CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚC VÀ CHỐNG NGẬP TRÊN TUYẾN.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỶ VĂN ĐÔ THỊ: [9], [10], [12], [15], [23], [24] 1.1 Tình hình nghiên cứu thủy văn đô thị trên thế giới Có thể nói rằng việc giải quyết vấn đề thoát nước và chống ngập cho đô thị có từ ngàn năm trước. Đến 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.
Từ những năm đầu của thế kỷ 20 con người đã chú trọng nghiên cứu thủy văn đô thị nhất là giai đoạn những năm 80 của thế kỷ 20. Đây có thể nói là giai đoạn bùng nổ của sự phát triển đô thị và công nghệ thông tin. Với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin đã giúp con người có những giải pháp vượt trội trong quá trình nghiên cứu thủy văn đô thị, có những phần mềm phục vụ cho việc tính toán thủy văn đô thị cho những vùng khác nhau có những điều kiện khí hậu thời tiết khác nhau cũng như những tác động trực tiếp, gián tiếp của con người. Sự ra đời của những phát minh những phần mềm như vậy đã giúp con người giải quyết được rất nhiều vấn đề phức tạp của dòng chảy đô thị với các điều kiện phức tạp hơn do quá trình đô thị hóa và sự biến đổi khí hậu toàn cầu.
Sự bổ sung vào phần mềm giúp cho sự chính xác cao hơn trong mô phỏng ở 3 trạng thái chảy chủ đạo trong chu trình nước bao gồm: • Tính toán lượng mưa hiệu quả. • Dòng chảy trên mặt, sườn dốc. • Chảy trong hệ dẫn nước bao gồm : thoát nước trong đô thị và thoát nước tự nhiên 2 Qua các giai đoạn mô phỏng dòng chảy sự phát triển của bộ môn thủy văn đô thị còn được sự hỗ trợ của các ngành khác. Đặc biệt là ngành công nghệ thông tin.
Khi áp dụng các phần mềm công nghệ thông tin ta có thể áp dụng được mức độ phức tạp của nhiều thành phần tham gia tính toán áp dụng tiến bộ các công nghệ GIS đây là phần mềm không những phục vụ cho quá trình tính toán như xác định đặc điểm, đặc trưng lưu vực, phân bố các đặc trưng các yếu tố liên quan, tìm lời giải bằng phương pháp chống lắp bản đồ mà còn thể hiện các kết quả trên không gian 3 chiều, 2 chiều giúp con người đưa ra những hướng giải quyết hợp lý nhất. Hay các mô hình hướng đến sự khắc phục các hiện tượng phức tạp trong các quá trình mô phỏng như phương pháp SCS (phương pháp mô phỏng lượng mưa theo thực nghiệm), hiện tượng quá tải trong quá trình thoát nước phun trào qua hố ga hay tràn ngập trong ống cống thoát nước đô thị bằng phương pháp SWMM, HEC mô phỏng sông rạch hay khái niệm về kênh và đường ống tương đương cho độ tổn thất tức thời hay kênh có đặc điểm phức tạp. Hay sự phát triển về cách giải các hệ phương trình phức tạp bằng các phương pháp khác nhau làm cho việc áp dụng mô hình thủy văn vào từng điều kiện cụ thể trở nên đơn giản hơn, cụ thể hơn.2 Tình hình nghiên cứu thủy văn đô thị ở Việt Nam Cũng như trên thế giới ở Việt Nam nghiên cứu về thủy văn đô thị cũng phát triển từ những năm đầu của thập niên 90 của thế kỷ 20 nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước. Tuy nhiên bộ môn khoa học và thủy văn đối với nước ta vẫn còn mới mẻ và chưa phát triển so với sự phát triển của các ngành công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta.
Đặc biệt trong những năm gần đây với sự bùng nổ về phát triển đô thị và các khu công nghiệp thì chúng ta càng chú trọng đến những nghiên cứu về thủy văn đô thị. Tuy nhiên hiện nay chưa có các biện pháp hợp lý để giải quyết những vần đền nghiên cứu thủy văn phục vụ thoát nước đô thị. Mà chúng ta chỉ mô tả được trong những đề tài nghiên cứu. Vài nét về tình hình nghiên cứu thủy văn ở Việt Nam Khu vực phía Bắc: − Nghiên cứu lượng mưa và thủy triều tại một số tỉnh ở khu vực phía Bắc thông qua các đề tai khoa học cấp bộ hay cấp nhà nước.
3 − Sử dụng các mô hình như SWMM trên cơ sở nghiên cứu mô hình phục vụ cho việc giảm nguy cơ ngập úng, thiết kế ở một số tỉnh thành hay các đề tài nghiên cứu khoa học. − Các bài báo cáo giới thiệu những phương pháp thoát nước đô thị của những nước tiên tiến ở khu vực và trên thế giới. Khu vực phía Nam: Khu vực phía Nam nói chung và đặc biệt Thành Phố Hồ Chí Minh nói riêng tình trạng ngập lụt thường xuyên sảy ra sau mỗi trận mưa. Vì vậy nhu cầu thoát nước và chống ngập được đặt lên hàng đầu.
