Tổng quan nghiên cứu

Tình trạng ngập lụt tại các đô thị lớn trên thế giới ngày càng trở nên nghiêm trọng do tác động của biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa nhanh chóng. Tại Việt Nam, đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), ngập lụt không chỉ xảy ra trong mùa mưa mà còn do triều cường, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống và phát triển kinh tế xã hội. Lưu vực Nam Nhiêu Lộc, với diện tích khoảng 9,7 km², bao gồm các quận trung tâm như quận 1, quận 3, quận 10 và quận Tân Bình, là khu vực trọng điểm chịu ảnh hưởng nặng nề bởi ngập lụt. Dân số khu vực này chiếm khoảng 81,25% dân số đô thị, với mật độ dân cư cao, làm tăng áp lực lên hệ thống thoát nước.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình Mike Flood để đánh giá chi tiết tình trạng ngập lụt tại lưu vực Nam Nhiêu Lộc, xác định độ sâu và diện tích ngập tại các tuyến đường trọng yếu, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu ngập hiệu quả. Nghiên cứu tập trung vào phân tích dữ liệu mưa, triều cường từ năm 2015 đến 2020, kết hợp với dữ liệu hệ thống thoát nước và địa hình chi tiết (DEM 5m x 5m) nhằm mô phỏng chính xác hiện trạng ngập lụt. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý đô thị, nâng cao khả năng ứng phó với ngập lụt và biến đổi khí hậu tại TP.HCM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn, thủy lực hiện đại, trong đó nổi bật là:

  • Mô hình thủy văn NAM (Nedbør-Afstrømnings-Model): Mô hình này mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy từ lượng mưa trên lưu vực, sử dụng các phương trình toán học đơn giản nhưng hiệu quả trong việc dự báo dòng chảy trên các lưu vực có đặc điểm khí hậu và địa hình đa dạng.

  • Mô hình thủy lực Mike 21: Đây là mô hình dòng chảy hai chiều, mô phỏng sự biến đổi mực nước và dòng chảy trên bề mặt, phù hợp để mô phỏng ngập lụt đô thị do mưa lớn và triều cường.

  • Mô hình Mike Urban (Mouse): Mô hình dòng chảy một chiều trong hệ thống thoát nước đô thị, mô phỏng dòng chảy trong mạng lưới cống, hồ ga và các công trình thoát nước.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số Manning (đặc trưng cho ma sát dòng chảy), hệ số không thấm (imperviousness) của bề mặt lưu vực, đường cong Time-Area (T-A) mô tả thời gian tập trung dòng chảy, và các điều kiện biên như mưa thiết kế, triều cường thực đo và thiết kế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm: dữ liệu mưa và triều cường thực đo tại các trạm Tân Sơn Nhất, Phú An từ năm 2015 đến 2020; dữ liệu địa hình số (DEM 5m x 5m) thu thập bằng công nghệ Lidar; dữ liệu hệ thống thoát nước đô thị lưu vực Nam Nhiêu Lộc; và các bản đồ quy hoạch, sử dụng đất.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình Mike Flood, kết hợp Mike Urban và Mike 21, để mô phỏng đồng thời dòng chảy trong hệ thống cống và dòng chảy tràn trên bề mặt. Cỡ mẫu mô hình bao gồm toàn bộ lưu vực 9,7 km² với phân chia tiểu lưu vực chi tiết. Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân tích đặc điểm địa hình, sử dụng đường cong T-A để mô phỏng dòng chảy mặt.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2019-2021, bao gồm thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực tế, mô phỏng các kịch bản mưa và triều thiết kế, và đánh giá hiệu quả các giải pháp giảm ngập.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định các điểm ngập trọng yếu: Mô hình Mike Flood đã xác định được các điểm ngập sâu và diện tích ngập lớn tại các tuyến đường như Mai Thị Lựu, 3 Tháng 2, Tô Hiến Thành với độ sâu ngập từ 0,20 đến 0,55 m trong các trận mưa lớn năm 2015 và 2016. Diện tích ngập tại các khu vực này chiếm khoảng 15-20% tổng diện tích lưu vực trong các kịch bản mưa thiết kế.

  2. Ảnh hưởng của triều cường: Mực nước triều tại trạm Phú An tăng từ 1,43 m năm 2000 lên 1,77 m năm 2019, làm gia tăng mức độ ngập do triều cường tại các quận 2, 6, 8 với độ sâu ngập từ 0,10 đến 0,40 m. Các điểm ngập do triều cường chiếm khoảng 25% tổng số điểm ngập trong lưu vực.

  3. Hiệu quả mô hình hóa: Kết quả mô phỏng có độ chính xác cao khi so sánh với số liệu thực đo, với sai số độ sâu ngập trung bình dưới 10%. Biểu đồ trắc dọc mực nước ngập tại các tuyến đường trọng điểm cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa mô hình và thực tế.

  4. Đánh giá giải pháp kỹ thuật sinh thái: Áp dụng các kỹ thuật sinh thái như hồ điều tiết, bề mặt thấm trong mô hình Mike Urban giúp giảm lưu lượng chảy tràn trên bề mặt từ 15% đến 25%, đồng thời giảm diện tích ngập từ 10% đến 18% trong các kịch bản mô phỏng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ngập lụt tại lưu vực Nam Nhiêu Lộc là sự kết hợp giữa mưa lớn cục bộ, triều cường gia tăng và hệ thống thoát nước chưa đáp ứng đủ công suất. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô hình Mike Flood cho phép mô phỏng đồng thời dòng chảy trong cống và trên bề mặt, cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về hiện trạng ngập.

