Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất của thế kỷ 21, ảnh hưởng sâu rộng đến hệ thống khí hậu, thủy văn và môi trường toàn cầu. Theo ước tính, nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam đã tăng khoảng 0,5-0,7 độ C trong 50 năm qua, cùng với mực nước biển dâng khoảng 20 cm, gây ra nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt, hạn hán và bão mạnh hơn. Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, là đô thị loại 2 với tốc độ phát triển nhanh nhưng hệ thống hạ tầng thoát nước chưa tương xứng, dẫn đến tình trạng ngập úng nghiêm trọng mỗi khi mưa lớn. Năm phường nội ô như Thanh Bình, Hòa Bình, Quyết Thắng, Quang Vinh và Trung Dũng đều sử dụng hệ thống cống thoát nước chung, gây quá tải và tắc nghẽn do rác thải và cát bồi lắng. Tình trạng này kéo dài 4-5 năm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến giao thông và môi trường đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng khả năng tiêu thoát nước của thành phố Biên Hòa và đề xuất các giải pháp cải tạo hệ thống thoát nước phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống thoát nước mưa và nước thải trên địa bàn thành phố, với dữ liệu thu thập từ các cơ quan địa phương và khảo sát thực địa. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước, giảm thiểu ngập úng và thích ứng với các tác động của BĐKH, góp phần phát triển bền vững đô thị Biên Hòa đến năm 2030.

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 hệ thống thoát nước đô thị, bao gồm:

  • Hệ thống thoát nước chung, nửa riêng, riêng và hỗn hợp: Phân loại hệ thống thoát nước dựa trên cách thu gom và xử lý nước mưa, nước thải. Hệ thống chung thu gom cả nước mưa và nước thải trong cùng một mạng lưới, trong khi hệ thống riêng tách biệt hai loại nước này nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và giảm tải cho hệ thống.
  • Mô hình tính toán lưu lượng và điều hòa dòng chảy nước mưa: Sử dụng các công thức tính toán lưu lượng thoát nước dựa trên cường độ mưa, diện tích lưu vực và hệ số dòng chảy, theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008.
  • Mô hình mô phỏng thủy lực SWMM (Storm Water Management Model): Ứng dụng mô hình SWMM để mô phỏng quá trình thủy văn và thủy lực của hệ thống thoát nước, đánh giá khả năng thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu.
  • Khái niệm biến đổi khí hậu và kịch bản phát thải khí nhà kính: Dựa trên các kịch bản BĐKH của IPCC và Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, đặc biệt kịch bản trung bình B2 được sử dụng làm cơ sở dự báo lượng mưa và mực nước biển dâng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ UBND thành phố Biên Hòa, Công ty thoát nước Biên Hòa, các trạm khí tượng thủy văn, bản đồ quy hoạch và khảo sát thực địa.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các khu vực đại diện gồm 5 phường nội ô và một số vùng ngoại ô để đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích tổng hợp số liệu hiện trạng, đánh giá khả năng thoát nước hiện tại và dự báo theo kịch bản biến đổi khí hậu.
  • Phương pháp mô phỏng: Ứng dụng mô hình SWMM để mô phỏng dòng chảy, lưu lượng và độ sâu nước tại các điểm thoát nước chính, từ đó đánh giá hiệu quả hệ thống và đề xuất cải tạo.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm thu thập số liệu (3 tháng), phân tích và mô phỏng (6 tháng), đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống thoát nước Biên Hòa quá tải và xuống cấp: Hệ thống cống thoát nước chung tại 5 phường nội ô không đáp ứng được lưu lượng nước mưa và nước thải, đặc biệt trong mùa mưa với lưu lượng nước mưa có thể lên đến 100 l/s/ha. Tình trạng tắc nghẽn do rác thải và cát bồi lắng làm giảm khả năng thoát nước từ 30-50% so với thiết kế ban đầu.

  2. Mực nước sông và cửa xả tăng theo kịch bản biến đổi khí hậu: Mô phỏng SWMM cho thấy mực nước tại các cửa xả chính như CX1, CX5, CX6 và CX9 có xu hướng tăng từ 0,2 đến 0,5 m vào năm 2030 theo kịch bản B2, làm giảm khả năng thoát nước tự nhiên và tăng nguy cơ ngập úng.

  3. Lượng mưa tiêu thiết kế tăng 7,5% đến 10% theo kịch bản BĐKH: Cường độ mưa thiết kế tại trạm Biên Hòa tăng từ 52 mm/3 ngày lên khoảng 56 mm/3 ngày, dẫn đến lưu lượng nước mưa tính toán tăng tương ứng, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước hiện hữu.

