Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, các đô thị ven biển như thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định đang phải đối mặt với thách thức ngày càng gia tăng về ngập úng do mưa lớn kết hợp với nước biển dâng. Theo ước tính, mực nước biển tại Việt Nam có thể tăng khoảng 30 cm vào năm 2050, đồng thời lượng mưa mùa mưa dự kiến tăng khoảng 5-8%, làm gia tăng áp lực lên hệ thống thoát nước đô thị hiện hữu. Thành phố Quy Nhơn, với dân số hơn 283 nghìn người và diện tích tự nhiên khoảng 286 km², có hệ thống thoát nước được xây dựng từ thời Pháp thuộc và cải tạo chủ yếu từ những năm 1990, hiện không đáp ứng được các kịch bản biến đổi khí hậu mới.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng thoát nước hiện tại của thành phố Quy Nhơn trong điều kiện biến đổi khí hậu, từ đó đề xuất các giải pháp thoát nước thích ứng nhằm giảm thiểu ngập úng, đảm bảo phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực trung tâm thành phố với 16 phường nội thị, phân tích hiện trạng thoát nước, mô phỏng các kịch bản mưa thiết kế đến năm 2050 theo kịch bản biến đổi khí hậu mới nhất (RCP4.5), đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, nâng cấp hệ thống thoát nước đô thị tại Quy Nhơn, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, cải thiện chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế - xã hội địa phương 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 hai lý thuyết chính: lý thuyết thủy văn đô thị và mô hình quản lý nước mưa bền vững (Sustainable Urban Drainage Systems - SUDS). Lý thuyết thủy văn đô thị giúp phân tích quá trình hình thành dòng chảy bề mặt và khả năng tiêu thoát nước trong đô thị, trong khi mô hình SUDS tập trung vào các giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa hệ thống thoát nước ngầm và cảnh quan bề mặt nhằm giảm thiểu ngập úng và ô nhiễm nước.

Mô hình SWMM (Storm Water Management Model) phiên bản 5.1 được sử dụng làm công cụ mô phỏng thủy văn và thủy lực. SWMM là mô hình động học, mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy, thấm, thoát nước trên lưu vực đô thị, cho phép đánh giá hiệu quả các phương án thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu. Các khái niệm chính bao gồm: cường độ mưa thiết kế (IDF), lưu vực tiêu thoát, hệ thống cống chung, và các giải pháp Best Management Practices (BMP) như mương khô, mương ướt, mái nhà xanh, và hệ thống xử lý nước mưa độc lập.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng - thủy văn từ trạm Quy Nhơn (2000-2011), số liệu mực nước từ trạm Phú Hòa và Đầm Thị Nai, bản đồ hiện trạng và quy hoạch thoát nước thành phố Quy Nhơn, cùng các báo cáo dự án liên quan. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống thoát nước khu vực trung tâm thành phố với tổng chiều dài cống khoảng 98.428 m.

Phương pháp phân tích bao gồm: phân tích thống kê khí tượng thủy văn để xác định đặc trưng mưa, thủy triều; xây dựng và hiệu chỉnh mô hình SWMM dựa trên dữ liệu thực tế; mô phỏng các kịch bản mưa thiết kế chu kỳ 2 và 5 năm, có xem xét tác động biến đổi khí hậu đến năm 2050 theo kịch bản RCP4.5; đánh giá khả năng thoát nước hiện trạng và các phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2017 đến 2018, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng thoát nước hiện trạng hạn chế: Mô hình SWMM cho thấy hệ thống thoát nước hiện tại của Quy Nhơn không đáp ứng được các trận mưa thiết kế chu kỳ 5 năm, với thời gian ngập kéo dài từ 5 đến 8 giờ và độ sâu ngập trung bình 40-50 cm tại các điểm thấp như khu vực Hóc Bà Bếp. So sánh với chu kỳ 2 năm, thời gian ngập và độ sâu ngập tăng khoảng 30%.

  2. Ảnh hưởng rõ rệt của biến đổi khí hậu: Khi xem xét kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050, lượng mưa cực đoan tăng khoảng 15%, mực nước biển dâng khoảng 30 cm, làm tăng thời gian ngập và diện tích ngập lụt lên 20-25% so với hiện trạng. Các điểm ngập cục bộ như đường Hùng Vương và Trần Hưng Đạo có độ sâu ngập tăng thêm 10-15 cm.

  3. Hiệu quả các giải pháp BMP: Mô phỏng các giải pháp Best Management Practices (BMP) như mương khô, mương ướt, mái nhà xanh và hệ thống xử lý nước mưa độc lập cho thấy giảm tổng lượng dòng chảy trên lưu vực nghiên cứu khoảng 15-20%, giảm thời gian ngập trung bình 2-3 giờ và độ sâu ngập giảm 10-20 cm tại các điểm ngập trọng yếu.

  4. Phương án kết hợp công trình và BMP tối ưu: Kết hợp nâng cấp hệ thống cống thoát nước với áp dụng BMP mang lại hiệu quả cao nhất, giảm thời gian ngập trung bình xuống còn 2-3 giờ, độ sâu ngập giảm 30-40% so với hiện trạng, đồng thời cải thiện khả năng tiêu thoát trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do hệ thống thoát nước hiện tại đã xuống cấp, không đồng bộ và không được thiết kế theo tiêu chuẩn mới phù hợp với biến đổi khí hậu. Việc gia tăng cường độ mưa và mực nước biển dâng làm tăng áp lực lên hệ thống, gây ra ngập úng kéo dài và sâu hơn. So sánh với các nghiên cứu tại các đô thị ven biển khác như Tuy Hòa, Sóc Trăng, kết quả tương đồng về sự cần thiết áp dụng các giải pháp kết hợp công trình và BMP.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ IDF, bản đồ phân bố ngập lụt, và bảng so sánh thời gian, độ sâu ngập giữa các phương án. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm nâng cao khả năng thích ứng của hệ thống thoát nước đô thị trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp hệ thống cống thoát nước: Thực hiện cải tạo, làm mới các tuyến cống chính và cống hộp hiện trạng, đặc biệt tại các khu vực ngập nặng như Hóc Bà Bếp, đường Hùng Vương, với mục tiêu giảm thời gian ngập xuống dưới 3 giờ. Thời gian thực hiện dự kiến 3-5 năm, do UBND thành phố phối hợp với Sở Xây dựng và các đơn vị thi công.

  2. Áp dụng giải pháp BMP đồng bộ: Triển khai các giải pháp mương khô, mương ướt, mái nhà xanh và hệ thống xử lý nước mưa độc lập tại các khu vực phát triển mới và khu dân cư hiện hữu nhằm giảm lưu lượng dòng chảy bề mặt. Mục tiêu giảm tổng lượng dòng chảy 15-20% trong vòng 2-3 năm, do Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường chủ trì.

  3. Xây dựng quy hoạch thoát nước thích ứng biến đổi khí hậu: Cập nhật quy hoạch thoát nước thành phố có tính đến kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050, bao gồm mực nước biển dâng và lượng mưa cực đoan. Thời gian hoàn thành trong 1-2 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Viện Quy hoạch xây dựng.

  4. Tăng cường công tác quản lý và bảo trì: Thiết lập hệ thống giám sát, bảo dưỡng thường xuyên hệ thống thoát nước, xử lý triệt để các hành vi lấn chiếm, xả thải trái phép gây tắc nghẽn. Mục tiêu giảm thiểu sự cố tắc nghẽn và ngập úng cục bộ trong vòng 1 năm, do UBND các phường và các đơn vị quản lý hạ tầng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đô thị và quy hoạch: Giúp xây dựng các chính sách, quy hoạch thoát nước đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu, nâng cao hiệu quả quản lý hạ tầng.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô hình và dữ liệu thực tiễn để phát triển nghiên cứu sâu hơn về thoát nước đô thị và biến đổi khí hậu.

  3. Doanh nghiệp xây dựng và tư vấn kỹ thuật: Hỗ trợ trong việc thiết kế, thi công và vận hành các công trình thoát nước hiện đại, áp dụng các giải pháp BMP hiệu quả.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu đến ngập úng đô thị, khuyến khích tham gia bảo vệ môi trường và sử dụng các giải pháp giảm thiểu ngập úng tại địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến hệ thống thoát nước đô thị?
    Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất các trận mưa lớn, đồng thời gây ra mực nước biển dâng, làm giảm khả năng tiêu thoát nước của hệ thống, dẫn đến ngập úng kéo dài và sâu hơn.

  2. Mô hình SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu thoát nước?
    SWMM là mô hình động học, mô phỏng chi tiết quá trình mưa - dòng chảy, thấm và thủy lực trong hệ thống thoát nước đô thị, giúp đánh giá hiệu quả các phương án cải tạo và thích ứng với biến đổi khí hậu.

  3. Giải pháp BMP là gì và tại sao nên áp dụng?
    BMP (Best Management Practices) là các giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa hệ thống thoát nước ngầm và cảnh quan bề mặt nhằm giảm lưu lượng dòng chảy, cải thiện chất lượng nước và giảm ngập úng, phù hợp với xu hướng phát triển đô thị bền vững.

  4. Tại sao cần cập nhật quy hoạch thoát nước theo kịch bản biến đổi khí hậu?
    Quy hoạch hiện tại thường dựa trên dữ liệu khí hậu lịch sử, không phản ánh được các thay đổi về mưa và mực nước biển trong tương lai, dẫn đến thiết kế không phù hợp và hiệu quả thấp trong việc phòng chống ngập úng.

  5. Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia giảm thiểu ngập úng?
    Cộng đồng có thể tham gia bằng cách không xả rác, không lấn chiếm hệ thống thoát nước, sử dụng các giải pháp thu gom và xử lý nước mưa tại hộ gia đình, đồng thời phối hợp với chính quyền trong công tác bảo trì và giám sát hệ thống.

Kết luận

  • Hệ thống thoát nước hiện tại của thành phố Quy Nhơn không đáp ứng được yêu cầu trong điều kiện biến đổi khí hậu, gây ra ngập úng kéo dài và sâu tại nhiều khu vực trung tâm.
  • Biến đổi khí hậu làm gia tăng cường độ mưa và mực nước biển dâng, làm trầm trọng thêm tình trạng ngập úng nếu không có giải pháp thích ứng kịp thời.
  • Mô hình SWMM là công cụ hiệu quả để đánh giá hiện trạng và mô phỏng các phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước.
  • Giải pháp kết hợp nâng cấp công trình thoát nước và áp dụng các biện pháp BMP mang lại hiệu quả cao trong giảm thiểu ngập úng.
  • Cần triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật, quy hoạch và quản lý trong vòng 3-5 năm tới để đảm bảo phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Khuyến nghị các cơ quan chức năng và nhà nghiên cứu tiếp tục theo dõi, cập nhật dữ liệu khí tượng thủy văn, đồng thời mở rộng nghiên cứu sang các đô thị ven biển khác nhằm xây dựng chiến lược ứng phó toàn diện. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để nâng cao hiệu quả thoát nước và giảm thiểu thiệt hại do ngập úng gây ra.