CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ VÀ THỰC TRẠNG QUẢN LÝ THOÁT NƯỚC TẠI THÀNH PHỐ HUẾ TRONG BỐI CẢNH BĐKH 1.1 Tổng quan các nghiên cứu về thoát nước đô thị trên thế giới và Việt Nam 1.1 Các khái niệm Biến đổi khí hậu (Climate change) là sự biến đổi trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được xác định được qua những thay đổi về giá trị trung bình và / hoặc sự biến động trong các thuộc tính của nó, và duy trì trong một thời gian đủ dài, thường là hàng thập kỷ hoặc lâu hơn. Thích ứng với biến đổi khí hậu: là sự điều chỉnh hệ thống tự nhiên hoặc con người đối với hoàn cảnh hoặc môi trường thay đổi, nhằm mục đích giảm khả năng bị tổn thương do dao động và BĐKH hiện hữu hoặc tiềm tàng và tận dụng các cơ hội do nó mang lại [16]. Hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật bao gồm hệ thống giao thông, thông tin liên lạc, cung cấp năng lượng, chiếu sáng công cộng, cấp thoát nước, xử lý các chất thải, nghĩa địa, nghĩa trang, cây xanh công viên và các công trình khác [8].
Đây là những cơ sở vật chất, những công trình phục vụ cho cuộc sống hàng ngày của người dân, nó là những công trình mang tính dịch vụ công cộng. Hệ thống thoát nước gồm mạng lưới thoát nước (đường ống, cống, kênh, mương, hồ điều hòa.), các trạm bơm thoát nước mưa, nước thải, các công trình xử lý nước thải và các công trình phụ trợ khác nhằm mục đích thu gom, chuyển tải, tiêu thoát nước mưa, nước thải, chống ngập úng và xử lý nước thải. Hệ thống thoát nước được phân chia thành i) Hệ thống thoát nước chung; ii) Hệ thống thoát nước riêng; và iii) Hệ thống thoát nước nửa riêng [17]. Hệ thống cống riêng là hệ thống thu gom nước mưa vào ống cống thoát nước mưa và xả trực tiếp ra các nguồn tiếp nhận, trong khi nước thải thu từ các gia đình, doanh nghiệp và khu công nghiệp được thu gom vào hệ thống cống thu gom và truyền tải nước thải và đưa đến nhà máy để xử lý trước khi được xả ra nguồn tiếp nhận [17].
Hệ thống cống chung / kết hợp (CSS) là một hệ thống cống thu gom và truyền tải cả nước thải và nước mưa trong một đường ống đến nhà máy xử lý nước thải trước khi thải ra các nguồn tiếp nhận nước [45]. 7 - Hệ thống thoát nước nửa riêng là hệ thống thoát nước chung có tuyến cống bao để tách nước thải đưa về nhà máy xử lý [17]. Hệ thống thoát nước mưa: Bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom và chuyển tải, hồ điều hòa, các trạm bơm nước mưa, cửa thu, giếng thu nước mưa, cửa xả và các công trình phụ trợ khác nhằm mục đích thu gom và tiêu thoát nước mưa [17]. Hồ điều hòa: Là các hồ tự nhiên hoặc nhân tạo có chức năng tiếp nhận nước mưa và điều hòa tiêu thoát nước cho hệ thống thoát nước, các công trình phụ trợ khác nhằm mục đích thu gom và tiêu thoát nước mưa [17].
Ngập lụt: Là hiện tượng ngập nước của một vùng lãnh thổ do lũ gây ra. Lụt có thể do lũ lớn, nước lũ tràn qua bờ đê hoặc làm vỡ công trình ngăn lũ vào các vùng trũng, có thể do nước biển dâng khi gió bão làm tràn nước gây ngập các vùng ven biển. Ngập úng: Là hiện tượng nước mặt (hoặc nước thải) bị đọng lại ở các vùng thấp trũng và không tiêu thoát được. Nguyên nhân ngập úng chủ yếu do mưa lớn, mưa kéo dài và hệ thống thoát nước không đáp ứng được yêu cầu thực tế.
Mô hình thoát nước bền vững: là mô hình áp dụng các kỹ thuật thu gom, thấm, chuyển tải, trữ và xử lý có tính bền vững, linh hoạt, kinh phí thấp nhằm mục tiêu ngăn ngừa, giảm thiểu, trì hoãn, xử lý và loại bỏ nước mưa bị ô nhiễm trước khi đến nguồn tiếp nhận [3]. Phát triển bền vững: Là phát triển đáp ứng được nhu cầu của hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu đó của các thế hệ tương lai trên cơ sở kết hợp chặt chẽ, hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế, bảo đảm tiến bộ xã hội và bảo vệ môi trường [13]. Quy hoạch chuyên ngành thoát nước và xử lý nước thải (gọi tắt là quy hoạch thoát nước): Là việc xác định các lưu vực thoát nước (nước mưa, nước thải), phân vùng thoát nước thải; dự báo tổng lượng nước mưa, nước thải; xác định nguồn tiếp nhận; xác định quy mô vị trí của mạng lưới thoát nước, các công trình đầu mối thoát nước và xử lý nước thải (như trạm bơm, nhà máy xử lý nước thải, cửa xả) [17].2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Nghiên cứu với chủ đề Tối ưu hóa hệ thống thoát nước theo các kịch bản BĐKH được thực hiện năm 2022. Theo đó, các tác giả cho rằng tần suất mưa bão cực đoan ngày càng tăng do BĐKH, đòi hỏi phải có các phương pháp hiệu quả về chi phí để tối ưu hóa mạng lưới thoát nước và các biện pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt.
