CHƯƠNG I.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Việc quản lý quy hoạch thoát nước giảm thiểu ngập lụt hiện nay trên thế giới đang đối phó trực tiếp với các vấn đề về nước mưa cũng như các vấn đề ảnh hưởng tới chất lượng nước có liên quan như thoát nước thải, xử lý nước thải và thoát nước mưa. Do vùng ảnh hưởng của ngập lụt đô thị nằm trong cả một lưu vực sông và bãi bồi rộng lớn nên các quy hoạch thoát nước hiện nay trên thế giới đang xét đến ngập lụt như một thành phần của hệ thống thủy văn của toàn lưu vực. Quản lý ngập lụt đô thị gắn liền với quản lý tổng hợp ngập lụt (IFM-Integrated Flood Management) và quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM-Integrated Water Resources Management) giúp hài hòa, tránh gây tổn hại, xung đột lợi ích các bên (Fletcher, T., và nnk 2013), Nghiên cứu về vấn đề tiêu thoát nước đô thị có thể được tiếp cận theo nhiều cách. Trước tiên phải kể đến đó là cách tiếp cận mô phỏng bằng các mô hình toán lực.
Quá trình động lực từ nước mưa thành dòng chảy trong thành phố sẽ được mô phỏng bằng cách sử dụng phương pháp thoát nước kết hợp (Bermúdez Pita nnk, 2018). Trong đó mô hình thủy động lực 1D sẽ mô phỏng dòng chảy trong hệ thống cống ngầm và mô hình 2D sẽ mô phỏng dòng chảy tràn trên bề mặt. Đây là cách tiếp cận thông dụng để giải quyết bài toán ngập lụt đô thị. Ưu điểm của phương pháp là cho kết quả chi tiết, linh động trong các giải pháp xử lý vấn đề.
Tuy nhiên nhược điểm của hướng tiếp cận là cần có đội ngũ chuyên gia lành nghề để thiết lập mô hình cũng như yêu cầu dữ liệu, số liệu đầu vào lớn. Do đó, phương pháp tiếp cận mô hình khái niệm sẽ được áp dụng, trong đó mô hình khái niệm thay thế sẽ được hiệu chỉnh thành mô hình thủy động lực học chi tiết (Wolfs và cộng sự, 2015, 2017). Cả hai loại mô hình sau đó có thể được áp dụng một cách bổ sung. Cả hai mô hình sẽ được đánh giá; bản chi tiết dựa trên thông tin về các khu vực ngập lụt, đối với các trận lũ lịch sử gần đây; khái niệm thay thế bằng cách so sánh với kết quả mô phỏng mô hình chi tiết cho cả sự kiện lịch sử và cơn bão thiết kế.
Pathirama và các tác giả khác (2011) đã phát triển mô hình EPA-SWMM5 để tính toán ngập lụt đô thị trên cơ sở mô hình 2 chiều được đơn giản hóa kết hợp với mô hình tiêu thoát lũ 1 chiều SWMM5. Tác giả cũng đã sử dụng kết quả đầu ra của mô 4 hình để tính toán thiệt hại do ngập lụt. Mô hình này cũng có hiệu quả trong việc tính toán tối ưu hệ thống tiêu thoát nước đô thị. Bản đồ ngập lụt là hướng tiếp cận quan trọng của việc đánh giá rủi ro, nó phản ánh các mối nguy hại gây ra bởi các trận lụt và các kịch bản biến đổi khí hậu xảy ra tại các vùng dân cư, khu vực xác định.
