Luận án tiến sĩ: Ứng dụng kỹ thuật sinh thái để giảm nhẹ tác động ngập lụt tại TP.HCM

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sinh thái giảm nhẹ tác động của ngập lụt tại thành phố hồ chí minh, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề xuất

• Tác giả: Huỳnh Lưu Trùng Phùng
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Kỳ Phùng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Sinh thái học
• Đề tài: Giảm nhẹ tác động ngập lụt tại TP.HCM bằng kỹ thuật sinh thái
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về ngập lụt đô thị
• 1.2. Những nguyên nhân cơ bản gây nên tình trạng ngập lụt đô thị
• 1.3. Phân cấp các điểm ngập theo quy định hiện hành
• 1.4. Tổng quan về các giải pháp giảm ngập
• 1.5. Tổng quan về nghiên cứu các giải pháp giải quyết ngập lụt đô thị trên thế giới
• 1.6. Tổng quan nghiên cứu về ngập lụt đô thị tại TP.
• 1.7. Tổng quan về các giải pháp sinh thái để nâng cao khả năng thích nghi và ứng phó ngập lụt đô thị
• 1.8. Công trình thiết kế theo phương pháp tiếp cận liên ngành (SUDS). Hạ tầng xanh trong giảm ngập lụt
• 1.9. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.9.1. Vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên của Thành phố Hồ Chí Minh
• 1.9.2. Vị trí địa lý
• 1.9.3. Đặc điểm tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh
• 1.9.4. Tổng quan khu vực nghiên cứu thí điểm về giải pháp sinh thái giảm ngập
• 1.10. Tổng quan về tình hình ngập trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh
• 1.10.1. Tình hình ngập do mưa trên địa bàn thành phố
• 1.10.2. Tình hình ngập do triều trên địa bàn thành phố
• 1.11. Hệ thống thoát nước hiện hữu và quy hoạch hệ thống thoát nước
• 1.11.1. Quy mô hệ thống thoát nước hiện hữu
• 1.11.2. Quy hoạch hệ thống thoát nước của Thành phố. Các quy hoạch hiện nay so với thực tiễn của Thành phố
• 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cách tiếp cận
• 2.2. Dữ liệu bản đồ
• 2.3. Dữ liệu khí tượng – thủy văn
• 2.4. Dữ liệu mạng lưới thoát nước hiện trạng
• 2.5. Các tài liệu liên quan khác
• 2.6. Các nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.7. Đánh giá hiện trạng và nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• 2.7.1. Phương pháp ứng dụng mô hình toán
• 2.7.2. Phương pháp GIS
• 2.8. Ứng dụng kỹ thuật sinh thái để giảm thiểu tình trạng ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh
• 2.8.1. Kỹ thuật cây xanh đường phố (Green-Roads- GRs)
• 2.8.2. Kỹ thuật sinh thái JW (Jui-Wen Chen)
• 2.8.3. Kỹ thuật hồ sinh thái
• 2.8.4. Tạo mảng xanh đô thị
• 2.8.5. Đánh giá tính khả thi trong việc áp dụng 3 kỹ thuật sinh thái
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đánh giá hiện trạng và nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh trong bối cảnh biến đổi khí hậu
• 3.1.1. Đánh giá hiện trạng ngập của khu vực TP.
• 3.1.2. Thông số thiết kế mô hình và thiết lập thời gian tính toán
• 3.1.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11
• 3.1.4. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE FLOOD
• 3.1.5. Kết quả tính toán ngập hiện trạng
• 3.1.6. Bản đồ ngập hiện trạng khu vực TP.
• 3.1.7. Đánh giá nguy cơ ngập tại TP. HCM đến năm 2030 theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP 4
• 3.1.8. Đánh giá nguy cơ ngập theo kịch bản RCP 4
• 3.1.9. Đánh giá nguy cơ ngập cho khu vực TPHCM theo kịch bản phát thải cao RCP 8
• 3.2. Ứng dụng kỹ thuật sinh thái để giảm thiểu tình trạng ngập tại Thành Phố Hồ Chí Minh, tính toán cho trường hợp cụ thể
• 3.2.1. Đánh giá tình trạng ngập khu vực phường Bình An theo hiện trạng sử dụng đất
• 3.2.2. Đánh giá nguy cơ ngập khu vực phường Bình An theo kịch bản phát thải trung bình thấp RCP 4
• 3.2.3. Đánh giá nguy cơ ngập khu vực phường Bình An theo kịch bản phát thải cao RCP 8
• 3.2.4. Đánh giá tính khả thi áp dụng kỹ thuật sinh thái giảm ngập phường Bình An
• 3.2.4.1. Đánh giá tính khả thi áp dụng kỹ thuật sinh thái giảm ngập theo hiện trạng
• 3.2.4.2. Đánh giá tính khả thi áp dụng kỹ thuật sinh thái giảm ngập theo kịch bản RCP 4
• 3.2.4.3. Đánh giá tính khả thi áp dụng kỹ thuật sinh thái giảm ngập theo kịch bản RCP 8
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ngập lụt tại TP

Ngập lụt tại TP.HCM là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống và phát triển kinh tế của thành phố. Thành phố này nằm trong vùng có địa hình thấp, dễ bị ảnh hưởng bởi triều cường và biến đổi khí hậu. Theo báo cáo, khoảng 60% diện tích thành phố có độ cao dưới 1,5m, khiến cho tình trạng ngập lụt trở nên phổ biến. Các nguyên nhân chính bao gồm sự gia tăng đô thị hóa, hệ thống thoát nước không đủ khả năng, và tác động của biến đổi khí hậu. Chính quyền thành phố đã thực hiện nhiều biện pháp như xây dựng hồ điều tiết và cống kiểm soát triều, nhưng vẫn chưa đủ để giải quyết triệt để vấn đề này. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp mới, đặc biệt là kỹ thuật sinh thái, là cần thiết để giảm thiểu tác động của ngập lụt.

1.1. Nguyên nhân gây ngập lụt

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ngập lụt tại TP.HCM bao gồm sự gia tăng dân số và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng. Hệ thống thoát nước hiện tại không theo kịp với sự phát triển, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn và ngập úng. Thêm vào đó, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng làm gia tăng nguy cơ ngập lụt. Theo các kịch bản dự báo, nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời, nhiều khu vực sẽ tiếp tục bị ngập nặng trong tương lai. Việc áp dụng kỹ thuật sinh thái có thể giúp cải thiện khả năng thoát nước và giảm thiểu tác động của ngập lụt.

