Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh đang đối mặt với cuộc khủng hoảng ngập nước đô thị ngày càng trầm trọng. Số tuyến đường bị ngập do mưa tăng vọt từ 17 tuyến (năm 2019) lên 35 tuyến (năm 2020), tiếp tục leo thang lên 48 tuyến (năm 2021) và 67 tuyến (năm 2022). Chỉ riêng trận mưa ngày 15/8/2022, kéo dài hơn 2 giờ 30 phút với lượng mưa đo được tại trạm Lý Thường Kiệt lên đến 112,7mm, đã gây ngập 67 tuyến đường — con số phản ánh rõ nét sự bất lực của các giải pháp công trình truyền thống.

Trước thực trạng đó, luận văn thạc sĩ "Xây dựng mô hình thoát nước bền vững cho lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh" của học viên Lê Thị Dung (trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM, năm 2022) được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Võ Lê Phú.

Nghiên cứu tập trung vào lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NLTN) — lưu vực trung tâm TP.HCM, trải dài qua 7 quận nội thành với diện tích khoảng 33,93 km², dân số gần 1,2 triệu người. Đây là khu vực có diện tích bề mặt không thấm ở mức cao so với các lưu vực khác trong thành phố, khiến nguy cơ ngập do dòng chảy tràn sau mưa ngày càng gia tăng.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng và đề xuất mô hình thoát nước đô thị bền vững (SuDS) phù hợp nhất cho lưu vực NLTN, thông qua tích hợp công nghệ GIS, viễn thám và mô hình thủy lực PCSWMM. Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa học thuật mà còn là cơ sở thực tiễn để các nhà quản lý triển khai giải pháp thoát nước xanh, góp phần xây dựng đô thị thông minh và bền vững cho TP.HCM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết của Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System – SuDS), được phát triển bởi tổ chức CIRIA (Anh Quốc). SuDS vận dụng triết lý sinh thái học, thay thế phương thức thoát nước nhanh truyền thống bằng cách làm chậm quá trình dòng chảy, tăng khả năng thấm tự nhiên và lưu giữ nước mưa tại nguồn.

Song song đó, nghiên cứu áp dụng khung lý thuyết Phát triển Tác động Thấp (Low-Impact Development – LID) — phổ biến tại Mỹ và Canada — nhằm tích hợp quản lý nguồn nước bền vững vào quy hoạch cảnh quan đô thị. Tại Việt Nam, tiếp cận này được lồng ghép trong Quyết định số 2623/QĐ-TTg (năm 2013) về phát triển đô thị ứng phó biến đổi khí hậu.

Năm khái niệm trọng tâm xuyên suốt nghiên cứu gồm: (1) Bề mặt không thấm — chỉ số định lượng mức độ đô thị hóa và rủi ro ngập; (2) Dòng chảy tràn bề mặt — yếu tố kỹ thuật cần kiểm soát; (3) Chu chuỗi quản lý nước mưa theo 4 tầng (ngăn ngừa → kiểm soát tại nguồn → kiểm soát theo khu vực → kiểm soát quy mô vùng); (4) Mô hình thủy lực PCSWMM — công cụ mô phỏng ngập nước; (5) Khả năng chấp nhận của cộng đồng — yếu tố quyết định tính khả thi triển khai thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp hỗn hợp đa tầng, bao gồm:

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thứ cấp thu thập từ Trung tâm Quản lý và Vận hành Hạ tầng kỹ thuật (Sở Xây Dựng TP.HCM), Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Nam Bộ (dữ liệu mưa theo giờ giai đoạn 2016–2020), ảnh viễn thám độ phân giải 3,5m từ tổ chức PLANET (năm 2020), mô hình số độ cao DEM từ SRTM và Sở Khoa học Công nghệ. Dữ liệu sơ cấp thu thập qua khảo sát cộng đồng tại các hộ dân trong lưu vực NLTN về mức độ chấp nhận áp dụng kỹ thuật SuDS — kế thừa từ nghiên cứu của tác giả Nguyễn Hoàng Mỹ Lan (2016–2017).

