Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, các đô thị ven biển tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, đang đối mặt với nguy cơ ngập úng nghiêm trọng do mực nước biển dâng và lượng mưa gia tăng. Thành phố Sóc Trăng, với dân số khoảng 20000 người tại khu đô thị 5A, phường 4, là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của các hiện tượng này. Theo ước tính, mực nước biển tại Sóc Trăng sẽ dâng cao khoảng 27 cm vào năm 2050, đồng thời lượng mưa có thể tăng lên đến 10%, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước hiện hữu.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu, đảm bảo khu đô thị 5A không bị ngập lụt trong điều kiện khí hậu cực đoan. Phạm vi nghiên cứu bao gồm đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước mưa, mô phỏng khả năng thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu, và đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước đô thị, giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, đồng thời góp phần phát triển đô thị bền vững tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

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 quản lý nước mưa đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System - SUDS) và mô hình phát triển tác động thấp (Low Impact Development - LID). SUDS tập trung vào việc bảo vệ tài nguyên nước và đa dạng sinh học thông qua các giải pháp thoát nước thân thiện với môi trường, trong khi LID nhấn mạnh việc giảm thiểu tác động tiêu cực của đô thị hóa bằng cách sử dụng các công trình hạ tầng xanh và kỹ thuật thoát nước tự nhiên.

Ba khái niệm trọng tâm được áp dụng gồm:

  • Thoát nước bền vững: Giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu ngập úng và ô nhiễm nước mưa.
  • Mô hình SWMM (Storm Water Management Model): Công cụ mô phỏng thủy lực và chất lượng nước mưa, được sử dụng để đánh giá hiệu quả các giải pháp thoát nước.
  • Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng (BĐKH-NBD): Các dự báo về lượng mưa và mực nước biển dâng được sử dụng làm điều kiện biên trong mô phỏng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn của trạm Sóc Trăng trong 20 năm (1998-2017), số liệu mực nước tại trạm Đại Ngãi, và dữ liệu hiện trạng hệ thống thoát nước khu đô thị 5A. Phương pháp nghiên cứu kết hợp điều tra thực địa, thu thập số liệu hiện trạng, và mô hình hóa bằng phần mềm SWMM để mô phỏng dòng chảy và đánh giá khả năng thoát nước.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống thoát nước mưa của khu đô thị 5A với tổng chiều dài cống thoát nước gần 47 km và 1941 hồ ga. Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích mô phỏng được thực hiện theo timeline từ năm 2018 đến 2019, với các kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050 làm cơ sở tính toán. Các phương pháp tính toán dòng chảy bao gồm phương pháp sóng động lực học (Dynamic Wave Routing) để mô phỏng chính xác các hiện tượng ngập úng và dòng chảy phức tạp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống thoát nước chưa đáp ứng yêu cầu: Mạng lưới cống thoát nước hiện tại có đường kính từ 300 đến 1500 mm, công suất thoát nước giới hạn, chỉ tính toán cho điều kiện hiện tại. Tổng chiều dài cống là 46.941 m với 20 cửa xả ra kênh Nhân Lực. Kết quả mô phỏng cho thấy có khoảng 30% các nút trong hệ thống bị ngập úng trong mùa mưa bình thường, với độ sâu ngập trung bình từ 0,2 đến 0,5 m.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm tăng nguy cơ ngập úng: Dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050, lượng mưa tăng 10% và mực nước biển dâng 27 cm, mô phỏng cho thấy số nút bị ngập tăng lên khoảng 50%, độ sâu ngập có thể vượt 0,7 m tại các điểm thấp. Thời gian ngập kéo dài hơn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến giao thông và sinh hoạt.

  3. Hiệu quả của các giải pháp thoát nước bền vững: Áp dụng các công trình LID như vườn mưa, bề mặt thấm nước, rãnh xâm nhập và bể chứa nước mưa, mô phỏng cho thấy lưu lượng đỉnh giảm từ 15% đến 30%, số nút bị ngập giảm xuống còn khoảng 20%, độ sâu ngập giảm trung bình 0,2 m so với hiện trạng. Các giải pháp này giúp cải thiện khả năng thoát nước và giảm thiểu ô nhiễm nước mặt.

  4. So sánh với các nghiên cứu tương tự: Kết quả phù hợp với các nghiên cứu tại Australia và Malaysia, nơi áp dụng mô hình SWMM và LID đã giảm thiểu ngập úng hiệu quả. Tại Connells Point, Australia, việc kết hợp hệ thống thoát nước ngầm và xử lý nước mưa đã giảm đáng kể ô nhiễm và ngập úng cục bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do hệ thống thoát nước hiện tại được thiết kế không tính đến tác động của biến đổi khí hậu, đặc biệt là lượng mưa cực đoan và mực nước biển dâng. Việc sử dụng mô hình SWMM với phương pháp sóng động lực học giúp mô phỏng chính xác các hiện tượng ngập úng, từ đó đánh giá được hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật.

