Nghiên cứu quy trình vận hành hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng, Thịnh Liên

Nghiên cứu, đề xuất quy trình vận hành cho hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng, Thịnh Liên (Gia Lâm) trong điều kiện đô thị hóa. Nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước. Tài l...

• Tác giả: Vũ Thúy Huyền
• Người hướng dẫn: TS. Lưu Văn Quân
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành cho hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên, huyện Gia Lâm, TP Hà Nội trong điều kiện đô thị hóa và biến đổi khí hậu.
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• Mục đích nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Cách tiếp cận
• Phương pháp nghiên cứu
• KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về tiêu nước
• 1.1.1. Tổng quan về vấn đề tiêu nước
• 1.1.2. Tổng quan về đô thị hóa
• 1.1.3. Tổng quan về biến đổi khí hậu
• 1.1.4. Tổng quan về quy trình vận hành hệ thống tiêu động lực
• 1.2. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan
• 1.2.1. Trên thế giới
• 1.3. Tổng quan về vùng nghiên cứu
• 1.3.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.3.2. Tình hình dân sinh kinh tế và các yêu cầu phát triển của hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên
• 1.3.3. Phương hướng phát triển kinh tế xã hội trong vùng
• 2. CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC VÀ XÂY DỰNG CÁC KỊCH BẢN
• 2.1. Hiện trạng các công trình tiêu nước
• 2.1.1. Khu đầu mối (03 trạm bơm)
• 2.1.2. Hệ thống kênh và công trình trên kênh
• 2.2. Tình hình ngập úng trong vùng và các nguyên nhân gây ngập úng
• 2.2.1. Tình hình ngập úng trong vùng
• 2.2.2. Nguyên nhân gây ngập úng
• 2.3. Xây dựng các kịch bản tính toán
• 2.3.1. Chọn kịch bản BĐKH cho lưu vực tính toán
• 2.3.2. Chọn mưa tiêu tính toán
• 2.3.3. Cơ cấu sử dụng đất
• 2.3.4. Đề xuất các kịch bản tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN YÊU CẦU TIÊU VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH
• 3.1. Mưa tiêu thiết kế
• 3.1.1. Chọn trạm, thời đoạn tính toán
• 3.1.2. Phương pháp tính toán lượng mưa tiêu thiết kế
• 3.1.3. Kết quả tính toán
• 3.1.4. Xác định mưa tiêu tính toán thời kỳ tương lai 2030
• 3.2. Tính toán chế độ tiêu cho hệ thống
• 3.3. Mô phỏng tính toán và kiểm định mô hình
• 3.3.1. Lựa chọn mô hình
• 3.3.2. Giới thiệu sơ lược về mô hình SWMM
• 3.3.3. Kiểm định mô hình
• 3.4. Phân tích đề xuất quy trình vận hành cho từng trạm bơm tương ứng với các trường hợp tính toán trên
• 3.4.1. Phân tích sử dụng điện năng của từng trạm bơm
• 3.4.2. Tính toán, đề xuất quy trình vận hành tương ứng từng kịch bản
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Khám phá tổng quan hệ thống 3 trạm bơm tiêu Gia Lâm

Hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên đóng vai trò là một công trình thủy lợi trọng điểm, đảm nhiệm nhiệm vụ tiêu thoát nước cho một khu vực rộng lớn thuộc huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. Với tổng diện tích tiêu khoảng 2500ha, hệ thống này có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống dân sinh, sản xuất nông nghiệp và quá trình phát triển kinh tế - xã hội của khu vực. Vị trí địa lý của lưu vực nằm trên địa phận ba xã Dương Hà, Phù Đổng và Trung Mầu, là vùng trũng nên toàn bộ nước mưa phải được tiêu thoát bằng động lực ra sông Đuống. Điều này đặt ra yêu cầu cao về hiệu quả vận hành trạm bơm và quản lý hệ thống. Địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, có hướng dốc tự nhiên từ Tây sang Đông và từ Bắc xuống Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tập trung nước về các trạm bơm. Tuy nhiên, sự phụ thuộc hoàn toàn vào bơm động lực cũng làm tăng chi phí vận hành trạm bơm, đặc biệt là chi phí điện năng. Luận văn này tập trung nghiên cứu sâu về quy trình vận hành 3 trạm bơm tiêu Gia Lâm, một chủ đề mang tính cấp thiết trong bối cảnh đô thị hóa và biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ. Việc xây dựng một quy trình khoa học không chỉ là một giải pháp chống ngập úng hiệu quả mà còn giúp tối ưu hóa quy trình vận hành, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra. Đây là một tài liệu tham khảo quan trọng cho các luận văn tốt nghiệp ngành thủy lợi và các báo cáo thực tập trạm bơm liên quan.

1.1. Vai trò của hệ thống thủy lợi Gia Lâm trong chống ngập úng

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, các trận mưa cực đoan có cường độ và tần suất ngày càng gia tăng, vai trò của hệ thống thủy lợi Gia Lâm trở nên vô cùng quan trọng. Ba trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng và Thịnh Liên tạo thành một mạng lưới tiêu thoát nước liên thông, có nhiệm vụ bảo vệ diện tích sản xuất nông nghiệp và các khu dân cư khỏi tình trạng ngập úng. Khi mưa lớn xảy ra, toàn bộ lượng nước trên lưu vực được dẫn qua hệ thống kênh mương về bể hút của các trạm và bơm cưỡng bức ra sông Đuống. Việc quản lý trạm bơm thoát nước một cách đồng bộ và hiệu quả sẽ quyết định tốc độ tiêu nước, giảm thời gian ngập và hạn chế tối đa thiệt hại. Một quy trình vận hành tối ưu phải tính toán được thời điểm khởi động, số lượng máy bơm cần huy động ở mỗi trạm và trình tự phối hợp giữa các trạm để đạt được mục tiêu tiêu thoát nước nhanh nhất với chi phí thấp nhất.

1.2. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội ảnh hưởng đến việc tiêu nước

Khu vực nghiên cứu có đặc điểm khí tượng thủy văn điển hình của Đồng bằng sông Hồng, với mùa mưa tập trung từ tháng 4 đến tháng 10, chiếm 70-85% tổng lượng mưa cả năm. Địa hình trũng, thấp khiến việc tiêu tự chảy là không thể. Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại Gia Lâm đã làm thay đổi đáng kể cơ cấu sử dụng đất. Diện tích bê tông hóa, khu công nghiệp, khu đô thị tăng lên làm giảm khả năng thấm và trữ nước tự nhiên của đất, dẫn đến lượng nước mặt cần tiêu tăng vọt. Sự phát triển kinh tế-xã hội, đặc biệt là các cụm công nghiệp và làng nghề, cũng đặt ra yêu cầu cao hơn về mức độ đảm bảo an toàn, không được phép xảy ra ngập úng kéo dài. Những yếu tố này tạo áp lực rất lớn lên hệ thống tiêu hiện hữu, đòi hỏi phải có một quy trình vận hành trạm bơm tiêu linh hoạt và khoa học để thích ứng.

