Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng đang là thách thức lớn đối với các vùng ven biển, đặc biệt là Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) – khu vực trọng điểm chịu ảnh hưởng nặng nề. Theo kịch bản mới nhất, mực nước biển tại Việt Nam dự kiến tăng khoảng 30 cm vào năm 2050, đồng thời lượng mưa tăng 5%, làm gia tăng nguy cơ ngập úng và ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống thoát nước đô thị. Thị trấn Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng, nằm ở vị trí địa lý 9°29’55” vĩ độ Bắc và 106°11’30” kinh độ Đông, là trung tâm huyện lỵ mới thành lập từ năm 2009 với diện tích nghiên cứu khoảng 540 ha, bao gồm cả phần mở rộng sang xã Trung Bình. Địa hình bằng phẳng với độ dốc nền rất nhỏ (0,001% - 0,002%), cao độ trung bình từ 0,5 đến 1 m so với mặt biển, khiến khu vực dễ bị ngập úng khi mưa lớn kết hợp triều cường.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước của thị trấn Trần Đề, phân tích tác động của biến đổi khí hậu đến khả năng thoát nước mưa, từ đó đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu đến năm 2050. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu ngập úng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đô thị ven biển, góp phần nâng cao chất lượng sống của người dân và hỗ trợ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội vùng ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn sử dụng mô hình SWMM (Storm Water Management Model) do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phát triển, phiên bản 5.012 năm 2017, để mô phỏng quá trình thủy văn và thủy lực trong hệ thống thoát nước đô thị. Mô hình này cho phép mô phỏng các quá trình như lượng mưa biến đổi theo thời gian, bốc hơi bề mặt, thấm vào đất, dòng chảy mặt và dòng chảy trong hệ thống cống, kênh. Hai phương pháp thấm chính được áp dụng là mô hình Horton và Green-Ampt, giúp tính toán chính xác lượng nước thấm vào đất và dòng chảy mặt.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Biến đổi khí hậu (BĐKH): sự thay đổi lâu dài về các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, lượng mưa, mực nước biển.
  • Nước biển dâng (NBD): sự gia tăng mực nước biển do hiện tượng ấm lên toàn cầu.
  • Hệ thống thoát nước chung: hệ thống thu gom nước mưa và nước thải cùng một mạng lưới cống.
  • Mô hình thủy văn - thủy lực: mô phỏng quá trình dòng chảy và phân bố nước trong hệ thống thoát nước.
  • Độ dốc nền và cao độ địa hình: ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thoát nước và nguy cơ ngập úng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp điều tra thực địa để thu thập số liệu địa hình, khí tượng thủy văn, thủy văn và hải văn tại trạm Trần Đề và Sóc Trăng. Dữ liệu bao gồm lượng mưa, mực nước triều, nhiệt độ, gió, và sử dụng đất được tổng hợp từ các nguồn chính thức như Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia và các dự án nâng cấp cảng cá địa phương.

Phân tích thống kê được áp dụng để xử lý số liệu khí tượng thủy văn, xác định các kịch bản mưa thiết kế và mực nước triều thiết kế phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu. Mô hình SWMM được xây dựng với cỡ mẫu toàn bộ diện tích nghiên cứu 540 ha, chia thành các tiểu lưu vực đồng nhất về địa hình và sử dụng đất. Phương pháp chọn mẫu là toàn bộ khu vực nghiên cứu nhằm đảm bảo tính đại diện và độ chính xác cao.

Quá trình mô hình hóa gồm các bước: nhập dữ liệu đầu vào, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo lưu lượng và vận tốc dòng chảy tại các cửa xả và cống chính. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2017 đến 2019, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống thoát nước chưa đáp ứng yêu cầu: Tổng chiều dài hệ thống cống chung là 29.372 m, chủ yếu bằng bê tông với tiết diện từ D700 đến D2000. Hệ thống thoát nước hiện tại không có trạm xử lý nước thải, nước thải và nước mưa được xả trực tiếp ra kênh rạch, gây ô nhiễm môi trường. Khu vực trung tâm và trong đê thường xuyên bị ngập úng, đặc biệt trong mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 12, với độ ngập lên đến 0,3 m tại một số điểm.

  2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm tăng nguy cơ ngập úng: Mực nước biển dâng và lượng mưa tăng theo kịch bản BĐKH làm gia tăng độ sâu và thời gian ngập úng. Số liệu mô phỏng cho thấy mực nước triều cao nhất có thể tăng lên đến 2,56 m, trong khi lượng mưa thiết kế tăng khoảng 5% so với hiện trạng. Các nút ngập mới xuất hiện nhiều hơn, đặc biệt tại trung tâm hành chính và khu vực trong đê, với tỷ lệ ngập tăng từ 15% lên khoảng 30% trong điều kiện BĐKH.

  3. Hệ thống cống bị quá tải và xuống cấp: Các đoạn cống chính bị quá tải trong mùa mưa, lưu lượng dòng chảy vượt quá thiết kế từ 20% đến 40%, gây tắc nghẽn và giảm hiệu quả thoát nước. Rác thải và bùn cát tích tụ làm giảm tiết diện dòng chảy, tăng nguy cơ ngập úng.