II. Giải pháp sinh thái trong quản lý ngập lụt

Giải pháp kỹ thuật sinh thái được xem là một trong những phương pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động của ngập lụt tại TP.HCM. Các giải pháp này bao gồm việc tạo ra các không gian xanh, xây dựng hồ sinh thái, và áp dụng các công trình xanh như cây xanh đường phố. Những giải pháp này không chỉ giúp cải thiện khả năng thoát nước mà còn tạo ra môi trường sống tốt hơn cho cư dân. Việc áp dụng các giải pháp này cần được kết hợp với quy hoạch đô thị bền vững, nhằm đảm bảo tính khả thi và hiệu quả lâu dài. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp các giải pháp sinh thái có thể giảm thiểu đáng kể tình trạng ngập lụt, đồng thời nâng cao chất lượng môi trường sống.

2.1. Tạo không gian xanh

Tạo không gian xanh là một trong những giải pháp quan trọng trong việc giảm ngập lụt tại TP.HCM. Các công viên, vườn cây, và các khu vực xanh không chỉ giúp hấp thụ nước mưa mà còn tạo ra môi trường sống trong lành cho cư dân. Việc trồng cây xanh trên các tuyến đường và khu vực công cộng có thể giúp giảm thiểu lượng nước mưa chảy tràn vào hệ thống thoát nước. Nghiên cứu cho thấy rằng các khu vực có nhiều cây xanh thường ít bị ngập hơn so với các khu vực không có. Do đó, việc phát triển không gian xanh cần được ưu tiên trong quy hoạch đô thị.

III. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp

Đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật sinh thái trong việc giảm ngập lụt tại TP.HCM là rất cần thiết. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các giải pháp này có thể giảm thiểu đáng kể tình trạng ngập lụt, đồng thời cải thiện chất lượng môi trường. Việc sử dụng mô hình hóa để tính toán nguy cơ ngập và hiệu quả của các giải pháp sinh thái là một phương pháp hữu ích. Kết quả cho thấy rằng các khu vực áp dụng giải pháp sinh thái có khả năng thoát nước tốt hơn và ít bị ngập hơn. Điều này chứng tỏ rằng việc đầu tư vào các giải pháp sinh thái không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn có giá trị kinh tế lâu dài.

3.1. Mô hình hóa và tính toán hiệu quả

Mô hình hóa là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật sinh thái. Các mô hình như MIKE NAM, MIKE FLOOD, và MIKE URBAN được sử dụng để tính toán nguy cơ ngập và hiệu quả của các giải pháp. Kết quả từ các mô hình này cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp sinh thái có thể giảm thiểu đáng kể độ sâu ngập trong các khu vực trọng điểm. Việc sử dụng mô hình hóa không chỉ giúp đánh giá hiện trạng mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch và triển khai các giải pháp giảm ngập hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài

Hiện tượng ngập lụt đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh là vấn đề mang tính chiến lược, tác động trực tiếp đến đời sống dân sinh và các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở khu vực hạ lưu lưu vực sông Đồng Nai - Sài Gòn, giáp Biển Đông, với khoảng 60% diện tích có cao độ tự nhiên từ 1,5 m trở xuống. Thành phố được xếp vào danh sách 10 đô thị trên toàn cầu chịu nguy cơ cao nhất trước tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Bên cạnh đó, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng làm gia tăng mức độ bê tông hóa bề mặt, kết hợp với các hiện tượng sụt lún nền đất và sạt lở bờ sông, khiến tình trạng ngập lụt nội đô diễn biến ngày càng phức tạp.

Trong nhiều năm qua, chính quyền Thành phố Hồ Chí Minh đã triển khai nhiều giải pháp công trình như xây dựng đê bao, cống ngăn triều, trạm bơm, hồ điều tiết và nạo vét hệ thống kênh rạch. Mặc dù các công trình này đã phát huy một phần tác dụng, chúng vẫn chưa giải quyết triệt để tình trạng ngập lụt do phụ thuộc vào nguồn kinh phí lớn, việc thi công kéo dài và sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan. Việc tiếp cận các giải pháp hạ tầng xanh và kỹ thuật sinh thái nhằm tăng cường khả năng thấm, trữ nước tại chỗ và làm chậm dòng chảy mặt là hướng đi cần thiết để bổ trợ cho hệ thống công trình thoát nước hiện hữu. Đề tài "Ứng dụng kỹ thuật sinh thái giảm nhẹ tác động của ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh" được tác giả Huỳnh Lưu Trùng Phùng thực hiện nhằm làm rõ cơ sở khoa học và định lượng hiệu quả giảm ngập của tổ hợp kỹ thuật sinh thái tại một địa bàn cụ thể.

Khoảng trống nghiên cứu

Các giải pháp giảm ngập truyền thống tại Thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu tập trung vào "giải pháp xám" (công trình cứng) nhằm dẫn thoát nước ra khỏi đô thị càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên, cách tiếp cận này bộc lộ nhiều điểm hạn chế khi hệ thống cống bị quá tải hoặc gặp đỉnh triều cường. Các nghiên cứu trước đây về thoát nước đô thị tại thành phố phần lớn tập trung vào đánh giá nguyên nhân do mưa, triều cường hoặc đề xuất quy hoạch công trình thủy lợi, chưa đánh giá định lượng tính khả thi của việc ứng dụng các kỹ thuật sinh thái kết hợp trong điều kiện phát triển đô thị mới. Việc thiếu hụt các nghiên cứu ứng dụng chuỗi mô hình toán thủy văn - thủy lực chi tiết để mô phỏng, kiểm chứng hiệu quả giảm ngập của các giải pháp sinh thái cụ thể theo các kịch bản biến đổi khí hậu là khoảng trống nghiên cứu chính mà luận án hướng tới giải quyết.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu đề xuất các phương pháp ứng dụng kỹ thuật sinh thái để giảm nhẹ tác động của ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu cụ thể được xác định gồm 3 nội dung:

1. Làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn trong việc nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật sinh thái trong việc giảm nhẹ tác động của ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Đánh giá hiện trạng và nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2030 theo các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
3. Đánh giá khả năng ứng dụng các giải pháp sinh thái để giảm thiểu tình trạng ngập, tính toán hiệu quả giảm ngập sau khi sử dụng giải pháp tại một khu vực cụ thể; trên cơ sở các kết quả tính toán, đề xuất một số giải pháp sinh thái phù hợp với điều kiện khu vực.

