Tổng quan nghiên cứu

Ngập lụt đô thị đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại nhiều thành phố trên thế giới, đặc biệt là các đô thị đang phát triển với tốc độ đô thị hóa nhanh nhưng thiếu các giải pháp quy hoạch và hạ tầng thích ứng. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, hiện tượng mưa lớn và triều cường cao ngày càng xuất hiện thường xuyên, làm gia tăng nguy cơ ngập úng trên diện rộng. Theo số liệu quan trắc, mực nước tại trạm Phú An đã đạt đỉnh lịch sử 1,62 – 1,67 m trong năm 2016, vượt mức báo động III từ 0,12 đến 0,17 m, đồng thời xuất hiện những trận mưa có vũ lượng hơn 179 mm gây ngập nặng nhiều tuyến đường.

Luận văn tập trung đánh giá khả năng thoát nước đường phố khi hệ thống cống ngầm bị quá tải trong các trận mưa cực trị tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh, với diện tích 6,35 km² và dân số khoảng 28 nghìn người. Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình thủy lực EPA-SWMM để mô phỏng các kịch bản mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại từ 2 đến 50 năm, từ đó đánh giá hiện trạng thoát nước và ngập lụt, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm ngập phù hợp. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, quản lý và ứng phó với ngập lụt đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, góp phần giảm thiểu thiệt hại kinh tế và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình thủy văn và mô hình thủy lực trong hệ thống thoát nước đô thị. Mô hình EPA-SWMM (Storm Water Management Model) được lựa chọn do tính phổ biến, dễ sử dụng và khả năng mô phỏng chính xác quan hệ mưa – dòng chảy trên lưu vực cũng như thủy lực trong mạng lưới cống ngầm và đường phố.

Ba khái niệm trọng tâm trong nghiên cứu gồm:

  • Tiểu lưu vực (Subcatchment): Khu vực nhỏ được phân chia dựa trên địa hình, là đơn vị tính toán dòng chảy mặt.
  • Mô hình thấm Horton: Phương pháp tính toán thấm nước vào đất theo hàm mũ giảm dần, phù hợp với các trận mưa đơn lẻ.
  • Mạng lưới thoát nước: Bao gồm các nút (junction), tuyến ống (conduit), hồ điều hòa (storage units), và cửa xả (outfall), mô phỏng dòng chảy trong hệ thống thoát nước.

Mô hình SWMM mô phỏng toàn diện các quá trình thủy văn như mưa, bốc hơi, thấm, dòng chảy mặt và dòng chảy trong cống, đồng thời có thể tính toán chất lượng nước và ô nhiễm liên quan.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn (mưa, triều cường), bản đồ địa hình số (DEM), bản đồ sử dụng đất, mạng lưới đường phố và hệ thống cống ngầm hiện hữu tại khu vực bán đảo Thanh Đa. Số liệu mưa thiết kế được lấy từ trạm Tân Sơn Nhất với các chu kỳ lặp lại 2, 3, 5, 10, 25 và 50 năm trong khoảng thời gian 180 phút.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phân tích thống kê: Thu thập và xử lý số liệu khí tượng thủy văn, mực nước triều, địa hình và hiện trạng thoát nước.
  • Mô phỏng thủy lực: Thiết lập mô hình EPA-SWMM với 92 tiểu lưu vực và 92 nút, 100 đoạn đường phố được mô phỏng như kênh hở, khai báo các thông số đầu vào như diện tích, độ dốc, hệ số thấm, hệ số nhám Manning.
  • Chạy các kịch bản mưa thiết kế: Mô phỏng dòng chảy tràn trên mặt đường khi hệ thống cống ngầm bị quá tải.
  • Phân tích kết quả: Đánh giá khả năng thoát nước, diện tích và độ sâu ngập, từ đó đề xuất giải pháp giảm ngập.

Thời gian nghiên cứu từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2016, với cỡ mẫu toàn bộ khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng thoát nước giảm mạnh khi chu kỳ mưa tăng: Mô hình cho thấy tổng khối lượng dòng chảy tràn trên toàn lưu vực tăng từ khoảng 500 m³ cho chu kỳ 2 năm lên đến hơn 2000 m³ cho chu kỳ 50 năm, tương ứng với sự gia tăng áp lực lên hệ thống thoát nước.

  2. Số điểm ngập và thể tích nước ngập tăng theo chu kỳ mưa: Số điểm ngập trên mạng lưới đường phố tăng từ khoảng 20 điểm với chu kỳ 2 năm lên đến hơn 60 điểm với chu kỳ 50 năm. Thể tích nước ngập cũng tăng gấp 3 lần, cho thấy nguy cơ ngập lụt ngày càng nghiêm trọng.

  3. Độ sâu ngập tại các tuyến đường chính: Trắc dọc tuyến đường Bình Quới cho thấy độ sâu ngập trung bình tăng từ 0,1 m (chu kỳ 2 năm) lên đến 0,5 m (chu kỳ 50 năm), ảnh hưởng lớn đến giao thông và sinh hoạt người dân.