  4. Mô hình SWMM hiệu quả trong mô phỏng và dự báo: Mô hình được hiệu chỉnh với sai số lưu lượng và vận tốc dòng chảy dưới 10%, cho phép dự báo chính xác các kịch bản mưa và triều cường kết hợp. Kết quả mô phỏng cho thấy việc đóng mở cống ngăn triều và lắp đặt máy bơm có thể giảm đáng kể thời gian ngập úng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do địa hình thấp, độ dốc nền nhỏ, kết hợp với hệ thống thoát nước chưa đồng bộ và xuống cấp. So với các nghiên cứu tại Bangkok (Thái Lan) và Vancouver (Canada), tình trạng ngập úng tại Trần Đề có nhiều điểm tương đồng về tác động của BĐKH và sự quá tải hệ thống thoát nước. Tuy nhiên, nguồn lực đầu tư hạn chế và thiếu trạm xử lý nước thải làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường càng nghiêm trọng hơn.

Việc mô phỏng bằng SWMM giúp minh họa rõ ràng các điểm ngập, lưu lượng dòng chảy và vận tốc trong hệ thống cống, có thể trình bày qua biểu đồ lưu lượng theo thời gian và bản đồ phân bố ngập úng. Kết quả này hỗ trợ việc ra quyết định trong quy hoạch và cải tạo hệ thống thoát nước, đồng thời so sánh hiệu quả các giải pháp kỹ thuật khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo, nâng cấp hệ thống cống thoát nước: Tăng kích thước các đoạn cống bị quá tải, bổ sung cống mới tại các khu vực ngập úng nặng, đặc biệt khu vực trung tâm hành chính và trong đê. Mục tiêu giảm tỷ lệ ngập úng xuống dưới 10% trong mùa mưa, thực hiện trong giai đoạn 2020-2025, do Ban Quản lý Đô thị và Sở Xây dựng tỉnh Sóc Trăng chủ trì.

  2. Lắp đặt hệ thống van ngăn triều một chiều kết hợp máy bơm: Giúp kiểm soát triều cường, ngăn nước mặn xâm nhập vào hệ thống cống, giảm thời gian ngập úng. Dự kiến hoàn thành trong 2 năm, do Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn tỉnh thực hiện.

  3. Xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung: Giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước mặt, nâng cao chất lượng sống người dân. Khuyến nghị đầu tư giai đoạn 2022-2027, phối hợp giữa Sở Tài nguyên Môi trường và các nhà đầu tư tư nhân.

  4. Quy hoạch hệ thống thoát nước đồng bộ và bền vững: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật mới, tích hợp kịch bản biến đổi khí hậu trong thiết kế, đảm bảo khả năng thích ứng lâu dài. Thực hiện song song với quy hoạch phát triển đô thị đến năm 2030, do UBND huyện Trần Đề phối hợp với Trường Đại học Thủy lợi tư vấn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đô thị và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước, giảm thiểu ngập úng và ô nhiễm môi trường.

  2. Các nhà quy hoạch và thiết kế hạ tầng: Áp dụng mô hình SWMM và các giải pháp kỹ thuật đề xuất trong thiết kế hệ thống thoát nước mới hoặc cải tạo hệ thống hiện hữu.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và phân tích tác động biến đổi khí hậu đến hệ thống thoát nước đô thị.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nắm bắt thông tin về tác động của biến đổi khí hậu và các giải pháp thích ứng, từ đó tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và phát triển bền vững địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến hệ thống thoát nước thị trấn Trần Đề?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa và mực nước biển, gây ngập úng kéo dài và làm quá tải hệ thống thoát nước hiện tại. Ví dụ, mực nước triều cao nhất có thể tăng lên 2,56 m, làm nhiều khu vực bị ngập sâu hơn.

  2. Mô hình SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    SWMM mô phỏng chính xác quá trình thủy văn và thủy lực, giúp dự báo lưu lượng dòng chảy, mực nước và điểm ngập, hỗ trợ hiệu chỉnh và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp.

  3. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm ngập úng tại Trần Đề?
    Kết hợp cải tạo hệ thống cống, lắp đặt van ngăn triều một chiều và máy bơm giúp kiểm soát triều cường và tăng khả năng thoát nước, giảm thời gian ngập úng đáng kể.

  4. Tại sao cần xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung?
    Hiện nay nước thải được xả trực tiếp ra kênh rạch gây ô nhiễm nghiêm trọng. Trạm xử lý giúp cải thiện chất lượng nước mặt, bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

  5. Phạm vi nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các thị trấn ven biển có điều kiện địa hình và khí hậu tương tự, đặc biệt trong vùng ĐBSCL chịu tác động của biến đổi khí hậu.

Kết luận

  • Địa hình thấp, độ dốc nền nhỏ và hệ thống thoát nước chưa đồng bộ là nguyên nhân chính gây ngập úng tại thị trấn Trần Đề.
  • Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa và mực nước biển, làm gia tăng nguy cơ ngập úng và quá tải hệ thống thoát nước.
  • Mô hình SWMM là công cụ hiệu quả để mô phỏng, đánh giá và dự báo khả năng thoát nước trong điều kiện hiện tại và tương lai.
  • Các giải pháp cải tạo hệ thống cống, lắp đặt van ngăn triều và máy bơm, cùng xây dựng trạm xử lý nước thải là cần thiết để thích ứng với biến đổi khí hậu.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch và quản lý hệ thống thoát nước bền vững, góp phần phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường vùng ven biển.

Khuyến nghị các cơ quan chức năng triển khai ngay các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, cập nhật dữ liệu để điều chỉnh kế hoạch phù hợp với diễn biến biến đổi khí hậu.