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu phỏng vấn 140 hộ dân cư trong phạm vi lưu vực; danh sách điểm khảo sát được xác định kết hợp giữa khảo sát thực địa và phân tích ảnh viễn thám Google Earth, đảm bảo tính đại diện cho 30 tiểu lưu vực thuộc NLTN trải rộng qua 7 quận nội thành.

Phương pháp phân tích: Mô hình hồi quy logistic bậc bậc thang được sử dụng để xác định yếu tố tác động chính đến hiện trạng ngập (biến độc lập: lượng mưa, địa hình, lớp phủ bề mặt, mật độ dân số; biến phụ thuộc: mức độ ngập). Phân tích không gian GIS bao gồm phân tích chồng lớp (Overlay), phân tích điểm nóng (Hot Spot Analysis) và nội suy nghịch đảo (IDW). Mô phỏng thủy lực 2D trên phần mềm PCSWMM tái hiện sự kiện mưa ngày 06/8/2020. Phương pháp phân loại ảnh có kiểm định (Maximum Likelihood) được dùng để giải đoán 8 lớp phủ bề mặt từ ảnh viễn thám. Lý do lựa chọn bộ phương pháp này: tiết kiệm thời gian và nhân lực so với khảo sát toàn diện, đồng thời đảm bảo tính chính xác không gian – thời gian và khả năng tái hiện các kịch bản ngập trong tương lai.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện 1 – Bề mặt không thấm là yếu tố chủ quan chính gây ngập. Phân tích hồi quy logistic xác nhận lớp phủ bề mặt (tỷ lệ diện tích không thấm) là nhân tố chủ quan quyết định nhất đến mức độ ngập đô thị tại lưu vực NLTN. Lưu vực NLTN có tỷ lệ bề mặt không thấm ở mức rất cao so với các lưu vực khác trong thành phố. Khu vực phía Đông lưu vực — quanh đường Nguyễn Hữu Cảnh, quận Bình Thạnh — là điểm có địa hình thấp nhất và tần suất ngập cao nhất, trong đó đường Nguyễn Hữu Cảnh ghi nhận 8 lần ngập trong năm 2018, với độ sâu ngập thuộc loại cao nhất toàn lưu vực.

Phát hiện 2 – Tình trạng ngập ngày càng nghiêm trọng theo thời gian. Trong vòng 40 năm (1962–2001), TP.HCM chỉ ghi nhận 9 trận mưa kéo dài 3 giờ với lượng mưa trên 100mm. Trong 10 năm tiếp theo (2002–2020), con số này vượt 30 trận — gấp hơn 3 lần tần suất trước đó. Năm 2018, hơn 50 vị trí ngập xuất hiện tại lưu vực NLTN. Ma trận tương quan cho thấy mối quan hệ hữu cơ giữa tốc độ đô thị hóa, diện tích bề mặt không thấm và mức độ ngập.

Phát hiện 3 – Kịch bản kết hợp 4 kỹ thuật SuDS đạt hiệu quả cao nhất. Nghiên cứu mô phỏng 5 kịch bản độc lập và 1 kịch bản kết hợp. Kết quả cho thấy: mái nhà xanh (GRF), không gian xanh (BIO) và vỉa hè thấm (PP) đều giảm đáng kể tốc độ dòng chảy đỉnh và thể tích dòng chảy tràn. Kỹ thuật thu gom nước mưa tại chỗ (RWH) kém hiệu quả hơn ba kỹ thuật còn lại khi áp dụng đơn lẻ. Kịch bản kết hợp cả 4 kỹ thuật cho hiệu quả cao nhất, có thể giảm thiểu ngập lên đến 20% lượng nước chảy tràn bề mặt.

