trí thức - chuyên gia người Việt tại Australia và Đại sứ quán Australia tại Việt Nam phối hợp tổ chức. Anh đã giới thiệu chương trình AquaWatch - một giải pháp kỹ thuật mà CSIRO đã triển khai để hỗ trợ ngành nuôi thủy hải sản của vùng Spencer Gulf (Australia), khi đây là khu vực có giá trị nuôi trồng thủy hải sản lên tới 238 triệu đô-la Úc mỗi năm.
CSIRO cũng đang sử dụng AquaWatch trong việc giám sát chất lượng nước và sự phát triển của tảo trong hồ chứa nước uống Grahamstown Dam. Đây là một hồ chứa nước uống rất lớn ở phía đông nam Úc. Hệ thống này cũng được lắp đặt để giám sát bùn cát, chất hòa tan, chất hữu cơ từ sông Fitzroy đổ ra Vịnh Keppel, nơi có kỳ quan thiên nhiên thế giới - rặng san hô Great Barrier Reef.
Theo bà Janet Anstee, Phó Giám đốc chương trình AquaWatch, và là một chuyên gia về mô hình quang sinh học, AquaWatch là một hệ thống tích hợp giữa việc đo đạc trực tiếp, cùng với hệ thống cảm biến chính xác và hệ thống hình ảnh vệ tinh với độ phủ sóng rộng. Những dữ liệu trên sẽ được thu thập và xử lý ở trung tâm dữ liệu lớn của AquaWatch, nơi có các mô hình môi trường kết hợp với trí tuệ nhân tạo do các nhà khoa học của CSIRO phát triển, đưa ra chương trình quan trắc thời gian thực cũng như hệ thống dự báo trước nhiều ngày cho chất lượng nước.
Anh Nguyễn Duy Duy cho biết: trong nông nghiệp, việc giám sát chất lượng nước trong thời gian thực giúp các hộ nuôi trồng có thể giám sát điều kiện tăng trưởng tốt nhất cho tôm, cá, cũng như có thể điều chỉnh chu kỳ cho ăn tương ứng. Việc cảnh báo sớm sẽ cho phép chủ hồ đưa ra quyết định thay, lọc nước, để tránh cho thủy hải sản tiếp xúc với nguồn nước độc hại.
Ví dụ về cách thức vận hành của AquaWatch, trong thời tiết nắng nóng kéo dài, khô hạn vào mùa hè và lưu lượng dòng chảy thấp, tảo độc có thể phát triển quá ngưỡng cho phép, đe dọa sự phát triển của thủy hải sản, và có thể gây ra nhiều tổn thất đáng kể cho ngành công nghiệp này. AquaWatch sẽ giúp xác định các quy trình phát triển của tảo dựa trên màu sắc của nước. Những hình ảnh màu sắc này được sẽ được xử lý, đo đạc bằng cảm biến đa phổ trực tiếp, hoặc từ vệ tinh như cảm biến EMIT của NASA trên Trạm Không gian Quốc tế, hoặc cảm biến EnMAP của DLR.
Anh Duy ví dụ: “Khi chúng tôi phát hiện ra gam màu xanh khá nhạt, hệ thống của AquaWatch sẽ phân tích và đưa ra cảnh báo về việc tảo xanh nở hoa. Hệ thống cũng có thể giúp phát hiện sớm sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, gây giảm lượng oxy trong nguồn nước. Cảnh báo của chúng tôi sẽ giúp người dân không sử dụng nguồn nước độc hại này cho sản xuất, sinh hoạt; hoặc các công ty dịch vụ cung cấp nước có thể ngăn chặn sự lây lan của nguồn nước ô nhiễm trên vào các trang trại thủy hải sản, và di chuyển tôm, cá ra khỏi nguồn nước đó”.
AquaWatch cũng giám sát tác động của ô nhiễm nước đổ ra các vịnh, cảng, cửa biển, và tác động của nguồn nước này với môi trường sinh thái ven biển. Bùn cát sẽ hiện lên màu nâu sáng nhạt và rất đặc trưng từ hình ảnh viễn thám đa phổ. Bùn cát quá nhiều khi đổ ra cửa biển sẽ gây cản trở tới sự phát triển của sinh vật biển. Quan trắc và dự báo chính xác việc di chuyển của lượng bùn cát này cũng có thể giúp các nhà hoạch định chính sách xác định được khu vực bồi tụ xói lở, và đưa ra các phương pháp đê kè phù hợp.
Theo các chuyên gia đánh giá, giải pháp này có nhiều ưu điểm có thể thực hiện được ở ĐBSCL. Ví dụ như AquaWatch có thể quan trắc độ mặn, điều này giúp người nông dân có thể có kế hoạch điều chỉnh nguồn nước phù hợp nhất với cây trồng, vật nuôi. Hệ thống cũng sẽ giúp quản lý tốt hơn sự xâm nhập mặn, cũng như giúp thiết lập bản đồ xâm nhập mặn của địa phương. Từ đó, các cơ quan quản lý ở địa phương thông qua theo dõi AquaWatch có thể có kế hoạch cảnh báo sớm, cũng như thay đổi quy trình lọc nước, cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, đảm bảo nguồn nước sạch cho người dân.
Bà Janet cho biết, AquaWatch có thể cung cấp thông tin và dữ liệu không chỉ ở địa phương, mà hệ thống giám sát và dự báo của AquaWatch có thể triển khai ở quy mô toàn quốc, giúp cho việc quản lý, quy hoạch nguồn nước, hay việc hoạch định chính sách quốc gia trong việc đối mặt với áp lực gia tăng từ biến đổi khí hậu và các dạng thời tiết cực đoan. Hiện AquaWatch đang triển khai một hệ thống giám sát, quan trắc và dự báo chất lượng nước ở Hải Phòng, Việt Nam. Tại Đông Nam Á, AquaWatch cũng đã xây dựng thành công hệ thống giám sát tương tự cho Malaysia và Thái Lan.
