Tổng quan nghiên cứu

Tình trạng ngập lụt đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là khu vực Quận 1, đã trở thành vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến đời sống người dân và phát triển kinh tế xã hội. Với diện tích 7,71 km², Quận 1 là trung tâm hành chính, thương mại và dịch vụ của thành phố, có mật độ dân số cao khoảng 25.049 người/km² và lượng mưa trung bình năm đạt gần 1.949 mm. Địa hình thấp, bằng phẳng với 75% diện tích dưới 2 m so với mực nước biển, cùng với ảnh hưởng của triều cường và mưa lớn cục bộ, khiến khu vực này thường xuyên xảy ra ngập úng. Từ năm 2003 đến 2011, số điểm ngập tại các quận trung tâm và ngoại vi có xu hướng gia tăng, trong đó Quận 1 tuy ít điểm ngập hơn nhưng vẫn chịu tác động rõ rệt của triều cường và mưa lớn.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình Mike Flood để đánh giá và dự báo ngập lụt tại Quận 1, từ đó xác định mức độ ngập tại các điểm cụ thể và đề xuất giải pháp giảm thiểu hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô phỏng tình trạng ngập lụt do mưa và triều cường tại khu vực Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn hiện tại và tương lai gần. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho các nhà quản lý đô thị, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống ngập lụt, giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội, đồng thời hướng tới phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

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 nhằm mô phỏng và dự báo ngập lụt đô thị:

  • Mô hình thủy văn NAM (Nedbor-Afstromnings-Model): Mô hình định lượng mưa - dòng chảy, được sử dụng để tính toán lượng nước mưa tạo thành dòng chảy trên lưu vực. NAM đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tích hợp trong mô hình Mike 11.

  • Mô hình thủy lực Mike 21: Mô hình dòng chảy 2 chiều dùng để mô phỏng hiện tượng thủy lực trên bề mặt như ngập lụt, dòng chảy tràn, vận chuyển bùn cát. Đây là cơ sở để mô phỏng dòng chảy tràn trên mặt đất khi hệ thống thoát nước bị quá tải.

  • Mô hình Mike Urban: Mô hình dòng chảy 1 chiều chuyên dụng cho mạng lưới thoát nước đô thị, mô phỏng dòng chảy trong hệ thống cống, hồ ga, máy bơm và các công trình thủy lợi đô thị.

  • Mô hình Mike Flood: Là bộ công cụ tích hợp các mô hình Mike Urban (1D) và Mike 21 (2D), cho phép mô phỏng đồng thời dòng chảy trong hệ thống cống và dòng chảy tràn trên bề mặt, phản ánh chính xác quá trình ngập lụt đô thị do mưa lớn và triều cường.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng dòng chảy, mực nước, hệ số Manning (đặc trưng độ nhám bề mặt), mạng lưới thoát nước, hồ ga, cống thoát nước, và kịch bản mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại khác nhau (2 năm, 20 năm).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu mưa, thủy văn, địa hình số (DEM 5m x 5m), hệ thống thoát nước hiện hữu, số liệu mực nước thực đo từ các trận mưa năm 2015, 2016 và dữ liệu triều cường tại Quận 1. Dữ liệu được lấy từ các cơ quan chuyên môn như Phân viện Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu, Công ty TNHH Một thành viên Thoát nước Đô thị TP. Hồ Chí Minh.

  • 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. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo mực nước và lưu lượng tại các điểm quan trắc trong các trận mưa thực tế. Phân tích các kịch bản mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại 2 năm và 20 năm, kết hợp với triều cường 1,5 m.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2021, bao gồm thu thập và xử lý dữ liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định, mô phỏng các kịch bản, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình áp dụng cho toàn bộ khu vực Quận 1 với diện tích 7,71 km², tập trung vào các điểm ngập trọng yếu đã được khảo sát thực địa và thống kê. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các vị trí ngập thường xuyên và có ảnh hưởng lớn đến giao thông, sinh hoạt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Mô hình Mike Flood sau khi hiệu chỉnh cho kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng tại các điểm quan trắc phù hợp với số liệu thực đo, sai số trung bình dưới 10%. Ví dụ, mực nước cao nhất tại các hồ ga trên đường Mai Thị Lựu và Nguyễn Thị Minh Khai trong trận mưa ngày 26/9/2016 được mô phỏng sát với thực tế, sai lệch không quá 0,1 m.