II. Đánh giá hiện trạng 3 trạm bơm tiêu Gia Lâm và thách thức

Việc đánh giá hiện trạng trạm bơm là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xác định những thách thức trong công tác vận hành. Cả ba trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng và Thịnh Liên đều được xây dựng từ nhiều thập kỷ trước, hiện đã xuống cấp nghiêm trọng. Trạm bơm Phù Đổng, xây dựng từ năm 1974, là ví dụ điển hình với máy móc cũ kỹ, hiệu suất thấp, nhà trạm dột nát và hệ thống điện không an toàn. Lưu lượng bơm thực tế chỉ đạt khoảng 60% so với thiết kế. Tương tự, trạm Thịnh Liên (1994) và Dương Hà (trên 30 năm) cũng đối mặt với tình trạng tương tự. Hệ thống kênh tiêu bị bồi lắng, sạt lở, thu hẹp mặt cắt, làm giảm khả năng dẫn nước. Các công trình trên kênh như cống điều tiết cũng hư hỏng, gây cản trở dòng chảy. Những yếu kém này, kết hợp với áp lực từ mưa lớn bất thường và sự gia tăng yêu cầu tiêu do đô thị hóa, là nguyên nhân chính gây ra tình trạng ngập úng cục bộ, kéo dài. Thách thức lớn nhất hiện nay là làm sao để vận hành một hệ thống đã xuống cấp một cách hiệu quả nhất, đảm bảo an toàn lao động tại trạm bơm và đáp ứng yêu cầu tiêu ngày càng cao. Việc nghiên cứu một quy trình vận hành hợp lý trở thành một giải pháp chống ngập úng cấp bách, giúp khai thác tối đa năng lực còn lại của hệ thống và giảm thiểu rủi ro.

2.1. Tình trạng xuống cấp của máy bơm và công trình thủy công

Thực trạng tại 3 trạm bơm cho thấy sự xuống cấp toàn diện. Về cơ khí, động cơ và máy bơm của các trạm đều đã cũ, vỏ ngoài hoen gỉ, hiệu suất chỉ còn khoảng 50-60%. Tình trạng rò rỉ nước tại các mặt bích và ổ trục bị mòn làm tăng rung lắc, tiếng ồn và chi phí bảo trì bảo dưỡng máy bơm. Về thủy công, nhà trạm, bể hút, bể xả đều xuất hiện các vết nứt, thấm dột, rêu mốc. Đặc biệt, bể hút bị bồi lắng nghiêm trọng, làm giảm dung tích trữ và ảnh hưởng đến khả năng làm việc của máy bơm. Hệ thống lưới chắn rác và cửa phai hoạt động kém hiệu quả, thường xuyên bị rác thải lấp kín, cản trở dòng chảy vào buồng hút. Hệ thống điện điều khiển trạm bơm cũng đã cũ nát, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cao cho công nhân vận hành.

2.2. Nguyên nhân chính gây ngập úng và quá tải hệ thống

Nguyên nhân gây ngập úng trong khu vực là sự kết hợp của nhiều yếu tố. Thứ nhất, do biến đổi khí hậu, các trận mưa có tổng lượng lớn và cường độ cao vượt tần suất thiết kế xảy ra thường xuyên hơn. Thứ hai, năng lực của hệ thống đã suy giảm. Tổng lưu lượng tiêu thực tế của cả ba trạm thấp hơn đáng kể so với thiết kế ban đầu. Thứ ba, hệ thống kênh tiêu không được nạo vét, duy tu thường xuyên dẫn đến bồi lắng, thu hẹp mặt cắt, làm chậm quá trình vận chuyển nước về trạm bơm. Cuối cùng, sự thay đổi cơ cấu sử dụng đất, với việc các ao hồ, vùng trũng trữ nước tự nhiên bị san lấp để xây dựng khu đô thị và công nghiệp, đã làm tăng hệ số dòng chảy và gia tăng áp lực tiêu thoát nước lên hệ thống. Tình trạng này đòi hỏi một quy trình quản lý trạm bơm thoát nước phải thật sự khoa học và linh hoạt.

III. Hướng dẫn phương pháp nghiên cứu tối ưu hóa quy trình vận hành

Để đề xuất được một quy trình vận hành 3 trạm bơm tiêu Gia Lâm hiệu quả, nghiên cứu đã áp dụng một cách tiếp cận đa phương pháp, kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Nền tảng của nghiên cứu là việc sử dụng mô hình toán học hiện đại để mô phỏng các quá trình thủy văn và thủy lực trong hệ thống. Cụ thể, phần mềm SWMM (Storm Water Management Model) được lựa chọn để mô phỏng toàn bộ hệ thống thủy lợi Gia Lâm, từ việc hình thành dòng chảy trên bề mặt lưu vực đến diễn biến mực nước trong hệ thống kênh tiêu và hoạt động của các trạm bơm. Để có dữ liệu đầu vào chính xác cho mô hình, phương pháp điều tra, khảo sát thực địa được tiến hành kỹ lưỡng để thu thập thông số về địa hình, mặt cắt kênh, độ nhám, thông số máy bơm. Bên cạnh đó, phương pháp kế thừa các nghiên cứu trước đây về mô hình mưa và các kịch bản biến đổi khí hậu đã giúp xây dựng các phương án tính toán phù hợp với thực tế. Dựa trên kết quả mô phỏng từ mô hình, phương pháp phân tích hệ thống và thống kê được sử dụng để đánh giá hiệu quả vận hành trạm bơm theo từng kịch bản, từ đó tìm ra phương án vận hành tối ưu nhất, cân bằng giữa mục tiêu tiêu úng và tiết kiệm chi phí.

3.1. Ứng dụng mô hình SWMM mô phỏng thủy văn và thủy lực

Mô hình SWMM là công cụ mạnh mẽ được sử dụng để mô phỏng dòng chảy do mưa trong các khu vực đô thị và nông thôn. Trong nghiên cứu này, SWMM được dùng để xây dựng một sơ đồ công nghệ trạm bơm tiêu và toàn hệ thống kênh dẫn. Các dữ liệu đầu vào bao gồm đặc điểm lưu vực (diện tích, độ dốc, hệ số thấm), thông số mạng lưới kênh tiêu (chiều dài, hình dạng, độ nhám) và đặc tính của các trạm bơm (đường đặc tính Q-H, số lượng máy). Mô hình cho phép mô phỏng diễn biến mực nước tại các vị trí quan trọng trong hệ thống (như bể hút) và lưu lượng bơm theo thời gian dưới tác động của các trận mưa khác nhau. Việc kiểm định mô hình được thực hiện bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực đo về số giờ bơm và mực nước, đảm bảo độ tin cậy của mô hình trước khi áp dụng để phân tích các kịch bản.