Thuật toán Tìm kiếm 8 hài hòa và Mô hình quản lý nước mưa được áp dụng cho nghiên cứu điển hình tại một số đô thị, cho thấy mức giảm đáng kể (34,5%) chi phí thiết kế mạng lưới thoát nước so với Phương pháp thích hợp (Rational Method) phổ biến. Trong nghiên cứu mới công bố năm 2021 với tiêu đề: Hệ thống thoát nước đô thị thích ứng với BĐKH: Đánh giá, tác giả Kourtis & Tsihrintzis đã xem xét những thách thức chính liên quan đến việc thích ứng của mạng lưới thoát nước đô thị với BĐKH, chỉ ra sự không chắc chắn của các dự báo khí hậu và phương pháp hiệu chỉnh sai lệch vẫn còn đáng kể, và sự không chắc chắn của các kịch bản kinh tế xã hội, mô hình thủy văn và thủy động lực, và các phương án thích ứng chưa được giải quyết đầy đủ. Nghiên cứu Cải thiện hệ thống thoát nước đô thị để thích ứng với BĐKH của nhà nghiên cứu Kang và các cộng sự thực hiện năm 2016 đã chỉ ra rằng gần đây, các khu vực đô thị thường xuyên xảy ra ngập lụt trên diện rộng và tình trạng này ngày càng trầm trọng hơn do BĐKH. Mục tiêu của nghiên cứu nhằm cải thiện hệ thống thoát nước đô thị để tạo điều kiện thích ứng với BĐKH.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã đánh giá tác động của BĐKH và dự đoán quy mô thiệt hại do ngập lụt tiềm ẩn trong tương lai [39]. Trong nghiên cứu mang tiêu đề: Quy hoạch và thiết kế hệ thống thoát nước đô thị - thách thức với biến đổi khí hậu và đô thị hóa: Tổng quan thực hiện năm 2015, các tác giả đã chỉ ra rằng các hệ thống thoát nước đô thị nói chung không thực hiện được chức năng của chúng chủ yếu là do khí hậu không ổn định và quá trình đô thị hóa nhanh chóng. Nghiên cứu cung cấp cho các kỹ sư thoát nước, các nhà quy hoạch nước và những người ra quyết định những thông tin và công nghệ tiên tiến nhất về các phương án thích ứng để tăng hiệu quả của hệ thống thoát nước trong điều kiện BĐKH và đô thị hóa [54]. Nghiên cứu Tác động của biến đổi khí hậu đối với lượng mưa cực đoan và hệ thống thoát nước đô thị: Đánh giá đã được thực hiện năm 2013 với mục tiêu rà soát các phương pháp hiện được áp dụng để đánh giá những thay đổi về lượng mưa cực đoan ở đô thị trong tương lai và tác động của chúng đối với hệ thống thoát nước đô thị do tình trạng BĐKH gây ra.
Đánh giá kết luận rằng mặc dù có những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn còn nhiều hạn chế trong hiểu biết của chúng ta về cách mô tả các kiểu lượng mưa trong điều kiện khí hậu thay đổi khi thiết kế và vận hành cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị. Các tác giả đi đến kết luận rằng thiết kế và tối ưu hóa cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị có xem xét các tác động của BĐKH cùng với việc tối ưu hóa với các mục tiêu khác là hết sức quan trọng để giữ cho các thành phố có thể ở được trong tương lai [30]. 9 Vào năm 2013, nghiên cứu Cải thiện hệ thống thoát nước để quản lý ngập lụt và đánh giá tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu đã cho thấy rằng tại Tuku, Đài Loan, ngập lụt thường xuyên xảy ra dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế và xã hội trong những năm gần đây. Sự tham gia của người dân vào việc phát triển các nguyên tắc quản lý ngập lụt trong tương lai đã giúp ích cho cả các bên liên quan và các kỹ sư.
Các phương pháp được đề xuất để cải thiện vấn đề bao gồm tăng khả năng thoát nước, sử dụng hệ thống ao hồ làm nơi giữ nước, xây dựng trạm bơm và xây dựng cống phân lũ [31]. Được thực hiện vào năm 2012, nghiên cứu Tác động của biến đổi khí hậu đối với lượng mưa cực đoan và hệ thống thoát nước đô thị xem xét tác động của BĐKH đối với lượng mưa cực đoan và hệ thống thoát nước đô thị cung cấp một cái nhìn tổng quan hiện đại về các phương pháp hiện có và các kết quả liên quan đến việc đánh giá tác động của BĐKH đối với lượng mưa cực đoan ở đô thị cũng như thủy văn và thủy lực đô thị. Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào một số khó khăn và hạn chế liên quan đến các phương pháp hiện có và thảo luận về các vấn đề và thách thức khác nhau mà cộng đồng nghiên cứu phải đối mặt trong việc xử lý đánh giá tác động của BĐKH và thích ứng trong thiết kế và quản lý cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị [30]. Nghiên cứu với tiêu đề Tiêu chí thiết kế hạ tầng thoát nước đô thị trong điều kiện biến đổi khí hậu thực hiện năm 2010 chỉ ra rằng việc thiết kế hệ thống thoát nước đô thị dựa trên phân tích thống kê về các sự kiện trong quá khứ, sự gia tăng cường độ và tần suất của các trận mưa cực đoan có thể sẽ dẫn đến ngập lụt thường xuyên hơn.
Do đó, các tiêu chí thiết kế phải được sửa đổi để tính đến những thay đổi có thể xảy ra do BĐKH. Nghiên cứu đã đề xuất quy trình sửa đổi các tiêu chí thiết kế của cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị.