Để làm rõ cơ chế, mức độ nguy hiểm và các giải pháp công nghệ tiên tiến nhất trong cảnh báo sớm rủi ro sạt lở đối với hệ thống đập thủy điện, phóng viên Tạp chí Môi trường (PV) đã có cuộc trao đổi với PGS.TS. Đặng Xuân Trường, Trưởng Bộ môn Quản lý Hạ tầng đô thị, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.Hồ Chí Minh (HCMUNRE).
PV: Thưa Phó Giáo sư, tình trạng sạt lở sườn đồi, đứt gãy địa chất ngày càng khốc liệt. Đối với các công trình hạ tầng đặc biệt như đập thủy điện, rủi ro này hiện đang được đánh giá ở mức độ nào?
PGS.TS. Đặng Xuân Trường: Nhìn nhận một cách thẳng thắn, rủi ro này đang ở mức báo động đỏ và đã vượt ra ngoài phạm vi của các mô hình đánh giá an toàn đập truyền thống. Trước đây, thiết kế đập thường tập trung tính toán khả năng chịu lực của bản thân thân đập trước áp lực thủy tĩnh của hồ chứa và tải trọng động đất. Nhưng hiện nay, “gót chân Achilles” lại nằm ở chính các sườn dốc tự nhiên bao quanh lòng hồ. Dưới tác động của biến đổi khí hậu, các trận mưa cực đoan kéo dài làm đất đá trên sườn dốc ngậm no nước, gia tăng áp lực nước lỗ rỗng và làm suy giảm nghiêm trọng ứng suất hữu hiệu cùng sức kháng cắt của khối đất. Khi sườn dốc quanh đập mất ổn định, nó kéo theo những hệ lụy dây chuyền có sức tàn phá khổng lồ. Nói cách khác, mối nguy lớn nhất hiện nay không còn nằm ở bản thân con đập, mà ở toàn bộ địa hệ (geosystem) bao quanh hồ chứa.
PV: Tại sao các khu vực quanh hồ chứa thủy điện lại đặc biệt dễ bị tổn thương hơn so với sườn núi thông thường?
PGS.TS. Đặng Xuân Trường: Sự nhạy cảm này đến từ tương tác thủy động lực học rất phức tạp giữa nước và khối đất đá cấu tạo nên sườn dốc, đặc biệt là hiện tượng “rút nước nhanh (rapid drawdown)”. Khi hồ tích đầy nước, áp lực thủy tĩnh của khối nước đóng vai trò như một lực chống đỡ tự nhiên, ép vào và giữ ổn định cho chân sườn dốc. Vào mùa lũ, khi thủy điện phải xả nước khẩn cấp, mực nước trong hồ tụt xuống rất nhanh khiến lực chống đỡ này gần như biến mất tức thời. Tuy nhiên, nước ngầm tồn tại bên trong sườn đồi chưa kịp thoát ra ngoài. Sự chênh lệch này tạo ra một áp lực nước lỗ rỗng dư thừa rất lớn tạo lực đẩy vách núi về phía hồ. Nếu nền địa chất yếu, cộng thêm tải trọng gia tăng do khối đất đã bão hòa nước mưa, sườn đồi sẽ mất ổn định và trượt nhanh xuống lòng hồ.
PV: Nếu một khối lượng đất đá khổng lồ sạt lở xuống hồ chứa, hậu quả cụ thể sẽ ra sao, thưa Phó giáo sư?
PGS.TS. Đặng Xuân Trường: Việc đất đá va đập trực tiếp làm vỡ thân đập là tình huống hiếm gặp, nhưng rủi ro thảm khốc nhất lại đến từ “sóng xung kích do sạt lở (impulse waves)”. Hàng triệu mét khối đất đá đổ ập xuống lòng hồ trong vài giây sẽ tạo ra những cột sóng khổng lồ lan truyền trong hồ chứa. Khối nước này tràn qua đỉnh đập (overtopping), gây xói lở nghiêm trọng nền và chân đập phía hạ lưu, làm mất khả năng chống đỡ và cuối cùng dẫn đến vỡ đập.Lịch sử thế giới từng ghi nhận thảm họa đập Vajont ở Ý (năm 1963), khi khoảng 260 triệu m³ đất đá từ sườn núi Toc trượt xuống hồ chỉ trong vài chục giây, tạo ra ngọn sóng tràn qua đỉnh đập cao gần 250 mét, quét sạch các thị trấn hạ lưu và khiến khoảng 2.000 người thiệt mạng, dù thân đập gần như không hề hư hại. Chưa kể, sạt lở còn mang theo lượng bùn cát khổng lồ, bồi lấp lòng hồ và làm tê liệt các công trình lấy nước cùng đường hầm dẫn dòng, đe dọa sự vận hành của toàn bộ hệ thống bậc thang thủy điện trên lưu vực.
