Giám sát đập thủy điện bằng việc phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa kế

Giám sát đập thủy điện bằng việc phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa kế – Một giải pháp giám sát thay thế hiệu quả cho khảo sát trên mặt đất. Hiện nay, giám sát mực nước hồ chứa chính xác trong mùa lũ nhằm điều tiết lưu lượng xả rất quan trọng, cũng như việc giám sát mực nước hồ chứa trong vận hành liên hồ khi tham gia thị trường điện cần đảm bảo sự tối ưu. Trong khi đó việc giám sát mực nước bằng camera do con người đọc không thực sự tin cậy và chính xác. Ngoài ra, chất lượng đập thủy điện là yếu tố quan trọng bậc nhất trong vận hành một nhà máy thủy điện, nó liên quan tới sự an toàn của tổ máy và vùng hạ du. Cho nên việc giám sát chất lượng đập hàng ngày, hàng giờ là yếu tố tiên quyết để đảm bảo chất lượng đập nằm trong phạm vi cho phép để tiếp tục vận hành.

Đập thủy điện Mosul, đập chứa nước lớn nhất ở Iraq, nằm trên sông Tigris ở phía tây tỉnh Ninawa, thượng nguồn của thành phố Mosul. Mục đích của đập Mosul ở Tây Bắc Iraq là tạo ra thủy điện và cung cấp nước tưới cho hạ lưu. Khi hoạt động hết công suất, kết cấu này chứa khoảng 12,5 triệu mét khối nước và cung cấp điện cho 1,7 triệu cư dân Mosul.

Đập thủy điện Mosul đã được xây dựng từ những năm 1980 tại một vị trí có nền móng không ổn định, dễ bị nước xói mòn và do quá trình sử dụng lâu dài, công trình này đang xuất hiện nhiều vết nứt về mặt cấu trúc. Nếu đập Mosul bị vỡ, một bức tường nước khổng lồ sẽ đổ ập xuống và gây lụt vùng thung lũng Sông Tigris có mật độ dân cư đông đúc.

Con đập được biết đến là không ổn định khi lòng sông được làm từ đất mềm và thạch cao không ổn định, khoáng chất hòa tan khi nước chảy qua. Kết cấu này phải được trát xi măng hàng ngày để cho nước không bị thấm qua.

Để theo dõi sự ổn định của kết cấu này, Mỹ đã lắp đặt các cảm biến như một hệ thống cảnh báo sớm, vì có những lo ngại nghiêm trọng rằng nếu đập Mosul bị vỡ sẽ tạo ra một lớp sóng khổng lồ cao tới 14 mét, có thể cuốn trôi mọi vật cản trên đường đi của nó và thành phố Mosul sẽ bị nhấn chìm chỉ trong vài giờ đồng hồ và thậm chí cả Bagdad, khoảng cách xa cách đó 275 dặm cũng có thể bị tàn phá. Ước tính, hiện đang có khoảng từ 500.000 đến 1,47 triệu người dân Iraq đang sinh sống tại các khu vực dự báo sẽ xảy ra lũ quét khi đập Mosul bị vỡ.

Quốc phòng và không gian vũ trụ của Airbus đã nhận rõ rủi ro để giám sát đập kể từ tháng 4 năm 2015.

Giải pháp Giám sát đập thủy điện bằng việc phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa kế

Những nỗ lực gây dựng lại chính

Những mối lo ngại về sự không ổn định của con đập gây nên những nỗ lực khắc phục lớn.

Tuy nhiên, việc đánh giá giá trị rủi ro độc lập và khách quan cần phải tiếp tục được thực hiện để hỗ trợ các nhà khai thác địa phương, trong trường hợp có bất kỳ bề mặt bất thường nào và chuyển động vật thể liên quan để tránh xảy ra những tai nạn nghiêm trọng.

Giám sát rủi ro bằng vệ tinh

Quốc phòng và không gian vũ trụ của Airbus đã cung cấp TerraSAR-X dựa trên phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa. Hơn 30 cảnh ảnh Spotlight TerraSAR-X độ phân giải cao (1m) đã được thu thập, bao trùm khoảng thời gian 1 năm từ tháng 4/2015 tới tháng 4/2016. Dữ liệu đã được xử lý bằng cách chiết suất thông tin về sự lồi và sụt lún của bề mặt với độ chính xác lên đến milimet.