Phát hiện 4 – Cộng đồng có mức độ chấp nhận cao với các kỹ thuật SuDS. Khảo sát 140 hộ dân cho thấy tỷ lệ chấp nhận áp dụng các kỹ thuật SuDS ở mức khả quan — là cơ sở quan trọng để đánh giá tính khả thi triển khai thực tế. Bản đồ phân vùng vị trí lựa chọn ưu tiên của cộng đồng được xây dựng riêng cho từng kỹ thuật (GRF, BIO, PP, RWH), tạo nền tảng dữ liệu không gian để các nhà quản lý lên kế hoạch can thiệp có trọng tâm.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên hoàn toàn phù hợp với xu hướng nghiên cứu quốc tế. Tại London Borough of Lambeth, vỉa hè thấm giúp loại bỏ 6m nước bề mặt chảy trong trận mưa chu kỳ 100 năm. Tại Cardiff, hệ thống thu gom nước mưa từ diện tích mái nhà 2.300m² ước tính giảm ngập đến 70%. Nghiên cứu năm 2015 của H Hữu Lực cũng tại lưu vực NLTN đã chỉ ra mái nhà xanh đạt hiệu quả giảm dòng chảy đỉnh lên đến 22% — tương đồng với kết quả mô phỏng trong luận văn này.

Nguyên nhân kỹ thuật RWH kém hiệu quả hơn khi dùng đơn lẻ có thể được lý giải bởi khả năng lưu trữ hữu hạn của bể chứa và phụ thuộc vào tần suất sử dụng nước thu gom — yếu tố không được kiểm soát trong mô phỏng. Điều này gợi ý RWH phát huy tốt nhất khi kết hợp với các kỹ thuật thoát nước tự nhiên khác.

Về mặt trực quan hóa dữ liệu, nghiên cứu sử dụng hệ thống bản đồ GIS và biểu đồ đường thể hiện diễn biến dòng chảy tràn theo thời gian cho từng kịch bản, giúp so sánh trực quan giữa hiện trạng và các kịch bản SuDS. Đây là cách tiếp cận mạnh, cho phép nhà quản lý ra quyết định dựa trên bằng chứng không gian cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ưu tiên triển khai kịch bản kết hợp 4 kỹ thuật SuDS tại các tiểu lưu vực có nguy cơ cao. Các cơ quan quản lý đô thị (Sở Xây Dựng, Trung tâm Quản lý và Vận hành Hạ tầng kỹ thuật TP.HCM) cần ưu tiên triển khai kết hợp GRF + BIO + PP + RWH tại các tiểu lưu vực thuộc khu vực phía Đông NLTN — nơi địa hình thấp và tần suất ngập cao nhất. Mục tiêu: giảm 20% lượng nước chảy tràn bề mặt trong vòng 3–5 năm đầu triển khai.

2. Quy định tỷ lệ bề mặt không thấm tối đa trong quy hoạch xây dựng đô thị. Sở Quy hoạch – Kiến trúc TP.HCM cần bổ sung vào quy chuẩn xây dựng quy định giới hạn tỷ lệ diện tích bề mặt không thấm dưới 65% — ngưỡng được xác định trong nghiên cứu 2015 của H Hữu Lực là mức kiểm soát ngập hiệu quả. Điều này cần thực hiện ngay trong các dự án phát triển mới từ năm 2023 trở đi.

3. Tích hợp dữ liệu ngập nước vào nền tảng WebGIS cảnh báo thời gian thực. Ứng dụng kết quả mô phỏng vị trí ngập để tích hợp vào các ứng dụng di động và WebGIS cảnh báo ngập theo thời gian thực, phục vụ cộng đồng giảm thiểu ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường. Chủ thể thực hiện: Sở Thông tin và Truyền thông TP.HCM phối hợp với Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật.

4. Triển khai thí điểm SuDS tại một tiểu lưu vực đại diện, đánh giá hiệu quả thực tế. Lựa chọn 1–2 tiểu lưu vực trong số 30 tiểu lưu vực NLTN để xây dựng mô hình thí điểm SuDS trong 12–18 tháng, thu thập dữ liệu thực địa để kiểm chứng và hiệu chỉnh các tham số mô phỏng. Kết quả thí điểm sẽ là căn cứ pháp lý để nhân rộng mô hình ra toàn lưu vực và các địa bàn khác tại TP.HCM, tương tự mô hình thí điểm đã thành công tại TP Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc (dự án NDF/NITRAS/IRURE, phê duyệt năm 2016).