PV: Trước những tác động tàn phá ngày càng nghiêm trọng, tư duy quản lý hạ tầng hiện nay đang có những chuyển biến như thế nào? Đặc biệt, công nghệ được ứng dụng ra sao trong việc cảnh báo sớm rủi ro, thưa ông?
PGS.TS. Đặng Xuân Trường: Chúng ta cần chuyển từ tư duy “ứng phó bị động” sang “quản trị rủi ro dựa trên dự báo”. Chìa khóa hiện nay nằm ở sự hội tụ của dữ liệu không gian, Internet vạn vật (IoT), Trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ Bản sao số (Digital Twin). Việc tích hợp nền tảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) với Mô hình thông tin công trình (BIM) cho phép tạo ra một Bản sao số (Digital Twin) hoàn chỉnh của toàn bộ lưu vực thủy điện. Đây không phải là mô hình 3D tĩnh, mà là một thực thể kỹ thuật số “sống”, liên tục cập nhật dữ liệu từ mạng lưới cảm biến IoT ngoài thực địa, bao gồm thiết bị đo chuyển vị ngang trong lòng đất (inclinometer), thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng (piezometer) và dữ liệu viễn thám radar giao thoa vệ tinh (InSAR) với độ chính xác đến từng milimet trong việc đo biến dạng bề mặt địa hình.
PV: Thưa ông, trong mô hình "Digital Twin", AI sẽ đảm nhiệm vai trò gì để có thể đưa ra những cảnh báo kịp thời cho doanh nghiệp và người dân?
PGS.TS. Đặng Xuân Trường: Nếu coi Digital Twin là cơ thể thì AI chính là bộ não. Mạng lưới cảm biến tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ mỗi giây. Các mô hình cảnh báo truyền thống chỉ phát tín hiệu khi khối đất đã bắt đầu dịch chuyển vượt ngưỡng cho phép - lúc đó thường quá muộn để kịp xả lũ hạ thấp mực nước hồ hoặc sơ tán dân cư. Các thuật toán Học máy (Machine Learning) giải quyết vấn đề này bằng cách phân tích chuỗi dữ liệu lịch sử và nhận diện các mẫu hình vi mô (micro-patterns) báo trước trượt lở. AI có thể phát hiện những tương quan ẩn, chẳng hạn mối liên hệ giữa lượng mưa tích lũy trong ba ngày gần nhất và mức tăng chỉ vài milimet của áp lực nước lỗ rỗng ở độ sâu khoảng 20m. Nhờ đó, hệ thống có thể cảnh báo sớm xác suất và khoảng thời gian có khả năng xảy ra sạt lở trước vài ngày đến vài tuần. Khi phát hiện rủi ro, Bản sao số sẽ tự động chạy hàng loạt kịch bản mô phỏng vỡ đập trong không gian ảo, tính toán hướng đi của dòng lũ, thời gian lũ lan đến và độ sâu ngập tại các khu dân cư hạ lưu. Từ đó, hệ thống hỗ trợ ban quản lý ra quyết định vận hành và ứng phó tối ưu.
PV: Xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Đặng Xuân Trường về những thông tin khoa học vô cùng giá trị!
Những chia sẻ của PGS.TS. Đặng Xuân Trường cho thấy, rủi ro sạt lở đất quanh hồ chứa thủy điện không chỉ là thách thức kỹ thuật mà còn là bài toán quản trị rủi ro mang tính sống còn. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan, việc ứng dụng AI và công nghệ Bản sao số (Digital Twin) đã mở ra một hướng đi mới: Từ cảnh báo sớm, mô phỏng kịch bản đến hỗ trợ ra quyết định ứng phó. Đây chính là bước tiến quan trọng giúp chúng ta chủ động bảo vệ an toàn công trình, giảm thiểu thiệt hại và quan trọng hơn cả là bảo vệ tính mạng, sinh kế của cộng đồng dân cư hạ lưu.
