Tổng quan nghiên cứu

Tình trạng ngập lụt do mưa tại lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm, TP. Hồ Chí Minh, đang diễn ra nghiêm trọng, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống và phát triển kinh tế - xã hội. Với diện tích lưu vực khoảng 14 km², khu vực này chịu tác động mạnh từ quá trình đô thị hóa nhanh chóng, làm giảm diện tích bề mặt thấm tự nhiên, kết hợp với biến đổi khí hậu làm gia tăng lượng mưa và mực nước triều, dẫn đến tình trạng ngập lụt ngày càng trầm trọng. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng áp dụng các kỹ thuật phát triển tác động thấp (Low Impact Development - LID) nhằm giảm thiểu ngập lụt, cải thiện chất lượng nước và bảo vệ cảnh quan tự nhiên tại lưu vực này trong giai đoạn từ năm 2014 đến 2015.

Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp các dữ liệu khí tượng, thủy văn, địa hình, chế độ sử dụng đất và hệ thống thoát nước hiện hữu; mô phỏng hệ thống thoát nước bằng mô hình SWMM để đánh giá mức độ ngập lụt dưới các kịch bản lượng mưa và phát triển đô thị; đề xuất và đánh giá tính khả thi của bốn kỹ thuật LID phổ biến gồm thùng chứa nước mưa, không gian xanh, vỉa hè thấm và mái nhà xanh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp giải pháp bền vững, thân thiện với môi trường, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước đô thị tại TP. Hồ Chí Minh và các khu vực tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình SWMM (Storm Water Management Model) và phương pháp phát triển tác động thấp (LID). Mô hình SWMM là công cụ mô phỏng động lực học dòng chảy đô thị, cho phép phân tích lưu lượng và chất lượng nước mưa, mô phỏng các quá trình thấm, bốc hơi, dòng chảy mặt và dòng chảy trong hệ thống thoát nước. Mô hình này sử dụng các phương trình bảo toàn khối lượng, năng lượng và động lượng, với các phương pháp tính thấm Horton và Green-Ampt để mô phỏng quá trình thấm nước.

Phương pháp LID là cách tiếp cận quản lý nước mưa bền vững, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của đô thị hóa lên hệ thống thủy văn bằng cách bảo tồn và tái tạo các tính năng cảnh quan tự nhiên, giảm diện tích bề mặt không thấm, đồng thời xử lý và sử dụng nước mưa như một nguồn tài nguyên. Các kỹ thuật LID được nghiên cứu gồm thùng chứa nước mưa, không gian xanh đô thị, vỉa hè thấm và mái nhà xanh, mỗi kỹ thuật có chức năng giảm lưu lượng dòng chảy cao điểm, giảm ô nhiễm và tăng tính thẩm mỹ.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu là:

  • Lưu lượng dòng chảy cao điểm: chỉ số quan trọng đánh giá khả năng giảm ngập lụt.
  • Chất lượng nước (TSS - tổng chất rắn lơ lửng): đánh giá khả năng loại bỏ ô nhiễm của các kỹ thuật LID.
  • Phân tích đa tiêu chí (Multi-Criteria Analysis - MCA): phương pháp đánh giá tổng hợp các tiêu chí kỹ thuật, kinh tế, môi trường và xã hội để xếp hạng các phương án LID.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn, bản đồ địa hình, chế độ sử dụng đất, dữ liệu dân số và hệ thống thoát nước hiện hữu của lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm. Dữ liệu được thu thập từ các cơ quan quản lý địa phương và các trung tâm nghiên cứu liên quan.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Mô hình hóa thủy văn: sử dụng mô hình SWMM để mô phỏng hệ thống thoát nước và đánh giá mức độ ngập lụt dưới các kịch bản lượng mưa thiết kế với tần suất lặp lại từ 2 đến 50 năm, cùng các kịch bản phát triển đô thị. Cỡ mẫu mô hình bao gồm toàn bộ lưu vực 14 km², với các tiểu lưu vực điển hình được lựa chọn để áp dụng kỹ thuật LID.
  • Khảo sát xã hội học: phỏng vấn trực tiếp người dân trong lưu vực để đánh giá mức độ chấp nhận và thẩm mỹ của các kỹ thuật LID, với khoảng vài trăm phiếu khảo sát được thu thập.
  • Phân tích chi phí vòng đời: đánh giá chi phí đầu tư và bảo trì cho từng kỹ thuật LID dựa trên số liệu thực tế và tài liệu tham khảo.
  • Phân tích đa tiêu chí (MCA): kết hợp các tiêu chí kỹ thuật (giảm lưu lượng dòng chảy cao điểm), môi trường (giảm ô nhiễm TSS), xã hội (mức độ chấp nhận của cộng đồng) và kinh tế (chi phí vòng đời) để xếp hạng các phương án LID. Phân tích trọng số tiêu chí được thực hiện dựa trên kết quả khảo sát xã hội và ưu tiên của các bên liên quan.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2014 đến tháng 12/2014, với các giai đoạn thu thập dữ liệu, mô phỏng, khảo sát và phân tích đa tiêu chí được thực hiện tuần tự.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng giảm lưu lượng dòng chảy cao điểm: Mái nhà xanh là kỹ thuật hiệu quả nhất, có thể giảm lưu lượng đỉnh dòng chảy lên đến gần 20%. Không gian xanh và thùng chứa nước mưa cũng có khả năng giảm lưu lượng đáng kể, trong khi vỉa hè thấm có hiệu quả thấp hơn nhưng vẫn có tác dụng hỗ trợ.