5. Nâng cao nhận thức cộng đồng về SuDS như điều kiện tiên quyết để tăng tỷ lệ chấp nhận. Tổ chức chương trình truyền thông tại 7 quận thuộc lưu vực NLTN, kết hợp với các chương trình hỗ trợ kỹ thuật và tài chính cho hộ dân lắp đặt mái nhà xanh, vỉa hè thấm. Mục tiêu nâng tỷ lệ chấp nhận cộng đồng lên trên 70% trước khi triển khai đại trà.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý và hoạch định chính sách đô thị Cán bộ Sở Xây Dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Quy hoạch – Kiến trúc TP.HCM sẽ tìm thấy trong luận văn bộ công cụ ra quyết định dựa trên bằng chứng không gian: bản đồ GIS xác định vị trí ưu tiên áp dụng từng kỹ thuật SuDS, các kịch bản mô phỏng định lượng mức giảm ngập và dữ liệu khảo sát chấp nhận cộng đồng — đủ để xây dựng đề án chính sách thoát nước bền vững cụ thể và thuyết phục.

2. Kỹ sư và chuyên gia hạ tầng đô thị Các kỹ sư thoát nước, kỹ sư môi trường và chuyên gia quy hoạch đô thị sẽ được cung cấp quy trình kỹ thuật đầy đủ: từ xây dựng dữ liệu GIS đầu vào, giải đoán ảnh viễn thám, phân chia 30 tiểu lưu vực, đến thiết lập mô hình PCSWMM và phân tích kết quả mô phỏng. Bộ thông số kỹ thuật chi tiết của 4 kỹ thuật SuDS (GRF, BIO, PP, RWH) là tài liệu tham chiếu quý giá cho các dự án thiết kế thực tế.

3. Nhà nghiên cứu và học viên sau đại học Luận văn cung cấp khung phương pháp nghiên cứu tích hợp (GIS + viễn thám + mô hình thủy lực + khảo sát xã hội) có thể nhân rộng cho các lưu vực khác tại Việt Nam. Phương pháp hồi quy logistic xác định yếu tố tác động chính và quy trình phân tích không gian chồng lớp là đóng góp phương pháp luận có giá trị cho các nghiên cứu về quản lý tài nguyên và môi trường đô thị.

4. Cộng đồng dân cư và doanh nghiệp trong vùng ngập Hơn 1,2 triệu người dân sinh sống trong lưu vực NLTN — đặc biệt tại các phường thuộc quận Bình Thạnh, Phú Nhuận, Tân Bình — có thể hiểu rõ hơn về nguyên nhân ngập nước và các giải pháp thoát nước xanh mà cá nhân, hộ gia đình và doanh nghiệp có thể tự triển khai như lắp đặt mái nhà xanh hay hệ thống thu gom nước mưa tại chỗ.

Câu hỏi thường gặp

1. SuDS là gì và tại sao phù hợp với điều kiện TP.HCM hơn giải pháp truyền thống? SuDS (Hệ thống thoát nước đô thị bền vững) áp dụng nguyên lý sinh thái tự nhiên — làm chậm dòng chảy, tăng khả năng thấm và lưu giữ nước mưa — thay vì thoát nhanh theo cống ngầm. Trong bối cảnh TP.HCM có số trận mưa trên 100mm tăng hơn 3 lần trong 10 năm (2002–2020) và hệ thống cống đã quá tải, SuDS giải quyết bài toán từ gốc rễ là giảm lượng nước chảy tràn, thay vì chỉ thoát nhanh lượng nước ngày càng lớn hơn.

