Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) là đô thị lớn với vai trò kinh tế trọng điểm của Việt Nam, nhưng đang phải đối mặt với thách thức nghiêm trọng về ngập nước đô thị. 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, lượng mưa đo được tại trạm Lý Thường Kiệt lên đến 112,7mm. Nguyên nhân chính bao gồm biến đổi khí hậu, tốc độ đô thị hóa nhanh, diện tích bề mặt không thấm tăng cao và hệ thống thoát nước hiện hữu chưa đáp ứng được nhu cầu. Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NLTN) là khu vực trung tâm TP.HCM, có diện tích khoảng 33,93 km² với dân số gần 1,2 triệu người, chịu ảnh hưởng nặng nề bởi ngập nước do đặc điểm địa hình thấp và mật độ xây dựng cao.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình thoát nước bền vững (Sustainable Urban Drainage System - SuDS) phù hợp cho lưu vực NLTN, nhằm giảm thiểu ngập nước đô thị thông qua tích hợp công nghệ GIS, viễn thám và mô hình thủy lực PCSWMM. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưu vực NLTN, bao gồm 7 quận nội thành TP.HCM, trong giai đoạn từ năm 2019 đến 2022. Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ góp phần khoa học trong việc phát triển mô hình thoát nước bền vững mà còn hỗ trợ thực tiễn quản lý ngập nước, nâng cao nhận thức cộng đồng và phát triển đô thị thông minh tại TP.HCM.

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 PCSWMM. SuDS là hệ thống thoát nước đô thị sử dụng các kỹ thuật sinh thái nhằm giảm thiểu dòng chảy tràn, cải thiện chất lượng nước và tăng khả năng thấm nước tự nhiên, đồng thời tạo cảnh quan xanh cho đô thị. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Bề mặt không thấm (Impermeable Surface): Diện tích bề mặt không cho nước thấm qua, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nước chảy tràn và ngập úng.
  • Kỹ thuật SuDS: Bao gồm mái nhà xanh (GRF), vỉa hè thấm (PP), không gian xanh (BIO), thu gom nước mưa tại chỗ (RWH).
  • Mô hình thủy lực PCSWMM: Phần mềm mô phỏng dòng chảy và ngập nước đô thị, hỗ trợ đánh giá hiệu quả các kịch bản thoát nước.
  • Phân tích GIS và viễn thám: Công cụ thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu không gian như lớp phủ bề mặt, địa hình, mật độ dân cư.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp kết hợp đa dạng nhằm đạt được mục tiêu nghiên cứu:

  • Thu thập dữ liệu: Sử dụng dữ liệu thứ cấp từ các cơ quan như Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật TP.HCM, Đài khí tượng thủy văn Nam Bộ, ảnh viễn thám PLANET, dữ liệu dân số năm 2019 và khảo sát cộng đồng về mức độ chấp nhận kỹ thuật SuDS.
  • Phân tích dữ liệu không gian: Áp dụng GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thoát nước, phân chia tiểu lưu vực, phân tích chồng lớp, nội suy nghịch đảo (IDW) và kiểm tra chất lượng dữ liệu.
  • Mô phỏng thủy lực: Sử dụng phần mềm PCSWMM để mô phỏng hiện trạng ngập nước ngày 06/08/2021 và các kịch bản áp dụng kỹ thuật SuDS, đánh giá các chỉ số như dòng chảy đỉnh, thể tích dòng chảy tràn và cột nước chảy tràn bề mặt.
  • Khảo sát cộng đồng: Thu thập ý kiến người dân về mức độ chấp nhận và ưu tiên áp dụng các kỹ thuật SuDS qua bảng hỏi định lượng.
  • Phân tích thống kê: Kiểm định giả thuyết, hồi quy logistic thứ bậc để xác định yếu tố tác động chính đến hiện trạng ngập nước đô thị.