3.2. Xây dựng các kịch bản tính toán dựa trên biến đổi khí hậu

Để tối ưu hóa quy trình vận hành, nghiên cứu đã xây dựng nhiều kịch bản tính toán khác nhau. Các kịch bản này dựa trên sự kết hợp của hai yếu tố chính: tần suất mưa và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (BĐKH). Cụ thể, các trận mưa thiết kế với tần suất P=10% (tương ứng với tiêu chuẩn kỹ thuật trạm bơm và hệ thống tiêu) và P=50% (các trận mưa thường xuyên xảy ra) được sử dụng. Mỗi tần suất mưa lại được xem xét trong hai trường hợp: điều kiện hiện tại (chưa kể đến BĐKH) và điều kiện tương lai (có kể đến kịch bản BĐKH RCP4.5, dự báo lượng mưa gia tăng). Việc phân tích và chạy mô hình với các kịch bản này giúp đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống và đề xuất các ngưỡng vận hành (mực nước khởi động/dừng bơm) phù hợp cho từng điều kiện, từ đó xây dựng một quy trình vận hành linh hoạt, ứng phó hiệu quả với các tình huống khác nhau.

IV. Bí quyết đề xuất quy trình vận hành 3 trạm bơm tiêu hiệu quả

Quy trình vận hành hiệu quả là quy trình đáp ứng đồng thời các mục tiêu: đảm bảo tiêu thoát nước kịp thời, không gây ngập úng thiệt hại, tiết kiệm chi phí vận hành trạm bơm (chủ yếu là điện năng), và đảm bảo an toàn lao động tại trạm bơm. Dựa trên kết quả phân tích mô hình, quy trình vận hành được đề xuất xây dựng dựa trên nguyên tắc vận hành theo ngưỡng mực nước tại các bể hút. Mỗi trạm bơm sẽ có các ngưỡng mực nước khởi động và dừng bơm được xác định cụ thể. Các ngưỡng này không cố định mà được điều chỉnh linh hoạt tùy thuộc vào kịch bản mưa (dự báo cường độ, tổng lượng) và điều kiện thủy triều trên sông Đuống. Nguyên tắc cơ bản là ưu tiên vận hành các trạm bơm ở vùng trũng thấp nhất (như Thịnh Liên) trước để tạo dung tích trữ cho hệ thống. Khi mực nước tiếp tục dâng, các trạm còn lại sẽ được huy động theo trình tự. Quy trình cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của công tác chuẩn bị trước mùa mưa, bao gồm bảo trì bảo dưỡng máy bơm, nạo vét kênh mương, và kiểm tra hệ thống điện điều khiển trạm bơm. Việc thiết lập một quy trình rõ ràng giúp người vận hành đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác, tránh bị động khi có mưa lớn xảy ra.

4.1. Nguyên tắc vận hành phối hợp giữa các trạm bơm tiêu

Do hệ thống kênh tiêu của ba trạm Dương Hà, Phù Đổng, Thịnh Liên liên thông với nhau, việc vận hành độc lập từng trạm sẽ không mang lại hiệu quả vận hành trạm bơm cao nhất. Quy trình đề xuất nguyên tắc phối hợp chặt chẽ. Trạm bơm Thịnh Liên, nằm ở vị trí rốn nước của lưu vực, sẽ đóng vai trò chủ đạo, khởi động bơm sớm nhất khi mực nước đạt ngưỡng cảnh báo để hạ thấp mực nước trong hệ thống, tạo không gian điều tiết. Trạm bơm Phù Đổng và Dương Hà sẽ khởi động sau đó, dựa trên diễn biến mực nước tại bể hút của từng trạm và tình hình chung của toàn hệ thống. Trong trường hợp mưa lớn, cả ba trạm có thể phải hoạt động hết công suất. Việc điều tiết linh hoạt bằng các cống phân lưu vực cũng được tính đến để tập trung năng lực bơm cho những khu vực nguy cấp nhất. Sự phối hợp này giúp phân bổ tải hợp lý, tránh tình trạng một trạm quá tải trong khi trạm khác còn dư công suất.

4.2. Quy trình xử lý sự cố trạm bơm và đảm bảo an toàn lao động

Một quy trình vận hành toàn diện không thể thiếu các phương án xử lý sự cố trạm bơm. Các sự cố thường gặp bao gồm mất điện, hỏng máy bơm, tắc lưới chắn rác, hoặc sự cố trên hệ thống kênh. Quy trình cần quy định rõ các bước xử lý cho từng tình huống: thông báo cho đơn vị quản lý, huy động máy phát điện dự phòng (nếu có), cử công nhân xử lý tắc nghẽn, và có phương án huy động các trạm bơm lân cận hỗ trợ. Về an toàn lao động tại trạm bơm, các quy định nghiêm ngặt phải được tuân thủ, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt và hệ thống điện đã xuống cấp. Các quy định bao gồm: bắt buộc sử dụng đồ bảo hộ (ủng, găng tay cách điện), kiểm tra rò rỉ điện trước khi khởi động, tuân thủ quy trình đóng cắt điện an toàn, và có đầy đủ các thiết bị phòng cháy chữa cháy. Công tác tập huấn định kỳ về an toàn và xử lý sự cố cho công nhân là yêu cầu bắt buộc.

V. Phân tích hiệu quả vận hành trạm bơm tiêu qua các kịch bản

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng quy trình vận hành được đề xuất mang lại hiệu quả rõ rệt so với phương pháp vận hành theo kinh nghiệm hiện tại. Thông qua mô phỏng các kịch bản mưa khác nhau, nghiên cứu đã tiến hành so sánh và đánh giá hiệu quả vận hành trạm bơm trên hai phương diện chính: hiệu quả kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Về mặt kỹ thuật, quy trình mới giúp giảm đáng kể thời gian và diện tích ngập úng. Bằng cách vận hành phối hợp và theo ngưỡng mực nước khoa học, hệ thống có thể tiêu thoát nước nhanh hơn, đặc biệt là trong các trận mưa lớn. Mực nước trong hệ thống kênh được duy trì ở mức an toàn, tránh gây sạt lở bờ kênh. Về mặt kinh tế, chi phí vận hành trạm bơm giảm xuống nhờ việc tối ưu hóa số giờ bơm và tận dụng bơm vào giờ thấp điểm (khi điều kiện cho phép). Việc giảm thiểu thiệt hại do ngập úng gây ra cho nông nghiệp và tài sản của người dân cũng là một lợi ích kinh tế gián tiếp nhưng vô cùng to lớn. Những kết quả này khẳng định tính đúng đắn và khả thi của quy trình, là cơ sở khoa học vững chắc để các đơn vị quản lý xem xét áp dụng vào thực tế, góp phần nâng cao năng lực của hệ thống thủy lợi Gia Lâm.