2. Kết quả mô phỏng cho thấy SuDS hiệu quả đến mức nào? Kịch bản kết hợp cả 4 kỹ thuật — mái nhà xanh (GRF), không gian xanh (BIO), vỉa hè thấm (PP) và thu gom nước mưa (RWH) — cho hiệu quả cao nhất, có thể giảm lên đến 20% lượng nước chảy tràn bề mặt, đồng thời làm giảm tốc độ dòng chảy đỉnh và thể tích dòng chảy tràn toàn lưu vực. Đây là kết quả từ mô phỏng sự kiện mưa thực tế ngày 06/8/2020 trên phần mềm PCSWMM.

3. Yếu tố nào được xác định là nguyên nhân chủ quan chính gây ngập tại NLTN? Thông qua mô hình hồi quy logistic và phân tích tương quan đa yếu tố (lượng mưa, địa hình, mật độ dân số, lớp phủ bề mặt), nghiên cứu xác định lớp phủ bề mặt không thấm là yếu tố chủ quan chính yếu tác động đến hiện trạng ngập đô thị. Điều này đồng nghĩa kiểm soát tỷ lệ đô thị hóa và bảo tồn bề mặt thấm là giải pháp phòng ngừa ngập hiệu quả nhất về dài hạn.

4. Kỹ thuật nào trong SuDS phù hợp nhất để triển khai ngay tại các khu dân cư đã phát triển? Với đặc điểm đô thị dày đặc như lưu vực NLTN, mái nhà xanh (GRF) và thu gom nước mưa tại chỗ (RWH) phù hợp nhất vì không đòi hỏi thêm quỹ đất. Kết quả khảo sát 140 hộ dân cho thấy đây cũng là các kỹ thuật được cộng đồng ưu tiên chấp nhận. Vỉa hè thấm (PP) phù hợp hơn cho các tuyến đường được cải tạo hoặc xây mới.

5. Tại sao lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè được chọn làm khu vực nghiên cứu? Lưu vực NLTN là lưu vực trung tâm TP.HCM, trải rộng 33,93 km² qua 7 quận, phục vụ gần 1,2 triệu người. Đây là khu vực đã hoàn thiện về quy hoạch không gian — ít có sự thay đổi lớn — nên là địa bàn lý tưởng để kiểm chứng hiệu quả SuDS trong bối cảnh đô thị ổn định, nơi các giải pháp công trình truyền thống đã không còn đạt hiệu quả cao. Kết quả nghiên cứu có thể nhân rộng cho các lưu vực tương tự trong thành phố.

Kết luận

Luận văn mang lại những đóng góp cụ thể và thiết thực cho bài toán ngập nước đô thị tại TP.HCM:

  • Xác lập bằng chứng khoa học: Bề mặt không thấm là yếu tố chủ quan quyết định mức độ ngập — cơ sở để kiểm soát tỷ lệ đô thị hóa trong quy hoạch.
  • Định lượng hiệu quả SuDS: Kịch bản kết hợp 4 kỹ thuật giảm tới 20% dòng chảy tràn bề mặt, cung cấp con số cụ thể để các nhà quản lý đánh giá đầu tư.
  • Xây dựng bộ dữ liệu không gian tích hợp: Hệ thống GIS – viễn thám – thủy lực phục vụ trực tiếp công tác quy hoạch và cảnh báo ngập thời gian thực.
  • Đánh giá tính khả thi dựa trên chấp nhận cộng đồng: Kết quả khảo sát 140 hộ dân tạo nền tảng xã hội vững chắc cho triển khai thực tế.
  • Tạo tiền đề cho nghiên cứu tiếp theo: Khung phương pháp có thể nhân rộng cho 30 tiểu lưu vực còn lại và các lưu vực khác trong TP.HCM.

Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm đến giải pháp thoát nước bền vững nên tham khảo luận văn này như tài liệu nền tảng để xây dựng chiến lược phòng chống ngập dài hạn cho đô thị TP.HCM — hướng đến mục tiêu đô thị thông minh, xanh và bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan.