Chương 1:TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thoát nước đô thị 1. Trên thế giới Trong thế kỷ vừa qua, thế giới đã chứng kiến sự tàn phá khủng khiếp từ thiên nhiên gây ảnh hưởng và thiệt hại nghiêm trọng tới các thành phố lớn trên toàn thế giới. Theo số liệu của các nhà quan trắc từ Emergency Events Darabase, chỉ trong vòng 2 thế kỷ qua, số lượng các trận ngập lụt đô thị trên toàn cầu đã tăng lên đáng kể, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống. Biến đổi khí hậu (BĐKH) mà trước hết là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng, là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21.
Chỉ trong vòng 2 thế kỷ qua, số lượng các trận ngập lụt đô thị toàn cầu đã tăng lên đáng kể, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống con người của các quốc gia và vùng lãnh thổ, đặc biệt là các đô thị lớn ven biển trên thế giới (theo Emergency Events Database). Tại nước Áo một giải pháp đặt ra dưới mực nước lũ dân lên của sông Danube là xây một bức tường chống lũ. Nước dâng đến đâu tường cao đến đó. Một công ty tại anh là Flood Resolution đã phân tích kết cấu kỹ thuật, hệ thống này bao gồm hai phần chính: phần móng được xây dựng cố định vĩnh viễn và phần rào chắn di động có thể dịch chuyển.
Hệ thống này được dựa trên một bức tường ngầm, bức tường này bảo vệ một khu vực không bị nước ngầm tràn vào, vốn dâng lên đồng thời với mực nước lũ. Độ sâu của bức tường ngầm tuỳ thuộc vào nền đá ngầm, và sau đó quyết định chiều cao của rào chắn. Bức tường ngầm được làm chắc chắn bằng cách ốp xi măng phía trước hệ thống tường chắn nước di động. Nguồn: https://baomoi.com/ao-lap-dat-tuong-chong-lu-di-dong/c/19007637.epi Hình 1 Công trình tường chắn nước di dộng tại Áo 5 Các biện pháp phòng chống lũ ở thành phố Grein (nước Áo) được xây dựng trong khuôn khổ của dự án Machland Dam và là một trong sáu khu vực tường chống lũ di động.
Nhờ hiệu quả cao, các bức tường này đã trở nên nổi tiếng từ năm 2013. Nguồn: https://baomoi.com/ao-lap-dat-tuong-chong-lu-di-dong/c/19007637.epi Hình 2 Tường chống lũ tại Áo Tại Singapore, việc chống ngập lụt là điều vô cùng quan trọng và thiết yếu khi vừa phải đảm bảo lụt lội không diễn ra, vừa phải đảm bảo không lãng phí nguồn nước ngọt khan hiếm hiện có. Chính vì vậy chính phủ nước này đã triển khai xây dựng các hồ dự trữ nước trên khắp đất nước để vừa chống ngập, vừa có nguồn nước ngọt cho người dân. Đáng kể nhất là công trình hồ chứa và đập chắn nước Marina.
Đập Marina hoạt động thông qua hệ thống các cổng và máy bơm. Trong điều kiện bình thường, những cánh cổng vận hành bằng máy thủy lực này đóng kín. Khi trời mưa to nhưng thủy triều thấp, cổng sẽ mở để xả nước lũ xuống biển. Khi mưa nặng hạt kết hợp với thủy triều lên cao, cổng đóng trong khi máy bơm được kích hoạt để bơm hút nước lũ xuống biển.
Nhờ hệ thống này, tình trạng ngập lụt giảm hẳn ở các khu vực nằm ở vị trí thấp cùa Singapore như Chinatown, Jalan Besar và Geylang. 6 Nguồn: https://tuoitre.vn/singapore-chong-ngap-bang-cach-giu-lai-tung-giot-nuoc-de-xai- 1175895.htm Hình 3 Hồ điều hòa tại Sigapore Tại Vương quốc Anh, sau trận lụt lịch sử tại London năm 1953, họ đã quyết định xây dựng hệ thống chắn nước Thames Barrier ở Woolwich để bảo vệ khu vực trung tâm London rộng 125km2 khỏi tình trạng ngập lục. Thames Barrier dài 520m ngang qua dòng sông. Bờ Bắc là Silvertown ở Newham và bờ Nam là New Charlton ở Greenwich.