  4. Hệ thống cống ngầm hiện hữu không đáp ứng được lưu lượng mưa cực trị: Mô phỏng cho thấy nhiều đoạn cống bị quá tải, gây tràn nước mặt và ngập úng cục bộ, đặc biệt khi mưa lớn trùng với đỉnh triều cường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập lụt là do sự gia tăng lượng mưa cực trị và mực nước triều dâng cao, kết hợp với hệ thống thoát nước cũ kỹ, xuống cấp và không đồng bộ. Việc bê tông hóa mặt đất làm giảm khả năng thấm nước, tăng lượng nước chảy tràn. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả mô phỏng phù hợp với xu hướng gia tăng ngập lụt tại các đô thị lớn chịu ảnh hưởng biến đổi khí hậu.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa chu kỳ mưa và tổng khối lượng dòng chảy tràn, cùng bảng số liệu số điểm ngập và độ sâu ngập tại các vị trí trọng yếu, sẽ minh họa rõ ràng mức độ quá tải của hệ thống thoát nước hiện tại. Kết quả này nhấn mạnh sự cần thiết phải nâng cấp hệ thống thoát nước và áp dụng các giải pháp giảm ngập hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo và nâng cấp hệ thống cống ngầm: Tăng tiết diện cống tại các điểm quá tải, bổ sung cống mới tại các khu vực phát triển đô thị mới nhằm nâng cao khả năng thoát nước, dự kiến hoàn thành trong 3-5 năm, do Sở Xây dựng và Công ty Thoát nước TP.HCM chủ trì.

  2. Nâng nền cục bộ và tận dụng khả năng thoát nước mặt đường: Điều chỉnh cao độ một số tuyến đường trọng yếu để tạo dòng chảy thuận lợi, giảm ngập cục bộ, thực hiện trong 1-2 năm, do UBND quận Bình Thạnh phối hợp với các đơn vị quản lý hạ tầng giao thông.

  3. Bổ sung không gian chứa nước mưa: Xây dựng hồ điều hòa, bể chứa tạm thời tại các khu vực trũng thấp nhằm giảm áp lực lên hệ thống thoát nước, thời gian thực hiện 3-4 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các đơn vị liên quan.

  4. Ứng dụng công nghệ cảnh báo sớm và quản lý vận hành thông minh: Sử dụng phần mềm mô phỏng và hệ thống cảm biến để dự báo ngập lụt, điều phối vận hành hệ thống thoát nước hiệu quả, triển khai trong 2 năm, do Trung tâm Quản lý nước và Công nghệ thông tin TP.HCM đảm nhiệm.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ, có sự tham gia của chính quyền địa phương, cộng đồng và các bên liên quan để đạt hiệu quả bền vững.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quy hoạch đô thị và quản lý hạ tầng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, điều chỉnh quy hoạch thoát nước phù hợp với điều kiện thực tế và dự báo biến đổi khí hậu.

  2. Cơ quan quản lý môi trường và tài nguyên nước: Áp dụng mô hình EPA-SWMM trong đánh giá tác động môi trường và quản lý rủi ro ngập lụt đô thị.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô phỏng thủy lực và thủy văn, cũng như các phân tích chuyên sâu về ngập lụt đô thị.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư: Hiểu rõ nguyên nhân, mức độ và giải pháp giảm ngập, từ đó nâng cao nhận thức và phối hợp trong công tác phòng chống ngập lụt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình EPA-SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu thoát nước đô thị?
    EPA-SWMM mô phỏng đồng thời quá trình mưa, dòng chảy mặt và thủy lực trong mạng lưới cống, cho phép đánh giá chính xác khả năng thoát nước và ngập lụt, phù hợp với các khu vực đô thị phức tạp.

  2. Tại sao chọn khu vực bán đảo Thanh Đa làm nghiên cứu điển hình?
    Thanh Đa có địa hình thấp, dân cư đông và hệ thống thoát nước cũ kỹ, thường xuyên bị ngập khi mưa lớn, đại diện điển hình cho các khu vực đô thị chịu ảnh hưởng ngập lụt tại TP.HCM.

  3. Các kịch bản mưa thiết kế được xây dựng dựa trên cơ sở nào?
    Dữ liệu mưa thiết kế lấy từ trạm Tân Sơn Nhất với các chu kỳ lặp lại từ 2 đến 50 năm, phản ánh các mức độ mưa cực trị có khả năng xảy ra trong tương lai.

  4. Giải pháp nâng nền cục bộ có thể áp dụng ở đâu?
    Giải pháp này phù hợp với các tuyến đường có địa hình thấp, thường xuyên ngập cục bộ, giúp tạo dòng chảy thuận lợi và giảm ngập nhanh chóng.

  5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia giảm ngập?
    Cộng đồng có thể tham gia bằng cách giữ gìn hệ thống thoát nước, không xả rác gây tắc nghẽn, đồng thời phối hợp với chính quyền trong các chương trình cảnh báo và ứng phó ngập lụt.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình EPA-SWMM để đánh giá khả năng thoát nước và ngập lụt tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh trong các kịch bản mưa cực trị.
  • Kết quả cho thấy hệ thống thoát nước hiện hữu không đáp ứng được lưu lượng mưa lớn, dẫn đến ngập úng nghiêm trọng với số điểm ngập và độ sâu ngập tăng theo chu kỳ mưa.
  • Nguyên nhân chính bao gồm sự gia tăng lượng mưa, mực nước triều dâng cao, cùng với hệ thống thoát nước cũ kỹ, xuống cấp và bê tông hóa mặt đất.
  • Đề xuất các giải pháp cải tạo hệ thống cống, nâng nền đường, bổ sung không gian chứa nước và ứng dụng công nghệ quản lý thông minh nhằm giảm thiểu ngập lụt hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo cần triển khai thí điểm các giải pháp, mở rộng nghiên cứu sang các khu vực khác và phát triển hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ đô thị khỏi ngập lụt – hãy áp dụng các giải pháp khoa học và công nghệ tiên tiến!