So với các nghiên cứu quốc tế, việc áp dụng các công trình LID và hệ thống thoát nước bền vững tại khu đô thị 5A cho thấy tiềm năng lớn trong việc giảm thiểu ngập úng và ô nhiễm. Việc mô phỏng chi tiết lưu lượng và mực nước tại các nút thoát nước được trình bày qua biểu đồ lưu lượng và bản đồ ngập lụt, giúp các nhà quản lý dễ dàng nhận diện điểm nghẽn và ưu tiên đầu tư.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần nâng cao năng lực thích ứng của đô thị Sóc Trăng trước biến đổi khí hậu, đồng thời làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và quản lý hệ thống thoát nước bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp hệ thống cống thoát nước: Tăng kích thước đường ống thoát nước từ 1500 mm lên tối thiểu 1800 mm tại các tuyến chính, nhằm đảm bảo công suất thoát nước phù hợp với lượng mưa dự báo tăng 10% đến năm 2050. Thời gian thực hiện: 5 năm. Chủ thể thực hiện: UBND thành phố Sóc Trăng phối hợp với Sở Xây dựng.

  2. Áp dụng các công trình LID trong quy hoạch đô thị: Triển khai xây dựng vườn mưa, bề mặt thấm nước, rãnh xâm nhập và bể chứa nước mưa tại các khu vực công cộng và dân cư. Mục tiêu giảm lưu lượng đỉnh từ 15-30%. Thời gian thực hiện: 3 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án đô thị và các chủ đầu tư xây dựng.

  3. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập úng: Lắp đặt cảm biến mực nước và hệ thống cảnh báo sớm tại các điểm ngập trọng yếu, giúp quản lý kịp thời và giảm thiểu thiệt hại. Thời gian thực hiện: 2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Trung tâm điều hành đô thị thông minh.

  4. Tăng cường công tác duy tu, nạo vét kênh rạch và cửa xả: Định kỳ nạo vét kênh Nhân Lực và các cửa xả để đảm bảo dòng chảy thông suốt, giảm nguy cơ tắc nghẽn. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý thoát nước thành phố.

  5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Phối hợp với các tổ chức xã hội để nâng cao ý thức người dân về bảo vệ môi trường, sử dụng nước mưa hợp lý và tham gia bảo trì hệ thống thoát nước. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: UBND phường 4 và các tổ chức cộng đồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn giúp hoạch định chính sách thoát nước bền vững, thích ứng biến đổi khí hậu.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia môi trường: Tham khảo mô hình SWMM và các phương pháp mô phỏng thủy lực, từ đó áp dụng vào thiết kế và vận hành hệ thống thoát nước.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường, xây dựng: Tài liệu chi tiết về phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và phân tích dữ liệu khí tượng thủy văn phục vụ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

  4. Các tổ chức chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư: Hiểu rõ về tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống thoát nước và các giải pháp ứng phó, từ đó phối hợp thực hiện hiệu quả các biện pháp giảm thiểu ngập úng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần áp dụng giải pháp thoát nước bền vững cho khu đô thị Sóc Trăng?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa và mực nước biển dâng, gây ngập úng nghiêm trọng. Giải pháp bền vững giúp giảm thiểu ngập, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sống.

  2. Mô hình SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu thoát nước?
    SWMM mô phỏng chính xác dòng chảy và chất lượng nước mưa, cho phép đánh giá hiệu quả các giải pháp kỹ thuật trong điều kiện biến đổi khí hậu phức tạp.

  3. Các công trình LID gồm những loại nào?
    Bao gồm vườn mưa, bề mặt thấm nước, rãnh xâm nhập, bể chứa nước mưa và các công trình xanh khác giúp giảm lưu lượng đỉnh và cải thiện chất lượng nước.

  4. Làm thế nào để lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu phù hợp?
    Dựa trên các báo cáo quốc tế và quyết định của chính quyền địa phương, lựa chọn kịch bản có mức phát thải trung bình đến cao, phù hợp với dự báo lượng mưa và mực nước biển dâng đến năm 2050.

  5. Giải pháp nào ưu tiên thực hiện trước để giảm ngập úng?
    Nâng cấp hệ thống cống thoát nước và áp dụng các công trình LID tại các điểm ngập trọng yếu là ưu tiên hàng đầu nhằm giảm thiểu ngập nhanh chóng và hiệu quả.

Kết luận

  • Hệ thống thoát nước hiện tại của khu đô thị 5A, phường 4, TP. Sóc Trăng chưa đáp ứng được yêu cầu trong điều kiện biến đổi khí hậu với lượng mưa tăng và mực nước biển dâng.
  • Mô hình SWMM là công cụ hiệu quả để mô phỏng và đánh giá khả năng thoát nước, giúp đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp.
  • Các công trình LID và giải pháp thoát nước bền vững có thể giảm lưu lượng đỉnh từ 15-30%, giảm số điểm ngập và độ sâu ngập đáng kể.
  • Đề xuất nâng cấp hệ thống cống, áp dụng công trình xanh, xây dựng hệ thống giám sát và tăng cường duy tu bảo dưỡng là các giải pháp thiết thực.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc phát triển đô thị bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu tại Sóc Trăng và các đô thị ven biển khác.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cập nhật dữ liệu khí hậu để điều chỉnh kế hoạch phù hợp. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Thủy Lợi.