Cỡ mẫu khảo sát cộng đồng khoảng 140 hộ dân trong lưu vực NLTN, lựa chọn mẫu theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có chủ đích nhằm đảm bảo đại diện cho các khu vực khác nhau trong lưu vực. Thời gian nghiên cứu từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Yếu tố tác động chính đến ngập nước: Phân tích tương quan cho thấy diện tích bề mặt không thấm là yếu tố chủ quan chính ảnh hưởng đến hiện trạng ngập nước đô thị tại lưu vực NLTN, chiếm tỷ lệ lớn trong tổng diện tích lưu vực. Mức độ ngập tăng tương ứng với tỷ lệ bề mặt không thấm tăng, đặc biệt tại các khu vực có mật độ xây dựng cao.

  2. Hiện trạng ngập nước: Mô phỏng hiện trạng ngày 06/08/2021 cho thấy nhiều điểm ngập tập trung tại khu vực có độ cao thấp như đường Nguyễn Hữu Cảnh, với độ sâu ngập lên đến khoảng 0,5m và thời gian ngập kéo dài trên 1 giờ. Số lượng điểm ngập tại lưu vực NLTN tăng từ khoảng 50 điểm năm 2018 lên mức cao hơn trong các năm gần đây.

  3. Hiệu quả các kỹ thuật SuDS: Các kịch bản mô phỏng áp dụng kỹ thuật SuDS đơn lẻ gồm mái nhà xanh (GRF), vỉa hè thấm (PP), không gian xanh (BIO) và thu gom nước mưa (RWH) đều có tác động giảm dòng chảy đỉnh và thể tích dòng chảy tràn. Trong đó, kỹ thuật RWH có hiệu quả thấp hơn so với các kỹ thuật còn lại. Kịch bản kết hợp bốn kỹ thuật SuDS cho kết quả tốt nhất, giảm thiểu ngập nước bề mặt lên đến 20% so với hiện trạng.

  4. Mức độ chấp nhận của cộng đồng: Khảo sát cho thấy hơn 70% người dân trong lưu vực NLTN đồng ý và ưu tiên áp dụng các kỹ thuật SuDS, đặc biệt là mái nhà xanh và không gian xanh, do nhận thức được lợi ích về môi trường và giảm ngập.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ngập nước đô thị tại lưu vực NLTN là sự gia tăng diện tích bề mặt không thấm do tốc độ đô thị hóa nhanh và quy hoạch chưa phù hợp. Kết quả mô phỏng thủy lực minh họa rõ ràng mối liên hệ này, đồng thời khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các kỹ thuật SuDS trong việc giảm thiểu ngập nước. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với mức giảm dòng chảy đỉnh từ 15-25% khi áp dụng SuDS, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa của TP.HCM.

Việc kết hợp các kỹ thuật SuDS tạo ra hiệu quả cộng hưởng, giảm thiểu ngập nước tốt hơn so với áp dụng đơn lẻ. Các biểu đồ dòng chảy đỉnh và thể tích dòng chảy tràn trong phần mềm PCSWMM thể hiện rõ sự giảm đáng kể khi áp dụng kịch bản kết hợp. Mức độ chấp nhận cao của cộng đồng cũng là yếu tố quan trọng đảm bảo tính khả thi trong triển khai thực tế.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra hạn chế về không gian áp dụng kỹ thuật SuDS do mật độ xây dựng dày đặc và chi phí đầu tư ban đầu. Do đó, việc lựa chọn kỹ thuật phù hợp theo từng tiểu lưu vực và kết hợp với hệ thống thoát nước hiện hữu là cần thiết để đạt hiệu quả tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai kỹ thuật mái nhà xanh (GRF) và không gian xanh (BIO): Ưu tiên áp dụng tại các khu vực có mật độ xây dựng vừa phải và các công trình công cộng trong vòng 2-3 năm tới nhằm giảm dòng chảy đỉnh và cải thiện cảnh quan đô thị. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý đô thị phối hợp với chủ đầu tư xây dựng.

  2. Phát triển vỉa hè thấm (PP) và bãi đỗ xe thấm: Áp dụng tại các tuyến đường và khu vực có diện tích bề mặt không thấm lớn, đặc biệt tại các quận trung tâm trong 3-5 năm tới để tăng khả năng thấm nước và giảm ngập cục bộ. Cơ quan quản lý hạ tầng giao thông và thoát nước chịu trách nhiệm triển khai.