Vì vậy trong những năm gần đây đã có rất nhiều những đề tài nghiên cứu khoa học hay những những đóng góp của các nhà khoa học trong và ngoài nước hay có những tài liệu nghiên cứu về thủy văn đô thị về đặc điểm của mưa, thủy triều ảnh hưởng đến thoát nước đô thị như: a. Mưa: Những nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu quan hệ IDF của trạm Tân Sơn Nhất (Tân Sơn Hòa), tương quan với các trạm mưa ngày ở khu vực lân cận. Trong tính toán lượng mưa hiệu quả thường sử dụng các mô hình thấm hay phương pháp SCS. Thủy triều: Nhiều đề tài đã có những nghiên cứu về thủy triều phục vụ cho lĩnh vực thoát nước đô thị.
Mô phỏng quan hệ mưa – dòng chảy: Trong tính toán thuỷ văn (mưa - dòng chảy) đô thị có các phương pháp tính toán, thường đi cùng với bộ mô hình thuỷ lực đường ống, bao gồm cả công thức kinh nghiệm và mô hình toán. Điều kiện áp dụng của mỗi phương pháp có độ chính xác khác nhau tùy thuộc vào mức độ chi tiết của phương pháp tính đồng thời với yêu cầu chi tiết của tài liệu cho tính toán. Trong các tài liệu, chủ yếu vẫn áp dụng công thức thích hợp kết hợp cùng thủy lực đường ống và sông tự nhiên, là cơ sở của các giáo trình hay sách tham khảo về thoát nước đô thị của ngành xây dựng và giao thông và các dự án lớn do các công ty nước ngoài thực hiện. Phương trình căn nguyên: 4 Được đề cập trong dự án nghiên cứu khả thi nước thải cho Sài Gòn (Sai Gon Sewerage Feasibility – 1972) được áp dụng trong một số đề tài khoa học.
Đây là mô hình mưa dòng chảy mà phần lớn các phần mềm tính toán thủy văn, nhất là thủy văn đô thị ở Mỹ áp dụng vào tính toán sau bão Kratina. Ứng dụng mô hình SWMM mô phỏng dòng chảy ngập trong hệ thống đường ống thoát nước độ thị: Sử dụng quan hệ mưa – dòng chảy theo đường tích hợp và phương trình Saint Venant như dự án Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tân Hóa – Lò Gốm. Cùng với sự phát triển đô thị ở TP.HCM, các tiến bộ về khoa học kỹ thuật, thủy văn và thoát nước đô thị đã và đang được áp dụng vào thực tiễn. Tuy nhiên hầu hết các mô phỏng quan hệ mưa – dòng chảy chủ yếu áp dụng phương trình tích hợp (Rational equation - phương pháp cường độ mưa tới hạn) kết hợp chế độ thủy lực đường ống và sông thiên nhiên.
Các đề tài quy mô lớn thường do các công ty nước ngoài thực hiện như: Dự án Sai Gon Seweragefeasibility – 1972 (Lion Ins), Dự án Vệ sinh môi trường kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (CDM), Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm (Black & Veatch) và Dự án quy hoạch thoát nước đô thịTP.HCM đến 2020 của chuyên gia tư vấn Nhật Bản. Ứng dụng mô hình toán Một số nghiên cứu, dự án sử dụng mô hình tính toán thủy lực sông rạch như: VSAPR (GS. Nguyễn Như Khuê), KOD1 (GS. Nguyễn Ân Niên), TL96- SAL (GS.
Nguyễn Tất Đắc), HYDROGIS (TS.Nguyễn Hữu Nhân), phần mềm thoát nước đô thị (TS.Nguyễn Ngọc Ẩn – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM), SWMM, MIKE11, v.3 Áp dụng mô hình thủy văn đô thị ở TP.HCM Từ khi giải phóng đất nước từ năm 1975 đến nay. Đất nước ta không ngừng phát triển và đi theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa. Đất nước ta đang trên con đường hội nhập và phát triển. Đất nước nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng.
Thành Phố Hồ Chí Minh có thể nói là vùng kinh tế trọng điểm của đất nước luôn đi đầu trong mọi lĩnh vực đặc biệt là kinh tế. Trong những năm gần đây Thành Phố Hồ Chí Minh luôn thu hút sự đầu tư của bạn bè trong và ngoài nước. Song song với việc phát triển đô thị thì những vấn đề nhức nhối cũng như bế tắc của các cơ 5 quan chức năng trong việc giải quyết nhưng vấn đề liên quan đến thoát nước và nghiên cứu những vấn đề về thủy văn. Các nhà nghiên cứu các đề tài nghiên cứu cũng đưa ra rất nhiều các phương pháp, giải pháp để khắc phục.
Mặc dù việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học chống ngập ở các vùng đô thị cho TP.HCM nói chung và đặc biệt tuyến đường Kinh Dương Vương Quận 6 nói riêng, nhưng hiệu quả vẫn còn hạn chế nên tình trạng ngập nước đô thị vẫn chưa được khắc phục. Lý do tồn tại là: • Số liệu và thông tin cung cấp chưa đủ để nghiên cứu tính toán cụ thể. • Do sự phát triển cuộc sống và ý thức của người dân và người tham gia giao thông. • Do sự phát triển đô thị hóa.
• Những nghiên cứu, báo cáo, ý tưởng chưa sát với thực tế. • Các đề tài nghiên cứu phục vụ cho thoát nước và chống ngập chưa phù hợp và chưa bao quát hết thực trạng. • Sự đầu tư chưa được chú trọng. • Đặc điểm khí hậu thủy triều chưa được chú trọng cần thiết.
• Các phương pháp, bài toán chưa cụ thể áp dụng vào thoát nước đô thị. • Do biến đổi khí hậu toàn cầu.