Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Nhuệ nằm phía thượng lưu cống điều tiết Hà Đông thuộc hệ thống thủy lợi sông Nhuệ có diện tích cần tiêu khoảng 19.438 ha, bao gồm các huyện Đan Phượng, Hoài Đức, một phần huyện Từ Liêm và quận Hà Đông. Theo Quyết định số 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ, hệ số tiêu thiết kế khu vực phía Tây sông Tô Lịch là 19,7 l/s/ha, với tổng diện tích tiêu nước lên tới hơn 29.000 ha, trong đó trạm bơm Yên Nghĩa và Liên Mạc đóng vai trò chủ đạo trong việc tiêu nước ra sông Đáy và sông Hồng. Nhu cầu xác định quy mô hợp lý của các trạm bơm này xuất phát từ thực trạng năng lực tiêu thoát nước hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu do tốc độ đô thị hóa nhanh, sự xuống cấp của các công trình thủy lợi và biến đổi khí hậu gây ra các trận mưa lớn, ngập úng thường xuyên.

Mục tiêu nghiên cứu là làm rõ cơ sở khoa học xác định lưu lượng tiêu và hệ số tiêu thiết kế của trạm bơm Yên Nghĩa và Liên Mạc, từ đó đề xuất quy mô hợp lý phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và điều kiện tự nhiên của lưu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực phía Tây sông Tô Lịch, với dữ liệu khí tượng thủy văn từ trạm Láng trong khoảng thời gian hơn 50 năm, cùng các số liệu sử dụng đất và quy hoạch đến năm 2020. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước, giảm thiểu ngập úng, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững khu vực đô thị hóa nhanh của Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn, thủy lực trong quản lý hệ thống thủy lợi, bao gồm:

  • Mô hình mưa tiêu thiết kế: Sử dụng mô hình mưa 3 ngày lớn nhất với tần suất thiết kế 10%, phân phối lượng mưa có đỉnh rơi vào ngày thứ ba, đảm bảo tính an toàn trước biến đổi khí hậu.
  • Hệ số tiêu thiết kế (q): Được xác định dựa trên cơ cấu sử dụng đất, hệ số dòng chảy C của từng loại đất và đối tượng tiêu nước, cùng với các tổn thất nước do ngấm và bốc hơi.
  • Phương pháp tính toán thủy lực: Áp dụng công thức tính toán hệ số tiêu cho ruộng lúa và các đối tượng tiêu nước khác, dựa trên mô hình đập tràn và chế độ chảy tự do.
  • Hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiêu: Sử dụng biện pháp xây dựng hồ điều hòa để điều tiết lưu lượng tiêu, giảm áp lực tiêu nước trong những ngày mưa lớn.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số tiêu thiết kế, lưu lượng tiêu thiết kế, mô hình mưa tiêu, hệ số dòng chảy C, tổn thất nước, và hồ điều hòa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn trạm Láng với hơn 50 năm quan trắc, số liệu sử dụng đất năm 2010 và dự báo đến năm 2020, cùng các tài liệu quy hoạch tiêu nước được phê duyệt. Phương pháp phân tích gồm:

  • Phân tích thống kê mưa: Xác định các trận mưa gây úng với lượng mưa 3 ngày lớn nhất, tần suất 10%, làm cơ sở xây dựng mô hình mưa tiêu thiết kế.
  • Tính toán hệ số tiêu: Áp dụng công thức thủy lực cho từng loại đối tượng tiêu nước dựa trên hệ số dòng chảy và lượng mưa thiết kế.
  • Phân tích cơ cấu sử dụng đất: Đánh giá tỷ lệ diện tích các loại đất và dự báo thay đổi đến năm 2020 để điều chỉnh hệ số tiêu.
  • Hiệu chỉnh hệ số tiêu: Tính toán giảm nhẹ hệ số tiêu nhờ xây dựng hồ điều hòa chiếm 2,27% diện tích vùng tiêu.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu từ năm 1960 đến 2010, phân tích và tính toán hệ số tiêu cho hiện trạng và dự báo đến năm 2020, hoàn thiện luận văn vào năm 2014.