Dữ liệu độ cao kỹ thuật số WorldDem, dữ liệu chỉ có sẵn ở Quốc phòng và không gian vũ trụ của Airbus, được sử dụng để đưa vào thông tin độ cao đầm chính xác và đưa ra kết quả tối ưu nhất.

Phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa (InSAR)

Trước đây, hệ thống Radar khẩu độ tổng hợp (SAR) được sử dụng để nghiên cứu sự tương tác của sóng điện từ với bề mặt Trái đất; trong thời gian gần đây, sự phát triển của các hệ thống SAR đa kênh đã cho phép phát triển các kỹ thuật phức tạp hơn cho các hoạt động giám sát. Thiết bị SAR cung cấp dữ liệu có độ phân giải cao để giám sát diện rộng trong mọi điều kiện thời tiết. Các hệ thống này ngày càng được sử dụng để nhanh chóng quan sát bề mặt đại dương cho tàu thuyền, sự cố tràn dầu, cơ sở vật chất, giám sát, không gian, khai thác và thăm dò mỏ dầu, v.v.

Giống như hình ảnh radar nói chung, dữ liệu InSar đòi hỏi một số chuyên môn để diễn giải. Các nhà phân tích sẽ sử dụng các giao thoa kế để minh họa những thay đổi về hình dạng của mặt đất khi so sánh ảnh chụp với các thời điểm khác nhau. Mỗi bản đồ được tạo thành từ một loạt các “viền” màu. Mỗi rìa sẽ mô tả chuyển động đi ra xa hoặc gần về phía tàu vệ tinh.

Kỹ thuật này được sử dụng để giám sát sự ổn định của cơ sở hạ tầng, như các tòa nhà và cây cầu. Hoặc theo dõi độ võng trên một sườn đồi ta có thể chỉ ra một vụ lở đất sắp xảy ra; hoặc để cảnh báo về một chỗ phình ra ở sườn của một ngọn núi lửa sắp phun trào. Với trường hợp giám sát đập thủy điện Mosul, nhờ vào giải pháp phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa, kết quả cho thấy sự chuyển động đáng kể của đỉnh đập Mosul (lên đến 15mm mỗi năm) và những khu vực xung quanh có thể quan sát được.

Nổi bật là một số điểm bất thường mà có thể nhìn thấy thông qua những dịch chuyển vị thẳng đứng thuần túy của bề mặt (VD: thông qua sự hòa tan dưới lòng đất) hoặc các chuyển động ngang của đỉnh đập do áp lực nước của hồ chứa và/hoặc sự bất ổn định của lòng đất gây ra.

Những lợi ích

• Thông tin hiệu quả và chính xác về sự mất ổn định bề mặt với độ chính xác đến từng milimet, có sẵn trong thời gian gần như thực – lý tưởng để hướng dẫn các biện pháp đối phó như bơm bê tông
• Các khía cạnh sức khỏe, an ninh và môi trường (HSE) được đáp ứng do đặc tính từ xa của các phép đo; Không có sự tham gia của nhân viên tại chỗ và rủi ro cũng như không có tác động đến môi trường
• Tổng quan diện rộng của chuyển động bề mặt cũng cho phép phát hiện những dịch chuyển không lường trước được tiềm tàng gây rủi ro.

Phân tích Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa, là một bổ sung hợp lý cho khảo sát trên mặt đất nói chung, bất cứ khi nào cần thông tin bề mặt hoặc chuyển động của vật thể.

Tuy nhiên, nó cũng là một giải pháp thay thế trong các điều kiện bất lợi như xa xôi, khí hậu, hoang dã hoặc khi môi trường xã hội/chính trị gây ra những rủi ro không đáng có cho nhân viên vận hành. Hơn nữa, giải pháp dựa trên không gian mang lại tiềm năng tiết kiệm chi phí do giảm đáng kể công sức và thời gian huy động nhân viên và các biện pháp an toàn liên quan.

Nguồn: Airbus