  2. Khả năng giảm ô nhiễm (TSS): Không gian xanh thể hiện khả năng loại bỏ TSS cao nhất, đạt gần 20%, vượt trội so với các kỹ thuật còn lại. Thùng chứa nước mưa và mái nhà xanh cũng góp phần giảm ô nhiễm, trong khi vỉa hè thấm có hiệu quả thấp hơn.

  3. Mức độ chấp nhận của cộng đồng về thẩm mỹ: Qua khảo sát xã hội học, không gian xanh được đánh giá cao nhất về mặt thẩm mỹ, tiếp theo là mái nhà xanh và vỉa hè thấm. Thùng chứa nước mưa nhận được sự chấp nhận thấp hơn do ảnh hưởng đến không gian sử dụng.

  4. Chi phí vòng đời: Vỉa hè thấm có chi phí đầu tư và bảo trì thấp nhất, phù hợp với các khu vực có hạn chế về ngân sách. Mái nhà xanh và không gian xanh có chi phí cao hơn nhưng mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và môi trường hơn.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình SWMM cho thấy các kỹ thuật LID có thể giảm đáng kể lưu lượng dòng chảy cao điểm, góp phần giảm nguy cơ ngập lụt tại lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm. Mái nhà xanh với khả năng giảm gần 20% lưu lượng đỉnh phù hợp với các khu vực có mật độ xây dựng cao, trong khi không gian xanh không chỉ giảm ô nhiễm mà còn nâng cao giá trị cảnh quan, được cộng đồng ưa chuộng.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các nghiên cứu tại Mỹ và Hàn Quốc, nơi LID đã được chứng minh hiệu quả trong giảm ngập và cải thiện chất lượng nước. Tuy nhiên, chi phí cao của một số kỹ thuật đòi hỏi cân nhắc kỹ lưỡng trong bối cảnh nguồn lực hạn chế tại Việt Nam.

Phân tích đa tiêu chí cho thấy nếu không xét đến yếu tố kinh tế, không gian xanh và mái nhà xanh là các phương án ưu tiên hàng đầu. Ngược lại, khi chi phí là ưu tiên, vỉa hè thấm là lựa chọn hợp lý nhất. Điều này phản ánh sự cần thiết của việc cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật, môi trường và khả năng tài chính trong quản lý thoát nước đô thị.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh khả năng giảm lưu lượng đỉnh, giảm TSS, mức độ chấp nhận xã hội và chi phí vòng đời của từng kỹ thuật, giúp minh họa rõ ràng ưu nhược điểm của từng phương án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai kỹ thuật mái nhà xanh tại các khu vực mật độ xây dựng cao nhằm giảm lưu lượng dòng chảy cao điểm, dự kiến thực hiện trong vòng 3 năm, do Sở Xây dựng và các chủ đầu tư dự án đô thị chịu trách nhiệm.

  2. Phát triển không gian xanh đô thị tại các khu vực công cộng và ven kênh để tăng khả năng loại bỏ ô nhiễm và cải thiện cảnh quan, với mục tiêu tăng diện tích không gian xanh lên 15-20% diện tích bề mặt không thấm trong 5 năm, do UBND các quận phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường thực hiện.

  3. Ưu tiên sử dụng vỉa hè thấm trong các dự án cải tạo hạ tầng giao thông nhằm giảm chi phí đầu tư và bảo trì, đồng thời tăng khả năng thấm nước, áp dụng trong 2 năm tới, do Sở Giao thông Vận tải và các đơn vị thi công chịu trách nhiệm.