  2. Dự báo ngập lụt theo kịch bản mưa thiết kế: Với kịch bản mưa thiết kế chu kỳ 2 năm, mực nước cao nhất tại các điểm ngập trọng yếu dao động từ 0,3 đến 0,6 m, trong khi với kịch bản 20 năm, mực nước có thể lên tới 0,8 - 1,2 m, gây ngập sâu và kéo dài hơn. Lưu lượng dòng chảy qua các tuyến cống chính tăng từ 15% đến 40% khi chuyển từ kịch bản 2 năm lên 20 năm.

  3. Ảnh hưởng của triều cường: Triều cường với mực nước 1,5 m làm tăng mức ngập tại các điểm thấp, đặc biệt là khu vực gần sông Sài Gòn và kênh Bến Nghé. Mực nước ngập tăng trung bình 0,2 - 0,4 m so với trường hợp không có triều cường, làm giảm khả năng thoát nước của hệ thống.

  4. Các điểm ngập trọng yếu: Các tuyến đường như Mai Thị Lựu, Nguyễn Thị Minh Khai, Nguyễn Cư Trinh và Tôn Thất Tùng là những điểm ngập thường xuyên với thời gian ngập kéo dài trên 4 giờ trong các trận mưa lớn. Nguyên nhân chủ yếu do hệ thống cống thoát nước hiện hữu không đủ năng lực, kết hợp với địa hình thấp và triều cường.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình Mike Flood có khả năng mô phỏng chính xác tình trạng ngập lụt đô thị tại Quận 1, phù hợp với các số liệu thực đo và các nghiên cứu tương tự trong nước và quốc tế. Việc kết hợp mô hình dòng chảy 1 chiều trong hệ thống cống với mô hình dòng chảy 2 chiều trên bề mặt giúp phản ánh đầy đủ quá trình ngập úng do quá tải hệ thống thoát nước và tràn nước lên mặt đường.

So sánh với các nghiên cứu tại thành phố Chennai (Ấn Độ) và lưu vực Bắc Tàu Hũ (TP. Hồ Chí Minh), mô hình Mike Flood đều thể hiện ưu điểm vượt trội trong việc tích hợp dữ liệu viễn thám, địa hình số và mạng lưới thoát nước, từ đó cung cấp các kịch bản dự báo ngập lụt có độ tin cậy cao. Các biểu đồ mực nước và lưu lượng dòng chảy qua các tuyến cống chính có thể được trình bày dưới dạng chuỗi thời gian để minh họa diễn biến ngập lụt theo từng trận mưa và kịch bản.

Nguyên nhân ngập lụt tại Quận 1 chủ yếu do sự kết hợp của mưa lớn cục bộ, triều cường và hạn chế năng lực hệ thống thoát nước. Điều này phù hợp với các báo cáo của ngành và các nghiên cứu trước đây. Kết quả nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nâng cấp hệ thống thoát nước và xây dựng các giải pháp công nghệ phù hợp để giảm thiểu ngập lụt.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp hệ thống thoát nước hiện hữu: Tăng cường năng lực thoát nước bằng cách mở rộng kích thước cống, cải tạo hồ ga và bổ sung hệ thống bơm tại các điểm ngập trọng yếu như đường Mai Thị Lựu, Nguyễn Thị Minh Khai. Mục tiêu giảm thời gian ngập xuống dưới 2 giờ trong vòng 3 năm tới, do Công ty Thoát nước Đô thị TP. Hồ Chí Minh chủ trì thực hiện.

  2. Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt thời gian thực: Ứng dụng mô hình Mike Flood kết hợp dữ liệu mưa và triều cường để phát triển hệ thống cảnh báo sớm, giúp chính quyền và người dân chủ động ứng phó. Mục tiêu triển khai trong 2 năm, do Sở Thông tin và Truyền thông phối hợp với các viện nghiên cứu thực hiện.

  3. Quản lý và quy hoạch đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu: Rà soát, điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất, hạn chế xây dựng tại các vùng trũng thấp, tăng cường diện tích thấm nước và không gian xanh để giảm áp lực thoát nước. Thời gian thực hiện dài hạn, từ 5 đến 10 năm, do UBND Thành phố và các sở ngành liên quan phối hợp.

