Nghiên Cứu Đánh Giá Tiêu Thoát Nước Đô Thị Mê Linh Có Xét Đến Biến Đổi Khí Hậu

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu đánh giá tiêu thoát nước đô thị mê linh có xét đến biến đổi khí hậu, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Thái
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Thành
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Đánh Giá Tiêu Thoát Nước Đô Thị Mê Linh Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TIÊU THOÁT NƯỚC
• 1.1. Tổng quan nghiên cứu thoát nước đô thị trên thế giới
• 1.1.1. Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu
• 1.1.2. Nghiên cứu giải pháp thu trữ nước mưa giảm ngập úng đô thị
• 1.2. Tổng quan nghiên cứu thoát nước đô thị Việt Nam
• 1.2.1. Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu
• 1.2.2. Úng ngập tại các khu đô thị và giải pháp giảm thiểu
• 1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu
• 1.3.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 1.4. Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước khu vực nghiên cứu
• 1.4.1. Hệ thống kênh mương, ao, hồ, đầm phá
• 1.4.2. Hệ thống rãnh thải
• 1.4.3. Các điểm nước thải tập trung
• 1.4.4. Các trạm bơm tiêu chính
• 1.5. Nguyên nhân và thực trạng ngập úng trong khu vực nghiên cứu
• 1.5.1. Nguyên nhân gây ngập lụt khu vực nghiên cứu
• 1.5.2. Thực trạng ngập úng trên lưu vực nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phân tích lựa chọn phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán
• 2.1.1. Phương pháp điều tra thu thập và đánh giá
• 2.1.2. Phương pháp phân tích tổng hợp
• 2.1.3. Phương pháp chuyên gia
• 2.1.4. Phương pháp sử dụng mô hình toán
• 2.2. Giới thiệu về mô hình SWMM
• 2.2.1. Giới thiệu chung về mô hình SWMM
• 2.2.2. Khả năng của mô hình SWMM
• 2.2.3. Một số ứng dụng điển hình của mô hình SWMM
• 2.3. Thiết lập mô hình SWMM cho khu vực nghiên cứu
• 2.3.1. Thiết lập sơ đồ hệ thống tiêu thoát nước và các biên mô hình
• 2.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình
• 2.3.3. Các kịch bản mô phỏng tiêu thoát cho khu vực nghiên cứu
• 2.3.4. Phương pháp hiệu chỉnh – kiểm định mô hình
• 2.4. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình
• 2.5. Kết quả kiểm định mô hình
• 2.5.1. Nhận xét kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả mô phỏng theo các kịch bản
• 3.1.1. Kết quả mô phỏng theo mưa thiết kế 10%
• 3.1.2. Kết quả mô phỏng ngập lụt có tính đến yếu tố biến đổi khí hậu giai đoạn 2030
• 3.1.3. Kết quả mô phỏng ngập lụt có tính đến yếu tố biến đổi khí hậu giai đoạn 2050
• 3.2. Nhận xét kết quả mô phỏng các kịch bản
• 3.3. Đề xuất một số giải pháp
• 3.3.1. Các giải pháp phi công trình
• 3.3.2. Các giải pháp công trình
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tiêu Thoát Nước Đô Thị Mê Linh Hiện Nay

Nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị và đặc biệt là ở các vùng đô thị đang là một thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Việc giải quyết vấn đề tiêu thoát nước cho đô thị đã có từ ngàn năm trước. Những năm 1850 ở các thành phố của Anh đã có những công trình cống tiêu thoát nước rất lớn. Khoảng những năm 1950-1960 có bước tiến về kỹ thuật công trình là hệ thống phân tách nước mưa và nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Đến những năm 1980 nhờ phát triển công nghệ phần cứng, phần mềm vi tính mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước đã làm tăng hiệu quả kinh tế của các công trình tiêu thoát nước và sáng tỏ nhiều vấn đề kỹ thuật.

1.1. Nghiên cứu tiêu thoát nước đô thị trên thế giới

Nghiên cứu ngập úng và tiêu thoát nước đặc biệt là ở các vùng đô thị đã và đang là thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng (NBD), trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Có thể nói rằng việc giải quyết vấn đề tiêu thoát nước cho đô thị có từ ngàn năm trước. Những năm 1850 ở các thành phố của Anh đã có những công trình cống tiêu thoát nước rất lớn như Bazalgette ở Luân Đôn.