5.1. So sánh chi phí vận hành trạm bơm giữa các phương án

Một trong những mục tiêu chính của việc tối ưu hóa quy trình vận hành là giảm chi phí. Phân tích dựa trên kết quả mô phỏng cho thấy, quy trình vận hành theo ngưỡng mực nước đề xuất giúp giảm tổng số giờ hoạt động của các máy bơm từ 10-15% so với cách vận hành đồng thời, đồng đều như hiện nay. Việc này trực tiếp làm giảm lượng điện năng tiêu thụ, yếu tố chiếm tỷ trọng lớn nhất trong chi phí vận hành trạm bơm. Bảng tổng hợp điện năng tiêu thụ theo từng kịch bản tính toán (KB1a, KB1b1, KB2a,...) trong luận văn gốc đã chỉ ra sự chênh lệch rõ ràng về chi phí giữa các phương án. Bằng cách ưu tiên các máy bơm có hiệu suất cao hơn và vận hành một cách hợp lý, quy trình mới không chỉ tiết kiệm tiền bạc mà còn giảm hao mòn thiết bị, kéo dài tuổi thọ công trình.

5.2. Đánh giá khả năng chống ngập úng theo kịch bản tương lai

Khi áp dụng các kịch bản có tính đến biến đổi khí hậu (gia tăng lượng mưa) và đô thị hóa (gia tăng hệ số dòng chảy), hệ thống hiện hữu sẽ đối mặt với áp lực cực lớn. Kết quả mô phỏng cho thấy, nếu vẫn vận hành theo cách cũ, tình trạng ngập úng sẽ trở nên nghiêm trọng và kéo dài hơn. Tuy nhiên, khi áp dụng quy trình vận hành tối ưu, hệ thống có khả năng chống chịu tốt hơn. Mặc dù không thể loại bỏ hoàn toàn nguy cơ ngập khi mưa vượt tần suất thiết kế, quy trình mới giúp giảm đỉnh ngập và rút ngắn thời gian nước rút. Đây là một giải pháp chống ngập úng quan trọng, giúp hệ thống thích ứng tốt hơn với điều kiện tương lai, trong khi chờ đợi các dự án đầu tư cải tạo, nâng cấp quy mô lớn hơn được triển khai. Kết quả này cung cấp luận cứ khoa học cho việc lập kế hoạch phát triển hạ tầng công trình thủy lợi trong dài hạn.

VI. Tương lai hệ thống thủy lợi Gia Lâm và các kiến nghị then chốt

Luận văn "Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành cho hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên" đã giải quyết một vấn đề thực tiễn và cấp bách. Tương lai của hệ thống thủy lợi Gia Lâm phụ thuộc vào hai yếu tố song hành: áp dụng một quy trình quản lý, vận hành khoa học và đầu tư cải tạo, nâng cấp cơ sở hạ tầng. Quy trình vận hành được đề xuất trong nghiên cứu là một giải pháp chống ngập úng có thể áp dụng ngay, giúp nâng cao hiệu quả vận hành trạm bơm trên nền tảng công trình hiện có. Tuy nhiên, về lâu dài, để đáp ứng yêu cầu phát triển và ứng phó với biến đổi khí hậu, việc đầu tư nâng cấp là không thể trì hoãn. Các kiến nghị then chốt được đưa ra bao gồm: (1) Chính thức ban hành và áp dụng quy trình vận hành đã được nghiên cứu, đồng thời tổ chức tập huấn cho đội ngũ công nhân. (2) Ưu tiên đầu tư xây mới trạm bơm Phù Đổng và cải tạo hai trạm còn lại theo đúng kế hoạch. (3) Lập kế hoạch nạo vét định kỳ toàn bộ hệ thống kênh tiêu. (4) Tăng cường công tác bảo trì bảo dưỡng máy bơm và các thiết bị cơ điện để duy trì hiệu suất. Những giải pháp đồng bộ này sẽ đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực.

6.1. Định hướng bảo trì bảo dưỡng máy bơm và công trình liên quan

Để quy trình vận hành phát huy hiệu quả, tình trạng kỹ thuật của thiết bị phải được đảm bảo. Kiến nghị nhấn mạnh việc xây dựng một kế hoạch bảo trì bảo dưỡng máy bơm và các công trình thủy lợi liên quan một cách bài bản và định kỳ. Công việc này bao gồm kiểm tra, thay thế các chi tiết hao mòn như ổ trục, cánh bơm; sơn sửa, chống gỉ cho các thiết bị cơ khí; kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống điện điều khiển trạm bơm. Hệ thống kênh tiêu, lưới chắn rác và cửa phai cần được kiểm tra và dọn dẹp thường xuyên, đặc biệt là trước mùa mưa bão. Việc lập kế hoạch bảo trì chi tiết và cấp đủ kinh phí sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố bất ngờ, duy trì năng lực của hệ thống và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

6.2. Giải pháp chống ngập úng bền vững và tầm nhìn dài hạn

Bên cạnh các giải pháp kỹ thuật tại công trình, tầm nhìn dài hạn cho giải pháp chống ngập úng bền vững cần có sự kết hợp của các biện pháp phi công trình. Các kiến nghị bao gồm: tích hợp quy hoạch thủy lợi vào quy hoạch chung của huyện, bảo vệ và phục hồi các hồ điều hòa, vùng trũng tự nhiên có khả năng trữ nước; khuyến khích các dự án xây dựng áp dụng giải pháp tăng khả năng thấm nước bề mặt (gạch thấm, mái xanh). Đồng thời, cần xây dựng một hệ thống cảnh báo sớm về mưa lớn, kết nối với trung tâm điều hành để việc quản lý trạm bơm thoát nước được chủ động và chính xác hơn. Tầm nhìn dài hạn là xây dựng một hệ thống thoát nước thông minh, linh hoạt và có khả năng thích ứng cao với những thách thức trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang gia tăng áp lực nặng nề lên hệ thống cơ sở hạ tầng thoát nước tại Việt Nam. Theo các kịch bản cảnh báo, nếu mực nước biển dâng cao 1 mét, khoảng 40% diện tích Đồng bằng sông Cửu Long và 10% diện tích Đồng bằng sông Hồng sẽ đứng trước nguy cơ ngập lụt, ảnh hưởng trực tiếp tới 20 đến 30 triệu người dân. Tại khu vực Bắc Đuống thuộc huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng kết hợp cùng các hình thái thời tiết cực đoan đã khiến bài toán tiêu thoát nước trở nên cấp thiết. Lưu vực tiêu liên thông của 3 trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng và Thịnh Liên có tổng diện tích tự nhiên khoảng 2.500 ha, giữ vai trò huyết mạch trong việc bơm nước tiêu úng cưỡng bức ra sông Đuống.