  4. Tăng cường công tác bảo trì, vận hành hệ thống thoát nước: Đảm bảo hệ thống cống, hồ ga không bị tắc nghẽn, thường xuyên kiểm tra và xử lý các điểm nghẽn. Mục tiêu duy trì hiệu quả thoát nước ổn định hàng năm, do Công ty Thoát nước Đô thị TP. Hồ Chí Minh thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý đô thị và chính quyền địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, kế hoạch nâng cấp hệ thống thoát nước và phòng chống ngập lụt hiệu quả, từ đó giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia kỹ thuật cấp thoát nước: Tham khảo phương pháp mô hình hóa Mike Flood, kỹ thuật hiệu chỉnh mô hình và phân tích kịch bản để áp dụng cho các nghiên cứu tương tự tại các đô thị khác.

  3. Các đơn vị thi công và tư vấn xây dựng hạ tầng đô thị: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật đề xuất trong việc thiết kế, cải tạo hệ thống thoát nước, đảm bảo phù hợp với điều kiện thực tế và dự báo ngập lụt.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nắm bắt thông tin về nguyên nhân, mức độ ngập lụt và các biện pháp phòng tránh, nâng cao nhận thức và chủ động ứng phó với ngập úng đô thị.

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 1 chiều trong hệ thống cống và dòng chảy 2 chiều trên bề mặt, cho phép mô phỏng đồng thời quá trình ngập lụt do mưa lớn và triều cường với độ chính xác cao. Nó cũng linh hoạt kết hợp với dữ liệu viễn thám và địa hình số, phù hợp cho các đô thị phức tạp.

  2. Dữ liệu đầu vào quan trọng nhất để mô hình hóa ngập lụt là gì?
    Dữ liệu mưa, địa hình số (DEM), mạng lưới thoát nước hiện hữu, mực nước triều và số liệu thực đo mực nước, lưu lượng tại các điểm quan trắc là những dữ liệu đầu vào quan trọng để mô hình hóa chính xác tình trạng ngập lụt.

  3. Kịch bản mưa thiết kế chu kỳ 2 năm và 20 năm có ý nghĩa gì?
    Kịch bản mưa chu kỳ 2 năm phản ánh các trận mưa phổ biến, thường xuyên xảy ra, trong khi kịch bản 20 năm mô phỏng các trận mưa lớn, hiếm gặp nhưng có khả năng gây ngập nghiêm trọng. Việc phân tích cả hai giúp đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống thoát nước trong các tình huống khác nhau.

  4. Nguyên nhân chính gây ngập lụt tại Quận 1 là gì?
    Nguyên nhân chính gồm mưa lớn cục bộ vượt quá năng lực thoát nước, triều cường làm tăng mực nước sông và kênh rạch, địa hình thấp và bằng phẳng, cùng với hệ thống thoát nước hiện hữu đã xuống cấp và không đủ khả năng tiêu thoát.

  5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm ngập lụt tại Quận 1?
    Nâng cấp hệ thống thoát nước, xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt thời gian thực, quản lý quy hoạch đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu và tăng cường bảo trì hệ thống thoát nước là các giải pháp tổng thể và hiệu quả nhất.

Kết luận

  • Ứng dụng mô hình Mike Flood cho phép mô phỏng chính xác tình trạng ngập lụt tại Quận 1, TP. Hồ Chí Minh, phản ánh đúng diễn biến mực nước và lưu lượng trong các trận mưa thực tế và kịch bản thiết kế.

  • Kết quả mô phỏng chỉ ra các điểm ngập trọng yếu và mức độ ảnh hưởng của triều cường, cung cấp cơ sở khoa học cho việc lập kế hoạch phòng chống ngập.

  • Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thoát nước, xây dựng hệ thống cảnh báo và quản lý quy hoạch đô thị nhằm giảm thiểu ngập lụt hiệu quả.

  • Phương pháp nghiên cứu và kết quả có thể áp dụng cho các đô thị khác có điều kiện tương tự, góp phần phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp kỹ thuật, hoàn thiện hệ thống cảnh báo và mở rộng nghiên cứu cho các khu vực khác của thành phố.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ thành phố khỏi ngập lụt – hãy áp dụng mô hình Mike Flood và các giải pháp đề xuất để xây dựng đô thị thông minh, bền vững!