Cỡ mẫu dữ liệu khí tượng là 51 năm liên tục, phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và chất lượng số liệu. Phương pháp phân tích kết hợp thống kê, mô hình thủy lực và đánh giá quy hoạch.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mô hình mưa tiêu thiết kế: Lượng mưa 3 ngày lớn nhất với tần suất 10% là 330,31 mm, đỉnh mưa rơi vào ngày thứ ba, phù hợp với đặc điểm khí hậu và biến đổi khí hậu hiện nay. Trận mưa điển hình năm 1989 có lượng mưa 328,6 mm gần với giá trị thiết kế, được chọn làm cơ sở tính toán.

  2. Hệ số tiêu thiết kế hiện tại và dự báo: Hệ số tiêu trung bình ngày lớn nhất theo cơ cấu sử dụng đất năm 2010 là 22,18 l/s/ha, dự báo đến năm 2020 tăng lên 23,81 l/s/ha do quá trình đô thị hóa và chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất đô thị và công nghiệp.

  3. Hiệu chỉnh hệ số tiêu bằng hồ điều hòa: Việc chuyển đổi 441 ha ao hồ nuôi trồng thủy sản thành hồ điều hòa (chiếm 2,27% diện tích vùng tiêu) giúp giảm hệ số tiêu khoảng 2,64 l/s/ha, làm hệ số tiêu thiết kế hiệu chỉnh còn 20,62 l/s/ha, giảm áp lực cho hệ thống tiêu thoát nước.

  4. Tính toán hệ số tiêu cho từng đối tượng: Đất đô thị và khu công nghiệp có hệ số dòng chảy cao (0,95), trong khi đất trồng cây lâu năm và đất nông nghiệp có hệ số thấp hơn (0,5 - 0,6). Hệ số tiêu cho ruộng lúa được tính chi tiết với bề rộng đập tràn 0,5 m/ha cho kết quả tiêu nước tốt nhất, đảm bảo ngập úng không vượt quá 10% năng suất.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy mô hình mưa tiêu thiết kế 3 ngày với đỉnh mưa ngày thứ ba là phù hợp với đặc điểm khí hậu Bắc Bộ và các trận mưa lớn gây úng ngập trong lưu vực. Hệ số tiêu thiết kế tăng theo xu hướng đô thị hóa, phản ánh sự gia tăng diện tích đất cứng hóa và nhu cầu tiêu thoát nước cao hơn. Việc xây dựng hồ điều hòa là giải pháp hiệu quả để điều tiết lưu lượng tiêu, giảm áp lực cho các trạm bơm và hệ thống kênh tiêu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hệ số tiêu thiết kế được cập nhật phù hợp với quy hoạch mới và điều kiện thực tế, đồng thời khắc phục hạn chế của các công trình thủy lợi đã xuống cấp. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường tần suất mưa 3 ngày max, bảng hệ số tiêu theo ngày tiêu và cơ cấu sử dụng đất hiện tại và dự báo, giúp minh họa rõ ràng sự thay đổi và hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và nâng cấp trạm bơm Yên Nghĩa và Liên Mạc: Tăng công suất thiết kế phù hợp với hệ số tiêu 20,62 l/s/ha, đảm bảo tiêu thoát nước cho diện tích hơn 19.000 ha, hoàn thành trong vòng 3-5 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hà Nội chủ trì.

  2. Phát triển hệ thống hồ điều hòa: Cải tạo 441 ha ao hồ hiện có thành hồ điều hòa để điều tiết nước, giảm áp lực tiêu thoát nước trong mùa mưa, thực hiện trong 2 năm, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các đơn vị quản lý thủy lợi.

  3. Cải tạo, sửa chữa các công trình thủy lợi hiện hữu: Ưu tiên nâng cấp cống Liên Mạc và các trạm bơm nhỏ đã xuống cấp để tăng khả năng tiêu thoát nước, giảm thiểu rủi ro ngập úng, tiến hành trong 3 năm, do Ban Quản lý dự án thủy lợi thực hiện.