1.2. Tổng quan nghiên cứu thoát nước đô thị Việt Nam

Hà Nội đang phải đối mặt với nhiều thách thức trong quy hoạch đô thị thông minh, bền vững mà trong đó vấn đề thoát nước, chống ngập là những nội dung thiết yếu. Trong khi đó, những hệ thống thoát nước trong đô thị nước ta hiện nay đang thể hiện nhiều bất cập như hệ thống hạ tầng kỹ thuật chưa hoàn thiện, mạng lưới thoát nước chưa đồng bộ phát huy hết tác dụng, nhiều khu vực hệ thống thu gom đã xuống cấp. Theo báo cáo của Sở Xây dựng Hà nội năm 2020 qua theo dõi các trận mưa từ 2016-2019 đã cho thấy, với các trận mưa có lượng mưa từ 50-100 mm/2h đã xảy ra tình trạng ngập úng cục bộ nhiều nơi trên địa bàn nội đô.

II. Tác Động Biến Đổi Khí Hậu Đến Tiêu Thoát Nước Mê Linh

Biến đổi khí hậu thực sự đã tác động lớn đến quá trình thủy văn tại các lưu vực sông trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, kết của của nó đã gây ra các hiện tượng thiên tai hết sức phức tạp như lũ lụt, hạn hán trong vùng và đặc biệt trên các lưu vực sông. Tác động này đã ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý, cung cấp và phân bổ nguồn nước tại các khu vực, sẽ là những thách thức rất lớn đối với các nhà quản lý quy hoạch và phát triển tài nguyên nước. Trong những năm gần đây một số nhà khoa học đã quan tâm và nghiên cứu về diễn biến của BĐKH nguyên nhân do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính tác động lên khí hậu toàn cầu.

2.1. Ảnh hưởng của BĐKH đến lượng mưa và nhiệt độ

Biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng đến sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ không khí trung bình trong ba thập kỷ qua có sự thay đổi lớn, và nghiên cứu cũng chỉ ra trong ba thập niên tới tại Hàn Quốc ở các lưu vực nhỏ sẽ tăng tử 6.3% lượng mưa, và nhiệt độ không khí có xu hướng tăng thêm từ 0. Đối với Việt Nam trong năm thập niên qua (1958 – 2007) nhiệt độ trung bình đã tăng lên vào khoảng 0.

2.2. Rủi ro sản xuất lương thực do biến đổi khí hậu

Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng sản xuất lương thực đang và sẽ gặp nhiều rủi ro vì những tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu. Từ các nghiên cứu trên cho thấy về tác động và những giải pháp trước tình trạng BĐKH là một trong những vấn đề đã, đang và sẽ được quan tâm, đặc biệt tác động của BĐKH theo diễn biến ngày một cực đoan khó lường gây ra nhiều tác động xấu như úng ngập do mưa lớn tại các khu đô thị, các thành phố.

III. Giải Pháp Thu Trữ Nước Mưa Giảm Ngập Úng Đô Thị Mê Linh

Ngập úng đặc biệt là ở các vùng đô thị đã và đang là thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Trong nghiên cứu về đánh giá tác động của BĐKH và thích ứng BĐKH của hệ thống thoát nước ở Đan Mạch, Thụy Điển. Kết quả nghiên cứu cho thấy về tác động BĐKH là làm gia tăng lượng và đỉnh dòng chảy trên đô thị do gia tăng về cường độ mưa dưới tác động của BĐKH.

3.1. Thích ứng BĐKH trong hệ thống thoát nước

Chính sự gia tăng này làm cho cơ sở hạ tầng không đáp ứng yêu cầu tiêu thoát và dẫn đến tình trạng ngập úng. Từ nguyên nhân này, các biện pháp thích ứng được đề xuất như gia tăng kích thước đường ống, tăng khả năng trữ trên hệ thống. Nghiên cứu này sử dụng kịch bản BĐKH A2 để đánh giá, theo đó lượng mưa tại Đan Mạch theo kịch bản A2 tăng trung bình 20 - 50%. Kết quả của nghiên cứu đã đề xuất cần xây dựng những hướng dẫn trong thiết kế hệ thống tiêu thoát có xem xét tới BĐKH, cần có những phương pháp và quy trình mới cho phù hợp với điều kiện BĐKH.

3.2. Giải pháp công trình và phi công trình

Thu trữ nước mưa để làm giảm lưu lượng tập trung dòng chảy, tăng lượng thấm và bổ cập nước ngầm đã và đang được đề xuất là các giải pháp tổng thể cho nhiều khu đô thị. Cụ thể, ở Singapore, ở Mỹ đã có hướng dẫn cho thiết kế các mái nhà để đảm bảo hạn chế tối đa tập trung nước cho hệ thống...

