Khi dữ liệu thời gian thực trở thành “lá chắn” trước xâm nhập mặn

Chuyển từ quan trắc truyền thống sang giám sát thông minh

Thực tế tại nhiều địa phương ven biển cho thấy, xâm nhập mặn không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn làm gia tăng rủi ro xã hội. Nhiều khu vực từng được xem là “an toàn” nay cũng phải đối mặt với tình trạng nước mặn xâm nhập sớm hơn, kéo dài hơn và khó dự báo hơn.

Việc phụ thuộc vào kinh nghiệm hoặc các số liệu đo thủ công, rời rạc khiến người dân và chính quyền địa phương gặp nhiều khó khăn trong việc đưa ra quyết định kịp thời.

Đồng bằng sông Cửu Long là ví dụ điển hình. Đây là vùng đóng vai trò chiến lược về an ninh lương thực, song cũng là khu vực chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu.

Sự kết hợp giữa nước biển dâng, thay đổi dòng chảy thượng nguồn và hoạt động khai thác tài nguyên nước đã khiến quy luật mặn - ngọt trở nên khó lường. Trong bối cảnh đó, thiếu thông tin kịp thời đồng nghĩa với gia tăng rủi ro trong sản xuất và sinh hoạt.

Quan trắc môi trường nước theo phương pháp truyền thống thường dựa vào các đợt đo định kỳ, tốn nhiều nhân lực và chi phí, trong khi dữ liệu lại có độ trễ lớn. Điều này khiến việc dự báo và cảnh báo sớm xâm nhập mặn gặp nhiều hạn chế.

Ngược lại, các hệ thống giám sát thông minh ứng dụng IoT cho phép thu thập dữ liệu liên tục, tự động và truyền tải theo thời gian thực, tạo nền tảng cho việc phân tích và ra quyết định chính xác hơn.

Xuất phát từ yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu do ThS. Nguyễn Thị Nhật Quỳnh chủ trì đã triển khai Dự án “Hệ thống giám sát xâm nhập mặn ứng dụng công nghệ IoT”, dự án hướng tới xây dựng một giải pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam, vừa đảm bảo độ chính xác khoa học, vừa thuận tiện trong vận hành và sử dụng.

Nền tảng khoa học và định hướng phát triển

Hệ thống giám sát xâm nhập mặn được phát triển dựa trên các nghiên cứu chuyên sâu về đo độ dẫn điện chính xác cao - một thông số quan trọng phản ánh mức độ mặn của nước.

Trước đó, các nghiên cứu tại Viện Vật lý TP. Hồ Chí Minh đã tạo ra thiết bị đo độ dẫn điện cầm tay có độ tin cậy cao và được các tổ chức quốc tế đánh giá tích cực về tiềm năng ứng dụng.

Kế thừa kết quả này, nhóm nghiên cứu đã mở rộng quy mô từ thiết bị đo đơn lẻ sang một hệ thống tích hợp, kết nối cảm biến với hạ tầng truyền thông IoT, cơ sở dữ liệu đám mây và phần mềm quản lý. Cách tiếp cận này giúp chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật thành thông tin trực quan, dễ hiểu, phục vụ trực tiếp cho người sử dụng.

Hệ thống được triển khai tại các khu vực nhạy cảm với xâm nhập mặn như cửa sông, kênh rạch, vùng sản xuất nông nghiệp và khu nuôi trồng thủy sản. Các thiết bị đo tự động liên tục ghi nhận các thông số môi trường nước, sau đó truyền dữ liệu về trung tâm xử lý thông qua các chuẩn kết nối không dây như 4G, WiFi hoặc LoRa.

Toàn bộ dữ liệu được lưu trữ trên nền tảng điện toán đám mây, cho phép truy cập mọi lúc, mọi nơi thông qua ứng dụng trên điện thoại thông minh. Người dùng có thể theo dõi diễn biến độ mặn theo thời gian thực, so sánh dữ liệu giữa các thời điểm và nhận cảnh báo khi có dấu hiệu bất thường.

