Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng rõ nét, các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa lớn, bão lũ gia tăng đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống tiêu thoát nước đô thị. Khu đô thị Thương mại và Du lịch Văn Giang (Ecopark), Hưng Yên, với quy mô khoảng 500 ha, nằm trong vùng chịu tác động trực tiếp của biến đổi khí hậu và các hiện tượng thủy văn phức tạp. Theo số liệu quan trắc từ năm 1986 đến 2016, lượng mưa ngày lớn nhất tại trạm Văn Giang có thể lên tới gần 400 mm, trong khi mực nước sông Bắc Hưng Hải và sông Hồng cũng biến động mạnh, gây khó khăn cho việc tiêu thoát nước mưa. Mục tiêu nghiên cứu là xác định nhu cầu tiêu thoát nước mưa của khu đô thị Ecopark có xét đến tác động của biến đổi khí hậu, đồng thời đề xuất các giải pháp tiêu thoát nước hiệu quả, phù hợp với điều kiện tự nhiên và phát triển bền vững của khu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống tiêu thoát nước mưa trong khu đô thị Ecopark và vùng lân cận, với thời kỳ đánh giá chính là giai đoạn 2016-2035. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu, giảm thiểu ngập úng, bảo vệ môi trường và đảm bảo chất lượng cuộc sống cho cư dân khu đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết biến đổi khí hậu và mô hình thủy văn đô thị. Lý thuyết biến đổi khí hậu cung cấp cơ sở để đánh giá các kịch bản biến đổi nhiệt độ, lượng mưa và mực nước biển dâng theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5, từ đó xác định tác động đến hệ thống tiêu thoát nước. Mô hình thủy văn đô thị, đặc biệt là mô hình SWMM (Storm Water Management Model), được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và khả năng tiêu thoát nước mưa trong hệ thống kênh, hồ điều hòa và trạm bơm của khu đô thị. Các khái niệm chính bao gồm: mô hình mưa tiêu thiết kế, tần suất thiết kế (P=2%, tương ứng chu kỳ lặp lại 50 năm), mực nước tiêu thiết kế, và nguyên lý hoạt động của hệ thống kiểm soát ngập úng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu mưa ngày, mực nước sông, địa chất công trình, và hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước thu thập từ trạm quan trắc Văn Giang, các báo cáo quy hoạch và khảo sát thực địa. Cỡ mẫu dữ liệu mưa là 30 năm (1986-2016), được chọn để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phương pháp phân tích sử dụng thống kê toán học để xây dựng đường tin suất lượng mưa và mực nước, kết hợp mô hình toán SWMM để mô phỏng dòng chảy và đánh giá khả năng tiêu thoát nước. Timeline nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2016-2035, phù hợp với quy hoạch phát triển khu đô thị và các kịch bản biến đổi khí hậu cập nhật. Các bước nghiên cứu gồm: xác định mô hình mưa tiêu thiết kế, xác định mực nước tiêu thiết kế, mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước, và phân tích đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhu cầu tiêu thoát nước mưa tăng do biến đổi khí hậu: Lượng mưa ngày lớn nhất tại trạm Văn Giang trong giai đoạn 1986-2016 đạt 397,5 mm, dự báo tăng lên khoảng 10-70% vào giữa thế kỷ theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Điều này làm tăng lưu lượng cần tiêu thoát, gây áp lực lớn lên hệ thống hiện tại.

  2. Mực nước sông Bắc Hưng Hải và sông Hồng biến động mạnh: Mực nước cao nhất đo tại trạm thủy văn Hưng Yên trong các năm gần đây dao động từ +3,1 m đến +7,0 m, vượt xa cao trình thiết kế ban đầu (+4,0 m). Mực nước cao làm giảm khả năng tiêu tự chảy, gây ngập úng kéo dài.

  3. Hệ thống kênh tiêu hiện trạng bị bồi lắng, giảm hiệu quả: Các kênh chính như kênh Lấy Sa và kênh KTO bị bồi lắng, mặt cắt kênh giảm, ảnh hưởng đến khả năng thoát nước. Mạng lưới thoát nước mặt và trạm bơm hiện có chưa được tối ưu để ứng phó với các trận mưa lớn và mực nước cao.

  4. Mô hình SWMM mô phỏng cho thấy khả năng tiêu thoát nước hiện tại không đáp ứng yêu cầu: Kết quả mô phỏng dòng chảy cho thấy hệ thống tiêu thoát nước hiện tại có nguy cơ ngập úng khi xảy ra mưa lớn với tần suất 2% (chu kỳ 50 năm), đặc biệt trong các khu vực thấp và gần kênh Bắc Hưng Hải.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các vấn đề tiêu thoát nước là sự gia tăng lượng mưa cực đoan và mực nước sông dâng cao do biến đổi khí hậu, kết hợp với hiện trạng hệ thống kênh bị bồi lắng và chưa được nâng cấp. So sánh với các nghiên cứu tương tự tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, Ecopark cũng đối mặt với thách thức tương tự về ngập úng do biến đổi khí hậu và phát triển đô thị nhanh. Việc mô phỏng bằng SWMM cung cấp dữ liệu định lượng giúp minh họa rõ ràng qua biểu đồ diễn biến mực nước và lưu lượng dòng chảy, từ đó đánh giá chính xác khả năng tiêu thoát nước. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cập nhật thiết kế hệ thống tiêu thoát nước theo kịch bản biến đổi khí hậu, đồng thời cần có giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống kênh và trạm bơm để đảm bảo an toàn cho khu đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp và nạo vét hệ thống kênh tiêu: Tiến hành nạo vét kênh Lấy Sa, kênh KTO và các kênh nội bộ để khôi phục mặt cắt thiết kế, tăng khả năng thoát nước. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, chủ thể thực hiện là Ban quản lý dự án và chính quyền địa phương.