IV. Mô Hình SWMM Đánh Giá Tiêu Thoát Nước Đô Thị Mê Linh

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học máy tính, các mô hình toán ngày càng được phát triển và không ngừng được áp dụng trong các tính toán mô phỏng khác nhau nói chung và ứng dụng các mô hình toán vào nghiên cứu tiêu thoát nước và đánh giá kiểm tra các đề xuất công nghệ bằng mô hình toán (hay còn gọi là phần mềm) cũng không phải là một ngoại lệ và là yêu cầu cần thiết bởi mô hình toán có những thế mạnh trong việc giải quyết các bài toán hệ thống, mạng lưới, đồng thời cho phép đánh giá khả năng của các công nghệ xử lý nước thải.

4.1. Giới thiệu về mô hình SWMM

Mô hình SWMM (Storm Water Management Model) là một mô hình toán được sử dụng rộng rãi để mô phỏng quá trình dòng chảy và chất lượng nước trong các hệ thống thoát nước đô thị. SWMM có khả năng mô phỏng các quá trình thủy văn và thủy lực phức tạp, bao gồm dòng chảy trên bề mặt, dòng chảy trong hệ thống cống rãnh, và các quá trình xử lý nước thải.

4.2. Ứng dụng mô hình SWMM trong nghiên cứu

Mô hình SWMM được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý nước mưa, thiết kế hệ thống thoát nước, và dự báo ngập lụt. Mô hình này cũng có thể được sử dụng để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống thoát nước đô thị.

V. Kết Quả Mô Phỏng Tiêu Thoát Nước Mê Linh Với SWMM

Kết quả mô phỏng theo các kịch bản cho thấy sự khác biệt rõ rệt về mức độ ngập lụt giữa các kịch bản khác nhau. Kết quả mô phỏng theo mưa thiết kế 10% cho thấy tình trạng ngập úng nghiêm trọng ở một số khu vực. Kết quả mô phỏng ngập lụt có tính đến yếu tố biến đổi khí hậu giai đoạn 2030 và 2050 cho thấy tình hình ngập úng ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn.

5.1. Mô phỏng theo mưa thiết kế 10

Kết quả mô phỏng theo mưa thiết kế 10% cho thấy tình trạng ngập úng nghiêm trọng ở một số khu vực. Điều này cho thấy hệ thống thoát nước hiện tại không đủ khả năng đáp ứng với các trận mưa lớn.

5.2. Mô phỏng ngập lụt có xét BĐKH 2030 và 2050

Kết quả mô phỏng ngập lụt có tính đến yếu tố biến đổi khí hậu giai đoạn 2030 và 2050 cho thấy tình hình ngập úng ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Điều này cho thấy cần có các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu để giảm thiểu rủi ro ngập lụt.

VI. Đề Xuất Giải Pháp Nâng Cao Tiêu Thoát Nước Mê Linh

Để giải quyết vấn đề ngập úng tại Mê Linh, cần có các giải pháp tổng thể và đồng bộ, bao gồm cả giải pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp công trình bao gồm nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước, xây dựng các hồ điều hòa, và cải tạo các kênh mương. Các giải pháp phi công trình bao gồm quy hoạch đô thị hợp lý, quản lý nước mưa, và nâng cao nhận thức cộng đồng.

6.1. Giải pháp phi công trình

Các giải pháp phi công trình bao gồm quy hoạch đô thị hợp lý, quản lý nước mưa, và nâng cao nhận thức cộng đồng. Quy hoạch đô thị cần xem xét đến yếu tố thoát nước, tránh xây dựng các công trình cản trở dòng chảy. Quản lý nước mưa bao gồm việc thu gom và sử dụng nước mưa, giảm lượng nước thải vào hệ thống thoát nước. Nâng cao nhận thức cộng đồng về vấn đề ngập úng và các biện pháp phòng tránh.