Câu hỏi nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu của luận án tập trung giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu:

1. Thực trạng và nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay như thế nào?
2. Những khu vực ngập đáng quan tâm và yếu tố nào ảnh hưởng đến tình trạng ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh?
3. Giải pháp sinh thái nào phù hợp và cần được thực hiện để giải quyết tình trạng ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Tính khả thi và tiềm năng ứng dụng các giải pháp sinh thái trong việc giảm thiểu tác động của ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh; trọng tâm là tình trạng ngập lụt đô thị.
• Phạm vi không gian: Toàn bộ khu vực Thành phố Hồ Chí Minh; địa điểm chọn tính toán cụ thể hiệu quả giảm ngập của các giải pháp sinh thái là phường An Khánh (khu vực phường Bình An trước đây), thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi thời gian và kịch bản: Đánh giá hiện trạng và dự báo nguy cơ ngập đến năm 2030 theo kịch bản phát thải trung bình thấp (RCP 4.5) và kịch bản phát thải cao (RCP 8.5) dựa trên kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng của Bộ Tài nguyên và Môi trường; chu kỳ lặp lại mưa thiết kế $P = 10$ năm; sử dụng dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn thực tế các năm 2009, 2015, 2016 (trận mưa ngày 26/9/2016) và 2018 (trận mưa ngày 25/11/2018).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế về quản lý ngập lụt đô thị

Văn bản luận án điểm lại quá trình phát triển của các giải pháp quản lý ngập lụt trên thế giới qua hai nhóm tiếp cận chính:

Nhóm giải pháp công trình: Lịch sử quản lý thoát nước đô thị từng dựa nhiều vào hệ thống đê bao, đập ngăn triều và hồ điều tiết nhân tạo. Luận án thống kê quy mô hệ thống đê chống lũ tại nhiều quốc gia: hệ thống đê sông Mississippi tại Hoa Kỳ (chiều dài 3.200 km); hệ thống đê biển tại Hà Lan (chiều dài 16.493 km); hệ thống đê tại Trung Quốc (khoảng 278.000 km), trong đó đê bao thành phố Hạ Môn dài 226 km; hệ thống đê tại Bangladesh (khoảng 10.000 km) và Thái Lan (khoảng 900 km); hàng rào chắn ngập Saint Petersburg tại Nga. Bên cạnh đê bao, các công trình hồ trữ nước nhân tạo được triển khai như đập chắn nước Marina tại Singapore, hệ thống hồ trữ ngầm trong đô thị tại Nhật Bản, hồ điều tiết Yuan Dang tại Trung Quốc. Về mặt kiến trúc công trình, giải pháp nhà sàn (Pilotis) hoặc sử dụng tầng trệt chống thấm làm khu vực chức năng phụ trợ thích ứng với ngập nước được áp dụng tại Hà Lan và Singapore.

Nhóm giải pháp phi công trình, hạ tầng xanh và quản lý thích ứng: Luận án phân tích xu hướng chuyển dịch từ quan điểm "chống chịu" (engineering resilience - duy trì hệ thống dựa vào công nghệ và công trình cứng) sang quan điểm "đàn hồi sinh thái" (ecological resilience - dựa vào khả năng tự cân bằng và duy trì của hệ sinh thái, bắt nguồn từ nghiên cứu của Holling từ thập niên 1970). Văn bản dẫn chứng nghiên cứu của Brown và cộng sự về khung chuyển đổi nước đô thị gồm 6 trạng thái phát triển hướng đến đô thị nhạy cảm với nước (water sensitive city) như kinh nghiệm của Úc, Anh, Mỹ, Canada. Mô hình WEAP (Water Evaluation and Planning System) do Viện Môi trường Stockholm (Thụy Điển) phát triển cũng được điểm lại như công cụ hỗ trợ quy hoạch thoát nước tích hợp.

Các kỹ thuật sinh thái và phát triển đô thị giảm thiểu tác động được luận án tổng kết qua các mô hình:

• BMPs (Best Management Practices)
• SUDS (Sustainable Drainage System): phương pháp tiếp cận liên ngành qua khía cạnh "3E" gồm Kỹ thuật (Engineering), Môi trường (Environment) và Kinh tế (Economic).
• BIOECODS (Hệ thống thoát nước sinh thái)
• LID (Low Impact Development): quản lý nước mưa tại nguồn, tăng cường thấm và giảm dòng chảy mặt. Luận án dẫn chứng nghiên cứu của Jung-min Lee (2012) tại Hàn Quốc về việc ứng dụng rãnh thấm, ô trữ sinh học và thùng thu gom nước mưa; công viên Chulalongkorn Centenary tại Bangkok (Thái Lan) có khả năng thu gom và lưu trữ khoảng 1 triệu gallon nước mưa; các giải pháp sinh thái tại Koh Mueng (Thái Lan).

Các nghiên cứu trong nước và tại Thành phố Hồ Chí Minh

Tại Việt Nam, luận án tổng hợp các hướng nghiên cứu đã thực hiện trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh:

• Nghiên cứu cơ sở khoa học và cải tạo kênh rạch: Các công trình khảo sát chế độ thủy văn, khảo sát và xây dựng bản đồ lấy mẫu bùn nạo vét, đánh giá khả năng giảm thiểu ô nhiễm kênh rạch phục vụ các dự án cải thiện môi trường nước.
• Nghiên cứu tính toán thủy lực và dòng chảy đô thị: Các nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực kênh rạch, phân vùng ngập và tiêu thoát nước kết hợp GIS. Điển hình là nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE MOUSE để phân tích ảnh hưởng của hạ tầng thoát nước tới tình trạng ngập, tuy nhiên tác giả luận án chỉ ra rằng nghiên cứu này chưa xem xét yếu tố lũ từ Đồng bằng sông Cửu Long, quá trình đô thị hóa và hiện tượng lún sụt mặt đất.
• Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thoát nước bền vững: Tác giả Đoàn Cảnh nghiên cứu xây dựng "Chiến lược Tiêu thoát nước đô thị bền vững ở TP. Hồ Chí Minh", thử nghiệm 3 giải pháp gồm chắn lọc sinh học, mương thấm lọc thực vật (infiltration trench) và hồ sinh thái; trong đó hồ sinh thái công viên có khả năng xử lý dòng chảy mặt cho tiểu lưu vực rộng hơn 25 ha.
• Các dự án công trình thực tế: Dự án Vệ sinh môi trường TP.HCM (lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè); Dự án Cải thiện môi trường nước TP.HCM (lưu vực Tàu Hũ - Bến Nghé - Đôi - Tẻ); Dự án cải tạo rạch Hàng Bàng; Dự án Nâng cấp đô thị (lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm); dự án tiền khả thi Tuyến đê biển Vũng Tàu - Gò Công do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn nghiên cứu.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các bản quy hoạch trước đây như Quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước đến năm 2020 (Quyết định 752/QĐ-TTg ngày 19/6/2001) và Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực TP.HCM (Quyết định 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008) chủ yếu dựa vào số liệu cũ, chưa xét đến biến đổi khí hậu toàn diện và đã hết hạn thực hiện. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: thiết lập chuỗi mô hình toán thủy văn - thủy lực kết hợp liên kết (MIKE NAM, MIKE 11, MIKE URBAN, MIKE 21, MIKE FLOOD) để đánh giá chi tiết nguy cơ ngập cấp lưu vực theo các kịch bản biến đổi khí hậu mới (RCP 4.5 và RCP 8.5), đồng thời định lượng hóa khả năng giảm ngập của tổ hợp 3 kỹ thuật sinh thái (Green Roads, kết cấu JW, hồ sinh thái) tại khu vực đô thị mới (phường Bình An, thành phố Thủ Đức).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