Thực trạng khai thác cho thấy hệ thống công trình đầu mối đã qua 20 đến 39 năm vận hành, khiến lưu lượng bơm thực tế bị suy giảm nghiêm trọng, chỉ còn đạt khoảng 50% đến 60% so với công suất thiết kế ban đầu. Trong khi đó, chi phí điện năng vận hành bơm động lực hiện chiếm tới 45% đến 50% tổng kinh phí quản lý khai thác thủy nông. Trước sự gia tăng của các đợt mưa lớn vượt tần suất thiết kế và sự thu hẹp diện tích trữ nước tự nhiên, việc vận hành phân tán, thiếu quy trình phối hợp khoa học giữa các trạm bơm làm gia tăng mức độ thiệt hại do ngập úng và lãng phí điện năng tiêu thụ.

Đề tài tập trung nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành tối ưu cho hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên giai đoạn hiện trạng và định hướng đến năm 2030. Nghiên cứu giải quyết mục tiêu kép: vừa đảm bảo an toàn chống úng cho 2.500 ha đất đô thị và nông nghiệp, vừa giảm thiểu chi phí năng lượng vận hành trạm bơm dưới tác động của kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và quá trình chuyển đổi sử dụng đất tại huyện Gia Lâm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết dòng chảy không ổn định trong hệ thống kênh hở (hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều) và lý thuyết cân bằng nước mặt ruộng kết hợp tiêu động lực. Quá trình chuyển hóa mưa rào thành dòng chảy mặt trong lưu vực đô thị và nông thôn được mô tả thông qua mô hình thủy lực - thủy văn SWMM (Storm Water Management Model).

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng các quy chuẩn chuyên ngành, tiêu biểu là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình thủy lợi QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, quy định mức bảo đảm tiêu nước cho hệ thống từ 80% đến 90%, tương ứng với tần suất mưa thiết kế từ 10% đến 20%. Các khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm có:

• Hệ số tiêu thiết kế mặt ruộng và lưu vực.
• Lượng mưa tiêu thiết kế 5 ngày lớn nhất tương ứng với tần suất thiết kế 10% và tần suất thường xuyên 50%.
• Chế độ tiêu động lực liên thông đa trạm bơm qua hệ thống cống điều tiết.
• Vùng trũng rốn nước tích trữ đệm.
• Kịch bản phát thải khí nhà kính mức trung bình RCP4.5 theo công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Số liệu khí hậu nền tảng tại khu vực Hà Nội chỉ ra lượng mưa trung bình nhiều năm đạt 1.716,6 mm/năm (tập trung 70% đến 85% trong mùa mưa từ tháng V đến tháng IX), lượng bốc hơi bình quân 972,3 mm/năm và độ ẩm không khí trung bình 82%, là các tham số quan trọng để thiết lập bài toán biên thủy văn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tích hợp chuỗi dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn giai đoạn 1967-1997 và các đợt mưa bão cực đoan cập nhật giai đoạn 2015-2018. Khảo sát thực địa thu thập thông số chi tiết của toàn bộ 62 tổ máy bơm thuộc 3 trạm đầu mối, bao gồm 28 máy bơm HL980-9 (công suất 33 kW/máy) tại trạm Dương Hà, 25 máy bơm 12LTX40 tại trạm Phù Đổng cũ và 9 máy bơm hướng trục HTD2300 (công suất 75 kW/máy, lưu lượng 0,63 m3/s/máy) tại trạm Thịnh Liên. Khảo sát trắc dọc, trắc ngang bao quát tuyến kênh chính dài 1.735,91 m và 4 tuyến kênh nhánh cấp 1 với tổng chiều dài 6.028 m.

Phương pháp chọn mẫu điển hình được áp dụng trên toàn bộ lưu vực khép kín 2.500 ha. Cơ sở lựa chọn mô hình SWMM bắt nguồn từ khả năng mô phỏng chính xác mạng lưới kênh dẫn phức tạp kết hợp công trình điều tiết dạng cống, đập tràn và trạm bơm tiêu trong môi trường chuyển đổi từ nông nghiệp sang đô thị. Quy trình phân tích kết hợp phương pháp đường tần suất lý luận Pearson III để xác định lượng mưa tiêu 5 ngày lớn nhất thời kỳ tương lai đến năm 2030, phục vụ việc kiểm định mô hình với sai số mực nước và giờ bơm thực tế dưới 10%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích hiện trạng cho thấy sự xuống cấp nghiêm trọng của hệ thống công trình đầu mối và mạng lưới kênh dẫn. Hiệu suất của trạm bơm Phù Đổng sau 39 năm khai thác chỉ còn khoảng 50% đến 60% so với ban đầu. Lòng kênh tiêu 7 xã dài 4.320 m bị bồi lắng thu hẹp mặt cắt đáy từ 25 m xuống chỉ còn 2,5 m ở nhiều vị trí, gây cản trở dòng chảy nghiêm trọng.

Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ làm thay đổi cơ cấu bề mặt phủ. Sự hình thành của Cụm công nghiệp Ninh Hiệp quy mô 63,6 ha, Dự án Nhà máy nước mặt sông Đuống diện tích 62,5 ha với tổng vốn đầu tư gần 5.000 tỷ đồng, cùng đồ án Khu đô thị Gia Lâm rộng 420 ha đã làm suy giảm trên 30% diện tích ao hồ tự nhiên. Điều này khiến hệ số dòng chảy mặt tăng vọt, tạo áp lực tiêu thoát tức thời rất lớn.

Khi xuất hiện các trận mưa từ 100 mm/ngày hoặc các đợt mưa lớn như bão số 3 năm 2018 với lượng mưa xấp xỉ 300 mm, thời gian ngập úng trên lưu vực kéo dài từ 2 đến 10 ngày, làm thiệt hại trắng trên 30% diện tích lúa mới cấy.

Kết quả mô phỏng 6 nhóm kịch bản vận hành trên mô hình SWMM chứng minh rằng phương thức điều hành liên thông phân kỳ, tận dụng dung tích trữ tại bể hút Thịnh Liên (đáy sâu +3,0 m) và ưu tiên bơm trong khung giờ thấp điểm, giúp giảm từ 15% đến 22% lượng điện năng tiêu thụ so với việc khởi động đồng loạt cả 3 trạm bơm.

Thảo luận kết quả

Sự quá tải của hệ thống bắt nguồn từ việc công trình được thiết kế theo tiêu chuẩn nông nghiệp cũ (hệ số tiêu khoảng 7,5 l/s/ha), không còn phù hợp khi chuyển đổi sang đất đô thị và công nghiệp. Việc các trạm bơm vận hành độc lập, thiếu sự liên kết điều tiết mực nước tại các cống phân lưu khiến trạm Thịnh Liên ở vùng rốn nước thường xuyên bị quá tải, trong khi trạm Dương Hà và Phù Đổng chưa phát huy tối đa công suất đón dòng.

So sánh với các nghiên cứu trong nước, kết quả này hoàn toàn tương đồng với báo cáo của Viện Quy hoạch Thủy lợi, khi dự báo nhu cầu tiêu vùng Đồng bằng Bắc Bộ sẽ tăng 37,5% vào năm 2050 dưới tác động của biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Kết quả cũng phù hợp với đánh giá tại hệ thống tiêu Đông Mỹ, nơi lưu lượng yêu cầu tăng từ 2,13% đến 5,65% trong các giai đoạn tương ứng.

Dữ liệu mô phỏng được trực quan hóa qua biểu đồ dao động mực nước bể hút theo thời gian và chuỗi bảng tổng hợp ma trận điện năng tiêu thụ (từ Kịch bản 1 đến Kịch bản 6 trong hồ sơ kỹ thuật). Bảng so sánh giữa các phương án khẳng định: việc phân bổ công suất bơm theo từng cấp mưa P=10% và P=50% cho phép kiểm soát mực nước nội đồng không vượt quá cao trình ngập úng giới hạn (+4,5 m), đồng thời tối ưu hóa chi phí vận hành hàng năm cho doanh nghiệp khai thác thủy nông.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện công tác tiêu úng và giảm thiểu chi phí năng lượng cho lưu vực 2.500 ha tại huyện Gia Lâm, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể:

• Đẩy nhanh tiến độ nâng cấp trạm đầu mối Phù Đổng: Hoàn thành xây dựng trạm bơm Phù Đổng mới với quy mô 4 tổ máy trục đứng công suất 8.000 m3/h/máy (tổng công suất tiêu 32.000 m3/h) theo Quyết định số 5999/QĐ-UBND trước năm 2020. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án Đầu tư xây dựng công trình Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TP Hà Nội.
• Cải tạo, nạo vét trục kênh tiêu chính và kênh nhánh: Tiến hành nạo vét 1.467 m kênh chính, kè kiên cố 239 m bờ kênh và nạo vét đồng bộ 6.028 m trên 4 tuyến kênh cấp 1 (Tào Khê, Đổng Viên, Giao Thông, 7 Xã) trong giai đoạn 2020-2022, nhằm nâng khả năng thông qua của lòng dẫn lên 25% đến 30%. Chủ thể thực hiện: Xí nghiệp Đầu tư Phát triển Thủy lợi Gia Lâm.
• Ban hành quy trình vận hành liên trạm tối ưu điện năng: Áp dụng quy tắc vận hành phân tầng theo mực nước bể hút: ưu tiên vận hành trạm Thịnh Liên để hạ thấp mực nước rốn tiêu trước khi mưa lớn 6 giờ, chuyển dịch 60% thời lượng bơm sang khung giờ thấp điểm (từ 22h00 đến 04h00 hôm sau) nhằm tiết kiệm từ 18% đến 25% chi phí tiền điện. Chủ thể thực hiện: Công ty TNHH Một thành viên Đầu tư Phát triển Thủy lợi Hà Nội.
• Lắp đặt hệ thống giám sát mực nước tự động và SCADA: Hoàn thiện mạng lưới quan trắc tự động tại 3 bể hút và 20 công trình cống điều tiết trước năm 2025, tích hợp công cụ cảnh báo mưa và ngập úng sớm để cán bộ quản lý chủ động đóng mở cống phân vùng chính xác. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nội phối hợp UBND huyện Gia Lâm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao, là tài liệu chuyên khảo cần thiết cho 4 nhóm đối tượng:

• Cán bộ quản lý và kỹ sư vận hành hệ thống thủy nông: Cung cấp ma trận phân bổ giờ chạy máy chi tiết cho 3 trạm bơm Dương Hà, Phù Đổng, Thịnh Liên, giúp người vận hành nắm bắt quy trình điều tiết cống và vận hành tổ máy an toàn, tiết kiệm từ 15% đến 20% chi phí điện năng.
• Chuyên viên quy hoạch đô thị và thoát nước khu vực: Sử dụng số liệu dự báo dòng chảy mặt và hệ số tiêu trên lưu vực 420 ha của Khu đô thị Gia Lâm để tính toán kích thước mạng lưới cống thoát nước và cao trình nền xây dựng, tránh tình trạng ngập cục bộ khi chuyển đổi đất nông nghiệp.
• Các nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước: Kế thừa phương pháp thiết lập và kiểm định mô hình SWMM cho hệ thống tiêu động lực hỗn hợp nông nghiệp - đô thị tại vùng đồng bằng ven đê sông Đuống.
• Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai: Tham khảo các kịch bản tính toán mưa cực đoan và kịch bản BĐKH RCP4.5 để xây dựng phương án phòng chống ngập úng cấp quận, huyện, bảo vệ an toàn cho đời sống của hơn 89.000 cư dân vùng dự án.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên có cơ chế liên thông như thế nào? Ba trạm bơm cùng tiêu nước cho lưu vực Bắc Đuống diện tích 2.500 ha đổ ra sông Đuống. Các trạm dùng chung mạng lưới kênh tiêu chính nhưng được phân chia ranh giới động bằng các cống điều tiết (như cống Giao Thông, cống Dương Hà) để điều phối dòng chảy linh hoạt tùy theo diễn biến mực nước từng vùng.

Tại sao trạm bơm Phù Đổng cũ chỉ đạt khoảng 60% công suất thiết kế? Trạm Phù Đổng xây dựng từ năm 1974 gồm 25 tổ máy loại 12LTX40. Trải qua hơn 39 năm khai thác, hệ thống cánh bơm bị mài mòn, động cơ điện rò rỉ, đường ống thủng rỗ và bể hút bồi lắng nặng, khiến hiệu suất suy giảm 40% đến 50% so với thiết kế.

Tốc độ đô thị hóa tại Gia Lâm làm gia tăng áp lực ngập úng ra sao? Việc xây dựng Khu đô thị Gia Lâm 420 ha, Cụm công nghiệp Ninh Hiệp 63,6 ha và Nhà máy nước mặt sông Đuống 62,5 ha đã bê tông hóa bề mặt, làm giảm hơn 30% diện tích thấm và trữ nước tạm thời, khiến lượng nước dồn về kênh tiêu tăng gấp 1,5 đến 2 lần.