Bản đồ ngập lụt đưa ra các thông tin cơ bản về biên độ của ngập lụt không chỉ dưới các kịch bản khác nhau mà còn thể hiện tính nhạy cảm của các yếu tố như sử dụng đất và vận hành của hệ thống thoát nước giúp quá trình quản lý các quy hoạch thoát nước được dễ dàng hơn. Thông thường, bản đồ ngập lụt được thiết lập trên nền tảng công cụ hệ thống thông tin địa lý (GIS). Bản đồ số được thiết lập dựa trên 2 phương pháp đánh giá rủi ro bao gồm: thứ nhất, thu thập các dữ liệu từ quá khứ của các trận lụt, bao gồm các loại công trình, chiều cao mức nước lụt, tác động tới vật liệu cũng như dấu lụt để lại trên công trình hay trên các nạn nhân của lụt; thứ hai là mô phỏng về lượng mối tương quan giữa mức nước lụt và mức độ hư hại quy ra tiền để mô phỏng mối tương quan giữa các mức độ hư hại của tài sản cá nhân và công cộng (Ashley, R. Bản đồ ngập lụt được xây dựng ở Nhật Bản từ năm 2006, để cảnh báo nơi dự kiến sẽ ngập do nước sông, nước mưa hoặc sóng thần cũng như dự báo độ sâu của những trận ngập.
Bản đồ ngập lụt ở các thành phố ở Anh cũng tỏ ra hiệu quả khi thông báo trực tuyến các mức rủi ro ngập lụt cao, trung bình hoặc thấp, giúp người dân di chuyển khi cần thiết.2 Tổng quan các nghiên cứu trong nước Cho đến nay, trên địa bàn thành phố Hà Nội đã có một số nghiên cứu liên quan đến tiêu thoát nước và bảo vệ môi trường. Trong đó, nổi bật có thể kể đến một số nghiên cứu sau: 1.TSKH Nguyễn Văn Cư, Xây dựng đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy, Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước, Hà Nội, 2005. Công ty tư vấn đầu tư xây dựng giao thông công chính Hà Nội (1995), Nghiên cứu khả thi thoát nước thành phố Hà Nội giai đoạn 1995-2000, UBND Thành phố Hà nội. Phạm Ngọc Đăng (1998), Nghiên cứu dự báo diễn biến môi trường do tác động của phát triển đô thị và công nghiệp đến năm 2010, 2020, đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường đối với thành phố Hà Nội và xây dựng dự án cải tạo môi trường cho một khu công nghiệp, Đề tài NCKH TP Hà Nội.
Nguyễn Đức Khiển, TS. Đoàn Trung Lưu (1996), Cơ sở khoa học sử dụng hợp lí tài nguyên nước mặt, ứng dụng tin học trong quản lí khai thác tài nguyên nước mặt Hà Nội, Đề tài NCKH TP Hà Nội. Lê Trần Lâm (1999), Qui hoạch môi trường vùng Hồ Tây Hà Nội đến năm 2020, Đề tài NCKH TP Hà Nội. Hoàng Niêm, Trần Thanh Xuân, Đỗ Đình Khôi (1986), Tình hình cơ bản về nước mặt thành phố Hà Nội, Báo cáo điều tra 11/1986.
Nguyễn Văn Ninh (2000), Nghiên cứu, đề xuất hệ thống giải pháp nhằm quản lí việc khai thác tài nguyên nước ở các vùng nông thôn ngoại thành Hà Nội, Đề tài NCKH TP Hà Nội. Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA), UBND TP Hà Nội (1994), Qui hoạch tổng thể thoát nước Hà Nội. Nippon Koei (1994), Nghiên cứu hệ thống thoát nước đô thị và xử lý nước thải đô thị thành phố Hà nội. Nippon Koei và Công ty tư vấn Cấp thoát nước và Môi trường Việt Nam (1997), Thuyết minh thiết kế kỹ thuật cải tạo và xây dựng cống thoát nước lưu vực sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu.T, đã Ứng dụng MIKE FLOOD xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt và hệ thống cảnh báo sớm úng ngập cho lưu vực sông Kim Ngưu và tám quận nội thành Hà Nội’ năm 2016 Nhìn chung, các công trình nghiên cứu đã tạo cơ sở cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và là tài liệu tham khảo cho công tác chỉ đạo phòng tránh ngập lụt, úng cục bộ hàng năm của thành phố.