  4. Xây dựng quy hoạch sử dụng đất đồng bộ với tiêu thoát nước: Kiểm soát chặt chẽ quá trình đô thị hóa, đảm bảo tỷ lệ đất xanh, đất chuyên dụng phù hợp để giảm hệ số dòng chảy, phối hợp với Sở Quy hoạch - Kiến trúc và các địa phương, thực hiện liên tục đến năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý thủy lợi và quy hoạch đô thị: Sử dụng kết quả để điều chỉnh quy hoạch tiêu thoát nước, nâng cấp công trình thủy lợi phù hợp với tốc độ đô thị hóa và biến đổi khí hậu.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường: Tham khảo phương pháp tính toán hệ số tiêu, mô hình mưa tiêu thiết kế và hiệu chỉnh hệ số tiêu bằng hồ điều hòa.

  3. Chính quyền địa phương và các đơn vị quản lý tài nguyên nước: Áp dụng các giải pháp đề xuất để giảm thiểu ngập úng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững khu vực lưu vực sông Nhuệ.

  4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng thủy lợi: Tham khảo quy mô và yêu cầu kỹ thuật của các trạm bơm tiêu nước để triển khai các dự án phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn mô hình mưa 3 ngày lớn nhất làm mô hình mưa tiêu thiết kế?
    Mô hình mưa 3 ngày lớn nhất chiếm tỷ lệ 78,43% trong các trận mưa gây úng, với đỉnh mưa rơi vào ngày thứ ba, phù hợp với đặc điểm khí hậu và đảm bảo an toàn trước biến đổi khí hậu.

  2. Hệ số tiêu thiết kế là gì và tại sao nó quan trọng?
    Hệ số tiêu thiết kế là lưu lượng nước tiêu thoát tính trên một đơn vị diện tích (l/s/ha), phản ánh nhu cầu tiêu nước thực tế dựa trên cơ cấu sử dụng đất và điều kiện khí hậu, giúp thiết kế công trình tiêu thoát nước hiệu quả.

  3. Làm thế nào hồ điều hòa giúp giảm hệ số tiêu?
    Hồ điều hòa trữ lại một phần nước mưa trong những ngày có lượng mưa lớn, xả nước từ từ trong những ngày tiếp theo, giúp điều tiết lưu lượng tiêu, giảm áp lực cho hệ thống tiêu thoát nước.

  4. Tại sao cần nâng cấp các công trình thủy lợi hiện có?
    Nhiều công trình đã xuống cấp sau 30-70 năm sử dụng, không đáp ứng được yêu cầu tiêu thoát nước hiện đại, gây ngập úng và rủi ro cho khu vực đô thị hóa nhanh.

  5. Quy hoạch sử dụng đất ảnh hưởng thế nào đến hệ số tiêu?
    Chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất đô thị và công nghiệp làm tăng hệ số dòng chảy do diện tích đất cứng hóa, dẫn đến tăng hệ số tiêu và nhu cầu tiêu thoát nước cao hơn.

Kết luận

  • Xác định mô hình mưa tiêu thiết kế 3 ngày max với lượng mưa 330,31 mm và đỉnh mưa ngày thứ ba phù hợp với điều kiện lưu vực sông Nhuệ.
  • Hệ số tiêu thiết kế hiện tại là 22,18 l/s/ha, dự báo tăng lên 23,81 l/s/ha đến năm 2020 do đô thị hóa.
  • Hồ điều hòa chiếm 2,27% diện tích giúp giảm hệ số tiêu xuống còn 20,62 l/s/ha, giảm áp lực cho hệ thống tiêu thoát nước.
  • Quy mô trạm bơm Yên Nghĩa và Liên Mạc cần được điều chỉnh phù hợp với hệ số tiêu mới, đảm bảo tiêu thoát nước hiệu quả cho hơn 19.000 ha.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai xây dựng, nâng cấp công trình thủy lợi, phát triển hồ điều hòa và kiểm soát quy hoạch sử dụng đất để phát triển bền vững lưu vực.

Hành động ngay hôm nay: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước, giảm thiểu ngập úng và hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội khu vực lưu vực sông Nhuệ.