6.2. Giải pháp công trình

Các giải pháp công trình bao gồm nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước, xây dựng các hồ điều hòa, và cải tạo các kênh mương. Nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước bao gồm việc tăng kích thước đường ống, xây dựng thêm các trạm bơm, và cải tạo các cửa xả. Xây dựng các hồ điều hòa để trữ nước mưa, giảm lưu lượng dòng chảy vào hệ thống thoát nước. Cải tạo các kênh mương để tăng khả năng thoát nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa lớn, bão lũ xuất hiện với tần suất và cường độ gia tăng, gây ra nhiều thách thức trong quản lý và quy hoạch đô thị. Tại Hà Nội, đặc biệt là huyện Mê Linh – cửa ngõ phía Tây Bắc thủ đô, tốc độ đô thị hóa dự kiến đạt 60-62% vào năm 2025, kéo theo áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát nước hiện có. Theo báo cáo của Sở Xây dựng Hà Nội năm 2020, các trận mưa từ 2016-2019 với lượng mưa 50-100 mm/2h đã gây ngập úng cục bộ nhiều nơi trong nội đô. Mê Linh với đặc điểm địa hình đồng bằng, hệ thống sông ngòi phong phú nhưng hệ thống tiêu thoát nước chưa đồng bộ, nhiều khu vực xuống cấp, đang đối mặt với nguy cơ ngập úng nghiêm trọng hơn khi lượng mưa dự kiến tăng 5-15% vào giữa thế kỷ do biến đổi khí hậu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước huyện Mê Linh, mô phỏng tình hình ngập úng dưới các kịch bản biến đổi khí hậu giai đoạn 2030 và 2050, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước, phục vụ quy hoạch không gian đô thị bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực tiêu thoát nước huyện Mê Linh, Hà Nội, với dữ liệu thu thập từ các trận mưa thực tế và mô hình toán SWMM. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý tài nguyên nước, giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, đồng thời góp phần phát triển đô thị thông minh, thích ứng với biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thủy văn đô thị và biến đổi khí hậu, trong đó:

• Lý thuyết thủy văn đô thị: Nghiên cứu quá trình hình thành và vận chuyển dòng chảy mặt trong đô thị, ảnh hưởng của các yếu tố như địa hình, mưa, hệ thống thoát nước, và tác động của bê tông hóa làm giảm khả năng thấm nước.

• Mô hình SWMM (Storm Water Management Model): Mô hình động lực học dòng chảy mặt do mưa lớn tạo nên, được phát triển bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA). SWMM mô phỏng dòng chảy một hoặc nhiều thời đoạn, tính toán lượng mưa, bốc hơi, ngấm, dòng chảy trên mặt đất và trong hệ thống cống, kênh, trạm bơm. Mô hình còn có khả năng mô phỏng vận chuyển chất ô nhiễm liên quan đến dòng chảy mặt.

• Khái niệm biến đổi khí hậu và tác động thủy văn: Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, thay đổi lượng mưa và tần suất mưa lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ thủy văn, gây ra hiện tượng ngập úng đô thị ngày càng nghiêm trọng.

• Khái niệm đô thị hóa và ảnh hưởng đến tiêu thoát nước: Quá trình đô thị hóa làm tăng diện tích bê tông hóa, giảm khả năng thấm nước, làm tăng dòng chảy bề mặt và áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

• Phương pháp điều tra thu thập và đánh giá: Thu thập số liệu thực tế về địa hình, khí tượng thủy văn, hệ thống tiêu thoát nước, hiện trạng ngập úng tại huyện Mê Linh. Dữ liệu mưa được lấy từ các trạm quan trắc như Phúc Yên với các trận mưa điển hình có lượng mưa từ 130 mm đến 340 mm.

• Phương pháp phân tích tổng hợp: Kết hợp các yếu tố kỹ thuật, kinh tế, xã hội để đánh giá toàn diện hệ thống tiêu thoát nước và tác động của biến đổi khí hậu.

• Phương pháp chuyên gia: Thu thập ý kiến từ các nhà khoa học, chuyên gia trong lĩnh vực thủy văn và quản lý đô thị để đánh giá và đề xuất giải pháp.

• Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình SWMM phiên bản 5.1 để mô phỏng thủy lực hệ thống tiêu thoát nước huyện Mê Linh. Mô hình được thiết lập dựa trên sơ đồ mạng lưới kênh, rãnh, trạm bơm, các tiểu lưu vực, và dữ liệu mưa thực tế. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu đo đạc thực tế về độ sâu ngập và lưu lượng dòng chảy.

• Cỡ mẫu và timeline nghiên cứu: Dữ liệu thu thập trong giai đoạn 2016-2019, với các trận mưa điển hình và thiết kế. Quá trình mô phỏng và phân tích diễn ra trong năm 2020-2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước và ngập úng tại Mê Linh: Hệ thống gồm 36 kênh mương chính, 1798 ao hồ, 879 rãnh thải và 9 trạm bơm tiêu chính với tổng công suất lớn. Tuy nhiên, nhiều công trình xuống cấp, rãnh thải bị tắc nghẽn, nhiều điểm ngập úng với độ sâu từ 0.05 đến 0.6 m, thời gian ngập kéo dài từ 1 đến 24 giờ tại 23 vị trí khảo sát.

