Tổng quan nghiên cứu
Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), một đô thị lớn với dân số trên 10 triệu người, đang phải đối mặt với thách thức nghiêm trọng về ngập nước đô thị, đặc biệt tại lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NLTN). Theo báo cáo của Trung tâm Quản lý và Vận hành Hạ tầng kỹ thuật TP.HCM, số tuyến đường bị ngập do mưa tăng từ 17 tuyến năm 2019 lên 67 tuyến năm 2022, với trận mưa ngày 15/8/2022 gây ngập 67 tuyến đường và lượng mưa đo được lên đến 112,7mm trong hơn 2 giờ 30 phút. Nguyên nhân chính bao gồm biến đổi khí hậu, tốc độ đô thị hóa nhanh, diện tích bề mặt không thấm gia tăng và hệ thống thoát nước hiện hữu quá tải.
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System – SuDS) phù hợp cho lưu vực NLTN, nhằm giảm thiểu ngập nước và nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước đô thị. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên lưu vực rộng khoảng 33,93 km², bao phủ 7 quận trung tâm TP.HCM với dân số gần 1,2 triệu người. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp giải pháp thoát nước bền vững, góp phần phát triển đô thị thông minh và giảm thiểu tác động tiêu cực của ngập nước đến kinh tế, xã hội và môi trường.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết về hệ thống thoát nước đô thị bền vững (SuDS) và mô hình thủy lực mô phỏng ngập nước. SuDS là hệ thống thoát nước đô thị sử dụng các kỹ thuật sinh thái nhằm giảm thiểu dòng chảy bề mặt, cải thiện chất lượng nước và tăng khả năng thấm nước tự nhiên, đồng thời tạo cảnh quan xanh cho đô thị. Các kỹ thuật SuDS tiêu biểu gồm mái nhà xanh (GRF), vỉa hè thấm (PP), không gian xanh (BIO) và thu gom nước mưa tại chỗ (RWH).
Mô hình thủy lực PCSWMM được sử dụng để mô phỏng hiện trạng ngập và các kịch bản áp dụng SuDS, giúp đánh giá hiệu quả giảm ngập dựa trên các chỉ số như tốc độ dòng chảy đỉnh, thể tích dòng chảy tràn và cột nước chảy tràn bề mặt. Các khái niệm chính bao gồm: diện tích bề mặt không thấm, hệ số Manning, phân tích không gian GIS, viễn thám và mô hình số độ cao (DEM).
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm dữ liệu không gian GIS về hệ thống thoát nước, bản đồ lớp phủ bề mặt, dữ liệu lượng mưa theo giờ, mô hình số độ cao DEM, và dữ liệu dân số. Dữ liệu được thu thập từ các cơ quan nhà nước như Sở Xây dựng, Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ, Tổng công ty cấp nước TP.HCM và các tổ chức quốc tế cung cấp ảnh viễn thám.
Phương pháp phân tích bao gồm: phân tích chồng lớp GIS, phân tích điểm nóng (Hot Spot Analysis), nội suy nghịch đảo (IDW), và kiểm định chất lượng dữ liệu topology. Phương pháp mô phỏng thủy lực sử dụng phần mềm PCSWMM với mô hình 2D để mô phỏng hiện trạng ngập ngày 06/08/2021 và các kịch bản áp dụng kỹ thuật SuDS. Cỡ mẫu khảo sát cộng đồng gồm hơn 140 hộ dân trong lưu vực nhằm đánh giá mức độ chấp nhận các kỹ thuật SuDS. Phương pháp hồi quy logistic thứ bậc được áp dụng để phân tích tương quan giữa các yếu tố tự nhiên, giải pháp SuDS và hiện trạng ngập.
Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng cơ sở dữ liệu, mô phỏng thủy lực, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Yếu tố chủ yếu tác động đến ngập nước là diện tích bề mặt không thấm: Phân tích tương quan cho thấy diện tích bề mặt không thấm có mối liên hệ chặt chẽ với mức độ ngập, chiếm tỷ lệ lớn trong lưu vực NLTN với khoảng 1.450 ha không thấm trên tổng diện tích 33,93 km².
Hiệu quả của các kỹ thuật SuDS trong giảm ngập: Mô phỏng các kịch bản áp dụng kỹ thuật SuDS cho thấy mái nhà xanh (GRF) giảm dòng chảy đỉnh khoảng 22%, vỉa hè thấm (PP) và không gian xanh (BIO) cũng có tác động tích cực, trong khi thu gom nước mưa (RWH) có hiệu quả thấp hơn. Kịch bản kết hợp cả bốn kỹ thuật SuDS giảm ngập đến 20% lượng nước chảy tràn bề mặt.
Mức độ chấp nhận kỹ thuật SuDS của cộng đồng cao: Khảo sát cho thấy người dân ưu tiên áp dụng kỹ thuật mái nhà xanh và không gian xanh, đồng thời có sự đồng thuận về lợi ích môi trường và giảm ngập.
Phân vùng vị trí áp dụng kỹ thuật SuDS: Bản đồ GIS xác định các tiểu lưu vực phù hợp cho từng kỹ thuật SuDS dựa trên đặc điểm địa hình, lớp phủ và mật độ dân cư, giúp tối ưu hóa hiệu quả giảm ngập.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân chính của ngập nước tại lưu vực NLTN là sự gia tăng diện tích bề mặt không thấm do đô thị hóa nhanh, làm giảm khả năng thấm nước tự nhiên và tăng dòng chảy bề mặt. Kết quả mô phỏng thủy lực minh họa rõ ràng sự khác biệt về mức độ ngập giữa hiện trạng và các kịch bản áp dụng SuDS, thể hiện qua biểu đồ dòng chảy đỉnh và thể tích dòng chảy tràn giảm đáng kể khi áp dụng các kỹ thuật SuDS.