  4. Mô hình SWMM dự báo ngập úng kéo dài tại các điểm "điểm đen": Các tuyến đường như Phạm Văn Thuận, Đồng Khởi, Nguyễn Ái Quốc và 30-4 có độ sâu ngập từ 0,5 đến 1 m trong các trận mưa lớn kéo dài 20-30 phút, gây ùn tắc giao thông và ảnh hưởng đến sinh hoạt người dân.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do hệ thống thoát nước hiện tại không được thiết kế và nâng cấp phù hợp với tốc độ đô thị hóa và biến đổi khí hậu. Việc sử dụng hệ thống cống chung cho cả nước mưa và nước thải làm tăng nguy cơ tắc nghẽn, đặc biệt khi lượng mưa tăng theo kịch bản BĐKH. So sánh với các nghiên cứu tại các đô thị lớn khác cho thấy, việc tách riêng hệ thống thoát nước mưa và nước thải là giải pháp hiệu quả để giảm tải cho hệ thống.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ diễn biến độ sâu nước tại các nút thoát nước, lưu lượng tổng tại các cửa xả và bản đồ phân bố ngập úng theo tần suất mưa, giúp minh họa rõ ràng mức độ ảnh hưởng của BĐKH đến hệ thống thoát nước. Kết quả cũng cho thấy cần thiết phải áp dụng các giải pháp điều hòa dòng chảy và tăng cường quản lý vận hành hệ thống để giảm thiểu ngập úng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước hiện hữu: Tăng kích thước đường ống, xây dựng thêm giếng thu nước và trạm bơm tại các điểm ngập "điểm đen" nhằm nâng cao khả năng thoát nước, dự kiến hoàn thành trong vòng 5 năm, do UBND thành phố phối hợp với Sở Xây dựng thực hiện.

  2. Phân tách hệ thống thoát nước mưa và nước thải: Xây dựng hệ thống cống riêng biệt để giảm tải cho hệ thống chung, đồng thời nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, áp dụng cho các khu vực nội ô và ngoại ô trong 7 năm tới.

  3. Ứng dụng công nghệ mô phỏng và quản lý thông minh: Sử dụng phần mềm SWMM và các công cụ GIS để giám sát, dự báo và điều phối vận hành hệ thống thoát nước, giúp kịp thời xử lý các tình huống ngập úng, triển khai trong 3 năm đầu.

  4. Phát triển các công trình điều hòa dòng chảy và hố thấm: Xây dựng hồ điều hòa, công viên sinh thái cho phép ngập tạm thời tại các vùng trũng, kết hợp với hố cây xanh thấm lọc trên hè phố để giảm lưu lượng đỉnh nước mưa, thực hiện đồng bộ trong 5 năm.

  5. Tăng cường công tác quản lý, vận hành và tuyên truyền: Đào tạo nhân lực quản lý hệ thống thoát nước, tổ chức nạo vét, thu gom rác thải định kỳ trước mùa mưa, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ hệ thống thoát nước, triển khai liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đô thị và quy hoạch: Giúp xây dựng kế hoạch phát triển hạ tầng thoát nước phù hợp với kịch bản biến đổi khí hậu, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống.

  2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia môi trường, thủy lợi: Cung cấp cơ sở khoa học và mô hình phân tích để nghiên cứu sâu hơn về tác động của BĐKH đến hệ thống thoát nước đô thị.

  3. Doanh nghiệp xây dựng và tư vấn kỹ thuật: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước, đồng thời phát triển các công trình điều hòa dòng chảy và xử lý nước thải.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về vai trò của hệ thống thoát nước, tham gia bảo vệ môi trường và phối hợp với chính quyền trong công tác phòng chống ngập úng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao hệ thống thoát nước Biên Hòa lại bị quá tải?
    Hệ thống thoát nước hiện tại chủ yếu là hệ thống cống chung, thiết kế từ nhiều thập kỷ trước, không đáp ứng được lưu lượng nước mưa và nước thải tăng nhanh do đô thị hóa và biến đổi khí hậu, dẫn đến tắc nghẽn và ngập úng.

  2. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến hệ thống thoát nước?
    BĐKH làm tăng cường độ và tần suất mưa lớn, mực nước biển dâng làm giảm khả năng thoát nước tự nhiên, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước hiện hữu, làm tăng nguy cơ ngập lụt đô thị.

  3. Mô hình SWMM được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    SWMM mô phỏng quá trình thủy văn và thủy lực của hệ thống thoát nước, giúp dự báo lưu lượng, độ sâu nước và khả năng thoát nước trong các điều kiện khác nhau, từ đó đánh giá hiệu quả và đề xuất giải pháp cải tạo.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm ngập úng tại Biên Hòa?
    Phân tách hệ thống thoát nước mưa và nước thải, kết hợp với xây dựng hồ điều hòa, hố thấm và nâng cấp hệ thống cống thoát nước là các giải pháp hiệu quả, giúp giảm tải và điều hòa dòng chảy.

  5. Làm thế nào để cộng đồng tham gia vào công tác phòng chống ngập?
    Cộng đồng có thể tham gia bằng cách giữ gìn vệ sinh môi trường, không xả rác bừa bãi, phối hợp với chính quyền trong việc bảo trì hệ thống thoát nước và nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu.

Kết luận

  • Hệ thống thoát nước hiện tại của thành phố Biên Hòa đang quá tải và xuống cấp, không đáp ứng được yêu cầu thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu.
  • Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ mưa và mực nước biển dâng, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước, làm gia tăng nguy cơ ngập úng đô thị.
  • Mô hình SWMM là công cụ hiệu quả để đánh giá và dự báo khả năng thoát nước, hỗ trợ đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp.
  • Các giải pháp cải tạo hệ thống thoát nước, phân tách nước mưa và nước thải, xây dựng công trình điều hòa dòng chảy và nâng cao quản lý vận hành là cần thiết để thích ứng với BĐKH.
  • Nghiên cứu đề xuất lộ trình thực hiện các giải pháp trong vòng 3-7 năm, đồng thời kêu gọi sự phối hợp của các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và cộng đồng nhằm phát triển hệ thống thoát nước bền vững cho thành phố Biên Hòa.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị trong bối cảnh biến đổi khí hậu là nhiệm vụ cấp thiết của toàn xã hội.