2. Kết quả mô phỏng mô hình SWMM với trận mưa thiết kế 10%: Mô hình cho thấy hệ thống tiêu thoát nước hiện tại không đáp ứng được lưu lượng dòng chảy trong các trận mưa lớn, gây ngập úng cục bộ tại nhiều khu vực. Độ sâu ngập tại các điểm ngập có thể lên tới 0.6 m, tương đồng với số liệu thực tế.

3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến ngập úng giai đoạn 2030 và 2050: Mô phỏng cho thấy lượng mưa dự kiến tăng 5-15% làm tăng lưu lượng dòng chảy và độ sâu ngập. Độ sâu ngập trung bình tăng khoảng 10-20% so với hiện trạng, thời gian ngập kéo dài hơn, đặc biệt tại các vùng trũng và khu vực đô thị hóa cao.

4. So sánh với các nghiên cứu khác: Kết quả phù hợp với các nghiên cứu tại các đô thị lớn như Hà Nội, Đan Mạch, Vancouver, cho thấy biến đổi khí hậu làm gia tăng áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước đô thị, đòi hỏi các giải pháp thích ứng kỹ thuật và quy hoạch.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ngập úng là do quá trình đô thị hóa làm tăng diện tích bê tông hóa, giảm khả năng thấm nước, đồng thời hệ thống tiêu thoát nước hiện tại chưa đồng bộ, nhiều công trình xuống cấp, không đáp ứng được lưu lượng dòng chảy tăng do mưa lớn và biến đổi khí hậu. Mô hình SWMM đã chứng minh tính hiệu quả trong việc mô phỏng thủy lực hệ thống tiêu thoát nước, giúp đánh giá chính xác các kịch bản mưa và tác động của biến đổi khí hậu.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ độ sâu ngập theo thời gian, bản đồ phân bố ngập úng, và bảng so sánh lưu lượng dòng chảy giữa các kịch bản. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy hoạch phù hợp nhằm giảm thiểu ngập úng, nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp và mở rộng hệ thống tiêu thoát nước: Tăng kích thước đường ống, xây dựng thêm trạm bơm tiêu, cải tạo các kênh mương và rãnh thải hiện có để đáp ứng lưu lượng dòng chảy tăng do biến đổi khí hậu. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: UBND huyện Mê Linh phối hợp với Sở Xây dựng Hà Nội.

2. Áp dụng giải pháp thu trữ nước mưa tại các khu đô thị và công trình xây dựng: Thiết kế mái nhà, bể chứa nước mưa, hệ thống thấm nước để giảm dòng chảy bề mặt, tăng lượng nước thấm xuống đất, bổ cập nước ngầm. Thời gian thực hiện: 2-4 năm. Chủ thể thực hiện: Chủ đầu tư dự án, chính quyền địa phương.

3. Xây dựng quy hoạch đô thị xanh, tăng diện tích cây xanh và mặt nước: Giữ lại và phát triển các hồ ao, công viên cây xanh để điều hòa nước mưa, giảm áp lực lên hệ thống tiêu thoát. Thời gian thực hiện: liên tục, ưu tiên trong các dự án quy hoạch mới. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý quy hoạch đô thị, các nhà đầu tư.

4. Tăng cường công tác quản lý, vận hành và bảo trì hệ thống tiêu thoát nước: Thường xuyên kiểm tra, nạo vét kênh rãnh, xử lý các điểm tắc nghẽn, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể thực hiện: Công ty Thoát nước Hà Nội, UBND huyện Mê Linh.

5. Phát triển hệ thống cảnh báo và ứng phó ngập úng: Xây dựng hệ thống giám sát mưa, mực nước, cảnh báo sớm ngập úng để kịp thời ứng phó, giảm thiểu thiệt hại. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm khí tượng thủy văn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý quy hoạch đô thị và tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với biến đổi khí hậu, đảm bảo phát triển bền vững.

2. Các chuyên gia và nhà nghiên cứu thủy văn, môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình SWMM và kết quả mô phỏng để áp dụng cho các khu vực tương tự, phát triển các nghiên cứu tiếp theo về thích ứng biến đổi khí hậu.

3. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng hạ tầng đô thị: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật về thu trữ nước mưa, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước trong các dự án xây dựng mới và cải tạo.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của đô thị hóa và biến đổi khí hậu đến ngập úng, tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường, quản lý nước hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao biến đổi khí hậu lại ảnh hưởng đến hệ thống tiêu thoát nước đô thị?
   Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa và tần suất mưa lớn, gây áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát nước hiện có, dẫn đến ngập úng nếu hệ thống không được nâng cấp hoặc thiết kế phù hợp.