Tuy vậy các kết quả nghiên cứu vẫn tồn tại những hạn chế nhất định: 6 Chưa có một hệ thống các bản đồ thống nhất phục vụ công tác chỉ đạo phòng tránh và giảm nhẹ tình trạng ngập và úng cục bộ cho thành phố Hà Nội hoặc hệ thống các bản đồ ngập úng ở các tỷ lệ khác nhau. Chưa thiết lập công nghệ dự báo ngập úng và diện ngập lụt thời gian thực (dự báo tức thời) để phục vụ cho công tác kiểm soát lũ, ngập để ra quyết định phòng tránh hàng năm. Hệ thống các bản đồ chưa được thống nhất quản lý trên nền GIS, vì vậy gây ra những khó khăn nhất định trong công tác kiểm soát, truy cập dữ liệu phục vụ công tác chỉ đạo phòng tránh ngập lụt và úng cục bộ trên địa bàn thành phố 1.3 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1 Vị trí địa lý Khu vực nghiên cứu là một quận trung tâm thành phố Hà Nội, vị trí địa lý Hà Nội nằm ở đồng bằng Bắc bộ có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh: Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía bắc; phía nam giáp Hà Nam và Hoà Bình; phía đông giáp các tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên; phía tây giáp tỉnh Hoà Bình và Phú Thọ (Hình 1. Hà Nội nằm ở phía hữu ngạn sông Đà và hai bên sông Hồng, vị trí và địa thế thuận lợi cho một trung tâm chính trị, kinh tế, vǎn hoá, khoa học và đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam.
Bản đồ hành chính thành phố Hà Nội Quận Cầu Giấy là một trong những cửa ngõ quan trọng của thủ đô, và nằm ở phía Tây của Hà Nội. Quận Cầu Giấy có tổng cộng 8 phường. Bao gồm các phường sau: Dịch Vọng, Dịch Vọng Hậu, Mai Dịch, Nghĩa Đô, Nghĩa Tân. Quan Hoa, Trung Hòa, Yên Hòa.
Vị trí khu vực nghiên cứu 1.2 Đặc điểm địa hình Đại bộ phận diện tích Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với độ cao khu vực nội thành từ 3 đến 10m so với mặt biển. Còn lại chỉ có khu vực đồi núi ở phía bắc và phía Tây Bắc của huyện Sóc Sơn thuộc rìa phía nam của dãy núi Tam Đảo có độ cao từ 20m đến trên 400m với đỉnh Chân Chim cao nhất là 462m. Địa hình của Hà Nội thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông. Điều này được phản ánh rõ nét qua hướng dòng chảy tự nhiên của các dòng sông chính thuộc địa phận Hà Nội.
Dạng địa hình chủ yếu của Hà Nội là đồng bằng được bồi đắp bởi các dòng sông với các bãi bồi hiện đại, bãi bồi cao và các bậc 12 thềm. Riêng các bậc thềm chỉ có ở phần lớn huyện Sóc Sơn và ở phía bắc huyện Đông Anh, nơi có địa thế cao trong địa hình của Hà Nội. Ngoài ra, Hà Nội còn có các dạng địa hình núi và đồi xâm thực tập trung ở khu vực đồi núi Sóc Sơn với diện tích không lớn lắm.3 Đặc điểm địa chất Khu vực Hà Nội, bị lấp đầy bởi các thành tạo trẻ gắn kết yếu và bở rời, bao gồm cát kết, bột kết, sét bột kết, sét kết, cuội kết tuổi Neogen. Chúng có bề dày đến vài ba trăm mét và nằm không chỉnh hợp lên trên các thành tạo cổ hơn đã gắn kết hoàn toàn.
Tính đa dạng và phức tạp của cột địa tầng cũng tăng dần từ phía bắc xuống phía nam. Tại Sóc Sơn, Đông Anh, các loại bùn và đất sét yếu vắng mặt trong cột địa tầng.