• Hệ thống thoát nước bền vững (SUDS): Dựa trên nguyên lý "3E", kiểm soát dòng chảy tại nguồn, làm chậm thời gian tập trung dòng chảy, duy trì các đặc tính tự nhiên của lưu vực thông qua thấm lọc, thu gom và phân tán nước mưa.
• Phát triển giảm thiểu tác động (LID): Coi nước mưa là tài nguyên, ứng dụng thảm thực vật, bồn trữ và bề mặt thấm nhằm giảm thiểu diện tích không thấm nước phát sinh do quá trình đô thị hóa.
• Khái niệm đô thị đàn hồi (Urban Resilience): Tập trung vào khả năng tự hấp thụ, duy trì trạng thái cân bằng và phục hồi của hệ thống đô thị trước các tác động bất lợi của thiên tai và biến đổi khí hậu.
• Tiêu chuẩn phân cấp điểm ngập: Áp dụng theo Công văn số 338/BXD-KTQH ngày 10/03/2003 của Bộ Xây dựng: điểm ngập úng cục bộ nằm trong giới hạn cho phép khi độ sâu ngập tối đa không quá 30 cm và thời gian rút nước không quá 30 phút. Khu vực ngập đô thị được xác định khi thể tích nước ngập lớn hơn 1.000 m³ (tương đương đoạn đường ngập dài 500 m, rộng 20 m, sâu 0,1 m, thời gian ngập kéo dài trên 30 phút sau mưa). Điểm ngập được phân thành 4 cấp: ngập nặng, ngập vừa, ngập nhẹ và không ngập.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp phương pháp mô hình hóa toán học, hệ thống thông tin địa lý (GIS) và phương pháp tính toán kỹ thuật sinh thái:

[Mô hình MIKE NAM] (Thủy văn mưa - dòng chảy)
                       [Mô hình MIKE FLOOD]
                       [Mô hình MIKE 21] (Dòng tràn bề mặt 2D)

1. Phương pháp ứng dụng mô hình toán:

   • MIKE NAM: Mô hình thủy văn thông số tập trung, mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên các tiểu lưu vực, xác định lượng dòng chảy mặt và bổ cấp nước ngầm.
   • MIKE 11: Mô hình thủy lực 1 chiều, mô phỏng dòng chảy trong hệ thống sông, kênh rạch chính chịu tác động của thủy triều và điều tiết xả lũ từ hồ thượng nguồn; thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định tại các trạm thủy văn chính (Phú An, Nhà Bè, Đồng Tranh).
   • MIKE URBAN: Mô phỏng mạng lưới thoát nước đô thị gồm các tuyến cống cấp 2, cấp 3, cửa xả, van ngăn triều và trạm bơm.
   • MIKE 21 và MIKE FLOOD: Mô hình 2 chiều mô phỏng dòng chảy tràn trên bề mặt địa hình đô thị. MIKE FLOOD đóng vai trò kết nối liên kết bên (lateral links) giữa kênh rạch trong MIKE 11 với ô lưới bề mặt MIKE 21, đồng thời kết nối các hố ga của mạng lưới cống MIKE URBAN với bề mặt MIKE 21 nhằm mô phỏng hiện tượng nước tràn ngược lên mặt đường khi cống quá tải.

2. Phương pháp GIS:

   • Ứng dụng phần mềm GIS để xử lý bản đồ địa hình (DEM), bản đồ giao thông, bản đồ thủy hệ và bản đồ quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ).
   • Xác định cao độ xây dựng khống chế ($H_{xd}$), tính toán độ nhám bề mặt phủ cho từng loại đất và biên tập bản đồ phân vùng ngập úng theo các kịch bản.

3. Phương pháp ứng dụng kỹ thuật sinh thái: Luận án thiết kế và tính toán thông số kỹ thuật cho tổ hợp các giải pháp sinh thái:

   • Kỹ thuật cây xanh đường phố (Green-Roads - GRs): Bố trí các bồn cây, thảm thực vật dọc vỉa hè để thu gom và lọc nước mưa mặt đường.
   • Kỹ thuật sinh thái JW (Jui-Wen Chen): Cấu trúc mặt đường thấm kết hợp hệ thống ống ngầm rỗng ruột bên dưới, tạo không gian lưu trữ nước tạm thời và thẩm thấu bổ cập nước ngầm.
   • Kỹ thuật hồ sinh thái: Thiết kế hồ điều hòa cảnh quan kết hợp thực vật thủy sinh để trữ nước tạm thời khi mưa lớn và cải thiện chất lượng nước.
   • Tạo mảng xanh đô thị: Mở rộng bề mặt thấm tự nhiên trong các khu dân cư.
   • Phương pháp đánh giá tính khả thi: Xác lập hệ số khả thi kỹ thuật áp dụng 3 kỹ thuật sinh thái theo kịch bản hiện trạng và hai kịch bản biến đổi khí hậu (RCP 4.5 và RCP 8.5).

Nguồn tư liệu và dữ liệu

• Dữ liệu bản đồ: Bản đồ địa hình, bản đồ giao thông, bản đồ thủy hệ và bản đồ quy hoạch sử dụng đất do Sở Xây dựng TP.HCM và Trung tâm Hệ thống thông tin Địa lý (GIS) TP.HCM cung cấp.
• Dữ liệu khí tượng - thủy văn: Dữ liệu mưa và mực nước tại các trạm quan trắc thủy văn năm 2009, 2015, trận mưa ngày 26/9/2016 và trận bão số 9 (Usagi) ngày 25/11/2018 do Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu cung cấp.
• Dữ liệu hạ tầng kỹ thuật: Số liệu thống kê mạng lưới thoát nước, cửa xả, van ngăn triều, cống kiểm soát triều và trạm bơm từ Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật TP.HCM.
• Kịch bản biến đổi khí hậu: Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành (dựa trên Báo cáo đánh giá lần thứ 5 - AR5 của IPCC).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày chi tiết về thực trạng ngập lụt đô thị, đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu, hiện trạng hệ thống thoát nước và đánh giá các bản quy hoạch thoát nước tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Về nguyên nhân gây ngập lụt đô thị: Tác giả hệ thống hóa thành 5 nhóm nguyên nhân:

1. Nguyên nhân tự nhiên: Tác động tổng hợp của biên độ bán nhật triều Biển Đông (đỉnh triều cao vào tháng 10-11 đạt bình quân 1,10 m), lượng mưa đối lưu lớn (trung bình 1.700 mm/năm, 90% tập trung từ tháng 5 đến tháng 11) và lũ thượng nguồn từ lưu vực sông Đồng Nai - Sài Gòn (khi các hồ Trị An, Dầu Tiếng xả lũ).
2. Nguyên nhân hạ tầng thoát nước: Hệ thống cống cũ kỹ, chắp vá, hơn 60 km cống vòm xây dựng từ thời Pháp (những năm 1870) đã xuống cấp; thiếu đồng bộ giữa các khu đô thị mới và cũ; việc bê tông hóa làm mất các vùng trũng trữ nước tự nhiên; thảm thực vật ven kênh rạch bị thu hẹp.
3. Nguyên nhân quy hoạch: Tốc độ đô thị hóa nhanh thiếu kiểm soát, san lấp kênh rạch làm giảm khả năng thoát nước, công tác quy hoạch chưa lồng ghép đầy đủ yếu tố biến đổi khí hậu.
4. Nguyên nhân quản lý đô thị: Năng lực quản lý còn lúng túng, giải pháp xử lý mang tính cục bộ "ngập úng ở khu vực nào thì giải quyết ở khu vực đó", công tác nạo vét duy tu chưa đáp ứng yêu cầu.
5. Nguyên nhân ý thức cộng đồng: Tình trạng xả rác thải bừa bãi làm tắc nghẽn miệng cống, lấn chiếm hành lang kênh rạch và khai thác nước ngầm quá mức gây lún sụt.

Về đặc điểm tự nhiên và địa hình Thành phố Hồ Chí Minh: Thành phố có tọa độ từ 10°10' đến 10°38' Bắc và 106°22' đến 106°54' Đông. Hệ thống sông rạch có tổng chiều dài 7.955 km, chiếm 16% diện tích mặt nước, mật độ dòng chảy trung bình 3,80 km/km². Tốc độ lún sụt mặt đất trong 10 năm đạt trên 10 cm trên phạm vi diện tích 239 km²; giai đoạn 2005-2015, mốc tại phường An Lạc (Quận Bình Tân) lún 73 cm, mốc tại xã Tân Túc (huyện Bình Chánh) lún 44 cm.

Dạng địa hình	Phạm vi phân bố	Cao độ mặt đất	Tỷ lệ diện tích
Gò triền lượn sóng cao	Củ Chi, Hóc Môn, Bắc Thủ Đức, Bắc Bình Chánh	Trên 10 m	11%
Gò triền lượn sóng trung bình	Củ Chi, Hóc Môn, Bắc Thủ Đức, Bắc Bình Chánh	Từ 4 m đến 10 m	19%
Địa hình dạng thấp	Dọc sông Sài Gòn (Thủ Đức, Hóc Môn), Nam Bình Chánh	Từ 2 m đến 4 m	15%
Địa hình trũng thấp	Nam Củ Chi, Tây Bình Chánh, Nam Nhà Bè, Cần Giờ	Dưới 2 m (0 - 2 m)	55%

Về hiện trạng hạ tầng tiêu thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh: Hệ thống cống thoát nước có tổng chiều dài trên 4.000 km, trong đó Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật thành phố quản lý 718 tuyến cống cấp 2 và cấp 3 với chiều dài 1.xxx m; Ủy ban nhân dân các quận, huyện quản lý 10.554 tuyến cống cấp 3, cấp 4 và hẻm nhánh với chiều dài 2.xxx m. Các công trình tiêu thoát nước hiện hữu gồm:

• Tuyến cống bao: 2 tuyến dài 11.893 m; 3 hệ thống cống thu gom.
• Cửa xả và van ngăn triều: 1.224 cửa xả, 523 van ngăn triều.
• Cống kiểm soát triều lớn: 09 cống (Bình Triệu, Ông Dầu, Thủ Đức, Gò Dưa, Đúc Nhỏ, Rạch Đá, Đá Hàn, Ông Đụng, Ba Thôn).
• Cống kiểm soát triều kết hợp trạm bơm: 04 cống (Bình Lợi, Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Rạch Nhảy – Ruột Ngựa, Rạch Lăng) với tổng công suất 476.800 m³/giờ.
• Hồ điều tiết: Hồ Thanh Đa (công suất trạm bơm 3.520 m³/giờ) và hồ Mễ Cốc 1 (công suất trạm bơm 16.520 m³/giờ).
• Trạm bơm: 01 trạm bơm cố định Bến Phú Lâm (công suất 54.000 m³/giờ) và 08 trạm bơm di động (tổng công suất 12.xxx m³/giờ).

Về khu vực nghiên cứu thí điểm: Phường An Khánh (thuộc thành phố Thủ Đức) được thành lập trên cơ sở sáp nhập phường Bình An và phường Bình Khánh theo Nghị quyết số 1111/NQ-UBTVQH14 ngày 09/12/2020 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội. Phường có diện tích 4,02 km², mật độ dân số đạt 6.626 người/km², dân số năm 2021 là khoảng 26 nghìn người. Luận án chọn khu vực phường Bình An trước đây để tính toán mô phỏng chi tiết các giải pháp sinh thái.