2. Mô hình SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu tiêu thoát nước?
   SWMM là phần mềm mở, dễ sử dụng, mô phỏng được nhiều quá trình thủy lực và chất lượng nước trong hệ thống tiêu thoát phức tạp, giúp đánh giá chính xác các kịch bản mưa và tác động biến đổi khí hậu.

3. Giải pháp thu trữ nước mưa có hiệu quả như thế nào trong giảm ngập úng?
   Thu trữ nước mưa giúp giảm lưu lượng dòng chảy bề mặt, tăng lượng nước thấm xuống đất, bổ cập nước ngầm, từ đó giảm áp lực lên hệ thống tiêu thoát và hạn chế ngập úng.

4. Tại sao hệ thống tiêu thoát nước hiện tại ở Mê Linh chưa đáp ứng được yêu cầu?
   Hệ thống nhiều công trình xuống cấp, mạng lưới chưa đồng bộ, diện tích bê tông hóa tăng nhanh làm giảm khả năng thấm nước, trong khi lưu lượng dòng chảy tăng do mưa lớn và biến đổi khí hậu.

5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia vào việc giảm ngập úng?
   Cộng đồng có thể tham gia bằng cách giữ gìn vệ sinh môi trường, không xả rác bừa bãi gây tắc nghẽn cống rãnh, sử dụng các giải pháp thu trữ nước mưa tại hộ gia đình và phối hợp với chính quyền trong các hoạt động bảo vệ nguồn nước.

Kết luận

• Đã đánh giá chi tiết hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước huyện Mê Linh, xác định các điểm ngập úng và nguyên nhân chính do đô thị hóa và biến đổi khí hậu.
• Thiết lập và hiệu chỉnh thành công mô hình SWMM để mô phỏng thủy lực hệ thống tiêu thoát nước với các kịch bản mưa thực tế và dự báo.
• Kết quả mô phỏng cho thấy biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng dòng chảy và độ sâu ngập, đòi hỏi nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy hoạch tổng thể nhằm nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước, giảm thiểu ngập úng trong tương lai.
• Khuyến nghị các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, tăng cường quản lý vận hành và phát triển hệ thống cảnh báo ngập úng.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng trong việc phát triển hệ thống tiêu thoát nước đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu. Để góp phần xây dựng đô thị Mê Linh phát triển bền vững, cần hành động ngay từ bây giờ trong quy hoạch và đầu tư hạ tầng tiêu thoát nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TIÊU THOÁT NƯỚC Tổng quan nghiên cứu thoát nước đô thị trên thế giới Nghiên cứu ngập úng và tiêu thoát nước đặc biệt là ở các vùng đô thị đã và đang là thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng (NBD), trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Có thể nói rằng việc giải quyết vấn đề tiêu thoát nước cho đô thị có từ ngàn năm trước. Những năm 1850 ở các thành phố của Anh đã có những công trình cống tiêu thoát nước rất lớn như Bazalgette ở Luân Đôn. Khoảng những năm 1950-1960 có bước tiến về kỹ thuật công trình là hệ thống phân tách nước mưa và nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Từ những năm 1970 đã hình thành các cơ quan quản lý nhà nước về tiêu thoát nước đô thị và thành lập những tổ chức nghiên cứu kỹ thuật công trình tiêu thoát nước đô thị như UDFCD của thành phố Denver bang Colorado thành lập năm 1969, cơ quan quản lý của Anh và Wale thành lập năm 1974. Đến những năm 1980 nhờ phát triển công nghệ phần cứng, phần mềm vi tính mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước đã làm tăng hiệu quả kinh tế của các công trình tiêu thoát nước và sáng tỏ nhiều vấn đề kỹ thuật.1 Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu BĐKH thực sự đã tác động lớn đến quá trình thủy văn tại các lưu vực sông trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, kết của của nó đã gây ra các hiện tượng thiên tai hết sức phức tạp như lũ lụt, hạn hán trong vùng và đặc biệt trên các lưu vực sông. Tác động này đã ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý, cung cấp và phân bổ nguồn nước tại các khu vực, sẽ là những thách thức rất lớn đối với các nhà quản lý quy hoạch và phát triển tài nguyên nước. Trong những năm gần đây một số nhà khoa học đã quan tâm và nghiên cứu về diễn biến của BĐKH nguyên nhân do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính tác động lên khí hậu toàn cầu như: BĐKH đã ảnh hưởng đến sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ không khí trung bình trong ba thập kỷ qua có sự thay đổi lớn, và nghiên cứu cũng chỉ ra trong ba thập niên tới tại Hàn Quốc ở các lưu vực nhỏ sẽ tăng tử 6.3% lượng mưa, và nhiệt độ không khí có xu hướng tăng thêm từ 0.