Mô hình SWMM giải quyết bài toán vận hành trạm bơm như thế nào? Mô hình SWMM mô phỏng chính xác chế độ dòng chảy không ổn định 1 chiều trên mạng lưới kênh dẫn và tính toán mực nước tại bể hút của từng trạm bơm. Dựa vào đó, mô hình giúp tìm ra thời điểm đóng mở máy bơm tối ưu nhất nhằm tránh ngập và tiết kiệm điện.

Quy trình vận hành mới giúp giảm chi phí điện năng như thế nào? Bằng cách tận dụng dung tích trữ nước của hệ thống kênh và bể hút tại trạm Thịnh Liên, quy trình mới ưu tiên bơm cưỡng bức vào khung giờ thấp điểm (giá điện rẻ) và hạn chế tối đa việc chạy máy vào giờ cao điểm, giúp tiết kiệm 15% đến 22% điện năng tiêu thụ.

Kết luận

• Đề tài đã đánh giá toàn diện hiện trạng suy giảm công suất của hệ thống tiêu 3 trạm bơm Dương Hà – Phù Đổng – Thịnh Liên trên lưu vực 2.500 ha tại huyện Gia Lâm, Hà Nội.
• Ứng dụng thành công mô hình thủy lực - thủy văn SWMM kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 để mô phỏng dòng chảy ngập úng trong điều kiện đô thị hóa mở rộng.
• Đề xuất 6 kịch bản vận hành liên trạm khoa học, giúp cắt giảm từ 15% đến 22% điện năng tiêu thụ và khống chế mực nước nội đồng an toàn dưới cao trình +4,5 m.
• Đóng góp cơ sở khoa học quan trọng cho dự án nâng cấp trạm bơm Phù Đổng mới công suất 32.000 m3/h và cải tạo 6.028 m kênh tiêu cấp 1 trong giai đoạn 2020-2025.
• Quy trình điều hành liên thông cần sớm được chuyển giao và áp dụng đồng bộ tại các đơn vị quản lý khai thác thủy nông để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và tiết kiệm ngân sách nhà nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.TỔNG QUAN VỀ TIÊU NƯỚC 1. Tổng quan về vấn đề tiêu nước Nước ta có địa hình đồi núi chiếm đến 3/4 diện tích lãnh thổ, tập trung phần lớn ở vùng Đông Bắc, Tây Bắc và miền Trung, phần diện tích còn lại là châu thổ và đồng bằng phù sa, chủ yếu là ở ĐBSH và ĐBSCL. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình nhiều năm trên toàn lãnh thổ vào khoảng 1.940 mm/năm nhưng do ảnh hưởng của địa hình đồi núi, lượng mưa phân bố không đều trên cả nước và biến đổi mạnh theo thời gian nên gây khó khăn cho việc tiêu khi mưa lớn xảy ra. Đặc biệt là khi đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, quá trình đô thị hóa ngày càng tăng cao, làm giảm đáng kể khả năng tiêu thoát nước ở các vùng đô thị, nhất là những đô thị lớn, đang phát triển mạnh.

Tại đồng bằng sông Hồng: Các sông tự nhiên đều có đê bao phòng chống lũ. Trong nội đồng thường có các kênh rạch tự nhiên và nhân tạo làm nhiệm vụ tưới và tiêu. Mối liên hệ giữa các kênh rạch và các con sông chính được thực hiện qua cống lấy nước tự chảy hoặc các công trình tháo nước hoặc các trạm bơm. Tại các hệ thống ven biển miền Trung: Do quy mô của các hệ thống tiêu thoát nước nhỏ, việc phòng chống lũ và ngăn chặn nước mặn lại do các đê biển đảm nhiệm.

Các hệ thống tưới tiêu riêng biệt hầu hết là tự chảy, nhưng cũng có nhiều vùng tưới tiêu bằng bơm. Thiệt hại do ngập lụt, ngập úng vẫn xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng. Vùng cao nguyên, miền núi: Hệ thống tưới tiêu riêng biệt và thường là tự chảy đối với vùng địa hình cao, đôi khi dùng bơm để lấy nước sông với vùng có địa hình thấp hoặc các hệ thống hỗn hợp. Ở đồng bằng sông Cửu Long: Ngập lụt phụ thuộc rất nhiều vào lũ từ thượng nguồn, mưa nội đồng, địa hình thấp, triều cường, các kênh rạch và các cống ngăn mặn ở cửa sông.

Các công trình đê biên giới, đê sông Tiền, sông Hậu chỉ có tác dụng vào đầu mùa lũ, khi lũ cao hệ thống này không chống được lũ. Công trình thoát lũ ra biển Tây hiệu 5 quả chưa cao nên ngập lụt ở đồng bằng sông Cửu Long vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết. Việt Nam phát triển kinh tế nhanh trong vài thập kỷ gần đây kéo theo sự phát triển đô thị và công nghiệp diễn ra trên cả nước, đặc biệt nhanh với những vùng ven các đô thị lớn. Việc phát triển đô thị hay công nghiệp đã làm tăng yêu cầu tiêu, trong khi các hệ thống tiêu không cải tạo, nâng cấp để đáp úng sự phát triển trên nên gây ra ngập úng.

Ngoài ra, yếu tố làm gia tăng quá trình ngập úng là hệ thống tiêu bị mất diện tích trữ nước tạm thời, diện tích thấm nước, sự xuống cấp của công trình tiêu và biến đổi bất thường theo hướng bất lợi của khí hậu. Nhiều hệ thống tiêu chỉ được thiết kế, xây dựng tiêu nước cho nông nghiệp nhưng hiện nay phải gánh vác thêm diện tích đô thị, công nghiệp khiến quá tải. Với những hệ thống tiêu nhiều đầu mối tiêu (cống tự chảy hay trạm bơm tiêu) thì quy trình vận hành hợp lý có thể giảm bớt mức độ ngập úng và giảm chi phí điện năng.Tổng quan về đô thị hóa Hiện nay,quá trình đô thị hoá ở nước ta đang là nguyên nhân gây biến động nguồn tài nguyên nước, theo đó, các con sông, hồ trong các đô thị ngày một bị thu hẹp dòng chảy, thậm chí bị lấp hoàn toàn để lấy đất phục vụ cho quá trình phát triển kinh tế- xã hội, xây dựng các công trình giao thông, khu dân cư, khu công nghiệp, nhà máy, xí nghiệp… Quá trình đô thị hoá đã và đang tác động sâu sắc đến các hoạt động kinh tế- xã hội. Do tác động của quá trình này, các đoạn sông chảy qua các khu đô thị, khu dân cư tập trung và các cơ sở sản xuất kinh doanh vùng ngoại thành thường xuyên nằm trong tình trạng báo động.