Đánh giá các quy hoạch thoát nước: Luận án phân tích sự bất cập của Quy hoạch 752/QĐ-TTg ngày 19/6/2001 (chỉ áp dụng cho 581,52 km² vùng trung tâm và cận trung tâm, thông số đầu vào không xét biến đổi khí hậu và đã hết hạn năm 2020) và Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 (phạm vi 968.500 ha bao gồm TP.HCM, Đồng Nai, Long An), chỉ ra sự thiếu đồng bộ giữa các quy hoạch với thực tiễn phát triển đô thị.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả cách tiếp cận logic, các bước xây dựng mô hình toán và thiết kế kỹ thuật sinh thái:

• Thiết lập mô hình toán thủy lực:
  • Thiết lập thông số và biên tính toán cho mô hình MIKE 11 trên hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn, kênh rạch nội thành; sử dụng dữ liệu quan trắc mực nước tại các trạm Phú An, Nhà Bè, Đồng Tranh để hiệu chỉnh và kiểm định.
  • Xây dựng mạng lưới cống ngầm trong MIKE URBAN dựa trên cơ sở dữ liệu đường ống, giếng thăm và cửa xả hiện trạng.
  • Xây dựng mô hình 2 chiều MIKE 21 trên nền bản đồ độ cao DEM kết hợp bản đồ sử dụng đất để gán nhám mặt phủ.
  • Tích hợp mô hình MIKE FLOOD: thiết lập các liên kết bên để chuyển nước từ sông vào ô lưới tràn khi mực nước sông vượt đỉnh bờ kè, và liên kết giếng thu để chuyển nước tràn ngược từ hệ thống cống lên mặt đường khi cống bị đầy ứ.
• Quy trình thiết kế các giải pháp kỹ thuật sinh thái:
  • Green-Roads (GRs): Bố trí hệ thống thu gom nước mặt đường dẫn qua các dải cây xanh và bồn thấm lọc sinh học nhằm làm giảm lưu lượng đỉnh dòng chảy mặt.
  • Kỹ thuật JW (Jui-Wen Chen): Thiết lập cấu trúc vật liệu rỗng bên dưới mặt đường, tăng hệ số rỗng để trữ nước tạm thời và phân tán dòng thấm xuống đất nền, bổ cấp cho tầng chứa nước ngầm.
  • Hồ sinh thái: Tính toán dung tích trữ nước kết hợp với thực vật thủy sinh nhằm điều hòa dòng chảy mưa cho tiểu lưu vực.
  • Tạo mảng xanh đô thị: Quy hoạch tỷ lệ diện tích thấm trong các khu dân cư mới để giảm thiểu hệ số dòng chảy mặt tràn.
• Đánh giá tính khả thi: Xây dựng phương pháp tính toán hệ số khả thi kỹ thuật áp dụng 3 kỹ thuật sinh thái theo kịch bản hiện trạng và kịch bản biến đổi khí hậu (RCP 4.5 và RCP 8.5) tại phường Bình An.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 trình bày các kết quả tính toán mô phỏng ngập và đánh giá hiệu quả của các giải pháp sinh thái:

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

• Mô hình MIKE 11 đạt kết quả kiểm định tốt với số liệu mực nước thực đo tại trạm Nhà Bè, trạm Phú An và trạm Đồng Tranh trong tháng 9.
• Mô hình MIKE FLOOD mô phỏng kiểm định thành công trận mưa ngày 26/9/2016 và trận mưa bão ngày 25/11/2018; kết quả trắc dọc mực nước cao nhất tại một số tuyến đường bị ngập phù hợp với thực tế quan trắc ngập cục bộ tại lưu vực trung tâm và lưu vực Đông thành phố.

Đánh giá nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2030:

• Kịch bản hiện trạng: Mô phỏng trận mưa thiết kế chu kỳ lặp lại $P = 10$ năm kết hợp triều cường; xác định các vùng trũng thấp bị ngập cục bộ, tập trung tại lưu vực trung tâm và các khu vực ven sông thuộc thành phố Thủ Đức, Quận 7, Quận 8, Bình Chánh, Nhà Bè.
• Kịch bản RCP 4.5: Mực nước triều dâng kết hợp lượng mưa thiết kế gia tăng làm tăng diện tích ngập và độ sâu ngập trên các trục đường chính tại lưu vực Đông và vùng ven.
• Kịch bản RCP 8.5: Nguy cơ ngập mở rộng nghiêm trọng về cả diện tích và thời gian ngập; diễn biến tổng độ sâu ngập tại các tuyến đường tăng cao, đòi hỏi các giải pháp can thiệp thích ứng kịp thời.

Ứng dụng kỹ thuật sinh thái tại phường Bình An (thành phố Thủ Đức):

• Đánh giá hiện trạng sử dụng đất và tình trạng ngập tại phường Bình An cho thấy nhiều khu vực trũng cục bộ bị ngập khi mưa lớn kết hợp triều cao.
• Mô phỏng ngập theo kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5 khi chưa áp dụng giải pháp sinh thái cho thấy độ sâu ngập và diện tích ngập tại phường Bình An tăng rõ rệt so với hiện trạng.
• Mô phỏng ứng dụng tổ hợp 3 kỹ thuật sinh thái (Green Roads, kỹ thuật JW và hồ sinh thái): Đường quá trình lưu lượng mô phỏng trận mưa ngày 25/11/2018 cho thấy khi ứng dụng kỹ thuật sinh thái, đỉnh lưu lượng dòng chảy mặt giảm đáng kể, thời gian tập trung dòng chảy kéo dài ra, áp lực thoát nước lên hệ thống cống và kênh rạch giảm rõ rệt.
• Đánh giá tính khả thi: Tác giả xây dựng bảng tổng hợp hệ số khả thi áp dụng 3 kỹ thuật sinh thái giảm ngập tại phường Bình An qua 3 kịch bản: hiện trạng, RCP 4.5 và RCP 8.5, khẳng định tiềm năng ứng dụng khả quan của các giải pháp sinh thái trong việc giảm nhẹ ngập lụt đô thị.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Thiết lập chuỗi mô hình toán liên kết đa cấp độ: Luận án tính toán và xây dựng bản đồ ngập dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu với mức độ chi tiết cao cho hệ thống thoát nước và độ phân giải mô hình tính toán ngập cấp lưu vực cũng như khu vực nghiên cứu cụ thể thông qua việc kết hợp các mô hình MIKE NAM, MIKE 11, MIKE URBAN, MIKE 21 và MIKE FLOOD.
2. Cơ sở khoa học về tổ hợp giải pháp sinh thái: Luận án xác định cơ sở khoa học của việc tiếp cận sinh thái giải quyết ngập lụt tập trung cho 01 khu vực cụ thể nhằm tăng cường năng lực thấm, làm chậm dòng chảy tràn trong bối cảnh phát triển cơ sở hạ tầng không đồng bộ ở các khu đô thị mới và chịu tác động của biến đổi khí hậu theo các kịch bản RCP 4.5 và RCP 8.5.
3. Làm rõ tính khả thi của kỹ thuật sinh thái: Luận án góp phần làm rõ tính khả thi và tiềm năng của việc ứng dụng kỹ thuật sinh thái (Green Roads, kết cấu JW, hồ sinh thái) trong việc giải quyết tình trạng ngập lụt đô thị thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào công trình thoát nước cứng truyền thống.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