Thiết bị đo đa chỉ tiêu - đảm bảo độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt

Thiết bị đo mặn là thành phần cốt lõi của hệ thống. Đầu đo đa chỉ tiêu cho phép ghi nhận đồng thời độ mặn, độ dẫn điện và nhiệt độ nước, cung cấp cái nhìn toàn diện về trạng thái môi trường. Các thông số này được đo theo chu kỳ định sẵn, xử lý tại chỗ trước khi truyền về máy chủ trung tâm.

Để phù hợp với điều kiện thực địa, thiết bị được thiết kế đặt trên phao nổi, sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp pin lưu trữ, đảm bảo khả năng vận hành liên tục trong thời gian dài. Vật liệu chế tạo cảm biến có khả năng chống ăn mòn cao, phù hợp với môi trường nước mặn và nước lợ, giúp duy trì độ ổn định và tuổi thọ của thiết bị.

Ngoài ra, thiết bị còn được tích hợp GPS, cho phép xác định chính xác vị trí trạm đo và hiển thị dữ liệu trên bản đồ số. Chức năng lưu trữ dữ liệu tại chỗ và gửi cảnh báo tự động khi vượt ngưỡng giúp tăng độ an toàn và tính chủ động trong giám sát.

Điểm khác biệt của hệ thống không chỉ nằm ở khả năng đo đạc, mà còn ở cách dữ liệu được “chuyển hóa” thành thông tin có giá trị sử dụng.

Thông qua phần mềm IoTVision, dữ liệu được trực quan hóa dưới dạng biểu đồ, bảng số liệu và bản đồ, giúp người dùng dễ dàng nắm bắt xu hướng xâm nhập mặn theo thời gian và không gian.

Đối với người dân và doanh nghiệp, thông tin này giúp lựa chọn thời điểm lấy nước phù hợp, điều chỉnh lịch sản xuất hoặc chuyển đổi mô hình canh tác nhằm giảm thiểu rủi ro.

Đối với cơ quan quản lý, hệ thống cung cấp dữ liệu nền phục vụ công tác điều hành thủy lợi, quy hoạch tài nguyên nước và xây dựng kịch bản ứng phó với biến đổi khí hậu.

Nâng cao khả năng cảnh báo sớm, hỗ trợ ra quyết định ở cấp độ chiến lược

Trong quá trình triển khai, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm 20 thiết bị trong cả môi trường kiểm soát và điều kiện thực địa. Kết quả cho thấy, hệ thống vận hành ổn định, dữ liệu đồng bộ và có độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu giám sát dài hạn ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.

Theo ThS. Nguyễn Thị Nhật Quỳnh, việc sử dụng năng lượng mặt trời giúp hệ thống đặc biệt phù hợp với các khu vực ven biển, cửa sông và những nơi khó tiếp cận nguồn điện lưới. Đây là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính bền vững và khả năng nhân rộng của giải pháp.

Hội đồng nghiệm thu đánh giá cao tính đồng bộ của hệ thống từ phần cứng đến phần mềm, cũng như khả năng ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu không chỉ phục vụ giám sát xâm nhập mặn, mà còn góp phần khẳng định năng lực làm chủ công nghệ IoT trong lĩnh vực môi trường của đội ngũ nghiên cứu trong nước.

Trên cơ sở những kết quả đạt được, nhóm nghiên cứu định hướng phát triển hệ thống theo mô hình mạng lưới, mở rộng số lượng trạm đo và tích hợp dữ liệu với các hệ thống quan trắc hiện có. Trong tương lai, việc bổ sung các thuật toán phân tích và dự báo sẽ giúp nâng cao khả năng cảnh báo sớm, hỗ trợ ra quyết định ở cấp độ chiến lược.

Việc xây dựng nền tảng dữ liệu môi trường dài hạn không chỉ phục vụ quản lý xâm nhập mặn, mà còn tạo cơ sở cho hoạch định chính sách phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ hệ sinh thái.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng hiện hữu, các giải pháp giám sát thông minh như hệ thống xâm nhập mặn ứng dụng IoT được xem là bước đi quan trọng, góp phần hướng tới quản lý tài nguyên nước chủ động, hiệu quả và bền vững hơn cho các vùng ven biển Việt Nam./.

L.H