Việc sử dụng dữ liệu địa hình chi tiết và số liệu mưa, triều thực đo giúp nâng cao độ chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy các giải pháp kỹ thuật sinh thái không chỉ giảm ngập mà còn góp phần cải thiện môi trường đô thị, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.

Biểu đồ và bản đồ ngập lụt được trình bày chi tiết trong luận văn giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện các khu vực rủi ro cao và lập kế hoạch ứng phó hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp hệ thống thoát nước: Tăng cường công suất cống chính và xây dựng thêm các hồ điều tiết tại các tiểu lưu vực trọng điểm nhằm giảm áp lực dòng chảy trong mùa mưa. Thời gian thực hiện dự kiến trong 3-5 năm, do Sở Xây dựng và Trung tâm Quản lý hạ tầng kỹ thuật TP.HCM chủ trì.

  2. Áp dụng kỹ thuật sinh thái: Phát triển các bề mặt thấm, hồ sinh học và khu vực xanh để tăng khả năng thấm nước và giảm dòng chảy bề mặt. Mục tiêu giảm diện tích ngập từ 10-20% trong vòng 2-4 năm, phối hợp giữa các quận và Sở Tài nguyên Môi trường.

  3. Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt tự động: Ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo và mô hình Mike Flood để dự báo và cảnh báo sớm ngập lụt, giúp người dân và chính quyền chủ động ứng phó. Thời gian triển khai 1-2 năm, do Trung tâm Điều hành chương trình chống ngập TP.HCM thực hiện.

  4. Tăng cường công tác duy tu, bảo trì hệ thống thoát nước: Đảm bảo hệ thống cống, hồ ga không bị tắc nghẽn do rác thải và bùn đất, giảm thiểu nguy cơ ngập cục bộ. Thực hiện thường xuyên hàng năm, do các đơn vị quản lý hạ tầng địa phương đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Sử dụng kết quả mô hình để lập kế hoạch phát triển hạ tầng thoát nước, quy hoạch đô thị chống ngập hiệu quả.

  2. Chuyên gia kỹ thuật thoát nước và thủy văn: Áp dụng phương pháp mô hình hóa Mike Flood trong nghiên cứu và thiết kế hệ thống thoát nước đô thị.

  3. Các cơ quan phòng chống thiên tai: Sử dụng bản đồ ngập và kịch bản mô phỏng để xây dựng phương án ứng phó, cảnh báo sớm ngập lụt.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nắm bắt thông tin về các điểm ngập trọng yếu, tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và giảm thiểu ngập lụt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình Mike Flood có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
    Mike Flood tích hợp mô hình dòng chảy một chiều trong cống (Mike Urban) và dòng chảy hai chiều trên bề mặt (Mike 21), cho phép mô phỏng đồng thời các hiện tượng ngập lụt phức tạp trong đô thị, nâng cao độ chính xác và tính thực tiễn.

  2. Dữ liệu đầu vào quan trọng nhất để mô hình hóa ngập lụt là gì?
    Dữ liệu mưa, triều cường thực đo, địa hình số chi tiết và hệ thống thoát nước hiện trạng là các yếu tố quyết định độ chính xác của mô hình.

  3. Các giải pháp kỹ thuật sinh thái có hiệu quả như thế nào trong giảm ngập?
    Theo mô phỏng, các giải pháp này giúp giảm lưu lượng dòng chảy bề mặt từ 15-25% và diện tích ngập từ 10-18%, đồng thời cải thiện môi trường sống đô thị.

  4. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý đô thị?
    Kết quả mô hình và bản đồ ngập cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch, nâng cấp hệ thống thoát nước và xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt, giúp quản lý hiệu quả hơn.

  5. Thời gian và nguồn lực cần thiết để thực hiện các giải pháp giảm ngập là bao lâu?
    Các giải pháp kỹ thuật cần từ 2 đến 5 năm để triển khai, tùy theo quy mô và mức độ đầu tư, với sự phối hợp của các cơ quan quản lý và cộng đồng.

Kết luận

  • Ứng dụng mô hình Mike Flood đã thành công trong việc mô phỏng và đánh giá chi tiết tình trạng ngập lụt tại lưu vực Nam Nhiêu Lộc, TP.HCM.
  • Xác định được các điểm ngập trọng yếu và nguyên nhân chính gồm mưa lớn, triều cường và hạn chế hệ thống thoát nước.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thoát nước, áp dụng kỹ thuật sinh thái và xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt tự động.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý đô thị và phòng chống ngập lụt hiệu quả.
  • Khuyến nghị triển khai các giải pháp trong vòng 2-5 năm, đồng thời tiếp tục cập nhật dữ liệu và mô hình để nâng cao hiệu quả quản lý.

Hành động tiếp theo là phối hợp các bên liên quan để triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời phát triển hệ thống cảnh báo ngập lụt dựa trên mô hình Mike Flood nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra tại TP.HCM.