4 Đối với Việt Nam trong năm thập niên qua (1958 – 2007) nhiệt độ trung bình đã tăng lên vào khoảng 0. Thêm vào đó, một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng BĐKH có ảnh hưởng khác nhau tại các vùng trên thế giới, tại Châu Âu nhiệt độ trung bình năm có xu hướng tăng nhiều hơn so với nhiệt độ BĐKH trung bình toàn cầu, kết quả cũng chỉ ra nhiệt độ tăng mạnh nhất vào mùa hè vùng Địa Trung Hải nhưng lượng mưa có xu hướng giảm dần trong thời gian này [3]. Ngoài ra, tác động của biến đổi khí hậu đã ảnh trực tiếp đến chế độ thủy văn và dòng chảy mặt của lưu vực được thể hiện qua một số kết quả nghiên cứu như Lee [4]. Bên cạnh đó, một vài nghiên cứu chỉ ra rằng sản xuất lương thực đang và sẽ gặp nhiều rủi ro vì những tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu [5].

Từ các nghiên cứu trên cho thấy về tác động và những giải pháp trước tình trạng BĐKH là một trong những vấn đề đã, đang và sẽ được quan tâm, đặc biệt tác động của BĐKH theo diễn biến ngày một cực đoan khó lường gây ra nhiều tác động xấu như úng ngập do mưa lớn tại các khu đô thị, các thành phố.2 Nghiên cứu giải pháp thu trữ nước mưa giảm ngập úng đô thị Ngập úng đặc biệt là ở các vùng đô thị đã và đang là thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh BĐKH và NBD, trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Ngập úng đặc biệt là ở các vùng đô thị đã và đang là thách thức lớn ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nước biển dâng, trạng thái khí hậu cực đoan ngày càng diễn ra với tần suất nhiều hơn và ngày càng phức tạp dẫn đến thiên tai như mưa, bão ngày một nghiêm trọng. Trong nghiên cứu về đánh giá tác động của BĐKH và thích ứng BĐKH của hệ thống thoát nước ở Đan Mạch, Thụy Điển. Kết quả nghiên cứu cho thấy về tác động BĐKH là làm gia tăng lượng và đỉnh dòng chảy trên đô thị do gia tăng về cường độ mưa dưới tác động của BĐKH.

Chính sự gia tăng này làm cho cơ sở hạ tầng không đáp ứng yêu cầu tiêu thoát và dẫn đến tình trạng ngập úng. Từ nguyên nhân này, các biện pháp thích ứng được đề xuất như gia tăng kích thước đường ống, tăng khả năng trữ trên hệ thống. Nghiên cứu này sử dụng kịch bản BĐKH A2 để đánh giá, theo đó lượng mưa tại Đan Mạch theo kịch bản A2 tăng trung bình 20 5 - 50%. Kết quả của nghiên cứu đã đề xuất cần xây dựng những hướng dẫn trong thiết kế hệ thống tiêu thoát có xem xét tới BĐKH, cần có những phương pháp và quy trình mới cho phù hợp với điều kiện BĐKH.

Trong nghiên cứu về tính tổn thương của hệ thống thoát nước, hạ tầng công cộng của thành phố Vancouver Canada do BĐKH cho thấy, các thành phần trong hệ thống tiêu thoát nước đều bị ảnh hưởng với mức độ tổn thương khác nhau ứng với các kịch bản BĐKH-NBD. Cụ thể, các thành phần trong hệ thống không đáp ứng năng lực tải khi lượng mưa gia tăng về cường độ như hố ga, đường ống và cửa xả. Đề xuất được đưa ra là gia tăng kích thước, lắp đặt thêm đường ống và các thành phần khác trong hệ thống để đảm bảo tiêu thoát trong điều kiện BĐKH- NBD. Thu trữ nước mưa để làm giảm lưu lượng tập trung dòng chảy, tăng lượng thấm và bổ cập nước ngầm đã và đang được đề xuất là các giải pháp tổng thể cho nhiều khu đô thị.

