Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại Hà Nội, đặc biệt là quận Hai Bà Trưng với hơn 20 khu đô thị mới đi vào hoạt động, hệ thống thoát nước hiện tại đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng. Dân số quận đạt khoảng 303.586 người (2019), diện tích 10,26 km², kéo theo sự gia tăng đáng kể lượng nước mặt và nước thải đô thị. Tình trạng ngập úng diễn ra phổ biến do hệ thống thoát nước chưa đáp ứng kịp tốc độ phát triển, cùng với biến đổi khí hậu phức tạp. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước quận Hai Bà Trưng, phân tích nguyên nhân gây ngập úng và đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững phù hợp với điều kiện thực tế. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên lưu vực thoát nước quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, trong bối cảnh khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình năm từ 1.554 đến 1.836 mm, số ngày mưa khoảng 130-140 ngày/năm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước, giảm thiểu ngập úng, bảo vệ môi trường và phát triển đô thị bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết chính trong quản lý thoát nước bền vững: Phát triển tác động thấp (Low Impact Development - LID) và Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System - SuDS). LID tập trung vào việc quản lý nước mưa tại nguồn bằng các công trình như mái nhà xanh, vật liệu bê tông thấm, hộp trồng cây nhằm giảm dòng chảy bề mặt và tăng thấm nước tự nhiên. SuDS hướng tới điều chỉnh chu trình nước đô thị gần với chu trình tự nhiên, giảm thiểu tác động môi trường thông qua các biện pháp sinh học và kỹ thuật. Các khái niệm chính bao gồm: dòng chảy mặt, thấm nước, bốc hơi, điều hòa nước mưa, và mô hình hóa thủy lực.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình SWMM (Storm Water Management Model) của EPA để mô phỏng dòng chảy mặt và chất lượng nước trong hệ thống thoát nước quận Hai Bà Trưng. Dữ liệu đầu vào gồm số liệu mưa thiết kế từ trạm Láng, dữ liệu địa hình, mạng lưới cống, sông, hồ điều tiết và các thông số thủy văn. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ lưu vực thoát nước quận Hai Bà Trưng với diện tích 10,26 km². Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện, thu thập dữ liệu thực tế từ các cơ quan quản lý và quan trắc hiện trường. Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với các trận mưa thực tế từ ngày 21-26/5/2012 và 17-23/8/2012. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2019 đến 2021, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống thoát nước: Hệ thống cống ngầm có tổng chiều dài khoảng 180 km, mật độ cống 23,2 ha/cống, nhiều tuyến cống có tuổi thọ từ 50-100 năm, xuống cấp nghiêm trọng, gây tắc nghẽn và ngập úng cục bộ. Hệ thống sông Kim Ngưu và sông Sét có khả năng thoát nước lần lượt 15 m³/s và 8 m³/s, tuy nhiên địa hình thấp, độ dốc nhỏ làm giảm hiệu quả thoát nước.

  2. Nguyên nhân ngập úng: Ngập úng xảy ra do kết hợp nguyên nhân khách quan như địa hình trũng thấp, mực nước sông Hồng cao vượt mặt đất, và nguyên nhân chủ quan như quy hoạch san nền chưa đồng bộ, hệ thống thoát nước cũ kỹ, không đồng bộ, nhiều khu vực có địa hình cao hơn đường phố gây cản trở dòng chảy. Các trận mưa lớn với lượng mưa 318,1 mm (trận mưa 17-23/8/2012) và 166,6 mm (trận mưa 21-26/5/2012) vượt khả năng tiêu thoát của hệ thống, gây ngập diện rộng.

  3. Hiệu quả mô hình SWMM: Mô hình SWMM được hiệu chỉnh với chỉ số Nash-Sutcliffe đạt mức cao, mô phỏng chính xác dòng chảy và mực nước thực tế tại các điểm đo trên sông Kim Ngưu và sông Sét. Mô hình cho phép đánh giá chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng, địa hình và hệ thống thoát nước đến ngập úng.

  4. Đánh giá các giải pháp LID: Các công trình LID như mái nhà xanh, vật liệu bê tông thấm, hộp trồng cây có thể giảm dòng chảy bề mặt từ 50% đến 93%, đồng thời cải thiện chất lượng nước và tăng khả năng thấm nước tự nhiên. Việc áp dụng các giải pháp này tại các khu vực công cộng và đô thị mới như Ecopark đã chứng minh hiệu quả trong thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân ngập úng tại quận Hai Bà Trưng là sự kết hợp phức tạp giữa điều kiện tự nhiên và tác động của con người. Địa hình thấp, độ dốc nhỏ làm hạn chế dòng chảy tự nhiên, trong khi hệ thống thoát nước cũ kỹ không đáp ứng được lưu lượng nước mưa ngày càng tăng. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả mô hình SWMM phù hợp với các nghiên cứu về thoát nước đô thị tại các thành phố có điều kiện tương tự. Việc áp dụng các giải pháp LID và SuDS không chỉ giảm thiểu ngập úng mà còn góp phần cải thiện môi trường sống và cảnh quan đô thị. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lưu lượng dòng chảy trước và sau khi áp dụng giải pháp LID, bảng thống kê mức độ giảm ngập tại các điểm quan trắc, và bản đồ phân bố ngập úng mô phỏng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai các công trình LID tại khu vực công cộng và đô thị mới: Áp dụng mái nhà xanh, vật liệu bê tông thấm và hộp trồng cây để giảm dòng chảy bề mặt, tăng thấm nước, dự kiến giảm lưu lượng dòng chảy từ 50-90% trong vòng 3-5 năm. Chủ thể thực hiện là UBND quận phối hợp với các đơn vị quản lý đô thị.