  3. Xây dựng hệ thống thu gom nước mưa (RWH) tại nguồn: Khuyến khích hộ gia đình và doanh nghiệp lắp đặt hệ thống thu gom nước mưa để tái sử dụng, giảm áp lực lên hệ thống thoát nước chung. Thời gian thực hiện trong 5 năm, với sự hỗ trợ chính sách và hướng dẫn kỹ thuật từ các sở ngành liên quan.

  4. Tích hợp mô hình SuDS với hệ thống thoát nước hiện hữu: Xây dựng kế hoạch tổng thể kết nối các kỹ thuật SuDS với hệ thống cống và trạm bơm hiện tại nhằm tối ưu hóa hiệu quả thoát nước. Thực hiện trong 5-7 năm, do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng hạ tầng đô thị TP.HCM chủ trì.

  5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo về lợi ích và kỹ thuật SuDS cho người dân, cán bộ quản lý và kỹ sư trong 2 năm đầu triển khai dự án để đảm bảo sự đồng thuận và vận hành hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và chính quyền địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch phát triển hệ thống thoát nước bền vững, giảm thiểu ngập nước tại TP.HCM và các đô thị tương tự.

  2. Các chuyên gia, kỹ sư môi trường và thủy lợi: Áp dụng mô hình và phương pháp nghiên cứu để thiết kế, mô phỏng và đánh giá các giải pháp thoát nước bền vững phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành quản lý tài nguyên và môi trường: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về quản lý nước mưa, biến đổi khí hậu và phát triển đô thị bền vững.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tác động của đô thị hóa và biến đổi khí hậu đến ngập nước, đồng thời tham gia tích cực vào các chương trình áp dụng kỹ thuật SuDS tại địa phương.

Câu hỏi thường gặp

  1. 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 tràn và cải thiện chất lượng nước. Nó quan trọng vì giúp giảm ngập nước, bảo vệ môi trường và tạo cảnh quan xanh cho đô thị.

  2. Các kỹ thuật SuDS nào được áp dụng trong nghiên cứu này?
    Nghiên cứu tập trung vào mái nhà xanh (GRF), vỉa hè thấm (PP), không gian xanh (BIO) và thu gom nước mưa tại chỗ (RWH), được mô phỏng và đánh giá hiệu quả tại lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè.

  3. Hiệu quả giảm ngập của các kỹ thuật SuDS ra sao?
    Kết quả mô phỏng cho thấy kỹ thuật kết hợp bốn giải pháp SuDS có thể giảm ngập nước bề mặt lên đến 20%, trong khi áp dụng đơn lẻ có mức giảm từ 10-18% tùy kỹ thuật.

  4. 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 chính xác hiệu quả các kịch bản thoát nước khác nhau.

  5. Làm thế nào để cộng đồng tham gia vào việc áp dụng SuDS?
    Thông qua khảo sát nhận thức và tuyên truyền, cộng đồng được nâng cao hiểu biết về lợi ích SuDS, đồng thời khuyến khích lắp đặt hệ thống thu gom nước mưa và bảo vệ không gian xanh, góp phần giảm ngập và cải thiện môi trường sống.

Kết luận

  • Đề tài đã xây dựng thành công mô hình thoát nước bền vững SuDS phù hợp cho lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè, TP.HCM, tích hợp GIS, viễn thám và mô phỏng thủy lực PCSWMM.
  • Diện tích bề mặt không thấm là yếu tố chủ đạo ảnh hưởng đến hiện trạng ngập nước đô thị, cần được kiểm soát trong quy hoạch và phát triển đô thị.
  • Các kỹ thuật SuDS như mái nhà xanh, vỉa hè thấm, không gian xanh và thu gom nước mưa có hiệu quả giảm ngập từ 10-20%, trong đó kịch bản kết hợp đạt hiệu quả cao nhất.
  • 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, hoàn thiện chính sách hỗ trợ và mở rộng nghiên cứu áp dụng SuDS cho các lưu vực khác tại TP.HCM và các đô thị lớn.

Luận văn khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp để phát triển hệ thống thoát nước đô thị bền vững, góp phần xây dựng TP.HCM trở thành đô thị thông minh, xanh và thích ứng với biến đổi khí hậu.