Cụ thể, ở Singapore, ở Mỹ đã có hướng dẫn cho thiết kế các mái nhà để đảm bảo hạn chế tối đa tập trung nước cho hệ thống tiêu thoát. Các công trình xây dựng phải bắt buộc phải có hệ thống trữ nước ở các tòa nhà. Nước trữ này có thể được tái sử dụng tưới cây, cứu hỏa nếu cần hoặc cho thấm tự nhiên trở lại môi trường nhờ hệ thống tầng lọc [6]. Ở các khu đô thị hóa, diện tích xây dựng đến 90%, yêu cầu mái nhà thiết kế không được quá dốc, nếu mái dốc quá 2% thì phải có bố trí thêm cây xanh trên nóc nhà để giữ lại một phần nước mưa.

Nếu mái dốc quá 5% thì phải có bể chứa nước mưa trên nóc nhà hay hệ thống thu gom nước mưa vào bể. Các bề mặt bê tông hóa cũng được thay thế bằng các bê tông thảm cỏ nhằm gia tăng khả năng thấm, được áp dụng ở Pháp, Singapore và ở Mỹ. Thay thế các hệ thống tiêu thoát ngầm bằng các hệ thống rãnh tiêu hở [7] để gia tăng khả năng trữ điều tiết và thấm. Theo kết quả nghiên cứu của chuyên gia Michael Kiparsky, Giám đốc Viện Wheeler Water tại UC Berkeley, chỉ ra quy mô sử dụng nước ngầm ở Jakarta là vô cùng lớn và phương án mà gần đây Jakarta đã chọn bài toán đơn giản và ít tốn kém hơn là rời thủ đô Jakarta đến một vùng đất khác, điều này cho thấy nếu không có giải pháp ngay từ bây giờ các đô thị và thành phố vùng đồng bằng trong tương lai sẽ không thể tránh khỏi Jakarta bây giờ.

Theo nghiên cứu của các chuyên gia nói trên, thủ đô Jakarta nằm trên vùng đất trũng ở bờ biển tây bắc có 13 con sông chảy qua. Vì vậy, nơi đây thường xuyên xảy ra lũ lụt, úng ngập do mưa và tình trạng này đang tồi tệ hơn bởi nó thực sự đang dần chìm xuống. Giải pháp đặt ra là ngăn chặn mọi hoạt động khai thác nước ngầm, lấy nước sinh hoạt từ những nguồn khác như 6 nước mưa, nước sông, hoặc nước máy từ các hồ chứa nhân tạo tại các đô thị. Jakarta buộc phải thực hiện điều này trước năm 2050 để tránh sụt lún nghiêm trọng hơn.

Nước trữ này có thể được tái sử dụng tưới cây, cứu hỏa nếu cần hoặc cho thấm tự nhiên trở lại môi trường nhờ hệ thống tầng lọc (Hình 1. 1 Minh họa bể chứa nước và hệ thống gom và điều tiết nước mưa ở các tòa nhà xây dựng tại Singapore Ở các khu đô thị hóa, diện tích xây dựng đến 90%, yêu cầu mái nhà thiết kế không được quá dốc, nếu mái dốc quá 2% thì phải có bố trí thêm cây xanh trên nóc nhà để giữ lại một phần nước mưa. Nếu mái dốc quá 5% thì phải có bể chứa nước mưa trên nóc nhà hay hệ thống thu gom nước mưa vào bể…Các bề mặt bê tông hóa cũng được thay thế bằng các bê tông thảm cỏ nhằm gia tăng khả năng thấm, được áp dụng ở Pháp, Singapore và ở Mỹ.Thay thế các hệ thống tiêu thoát ngầm bằng các hệ thống rãnh tiêu hở để gia tăng khả năng trữ điều tiết và thấm. Tóm lại, nghiên cứu trên thế giới cho thấy vấn đề ngập úng và tiêu thoát nước tại các đô thị cũng đang là những thách thức nghiêm trọng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày một diễn biến phức tạp mang tính cực đoan.

Các giải pháp nghiên cứu về thu trữ nước mưa chống ngập úng ở các khu đô thị vùng đồng bằng đã được áp dụng tại một số nước trên thế giới và đã có hiệu quả cao. Đây sẽ là giải pháp giảm dòng chảy do mưa, lũ chủ động hữu hiệu trữ nước mưa và cung cấp nước ngọt cho các khu đô thị vùng đồng bằng và vùng ven biển. 7 Tổng quan nghiên cứu thoát nước đô thị Việt Nam Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển chung của cả nước, các đô thị ngày càng phát triển nhưng việc xây dựng hệ thống thoát nước chưa tương xứng, bên cạnh đó biến đổi khí hậu đã và đang gây ra những trận mưa với cường độ lớn làm cho vấn đề thoát nước của các đô thị càng khó khăn hơn.