Các barrier gồm 6 cổng điều hướng, trong đó 4 cổng rộng 61m và 2 cổng rộng 30m. Ngoài ra còn có 4 cổng nhỏ hơn không điều hướng, nằm giữa 9 trụ cầu bê tông và 2 mố cầu. Bình thường, các cổng thép này sẽ được mở để nước sông tự do lưu thông cũng như cho phép tàu thuyền qua lại. Trong trường hợp cần thiết, các cổng này sẽ được đóng lại, tránh nước sông dâng cao tràn bờ gây ra lũ lụt.
Tại Nhật Bản, thành phố Tokyo đã cho xây dựng một bể điều tiết nước lũ dưới lòng đất. Công trình này được đặt trên sông Kanda, bể nước điều tiết dưới lòng đất số 7, bao gồm một đường ống ngầm dài 4,5km có đường kính bên trong 12,5m. Nó có khả năng dự trự nước lên đến 540.000m3 nước lũ từ 3 con sông chính ở thành phố Tokyo trong mùa mưa lữ từ con sông Kanda, sông Myochoji và sông Zenpukuji. Đường ống thứ nhất của công trình dài 2km bắt đầu hoạt động từ tháng 4/1997, và đường ống thứ 2 (thông với đường ống thứ nhất) dài 2,5km hoạt động vào tháng 9/2005.
Công trình này đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc ngăn chặn các thiệt hại do lũ lụt gây ra ở thành phố Tokyo. 7 Trong nghiên cứu về đánh giá tác động của BĐKH và thích ứng BĐKH của hệ thống thoát nước ở Đan Mạch, Thụy Điển. Kết quả nghiên cứu cho thấy về tác động BĐKH làm gia tăng lượng và đỉnh dỏng chảy trên đô thị do gia tăng về cường độ mưa dưới tác động của BĐKH. Chính gia tăng này làm hệ thống không đáp ứng yêu cầu tiêu thoát vì vậy gây ngập úng xảy ra.
Từ đó đề xuất các biện pháp thích ứng như gia tăng kích thước đường ống, tăng khả năng trữ trên hệ thống. Nghiên cứu này sử dụng kịch bản BĐKH A2 để đánh giá. Giá trị mưa tại Đan Mạch theo kịch bản A2 gia tăng trung bình 20 - 50%. Kết quả của nghiên cứu đề xuất cần xây dựng những hướng dẫn trong thiết kế hệ thống tiêu thoát có xem xét tới BĐKH, cần có những phương pháp và quy trình mới cho phù hợp với điều kiện BĐKH.
Linde, Analyses and Adaptation of Climate Change Impacts on Urban Drainage System Hình 4 Độ sâu ngập gia tăng dưới tác động BĐKH ở Đan Mạch kết quả mô hình 1D-2D Trong nghiên cứu về tính tổn thương trên hệ thống thoát nước của thành phố Vancouver Canada do BĐKH. Áp dụng phương pháp (protocol) của Ủy ban kỹ thuật về đánh giá tính dễ bị tổn thương của hạ tầng công cộng (Public Infrastructure Engineering Vulnerability Committee) của Cannada cho thấy: (i). Các thành phần trong hạ tầng thoát nước đều bị ảnh hưởng với mức độ tổn thương khác nhau ứng với các kịch bản BĐKH-NBD. Ví dụ, các thành phần trong hệ thống không đáp ứng năng 8 lực tải khi lượng mưa gia tăng về cường độ như hố ga, đường ống và cửa xả.
Đề xuất gia tăng kích thước và lặp đặt thêm đường ống và các thành phần khác trong hệ thống để đảm bảo tiêu thoát trong điều kiện BĐKH- NBD. Nguồn: Kerr wood leidal consulting engineers. Vulnerability of Vancouver Sewerage area infrastructure to climate change Hình 5 Mạng hạ tầng thoát nước thành phố Vancouver 1. Tại Việt Nam 1.