1. Bản đồ nguy cơ ngập phục vụ quản lý: Cung cấp bản đồ ngập hiện trạng và bản đồ dự báo nguy cơ ngập đến năm 2030 cho Thành phố Hồ Chí Minh và khu vực phường Bình An (phường An Khánh) ứng với mưa thiết kế chu kỳ $P = 10$ năm theo hai kịch bản phát thải RCP 4.5 và RCP 8.5.
2. Định lượng hiệu quả giảm ngập tại địa bàn cụ thể: Đưa ra các số liệu định lượng cụ thể về việc cắt giảm đỉnh lưu lượng dòng chảy mặt và mức độ giảm ngập tại phường Bình An khi ứng dụng kỹ thuật sinh thái, cung cấp bằng chứng thực tế cho công tác thiết kế thoát nước đô thị.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Rà soát, cập nhật và điều chỉnh quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh nhằm thay thế Quy hoạch 752/QĐ-TTg đã hết hạn, mở rộng phạm vi quy hoạch ra toàn thành phố và tích hợp kịch bản biến đổi khí hậu mới.
• Kết hợp giải pháp công trình truyền thống với giải pháp phi công trình và kỹ thuật sinh thái trong các dự án phát triển đô thị; ưu tiên quy hoạch các dải cây xanh đường phố (Green Roads), mặt đường thấm JW và hồ điều tiết sinh thái trong các đồ án quy hoạch phân khu 1/2000 và quy hoạch chi tiết 1/500 tại thành phố Thủ Đức và các khu vực đô thị mới.
• Bảo tồn và khôi phục diện tích các vùng trũng thấp tự nhiên, ao hồ, hành lang ven sông kênh rạch nhằm duy trì khả năng tự điều tiết nước của lưu vực; kiểm soát việc san lấp mặt nước và quản lý chặt chẽ hoạt động khai thác nước ngầm để hạn chế sụt lún mặt đất.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Phạm vi tính toán chi tiết và kiểm chứng định lượng hiệu quả giảm ngập của các giải pháp sinh thái mới được thực hiện thí điểm tại một khu vực cụ thể là phường An Khánh (khu vực phường Bình An cũ), thành phố Thủ Đức; chưa thực hiện mô phỏng thực nghiệm đồng loạt tại các khu vực nội thành cũ có mật độ xây dựng dày đặc.
• Mô hình tính toán chủ yếu dựa trên các kịch bản mưa thiết kế và kịch bản biến đổi khí hậu định trước của Bộ Tài nguyên và Môi trường, chưa xét hết các biến số bất định phức tạp của hiện tượng sụt lún không đồng đều trên toàn địa bàn thành phố và tác động xả lũ đột xuất từ các hồ chứa thủy điện, thủy lợi thượng nguồn trong trường hợp xảy ra bão lũ cực đoan.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng phạm vi tính toán mô phỏng và đánh giá tính khả thi của tổ hợp kỹ thuật sinh thái sang các lưu vực đô thị khác có đặc điểm địa hình và địa chất công trình khác nhau, đặc biệt là dải địa hình trũng thấp phía Nam thành phố (Quận 7, Quận 8, huyện Nhà Bè, huyện Bình Chánh).
• Triển khai xây dựng các mô hình thí điểm thực địa ngoài hiện trường đối với kỹ thuật mặt đường thấm JW và bồn sinh thái đường phố để thu thập số liệu quan trắc dài hạn về hệ số thấm thực tế, độ bền vật liệu và hiệu quả xử lý chất lượng nước mưa chảy tràn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới tại Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng hưởng lợi từ kết quả nghiên cứu

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp luận tích hợp chuỗi mô hình toán thủy văn - thủy lực (MIKE NAM, MIKE 11, MIKE URBAN, MIKE FLOOD) kết hợp GIS trong nghiên cứu ngập lụt đô thị; bổ sung dữ liệu học thuật về ứng dụng kỹ thuật sinh thái (SUDS, LID) trong chuyên ngành Sinh thái học và Kỹ thuật môi trường.
• Cơ quan quản lý nhà nước và lập quy hoạch: Sở Xây dựng TP.HCM, Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật, Sở Tài nguyên và Môi trường, Viện Quy hoạch Xây dựng có cơ sở khoa học để rà soát quy hoạch thoát nước, xây dựng hướng dẫn kỹ thuật thiết kế hạ tầng xanh trong phát triển đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu.
• Đơn vị tư vấn và kỹ sư công trình đô thị: Tham khảo các thông số kỹ thuật và nguyên lý cấu tạo của kỹ thuật cây xanh đường phố (GRs), kết cấu rỗng thấm JW và hồ sinh thái để áp dụng vào thiết kế các dự án hạ tầng kỹ thuật đô thị mới.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những công cụ mô hình toán nào để mô phỏng và đánh giá nguy cơ ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh?

Tác giả sử dụng bộ phần mềm mô hình của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), bao gồm:

• MIKE NAM: Mô hình thủy văn mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên các lưu vực.
• MIKE 11: Mô hình thủy lực 1 chiều mô phỏng mạng lưới sông và kênh rạch chính.
• MIKE URBAN: Mô hình mô phỏng mạng lưới đường ống thoát nước ngầm đô thị.
• MIKE 21: Mô hình thủy lực 2 chiều mô phỏng dòng tràn bề mặt trên nền mô hình độ cao số (DEM).
• MIKE FLOOD: Công cụ tích hợp liên kết MIKE 11, MIKE URBAN và MIKE 21 thông qua các liên kết bên và liên kết giếng thu để mô phỏng ngập lụt đô thị toàn diện.

2. Khu vực nào được lựa chọn làm địa bàn tính toán thí điểm cụ thể cho giải pháp sinh thái và đặc điểm của khu vực này là gì?

Khu vực được lựa chọn là phường An Khánh (cụ thể là khu vực phường Bình An trước khi sáp nhập), thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu vực này có diện tích 4,02 km², mật độ dân số 6.626 người/km², dân số năm 2021 là khoảng 26 nghìn người. Đây là khu vực đô thị mới giáp sông Sài Gòn, có địa hình tương đối thấp và chịu tác động đồng thời của chế độ bán nhật triều và mưa lớn.

