Đây là sản phẩm của nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Thành phố "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và triển khai lắp đặt thiết bị quan trắc ngập tại các điểm thường xuyên ngập nặng thuộc đô thị sáng tạo kết nối công nghệ đô thị thông minh TP.HCM" do Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao chủ trì thực hiện, Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu trong năm 2020.
KS. Nguyễn Tuấn Khoa (chủ nhiệm nhiệm vụ) cho biết, hiện tại TP.HCM hầu như chưa có hệ thống quan trắc ngập lụt đường phố. Công việc giám sát ngập vẫn phải thực hiện thủ công. Khi có mưa, lũ, triều cường, nhân viên phải túc trực tại các điểm ngập, ghi chép (thời gian bắt đầu và kết thúc ngập, đo mực nước ngập sâu nhất trên đường phố,…). Thông tin về ngập phải chờ báo cáo của nhân viên về trung tâm, nên công tác chống ngập triển khai chậm, tác động lớn đến đời sống sinh hoạt của người dân tại các khu vực ngập.
Để đo mực nước mưa/triều trong đô thị, có khá nhiều phương pháp, với nhiều công nghệ khác nhau, của các đơn vị trong và ngoài nước. Tuy nhiên, mỗi giải pháp đều tồn tại nhiều khuyết điểm, hạn chế, như giá thành cao; chi phí bảo dưỡng, hiệu chuẩn, bảo trì cảm biến cao; linh kiện cảm biến còn phụ thuộc hàng nhập khẩu; chưa bám sát với nhu cầu quản lý, điều hành thực tế của các đơn vị quản lý, vận hành; giải pháp, quy trình vận hành thiết bị khi lắp đặt số lượng lớn vẫn còn là thách thức;…
Thực hiện theo đặt hàng của Trung tâm Điều hành chương trình chống ngập nước Thành phố (Trung tâm Chống ngập) nhằm tạo ra sản phẩm có tính thực tiễn, phù hợp với điều kiện ở TP.HCM; có thể xây dựng được một mạng lưới quan trắc trực tuyến các điểm thường xuyên ngập trên đường phố với độ tin cậy cao, giá thành thấp, đáp ứng công tác phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do ngập lụt gây ra trên địa bàn, nhóm tác giả đã thiết kế, chế tạo thành công thiết bị quan trắc ngập trên đường phố (và mực nước trên sông), sử dụng cảm biến áp suất PS50_SHTPLABS (do Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao TP.HCM - SHTP Labs thực hiện), cảm biến đo lượng mưa, cảm biến đo nhiệt độ/độ ẩm, hỗ trợ mở rộng cảm biến và xác thực bằng hình ảnh tại hiện trường.
Cụ thể, thiết bị quan trắc ngập gồm các thành phần: bộ cảm biến (cảm biến đo mực nước - cảm biến áp suất, cảm biến đo vũ lượng, cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến camera, hỗ trợ mở rộng cảm biến); bộ thu nhận và truyền dữ liệu; hệ thống cấp nguồn (pin mặt trời + nguồn nuôi back-up); thiết bị phụ trợ, cột, phụ tùng, vật tư lắp đặt. Thiết bị quan trắc được thiết kế linh hoạt, dễ dàng cấu hình cho từng ứng dụng cụ thể, quản lý đồng thời nhiều thiết bị/cảm biến đo; hỗ trợ kết nối cảm biến đo theo các giao tiếp RS485, RS232, SDI-12; sử dụng phương thức truyền thông GPRS/3G; tính năng GPS có độ sai lệch xác vị trí dưới 10m; cho phép cập nhật firmware, cấu hình thiết bị từ xa (SMS, Web); thông số cảm biến đo mực nước đáp ứng sai số đo < ± 2cm và các tiêu chuẩn của lĩnh vực khí tượng thủy văn;…
Nguyên lý hoạt động đo mực nước ngập trên đường phố: khi đường phố sắp bị ngập, mực nước trong hố ga tăng lên, qua ống dẫn nước làm cho mực nước trong giếng đo cũng tăng theo. Khi đường phố bắt đầu ngập, mực nước trong hố ga và mực nước trong giếng đo có độ cao bằng độ cao mực nước tại 1/3 mặt đường và tiếp tục tăng lên đồng bộ, khiến áp suất trong dây silicon tăng lên. Nhờ cảm biến áp suất, sẽ xác định được mực nước trong giếng đo.
Nguyên lý hoạt động của trạm đo mực nước sông: sử dụng ống bẫy hơi bằng inox có gắn dây silicon (có ống nhựa bảo vệ) đặt ở vị trí cố định (có độ cao thấp hơn độ cao của mực nước thấp nhất nhiều năm đã được ghi nhận). Khi mực nước trên sông thay đổi (lên, xuống), áp suất trên dây cũng thay đổi. Qua cảm biến áp suất, xác định được sự thay đổi độ cao mực nước.
Thiết bị quan trắc ngập đã được lắp đặt thử nghiệm tại 3 vị trí ngập nặng ở TP.HCM (quận 2, quận 9, quận Thủ Đức); thiết bị quan trắc mực nước trên sông được lắp đặt thử nghiệm tại trạm Thủy văn Thủ Dầu Một (tỉnh Bình Dương).
.jpg)
Kết quả cho thấy, hệ thống hoạt động liên tục và ổn định, đạt tiêu chuẩn kỹ thuật của ngành khí tượng thủy văn; các thông số kỹ thuật và số liệu quan trắc đều đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng chuyên ngành. Thiết bị được Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng TP.HCM kiểm định theo tiêu chuẩn khí tượng thủy văn Việt Nam, Tổng cục Khí tượng thủy văn cấp chứng nhận.
Theo KS. Nguyễn Tuấn Khoa, nhóm tác giả đã làm chủ được công nghệ và quy trình thiết kế, chế tạo thiết bị quan trắc môi trường theo tiêu chuẩn khí tượng thủy văn, nên có thể cung cấp thiết bị giá thành thấp hơn nhiều (khoảng 30-60 triệu đồng) so với các thiết bị nước ngoài (từ 45-150 triệu đồng) có cùng tính năng. Sản phẩm phục vụ tốt cho công tác chống ngập, có thể trở thành một trong những hạng mục cần thiết cho các dự án, công trình xây dựng chống ngập, cống thoát nước của Thành phố để tự động hóa, giám sát, quan trắc trực tuyến các thông số mực nước mưa và triều, hỗ trợ công tác điều hành chống ngập; có thể thay thế và đầu tư mới một số nội dung trong các dự án đang triển khai (thuộc quản lý của Sở Xây dựng TP.HCM, Đài Khí tượng thủy văn Khu vực Nam Bộ và các đơn vị khác) mà không phải nhập thiết bị từ nước ngoài.
Thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ phối hợp với Đài Khí tượng thủy văn Khu vực Nam Bộ để triển khai nhằm giảm thiểu hơn nữa các chi phí đầu tư thiết bị. Đồng thời, tiến hành khai thác, thương mại hóa kết quả nghiên cứu; chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp để có thể chủ động sản xuất thiết bị và cung cấp ra thị trường theo nhu cầu.
Vân Nguyễn (CESTI)