Giới thiệu Việt Nam đã có lịch sử phát triển đô thị từ rất lâu đời. Đến thập kỷ 90, số lượng đô thị đã lên đến khoảng 500 đô thị. Kể từ đó đến nay, số lượng đô thị tiếp tục tăng lên nhanh chóng. Tính đến tháng 12 năm 2016, cả nước đã có 795 đô thị, với tỷ lệ đô thị hoá đạt 35,2%, gồm: 02 đô thị đặc biệt (Hà Nội và Tp.
Hồ Chí Minh), 17 đô thị loại I trong đó có 03 đô thị loại I trực thuộc TW (Hải Phòng, Đà Nẵng và Cần Thơ), 25 đô thị loại II, 41 đô thị loại III, 84 đô thị loại IV và 626 đô thị loại V. Thực trạng chung hiện nay là các đô thị đều bị quá tải, tăng sức ép ở tất cả các mặt hạ tầng kỹ thuật và hạ tầng xã hội. Hệ thống thoát nước đô thị: Phần lớn các đô thị đều có hệ thống thoát nước chung cho cả mặt nước và nước thải; hầu hết nước thải đều chưa được xử lý hoặc mới 9 chỉ được xử lý sơ bộ chưa đạt tiêu chuẩn quy định; nhìn chung các đô thị đều thiếu hệ thống thu gom và các trạm xử lý nước thải tập trung. Hiện tại, mạng lưới thu gom chủ yếu được đầu tư từ những năm 50, 60 của thế kỷ trước.
Việc đầu tư cũng chưa đồng bộ, chưa có trạm hoặc nhà máy xử lý nước thải, một số nơi đã được đầu tư mới nhưng cần có kinh phí để thực hiện kết nối với hệ thống thoát nước chung. Phần lớn hệ thống thoát nước được đầu tư từ lâu đời, không được duy tu, bảo dưỡng thường xuyên nên đã xuống cấp rất nhanh. Mặt khác, do yêu cầu phát triển của đô thị, một số ao hồ bị san lấp, mặt đất bị bê tông hóa nên mức độ thoát nước kém; Thêm vào đó, tình trạng đào bới, sửa chữa công trình và các dịch vụ cũng như ý thức của người dân trong việc xả thải ra môi trường chưa cao. Đó là những nguyên nhân gây ra tình trạng ngập úng và gây ô nhiễm môi trường.
Theo đánh giá của các công ty thoát nước, công ty môi trường đô thị tại các địa phương và các công ty tư vấn, thì có trên 50% các tuyến cống đã bị hư hỏng nghiêm trọng cần phải sửa chữa, 30% các tuyến cống đã xuống cấp, chỉ khoảng 20% vừa được xây dựng là còn tốt. Các kênh rạch thoát nước chủ yếu là sử dụng kênh rạch tự nhiên, nền và thành bằng đất do vậy thường không ổn định. Các cống, ống thoát nước được xây dựng bằng bê tông hoặc xây gạch, tiết diện cống thường có hình tròn, hình chữ nhật, có một số tuyến cống hình trứng. Ngoài ra tại các đô thị tồn tại nhiều mương đậy nắp đan hoặc mương hở, các mương này thường có kích thước nhỏ, có nhiệm vụ thu nước mưa và nước bẩn ở các cụm dân cư.
Các hố ga thu nước mưa và các giếng thăm trên mạng lưới bị hư hỏng nhiều ít được quan tâm sửa chữa gây khó khăn cho công tác quản lý. Theo báo cáo của các công ty thoát nước và công ty môi trường đô thị, tất cả các thành phố, thị xã của cả nước đều bị ngập úng cục bộ trong mùa mưa. Có đô thị 60% đường phố bị ngập úng như Buôn Mê Thuột của Đắc Lắc. TP Hồ Chí Minh (trên 100 điểm ngập), Hà Nội (trên 30 điểm), Đà Nẵng, Hải Phòng cũng có rất nhiều điểm bị ngập úng.
Thời gian ngập kéo dài từ 2 giờ đến 2 ngày, độ ngập sâu lớn nhất là 1m. Ngoài các điểm ngập do mưa, tại một số đô thị còn có tình trạng ngập cục bộ do nước thải sinh hoạt và công nghiệp (Ban Mê Thuột, Cà Mau).