3. Những kỹ thuật sinh thái cụ thể nào được nghiên cứu và đề xuất ứng dụng trong luận án?

Luận án nghiên cứu và đề xuất tổ hợp các kỹ thuật sinh thái gồm:

1. Kỹ thuật cây xanh đường phố (Green-Roads - GRs): Thiết kế bồn cây và dải thực vật lọc ven đường để thu gom nước mặt.
2. Kỹ thuật sinh thái JW (Jui-Wen Chen): Ứng dụng kết cấu rỗng ruột dưới mặt phủ giúp nước mưa thẩm thấu nhanh và bổ cấp cho tầng nước ngầm.
3. Kỹ thuật hồ sinh thái: Xây dựng hồ điều hòa sinh thái kết hợp thực vật thủy sinh để trữ nước và cải thiện chất lượng nước.
4. Tạo mảng xanh đô thị: Tăng cường bề mặt thấm tự nhiên trong các đồ án quy hoạch sử dụng đất.

4. Theo văn bản luận án, những nguyên nhân chính nào gây nên tình trạng ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh?

Luận án xác định ngập lụt tại thành phố bắt nguồn từ 5 nhóm nguyên nhân:

• Điều kiện tự nhiên: Mưa đối lưu cường độ lớn, triều cường Biển Đông, lũ thượng nguồn sông Đồng Nai - Sài Gòn, cùng đặc điểm 60% diện tích có cao độ dưới 1,5 m.
• Hạn chế của hệ thống thoát nước: Hệ thống cống cũ kỹ, thiếu đồng bộ, hơn 60 km cống vòm thời Pháp xuống cấp, diện tích bê tông hóa tăng làm mất bề mặt thấm.
• Quy hoạch đô thị: Đô thị hóa tự phát, san lấp kênh rạch làm mất không gian trữ nước, quy hoạch thiếu lồng ghép biến đổi khí hậu.
• Năng lực quản lý: Xử lý mang tính chắp vá, duy tu nạo vét còn hạn chế.
• Ý thức người dân: Xả rác gây nghẹt cống, lấn chiếm lòng kênh và khai thác nước ngầm gây sụt lún đất nền (239 km² bị lún trên 10 cm trong 10 năm).

5. Vì sao Quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020 (Quyết định 752/QĐ-TTg) được đánh giá là không còn phù hợp với thực tiễn?

Văn bản luận án nêu rõ 3 lý do:

• Về thời hạn quy hoạch: Quy hoạch được phê duyệt từ năm 2001 với thời hạn đến năm 2020 và hiện đã hết hiệu lực nhưng chưa có quy hoạch mới thay thế.
• Về phạm vi quy hoạch: Quy hoạch 752 chỉ tính toán cho phạm vi 581,52 km² (vùng nội thành 106,41 km² và vùng ngoại vi 457,11 km², chiếm 28,38% diện tích tự nhiên thành phố), chưa bao quát các vùng đô thị mới mở rộng như Bình Tân, Tân Phú, Quận 12 và thành phố Thủ Đức.
• Về thông số đầu vào: Khi lập quy hoạch năm 2001, các thông số thiết kế chưa tính đến tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng của thành phố.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Huỳnh Lưu Trùng Phùng đã giải quyết bài toán ngập lụt đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh qua cách tiếp cận liên ngành kết hợp giữa mô hình hóa thủy lực - thủy văn và các giải pháp sinh thái. Nghiên cứu đã làm rõ hiện trạng ngập, dự báo nguy cơ ngập đến năm 2030 theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP 4.5 và RCP 8.5 bằng chuỗi mô hình tích hợp MIKE (NAM, 11, URBAN, 21, FLOOD) kết hợp GIS. Việc tính toán định lượng thành công tổ hợp kỹ thuật sinh thái (Green Roads, cấu trúc JW và hồ sinh thái) tại phường An Khánh (khu vực phường Bình An) đã chứng minh hiệu quả giảm đỉnh lũ dòng chảy tràn và giảm độ sâu ngập úng. Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học thực chứng hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc điều chỉnh quy hoạch thoát nước và phát triển hạ tầng xanh thích ứng bền vững với biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- HUỲNH LƯU TRÙNG PHÙNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI GIẢM NHẸ TÁC ĐỘNG CỦA NGẬP LỤT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH THÁI HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ---------------------------- HUỲNH LƯU TRÙNG PHÙNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SINH THÁI GIẢM NHẸ TÁC ĐỘNG CỦA NGẬP LỤT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 9 42 01 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH THÁI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Kỳ Phùng 2. Lê Công Nhất Phương THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2023 ii LỜI CÁM ƠN Sau thời gian tiến hành triển khai nghiên cứu, người viết đã hoàn thành nội dung luận án “Ứng dụng kỹ thuật sinh thái giảm nhẹ tác động của ngập lụt tại Thành phố Hồ Chí Minh”. Luận án được hoàn thành không chỉ là công sức của bản thân tác giả mà còn có sự giúp đỡ, hỗ trợ tích cực của nhiều cá nhân và tập thể.

Người viết xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, Quý Thầy, Cô giáo của Học viện Khoa học và Công nghệ đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Xin gửi lời tri ân tới Quý Thầy, Cô Viện Sinh học Nhiệt đới đã tận tình giảng dạy các môn chuyên ngành trong quá trình học tập, nghiên cứu tại Viện. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. Nguyễn Kỳ Phùng và TS.

Lê Công Nhất Phương đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn người viết trong suốt quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn các đơn vị: Phân viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu, Sở Xây dựng TP. HCM, Trung tâm Quản lý hạ tầng kỹ thuật, Trung tâm Hệ thống thông tin Địa lý Thành phố Hồ Chí Minh, đã nhiệt tình giúp đỡ cũng như cung cấp cho người viết những số liệu, cơ sở dữ liệu cần thiết để hoàn thành luận án này một cách tốt nhất. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp cùng gia đình, những người đã không ngừng ủng hộ, khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi, giúp tôi hoàn thiện luận án này.

Huỳnh Lưu Trùng Phùng iii TÓM TẮT Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những thành phố lớn của Việt Nam chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của tình trạng biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Công tác chống ngập luôn là ưu tiên hàng đầu và là nhiệm vụ cấp bách của Thành phố từ hơn 15 năm qua. Trong thời gian qua, chính quyền Thành phố đã thực hiện nhiều biện pháp công trình, phi công trình: xây dựng hồ điều tiết, xây dựng các cống kiểm soát triều, xây dựng đê bao, nạo vét các trục tiêu thoát nước chính và kênh rạch, xây dựng các tuyến thu gom nước thải và nhà máy xử lý, … nhằm giải quyết vấn đề ngập. Tuy nhiên với bất lợi về thời tiết và tốc độ đô thị hóa như hiện nay, nhiều khu vực sẽ tiếp tục ngập nặng nếu không có biện pháp ứng phó kịp thời.

Như vậy, việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp hiệu quả để giảm ngập theo cách tiếp cận mới với kỹ thuật phù hợp là rất cần thiết cả về mặt khoa học lẫn thực tiễn.