  4. Xây dựng chương trình tuyên truyền và đào tạo cộng đồng về lợi ích của các kỹ thuật LID, nâng cao nhận thức và sự chấp nhận xã hội, triển khai liên tục trong 3 năm, do các tổ chức xã hội, trường học và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

  5. Thiết lập hệ thống giám sát và đánh giá hiệu quả các kỹ thuật LID sau khi triển khai, nhằm điều chỉnh và tối ưu hóa giải pháp, thực hiện định kỳ hàng năm, do Trung tâm Quản lý nước và Biến đổi khí hậu TP.HCM chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn và triển khai các giải pháp thoát nước bền vững, giúp hoạch định chính sách phát triển hạ tầng phù hợp với điều kiện địa phương.

  2. Các chuyên gia môi trường và kỹ sư thủy văn: Luận văn trình bày chi tiết về mô hình SWMM và phương pháp phân tích đa tiêu chí, hỗ trợ trong việc thiết kế và đánh giá các dự án quản lý nước mưa.

  3. Các nhà đầu tư và chủ đầu tư dự án xây dựng: Thông tin về chi phí vòng đời và hiệu quả kỹ thuật của các kỹ thuật LID giúp cân nhắc lựa chọn giải pháp phù hợp với ngân sách và yêu cầu kỹ thuật.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Kết quả khảo sát xã hội học và phân tích thẩm mỹ giúp nâng cao nhận thức, tạo sự đồng thuận và tham gia tích cực trong việc áp dụng các giải pháp phát triển tác động thấp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Kỹ thuật phát triển tác động thấp (LID) là gì?
    LID là phương pháp quản lý nước mưa bền vững, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của đô thị hóa bằng cách bảo tồn và tái tạo các tính năng cảnh quan tự nhiên, giảm diện tích bề mặt không thấm và xử lý nước mưa tại nguồn. Ví dụ như sử dụng mái nhà xanh, không gian xanh, vỉa hè thấm.

  2. Mô hình SWMM được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    SWMM là mô hình mô phỏng thủy văn đô thị, giúp dự báo lưu lượng và chất lượng nước mưa trong hệ thống thoát nước. Nghiên cứu sử dụng SWMM để mô phỏng các kịch bản mưa và phát triển đô thị, đánh giá mức độ ngập lụt và hiệu quả của các kỹ thuật LID.

  3. Các kỹ thuật LID nào được đánh giá trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu tập trung vào bốn kỹ thuật phổ biến: thùng chứa nước mưa, không gian xanh đô thị, vỉa hè thấm và mái nhà xanh, được lựa chọn vì tính đơn giản, hiệu quả và phù hợp với điều kiện địa phương.

  4. LID có thể giảm ngập lụt hiệu quả đến mức nào?
    Theo kết quả mô hình, mái nhà xanh có thể giảm lưu lượng dòng chảy cao điểm gần 20%, không gian xanh giảm ô nhiễm TSS gần 20%, góp phần đáng kể trong việc giảm ngập lụt tại lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm.

  5. Chi phí áp dụng các kỹ thuật LID có phù hợp với điều kiện Việt Nam?
    Vỉa hè thấm có chi phí đầu tư và bảo trì thấp nhất, phù hợp với các khu vực có nguồn lực hạn chế. Các kỹ thuật khác như mái nhà xanh và không gian xanh có chi phí cao hơn nhưng mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và môi trường, cần cân nhắc trong từng trường hợp cụ thể.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá thành công khả năng áp dụng bốn kỹ thuật LID tại lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm, góp phần giảm ngập lụt và cải thiện chất lượng nước.
  • Mái nhà xanh và không gian xanh là hai phương án có hiệu quả kỹ thuật và môi trường cao nhất, trong khi vỉa hè thấm là lựa chọn kinh tế nhất.
  • Phân tích đa tiêu chí kết hợp các yếu tố kỹ thuật, môi trường, xã hội và kinh tế giúp đưa ra quyết định phù hợp với điều kiện thực tế.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng mở rộng cho các lưu vực khác tại TP. Hồ Chí Minh và các đô thị tương tự.
  • Đề xuất triển khai các kỹ thuật LID đồng bộ, kết hợp với chương trình tuyên truyền và giám sát hiệu quả nhằm nâng cao tính bền vững của hệ thống thoát nước đô thị.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp LID ưu tiên, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng và hoàn thiện mô hình quản lý nước mưa bền vững tại TP. Hồ Chí Minh.