So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng sử dụng SuDS như một giải pháp bền vững, hiệu quả trong quản lý thoát nước đô thị. Việc kết hợp nhiều kỹ thuật SuDS mang lại hiệu quả cao hơn so với áp dụng đơn lẻ, đồng thời phù hợp với điều kiện đặc thù của lưu vực NLTN.
Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc giảm thiểu ngập mà còn góp phần cải thiện chất lượng môi trường, tăng cường cảnh quan xanh và nâng cao nhận thức cộng đồng về quản lý nước mưa bền vững.
Đề xuất và khuyến nghị
Triển khai áp dụng kỹ thuật mái nhà xanh (GRF) và không gian xanh (BIO) tại các khu vực có mật độ xây dựng cao: Tăng diện tích bề mặt thấm, giảm dòng chảy đỉnh, dự kiến hoàn thành trong 3 năm, do Sở Xây dựng và các quận trung tâm phối hợp thực hiện.
Phát triển hệ thống vỉa hè thấm (PP) và bãi đỗ xe thấm tại các tuyến đường trọng điểm: Giảm ngập cục bộ và cải thiện thoát nước bề mặt, thực hiện trong 2 năm, do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng hạ tầng đô thị chủ trì.
Xây dựng hệ thống thu gom nước mưa (RWH) tại các công trình công cộng và khu dân cư: Tăng khả năng tái sử dụng nước, giảm áp lực thoát nước, triển khai thí điểm trong 1 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các đơn vị liên quan.
Tăng cường công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng về lợi ích và cách thức áp dụng SuDS: Tổ chức các chương trình đào tạo, hội thảo, truyền thông trong 6 tháng đầu năm, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương thực hiện.
Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập nước dựa trên dữ liệu GIS và mô hình thủy lực: Phát triển ứng dụng WebGIS cảnh báo ngập theo thời gian thực, hoàn thành trong 2 năm, do Trung tâm Quản lý và Vận hành Hạ tầng kỹ thuật TP.HCM chủ trì.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Nhà quản lý đô thị và các cơ quan chính quyền TP.HCM: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách, quy hoạch và quản lý hệ thống thoát nước bền vững, nâng cao hiệu quả phòng chống ngập.
Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Quản lý tài nguyên và môi trường, Kỹ thuật môi trường: Tham khảo phương pháp luận, mô hình thủy lực và ứng dụng GIS trong nghiên cứu thoát nước đô thị.
Các đơn vị tư vấn, thiết kế và thi công hạ tầng đô thị: Áp dụng các kỹ thuật SuDS phù hợp trong thiết kế hệ thống thoát nước mới hoặc cải tạo hệ thống hiện hữu.
Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của đô thị hóa đến ngập nước và vai trò của các giải pháp bền vững trong bảo vệ môi trường sống.
Câu hỏi thường gặp
SuDS là gì và tại sao lại quan trọng trong quản lý thoát nước đô thị?
SuDS là hệ thống thoát nước đô thị bền vững, sử dụng các kỹ thuật sinh thái để giảm dòng chảy bề mặt và cải thiện chất lượng nước. Nó quan trọng vì giúp giảm ngập, bảo vệ môi trường và tạo cảnh quan xanh cho đô thị.Các kỹ thuật SuDS nào được áp dụng trong lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè?
Bao gồm mái nhà xanh (GRF), vỉa hè thấm (PP), không gian xanh (BIO) và thu gom nước mưa tại chỗ (RWH). Mỗi kỹ thuật có ưu điểm riêng và được lựa chọn dựa trên đặc điểm khu vực.Hiệu quả giảm ngập của các kỹ thuật SuDS được đánh giá như thế nào?
Mô phỏng cho thấy kỹ thuật mái nhà xanh giảm dòng chảy đỉnh khoảng 22%, kết hợp bốn kỹ thuật có thể giảm ngập đến 20% lượng nước chảy tràn bề mặt, trong khi thu gom nước mưa có hiệu quả thấp hơn.Phương pháp mô phỏng thủy lực PCSWMM có ưu điểm gì?
PCSWMM cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và ngập nước trong đô thị, tích hợp dữ liệu GIS và viễn thám, giúp đánh giá các kịch bản thoát nước và hỗ trợ ra quyết định chính xác.Làm thế nào để cộng đồng dân cư tham gia vào việc áp dụng SuDS?
Thông qua khảo sát nhận thức, tuyên truyền giáo dục và khuyến khích áp dụng các kỹ thuật như mái nhà xanh và thu gom nước mưa tại hộ gia đình, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước.
Kết luận
- Đề tài đã xây dựng thành công mô hình thoát nước bền vững phù hợp cho lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè, tích hợp GIS, viễn thám và mô hình thủy lực PCSWMM.
- Diện tích bề mặt không thấm là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến ngập nước đô thị tại lưu vực.
- Các kỹ thuật SuDS như mái nhà xanh, vỉa hè thấm và không gian xanh có hiệu quả giảm ngập rõ rệt, trong khi thu gom nước mưa cần được cải tiến để nâng cao hiệu quả.
- Mức độ chấp nhận của cộng đồng đối với các kỹ thuật SuDS là cao, tạo điều kiện thuận lợi cho triển khai thực tế.
- Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm các kỹ thuật SuDS, phát triển hệ thống cảnh báo ngập và mở rộng nghiên cứu cho các lưu vực khác tại TP.HCM.
Hành động ngay hôm nay: Các nhà quản lý và chuyên gia cần phối hợp triển khai các giải pháp SuDS để giảm thiểu ngập nước, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị.