Trạm thuỷ văn đo mực nước sông bằng ba cách chính: đọc thuỷ chí, tức những cọc thước sơn vạch dựng ở bờ sông; dùng phao nổi trong giếng đo nối với máy tự ghi; hoặc dùng cảm biến áp lực, cảm biến radar treo trên cầu đo khoảng cách xuống mặt nước. Từ mực nước, trạm còn suy ra lưu lượng sông nhờ những lần đo vận tốc dòng chảy, và số liệu này là đầu vào của mọi bản tin lũ.
Khi bản tin nói "mực nước sông Hồng tại Hà Nội lúc 7 giờ là 9,8 m", con số đó không đến từ ước đoán. Nó là số đo của một trạm cụ thể, theo một mốc độ cao cụ thể, đọc vào một giờ đã định sẵn. Hiểu trạm thuỷ văn làm việc thế nào sẽ giúp đọc bản tin lũ chính xác hơn rất nhiều.
Thuỷ chí: chiếc thước đo nước lâu đời nhất
Thuỷ chí là thước đo mực nước cố định. Dạng phổ biến ở Việt Nam là một dãy cọc bê tông hoặc tấm thép tráng men đóng thành bậc từ bãi sông lên tận mặt đê, mỗi cọc có thang chia vạch tới centimét. Quan trắc viên đọc vạch nước chạm vào, cộng với cao độ của cọc đó, ra mực nước.
Ý tưởng này có từ rất xưa. Người Ai Cập cổ đại dựng các "thước đo sông Nin" để theo dõi mùa lũ, từ đó đoán mùa màng và định mức thuế. Thước đo nổi tiếng còn lại trên đảo Roda ở Cairo được xây năm 861 dưới thời nhà Abbas: một cột đá có khắc vạch đặt giữa giếng nối với sông. Hơn mười thế kỷ sau, nguyên lý vẫn y như vậy.
Mốc độ cao: con số 9,8 m là cao so với cái gì
Mực nước trong bản tin không phải độ sâu của sông. Nó là độ cao mặt nước so với một mốc chuẩn. Ở Việt Nam, hệ cao độ quốc gia lấy mực nước biển trung bình nhiều năm tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Hải Phòng) làm mốc 0. Mỗi trạm thuỷ văn có mốc cao độ được dẫn từ hệ quốc gia, kiểm tra lại định kỳ. Vì vậy mực nước ở hai trạm khác nhau có thể so sánh được với nhau và với cao độ mặt đê, mặt đường.
Cũng vì thế mà "9,8 m" ở Hà Nội và "9,8 m" ở một trạm miền Trung mang ý nghĩa hoàn toàn khác. Muốn biết nguy hiểm hay không, phải so với mức báo động của chính trạm đó.
Từ người đọc thước đến cảm biến tự động
Ngày trước, quan trắc viên đọc thuỷ chí vào các giờ cố định trong ngày, mùa lũ thì đọc dày hơn, có lúc từng giờ, kể cả nửa đêm giữa mưa gió. Ngày nay phần lớn trạm chính đã có thiết bị tự động, nhưng thuỷ chí vẫn được giữ làm chuẩn để kiểm tra máy.
| Thiết bị | Cách làm việc | Ưu điểm | Điểm yếu |
|---|---|---|---|
| Thuỷ chí (cọc, tấm thước) | Người đọc vạch nước | Đơn giản, bền, là chuẩn đối chiếu | Cần người trực, khó đọc ban đêm khi mưa to |
| Phao và giếng đo | Phao nổi trong giếng thông với sông, dây kéo bánh xe ghi mực nước | Ổn định, giếng lọc bớt sóng | Giếng dễ bị bùn lấp, phải nạo vét |
| Cảm biến áp lực | Đặt chìm dưới nước, đo áp suất cột nước bên trên | Rẻ, lắp được nhiều nơi | Bị bùn vùi, trôi theo lũ, cần hiệu chỉnh |
| Cảm biến radar hoặc siêu âm | Treo trên cầu, đo thời gian sóng phản xạ từ mặt nước | Không chạm nước, ít hư hỏng khi lũ | Cần chỗ treo vững, sai số khi có rác, sóng lớn |
Số liệu tự động được truyền về trung tâm qua mạng điện thoại di động, nơi không có sóng thì qua vệ tinh. Trạm hiện đại có pin mặt trời và ắc quy dự phòng, vì đúng lúc lũ lớn nhất thường là lúc lưới điện bị cắt.
Đo lưu lượng: phần khó hơn đo mực nước
Mực nước cho biết nước cao đến đâu. Nhưng để dự báo lũ, kỹ sư cần biết lưu lượng: mỗi giây có bao nhiêu mét khối nước chảy qua mặt cắt sông. Lưu lượng bằng diện tích mặt cắt nhân với vận tốc trung bình.
Cách đo truyền thống là đi thuyền hoặc dùng cáp treo ngang sông, thả lưu tốc kế (một cánh quạt nhỏ quay theo dòng nước) ở nhiều điểm và nhiều độ sâu, đồng thời đo độ sâu lòng sông. Một lần đo trên sông lớn có thể mất vài giờ. Ngày nay nhiều trạm dùng máy ADCP, đo vận tốc bằng hiệu ứng Doppler của sóng âm, kéo ngang sông một lượt là ra cả mặt cắt.
Không thể đo lưu lượng liên tục, nên người ta làm một việc khéo hơn: đo nhiều lần ở nhiều mức nước khác nhau, rồi dựng đường quan hệ mực nước – lưu lượng (đường Q–H). Từ đó, chỉ cần đọc mực nước là tra ra lưu lượng. Đường này phải được đo kiểm thường xuyên, vì lòng sông xói, bồi, bị khai thác cát sẽ làm quan hệ thay đổi. Một đường Q–H cũ có thể làm dự báo lũ sai đáng kể.
Mức báo động được đặt ra từ đâu
Mỗi trạm thuỷ văn quan trọng trên các sông có đê và sông lớn đều có ba mức báo động I, II, III. Các mức này không chọn tuỳ tiện mà căn cứ vào địa hình thực tế quanh trạm: nước tràn bãi sông, ngập chân đê, ngập sâu thân đê. Riêng ý nghĩa của từng cấp với người dân và việc cần làm ở mỗi cấp đã được nhiều tài liệu hướng dẫn gia đình viết kỹ; ở đây chỉ nói góc kỹ thuật.
Ví dụ quen thuộc nhất là trạm Long Biên trên sông Hồng ở Hà Nội, với ba mức báo động lần lượt 9,5 m, 10,5 m và 11,5 m. Khi đê sông, hồ chứa thượng nguồn hay lòng sông thay đổi nhiều qua các năm, mức báo động có thể được xem xét điều chỉnh lại cho đúng với nguy cơ thực tế.
Một trạm thuỷ văn trong mùa lũ
Trạm thuỷ văn cấp quốc gia thường có nhà trạm ở sát bờ sông, gồm phòng làm việc, giếng đo, dãy cọc thuỷ chí, cáp treo hoặc thuyền đo lưu lượng, vườn đo mưa bên cạnh. Mùa lũ, nhịp làm việc thay đổi hẳn:
- Tăng tần suất quan trắc khi nước lên nhanh, có lúc đo và báo từng giờ hoặc dày hơn khi gần đỉnh lũ.
- Đo lưu lượng ở đúng những mức nước cao, vốn hiếm gặp và quý nhất cho việc dựng đường Q–H.
- Theo dõi và ghi lại đỉnh lũ, thời gian xuất hiện đỉnh, và sau lũ đi tìm vết lũ trên tường nhà, thân cây để xác định mực nước lớn nhất ở những nơi không có trạm.
- Giữ an toàn cho chính mình: đo trên cáp treo, trên thuyền giữa dòng lũ xiết là công việc nguy hiểm, chỉ làm theo quy trình với trang bị phao, dây an toàn.
Bên cạnh mạng trạm quốc gia, ngày càng có nhiều trạm đo tự động chuyên dùng do hồ chứa, công trình giao thông, đơn vị thuỷ lợi lắp đặt. Khi được chia sẻ chung về một đầu mối, số liệu này làm dày thêm "tai mắt" của hệ thống cảnh báo.
Đọc mực nước cho đúng
Một vài điều người đọc bản tin lũ nên nhớ:
- Luôn gắn mực nước với tên trạm. "Sông Cả tại Nam Đàn" và "sông Cả tại Đô Lương" là hai điểm khác nhau, mức báo động khác nhau.
- Xem xu thế, không chỉ xem con số. Mực nước đang lên, đang xuống hay đứng quan trọng không kém độ cao hiện tại. Lên 30 cm mỗi giờ là tín hiệu rất khác với lên 3 cm.
- Trạm phía trên báo trước cho trạm phía dưới. Nhà ở hạ lưu nên theo dõi cả trạm thượng nguồn: nước ở đó lên thì vài giờ đến vài ngày sau sẽ về tới mình, tuỳ khoảng cách.
- Vạch lũ lịch sử là bài học có sẵn. Nhiều địa phương đã gắn mốc đánh dấu đỉnh lũ lớn lên tường trụ sở, trường học, cột điện. Nhìn mốc đó và so với mực nước dự báo là cách hình dung nhanh nhất.
Nếu có dịp ghé một trạm thuỷ văn trên sông lớn, hãy xin phép xem dãy cọc thuỷ chí và giếng đo. Nhiều trạm có tuổi hàng chục năm, sổ quan trắc ghi tay qua nhiều thế hệ là kho dữ liệu quý mà mô hình dự báo hôm nay vẫn dựa vào. Khi đang có lũ, không xuống bãi sông xem nước, không lội qua dòng chảy; mọi số liệu cần thiết đều có trong bản tin.
Câu hỏi thường gặp
Thuỷ chí là gì?
Thuỷ chí là thước đo mực nước cố định đặt ở bờ sông, thường là dãy cọc bê tông hoặc tấm thép có vạch chia tới centimét. Quan trắc viên đọc vạch nước chạm vào rồi cộng với cao độ của cọc để ra mực nước.
Mực nước sông trong bản tin được tính so với mốc nào?
Mực nước là độ cao mặt nước so với mốc 0 của hệ cao độ quốc gia, lấy theo mực nước biển trung bình tại trạm Hòn Dấu, Hải Phòng. Nó không phải độ sâu của sông, nên phải so với mức báo động của chính trạm đó.
Mức báo động lũ sông Hồng tại Hà Nội là bao nhiêu?
Tại trạm Long Biên, ba mức báo động lần lượt là 9,5 m, 10,5 m và 11,5 m. Các mức này căn cứ vào địa hình bãi sông và đê quanh trạm.
Lưu lượng sông đo bằng cách nào?
Người ta đo vận tốc dòng chảy ở nhiều điểm trên mặt cắt bằng lưu tốc kế hoặc máy ADCP, nhân với diện tích mặt cắt. Từ nhiều lần đo, dựng đường quan hệ mực nước – lưu lượng để sau này chỉ cần đọc mực nước là suy ra lưu lượng.
Trạm thuỷ văn tự động truyền số liệu thế nào?
Cảm biến áp lực hoặc radar đo mực nước, bộ ghi lưu số liệu rồi gửi về trung tâm qua mạng điện thoại di động hoặc vệ tinh. Trạm thường có pin mặt trời và ắc quy để vẫn chạy khi mất điện lưới trong lũ.