  2. Xây dựng và cải tạo trạm bơm tiêu thoát nước: Lắp đặt thêm trạm bơm công suất lớn tại các vị trí trọng yếu, đồng thời nâng cấp trạm bơm Văn Giang hiện có để đáp ứng lưu lượng nước tăng do mưa lớn. Thời gian hoàn thành dự kiến 3 năm, do chủ đầu tư phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

  3. Áp dụng mô hình quản lý và vận hành thông minh: Sử dụng hệ thống cảm biến và điều khiển tự động để giám sát mực nước, lưu lượng và vận hành trạm bơm, cửa cống kịp thời, giảm thiểu ngập úng. Triển khai trong 1-2 năm, do Ban quản lý đô thị và các đơn vị công nghệ thực hiện.

  4. Xây dựng hồ điều hòa và khu vực trữ nước mưa: Tăng dung tích hồ điều hòa hiện có lên khoảng 65.000 m³, kết hợp xây dựng các hồ nhỏ trong khu đô thị để điều tiết nước mưa, giảm áp lực cho hệ thống tiêu. Thời gian thực hiện 2-3 năm, do chủ đầu tư và chính quyền địa phương phối hợp.

  5. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, hướng dẫn người dân về quản lý nước mưa, bảo vệ hệ thống tiêu thoát nước và ứng phó với ngập úng. Thực hiện liên tục, do chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quy hoạch đô thị và kiến trúc sư: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu và giải pháp thiết kế hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu, giúp tối ưu hóa quy hoạch hạ tầng kỹ thuật.

  2. Chính quyền địa phương và cơ quan quản lý tài nguyên nước: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch phát triển bền vững, nâng cao năng lực ứng phó với ngập úng và biến đổi khí hậu.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, thủy lợi: Cung cấp phương pháp luận, mô hình phân tích và dữ liệu thực tế phục vụ nghiên cứu chuyên sâu về tiêu thoát nước đô thị.

  4. Chủ đầu tư và doanh nghiệp phát triển bất động sản: Hỗ trợ đánh giá rủi ro ngập úng, thiết kế hệ thống hạ tầng kỹ thuật phù hợp, đảm bảo an toàn và bền vững cho dự án.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xét đến biến đổi khí hậu trong thiết kế hệ thống tiêu thoát nước?
    Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất và cường độ các trận mưa lớn, gây áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát nước hiện có, nếu không điều chỉnh thiết kế sẽ dẫn đến ngập úng nghiêm trọng.

  2. Mô hình SWMM có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    SWMM giúp mô phỏng dòng chảy, lưu lượng nước mưa trong hệ thống tiêu thoát nước, từ đó đánh giá khả năng thoát nước và hiệu quả các giải pháp đề xuất.

  3. Lượng mưa ngày lớn nhất tại Ecopark là bao nhiêu?
    Theo số liệu quan trắc, lượng mưa ngày lớn nhất có thể lên tới gần 400 mm, đặc biệt trong các trận mưa lịch sử như ngày 31/10/2008.

  4. Giải pháp nào ưu tiên để giảm ngập úng tại Ecopark?
    Ưu tiên nâng cấp, nạo vét hệ thống kênh tiêu và xây dựng trạm bơm công suất lớn để tăng khả năng tiêu thoát nước, kết hợp với hồ điều hòa và quản lý vận hành thông minh.

  5. Thời gian thực hiện các giải pháp đề xuất là bao lâu?
    Các giải pháp chính dự kiến hoàn thành trong khoảng 1-3 năm, tùy theo quy mô và tính cấp thiết của từng hạng mục.

Kết luận

  • Biến đổi khí hậu làm gia tăng lượng mưa cực đoan và mực nước sông, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tiêu thoát nước mưa tại khu đô thị Ecopark.
  • Hệ thống kênh tiêu hiện trạng bị bồi lắng, mặt cắt giảm, trạm bơm chưa đáp ứng được lưu lượng nước mưa lớn.
  • Mô hình SWMM cho thấy nguy cơ ngập úng cao khi xảy ra mưa lớn với tần suất 2% (chu kỳ 50 năm).
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống kênh, trạm bơm, xây dựng hồ điều hòa và áp dụng quản lý vận hành thông minh để cải thiện khả năng tiêu thoát nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống tiêu thoát nước đô thị trong điều kiện biến đổi khí hậu, góp phần phát triển bền vững khu đô thị Ecopark và các khu vực lân cận.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục cập nhật dữ liệu và mô hình để điều chỉnh phù hợp với diễn biến biến đổi khí hậu trong tương lai.