Gia Lâm - vùng đất địa linh nhân kiệt, nằm ở cửa ngõ phía Đông của Thủ đô Hà Nội ngàn năm văn hiến, nơi giao thoa của dòng văn hoá Thăng Long và Kinh Bắc. Gia Lâm được xác định là vùng kinh tế trọng điểm. Trên địa bàn huyện có nhiều tuyến đường giao thông quan trọng đã và đang được đầu tư xây dựng: Quốc lộ 1A; Quốc lộ 1B; Quốc lộ 3 mới Hà Nội - Thái Nguyên; Quốc lộ 5; Đường ôtô cao tốc Hà Nội - Hải Phòng; đường Hà Nội - Hưng Yên; đường 181.; đường thuỷ sông Hồng, sông Đuống, ga Yên Viên và hệ thống đường sắt ngược lên phía Bắc, Đông Bắc và xuôi cảng biển Hải phòng. Trên địa bàn huyện có nhiều khu đô thị, khu công nghiệp và các trung tâm 6 thương mại được hình thành; nhiều làng nghề nổi tiếng, thu hút đông khách thập phương trong và ngoài nước như làng gốm sứ Bát Tràng, dát vàng, may da Kiêu Kỵ, chế biến thuốc bắc Ninh Giang.

Đây chính là những động lực và tiềm năng to lớn để phát triển kinh tế thương mại, du lịch, dịch vụ giao thông, giao lưu hàng hoá hiện nay và trong tương lai. Đặc biệt, tháng 6/2018, UBND thành phố Hà Nội có quyết định phê duyệt Quy hoạch chi tiết Khu đô thị Gia Lâm, tỷ lệ 1/500 tại khu vực thị trấn Trâu Quỳ và các xã: Dương Xá, Kiêu Kỵ, Đa Tốn. Tổng diện tích đất khu vực nghiên cứu quy hoạch khoảng 420ha và quy mô dân số khoảng 89. “Siêu” đô thị mới này được nghiên cứu quy hoạch bao gồm: Khu biệt thự cao cấp được bố trí bên trong lòng đô thị, các khu nhà ở cao tầng với chiều cao từ 25 - 38 tầng, các trường mầm non, trường học các cấp bố trí trung tâm các khu ở, hệ thống công trình công cộng thành phố bố trí, hệ thống các công trình công cộng dịch vụ hỗ trợ và bãi đỗ xe.

Để phát triển hạ tầng cho đô thị, huyện cũng triển khai dự án nhà máy nước sạch khu vực Yên Viên. Ngoài ra, Dự án Nhà máy nước mặt sông Đuống (giai đoạn 1), với công suất 150.000 m3/ngày đêm sẽ được khánh thành vào đúng tháng 10/2018. Tổng quy mô dự án với diện tích gần 61,5 ha, tổng vốn đầu tư gần 5000 tỷ đồng tại xã Phù Đổng và xã Trung Mầu. Đặc biệt, Gia Lâm là một trong những huyện đi đầu trong đầu tư đồng bộ hệ thống chiếu sáng.

Theo đó, 411,8km hệ thống chiếu sáng trên địa bàn huyện được đầu tư. Huyện cũng triển khai đồng bộ việc cải tạo, xây dựng trụ sở làm việc, trạm y tế, nhà văn hóa, trung tâm văn hóa xã; đến nay đã có 153/171 thôn, làng, tổ dân phố, cụm dân cư có nhà văn hóa; 100% trạm y tế các xã đạt chuẩn; 58/75 trường đạt chuẩn quốc gia. Do quá trình đô thị hóa trên địa bàn diễn ra với tốc độ nhanh. Diện tích đất nông nghiệp giảm, diện tích đất đô thị tăng.

Các công trình tiêu thoát nước trước đây chủ yếu phục vụ cho muc đích tiêu cho nông nghiệp. Nên vấn đề tiêu thoát nước cho đô thị và công nghiệp đang trở thành bài toán khó cho ban lãnh đạo khu vực nghiên cứu .Tổng quan về biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm: khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai, bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định. Nguyên nhân chính làm BĐKH trái đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam Á, chịu ảnh hưởng của vùng gió mùa, khí hậu nóng và ẩm rất đặc trưng.

Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200km với 75% dân số sống gần biển. Việt Nam là nước đứng thứ 2 trong 5 nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Nhiệt độ trong 50 năm qua (1958–2007), nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam tăng lên khoảng từ 0,5đ0C đến 0,70C. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè và nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc tăng nhanh hơn ở các vùng khí hậu phía Nam.

Lượng mưa giảm từ 5 đến 10% trên đa phần diện tích phía Bắc nước ta và đang tăng khoảng 5 đến 20% ở các vùng khí hậu phía Nam. Xu thế diễn biến của lượng mưa năm tương tự như lượng mưa mùa mưa, tăng ở các vùng khí hậu phía Nam, giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc. Khu vưc Nam Trung Bộ có lượng mưa mùa khô, mùa mưa và lượng mưa năm tăng mạnh nhất so với các vùng khác ở nước ta, nhiều nơi đến 2% trong 50 năm qua. Số lượng xoáy thuận nhiệt đới họat động trên khu vực Biển Đồng có xu hướng tăng nhẹ, trong khi đó số cơn ảnh hưởng hoặc đổ bộ vào đất liền Việt Nam không có xu hướng biến đổi rõ ràng.

Khu vực đổ bộ của các cơn bão và áp thấp nhiệt đới vào Việt Nam có xu hướng lùi dần về phía Nam nước ta; số lượng các cơn bão rất mạnh có xu hướng gia tăng, mùa bão có dấu hiệu kết thúc muộn hơn trong thời gian gần đây. Mức độ ảnh hưởng của bão đến nước ta có xu hướng mạnh lên. Tình hình BĐKH diễn biến ngày càng phức tạp theo hướng cực đoan và bất lợi cho việc tưới và tiêu. Số trận mưa có cường độ lớn và tổng lượng lớn bất thường xuất hiện 8 ngày càng thường xuyên.

Trong khi nhiều công trình trong hệ thống tiêu xuống cấp và thiết kế với mức đảm bảo thấp đã không đáp ứng được yêu cầu tiêu hiện tại và tương lai. Tổng quan về quy trình vận hành hệ thống tiêu động lực Việt Nam là một nước nông nghiệp, có đến 70% dân số lao động trong lĩnh vực này. Vì vậy, sản xuất nông nghiệp đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp khoảng 24% GDP, gần 30% giá trị hàng hóa xuất khẩu. Ngành xuất khẩu chủ yếu của nước ta đó chính là lúa nước.

Nhưng nhiều năm trở lại đây, sản lượng gạo xuất khẩu giảm, một phần là do ảnh hưởng của BĐKH, còn phần lớn là do quy trình quản lý vận hành, khai thác hệ thống của nước ta chưa tốt.