“Chúng tôi tự hào về việc sáng chế và phát triển hệ thống cảm biến HydraSpectra, một hệ thống cảm biến đa quang phổ giá rẻ có thể áp dụng với nhiều khu vực thu nhập thấp, điều này sẽ giúp các nước nghèo có thể tiếp cận được với công nghệ” - Bà Janet nói.
IoT - Giải pháp AI cho sạt lở đất, ứng phó nước biển dâng
GS Đào Việt Dũng - Giám đốc Chương trình Kỹ thuật Cơ điện tử tại ĐH Griffith, Úc đã giới thiệu một ứng dụng mà theo ông, hoàn toàn khả thi để đối phó với tình hình nước biển dâng tại ĐBSCL. Đó là mạng cảm biến IoT-AI (IoT - AI Sensor Network) được lắp đặt tại nhiều vùng ven sông, biển ở Úc, ví dụ như ở Queensland… để theo dõi ngập lụt, trượt lở đất, cơ sở hạ tầng…
Cốt lõi của công nghệ này chính là sử dụng digital twin (kỹ thuật số đôi) - Kết hợp giữa các công nghệ thu thập dữ liệu đối tượng vật lý kết hợp với xử lý thông tin bằng trí tuệ nhân tạo. Cụ thể, thông qua việc thu thập dữ liệu từ vệ tinh (đo mực nước biển dâng, chiều cao sóng, tốc độ gió, hướng gió, ảnh bờ biển…) kết hợp với dữ liệu thu thập từ các trạm cảm biến mặt đất và thiết bị bay drone (để đo nhiệt độ, độ mặn của nước, tốc độ gió, mực nước biển dâng…). Những thông tin này được gửi về trung tâm xử lý theo real-time (thời gian thực). Tiếp đó, công nghệ trí tuệ nhân tạo AI sẽ phân tích dữ liệu, dự đoán và đưa ra các cảnh báo phù hợp theo thời gian thực.
“Chúng tôi dự định sẽ dùng 2 công nghệ sau cho IoT sensor network (Mạng cảm biến IoT) ở ĐBSCL: Đó là Wireless communication (Truyền thông không dây với 2 giao thức NB-IoT và LoRaWAN) và công nghệ sensor (cảm biến) hệ thống vi cơ điện tử (Micro ElectroMechanical Systems – MEMS). Điều quan trọng là - đây không phải là đề tài nghiên cứu, mà là đề tài ứng dụng. Cả hai công nghệ nói trên đều đã có sẵn ở Việt Nam. Đặc biệt là công nghệ MEMS đã và đang được Khu công nghệ cao TP.HCM phát triển với sự hỗ trợ của chương trình hợp tác Aus4Innovation giữa chính phủ Úc và Việt Nam”, GS Đào Việt Dũng cho biết thêm
Ngoài ra, những ứng dụng công nghệ này cũng đã được theo dõi, kiểm chứng ở TP.HCM. Qua hơn 50 trạm cảm biến vi mô kết nối không dây theo dõi ngập lụt được lắp đặt ở TP Thủ Đức, huyện Nhà Bè năm 2023 (do chính phủ Úc tài trợ, Sở KHCN TP.HCM triển khai thực hiện). Với ứng dụng này, người dân có thể nhận cảnh báo ngập qua app trên điện thoại di động theo real-time, do đó nâng cao sự an toàn và tiện lợi cho người dân và chính quyền.
Cách thức AI giúp giải quyết vấn đề nước biển dâng rất nhanh chóng, cụ thể. Ví dụ, AI sẽ dự đoán khu vực và thời gian xảy ra xâm nhập mặn. Tiếp đó, mô hình hóa và mô phỏng sự xâm nhập mặn để lập kế hoạch phòng ngừa. AI có thể đồng thời dự báo và mô phỏng tác động của nước biển dâng lên các khu vực canh tác, dự báo và mô phỏng tác động của nước biển dâng lên cơ sở hạ tầng; tối ưu hóa lộ trình vận chuyển và quản lý kho bãi; giám sát, phát hiện sớm các dấu hiệu hư hại của trang thiết bị kỹ thuật và dự đoán thời gian bảo dưỡng cần thiết; tối ưu hóa thiết kế và vị trí của các công trình bảo vệ như đê điều, thành chắn; mô hình hóa và dự báo tác động của nước biển dâng lên hệ thống thoát nước và cung cấp nước, có thể giúp các nhà quản lý thiết lập chế độ tự động điều chỉnh thoát và cấp nước dựa trên dự báo trong vòng vài tiếng đồng hồ”.
GS Đào Việt Dũng
Hiện nay, cũng có một số nghiên cứu trong nước về xu hướng công nghệ liên quan tới vấn đề nước biển dâng ở ĐBSCL, có thể kể đến như sau: Nghiên cứu chống ngập mặn cho các đô thị như Cần Thơ, xây dựng hệ thống bảo vệ chống ngập do thủy triều (đê bao, trạm bơm); quy hoạch đô thị, giao thông; sử dụng công nghệ Hà Lan thu gom nước mưa phục vụ nhu cầu ăn uống và sinh hoạt; nghiên cứu công nghệ xử lý ô nhiễm nước, ô nhiễm mặn để sử dụng; sử dụng hệ thống cảm biến, quan trắc tự động chất lượng nước ao nuôi (được triển khai tại một số cơ sở ở Cà Mau và các tỉnh ĐBSCL khác).