  2. Nâng cấp, cải tạo hệ thống cống ngầm và hồ điều tiết: Tăng cường nạo vét, sửa chữa các tuyến cống xuống cấp, mở rộng dung tích hồ điều tiết hiện có với tổng dung tích khoảng 1.300.000 m³, nhằm nâng cao khả năng điều hòa nước mưa, giảm ngập úng khu vực nội thành trong 5 năm tới. Chủ thể thực hiện là Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội và các đơn vị liên quan.

  3. Quy hoạch san nền đồng bộ với hệ thống thoát nước: Điều chỉnh cao độ san nền theo hướng ưu tiên thoát nước tự nhiên, đảm bảo độ dốc thoát nước phù hợp theo tiêu chuẩn hiện hành, giảm thiểu ngập úng cục bộ. Thời gian thực hiện trong các dự án phát triển đô thị mới, do Sở Xây dựng và UBND quận quản lý.

  4. Xây dựng hệ thống cảnh báo và quản lý ngập úng thông minh: Áp dụng công nghệ mô hình hóa và giám sát thời gian thực, kết hợp với hệ thống bơm điều tiết tự động, nhằm nâng cao khả năng ứng phó với các trận mưa lớn. Dự kiến triển khai trong 2-3 năm, do Sở Tài nguyên Môi trường và Công ty Thoát nước Hà Nội phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đô thị và thoát nước: Giúp đánh giá hiện trạng, lập kế hoạch cải tạo và phát triển hệ thống thoát nước bền vững, nâng cao hiệu quả quản lý ngập úng.

  2. Các nhà quy hoạch và thiết kế đô thị: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về áp dụng mô hình SWMM và giải pháp LID trong quy hoạch thoát nước đô thị.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường: Là tài liệu tham khảo về mô hình hóa thủy lực, phân tích hiện trạng và đề xuất giải pháp thoát nước bền vững.

  4. Doanh nghiệp xây dựng và phát triển đô thị: Hỗ trợ trong việc lựa chọn công nghệ, vật liệu và giải pháp kỹ thuật phù hợp với xu hướng phát triển bền vững, giảm thiểu rủi ro ngập úng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu thoát nước đô thị?
    SWMM mô phỏng chi tiết dòng chảy mặt và chất lượng nước, cho phép đánh giá tác động của các yếu tố khí tượng, địa hình và hệ thống thoát nước. Ví dụ, mô hình đã được hiệu chỉnh chính xác với các trận mưa thực tế tại quận Hai Bà Trưng.

  2. Giải pháp LID có thể áp dụng hiệu quả ở đâu trong đô thị?
    LID phù hợp với các khu vực công cộng, đô thị mới và các khu dân cư có diện tích nhỏ, giúp giảm dòng chảy bề mặt và cải thiện chất lượng nước. Khu đô thị Ecopark là ví dụ điển hình đã áp dụng thành công.

  3. Nguyên nhân chính gây ngập úng tại quận Hai Bà Trưng là gì?
    Ngập úng do sự kết hợp giữa địa hình thấp, hệ thống thoát nước cũ kỹ, quy hoạch san nền chưa đồng bộ và các trận mưa lớn vượt khả năng tiêu thoát của hệ thống.

  4. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả hệ thống thoát nước hiện tại?
    Cần nâng cấp hệ thống cống, mở rộng hồ điều tiết, áp dụng các giải pháp LID và xây dựng hệ thống quản lý ngập úng thông minh để tăng khả năng điều hòa và thoát nước.

  5. Thời gian thực hiện các giải pháp bền vững là bao lâu?
    Các giải pháp LID có thể triển khai trong 3-5 năm, nâng cấp hệ thống thoát nước và hồ điều tiết trong 5 năm, còn hệ thống cảnh báo thông minh có thể hoàn thành trong 2-3 năm.

Kết luận

  • Đánh giá chi tiết hiện trạng hệ thống thoát nước quận Hai Bà Trưng cho thấy nhiều tuyến cống xuống cấp, hệ thống sông và hồ điều tiết chưa đáp ứng được lưu lượng nước mưa lớn.
  • Nguyên nhân ngập úng là sự kết hợp giữa điều kiện tự nhiên và tác động của quy hoạch đô thị chưa đồng bộ.
  • Mô hình SWMM được hiệu chỉnh thành công, là công cụ hiệu quả để mô phỏng và dự báo ngập úng, hỗ trợ ra quyết định.
  • Giải pháp LID và nâng cấp hệ thống thoát nước được đề xuất nhằm giảm thiểu ngập úng, cải thiện môi trường và phát triển đô thị bền vững.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm các giải pháp LID, nâng cấp hệ thống thoát nước và xây dựng hệ thống quản lý ngập úng thông minh, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi áp dụng.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sống đô thị tại quận Hai Bà Trưng!