CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THOÁT NƯỚC VÀ NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚC CHO LƯU VỰC QUẬN HAI BÀ TRƯNG 1. Tổng quan về thoát nước bền vững quận Hai Bà Trưng 1. Tổng quan thoát nước bền vững trên thế giới Các mô hình thoát nước bề vững điển hình trên thế giới Mô hình Phát triển tác động thấp (Low Impact Development-LID): là một thuật ngữ được sử dụng ở Canada và Hoa Kỳ để mô tả phương pháp thiết kế kỹ thuật và quy hoạch đất đai để quản lý dòng nước mưa, sử dụng cảnh quan để hấp thu dòng chảy lũ, giảm dòng chảy mặt, bổ sung nước vào các mạch nước ngầm từ đó làm giảm lưu lượng nước mưa và các chất lơ lửng vào trong hệ thống thu gom. Bản chất của mô hình là mô phỏng dòng chảy trong tự nhiên của nước mưa trước khi có tác động của con người.
Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Suistainable urban drainge system): là tập hợp các biện pháp quản lý nước nhằm điều chỉnh hệ thống thoát nước đô thị để chu trình của nước gần hơn với các chu trình luân chuyển trong tự nhiên như nước dâng, thấm, lọc sinh học. Những điều chỉnh đó góp phần làm giảm tác động của con người đối với môi trường tự nhiên trong quá trình đô thị hóa. Phát triển tác động thấp (LID) là một phương pháp tiếp cận với sự phát triển đất để quản lý nước mưa, được đưa ra nhằm thay thế phương pháp thiết kế nước mưa theo truyền thống. Nguyên lý áp dụng của Phát triển tác động thấp (LID) là một cách tiếp cận xanh để quản lý nước mưa nhằm tìm ra phương pháp giống như thủy văn tự nhiên của một vùng bởi các biện pháp kiểm soát vi mô phi tập trung nhằm đạt được cân bằng nước.
Mục đích chính của LID là giảm tác động của sự phát triển đối với các vấn đề liên quan đến nước thông qua việc sử dụng các biện pháp quản lý sự thấm nước mưa, bốc hơi hoặc thu hoạch và sử dụng nước mưa trên khu vực nơi nó rơi xuống. Các giải pháp LID điển hình hiện thời bao gồm các công trình sau: Mái nhà xanh (Greenroofs), vườn thu nước mưa (Rain gardens), bể chứa sinh học (Bioretention), vật 3 liệu lát thấm nước (Permeable pavements), ao thấm, hào thấm, thùng chứa nước, hộp trồng cây.Các công trình trên đa số tận dụng các vùng công cộng giảm thiểu việc phải thỏa hiệp với người dân trong quá trình xây dựng và cải tạo. Một số công trình LID tại một số nước tiên tiến - Mái xanh là tầng mái của toàn nhà được bao phủ toàn bộ hay một phần bởi thực vật xanh để bù đắp lượng thấm cho phần thảm thực vật đã bị loại bỏ khi xây dựng tòa nhà. Từ nhiều thập kỷ nay, việc xây dựng những mái nhà xanh đã được áp dụng trong việc kiểm soát lượng nước chảy tràn, cải thiện chất lượng không khí và nước, đồng thời thúc đẩy bảo tồn năng lượng.
Hình 1: Mái nhà xanh. - Vật liệu thấm được thiết kế trong việc lưu trữ tạm thời đối với dòng chảy bề mặt, cho phép nước thấm chậm vào lòng đất. Các vật liệu thấm bao gồm hệ thống lưới nhựa, nhựa đường xốp và bê tông xốp. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mặt đường xốp đã góp phần làm giảm tốc độ của dòng chảy và mức độ ô nhiễm liên quan ở nhiều địa điểm khác nhau.
Tốc độ dòng chảy giảm trung bình từ 50% đến 93%. Các thí nghiệm khác từ cùng khu vực cũng chỉ ra rằng không chỉ có thể làm giảm lượng nước chảy trên mặt đường mà còn có thể loại bỏ việc tạo ra nước chảy ngay cả trong những đợt mưa lớn nhất. 4 Hình 2: Vật liệu bê tông thấm - Hộp cây bao gồm ba thành phần chính: buồng, giá thể đất và cây. Khoang chứa bên dưới đất thường là một kết cấu bê tông được đúc sẵn, có chứa một hợp chất bao gồm đất có công thức đặc biệt để lọc nước mưa và các loại cây bản địa hoặc cây bụi.
Hộp cây là hệ thống lọc sinh học nhỏ được thực hiện nhằm loại bỏ chất ô nhiễm thông qua quá trình lọc và hấp phụ. Đất sét hoặc chất hữu cơ trong hỗn hợp đất sẽ hút và giữ các phần tử khác thông qua một quá trình vật lý hoặc hóa học. Ưu điểm lớn của việc lắp đặt hộp cây là khả năng lắp đặt thuận tiện ở các khu đô thị, cũng như các khu dân cư, ngoại thành; bất kể mục đích sử dụng đất, các hộp cây được thiết kế để thu giữ và xử lý các khu vực thoát nước nhỏ. Hình 3: Công trình hộp trồng cây 5 1.
Thoát nước bền vững tại Việt Nam Hệ thống đô thị Việt Nam đang phát triển nhanh về số lượng và tỷ lệ đô thị hóa cao tăng từ 30,5% năm 2010 lên khoảng 40% năm 2020, nhưng chất lượng đô thị còn đạt thấp. Đặc biệt, hệ thống hạ tầng kỹ thuật và hạ tầng xã hội chưa đồng bộ; trình độ và năng lực quản lý và phát triển đô thị còn thấp so với yêu cầu; Tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng ở phần lớn đô thị Việt Nam đều chậm so với tốc độc phát triển kinh tế xã hội. Tình trạng phát triển đô thị kéo theo tình trạng bê tông hóa, các ao hồ tự nhiên bị san lấp dẫn đến vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên mất cân bằng. Nhận thấy được sự mất cân bằng sinh thái trong quá trình đô thị hóa, tại Việt Nam đã có những nghiên cứu và đề xuất áp dụng các mô hình bền vững vào công tác quy hoạch như: - Bài báo: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theo hướng bền vững” đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD tháng 5/2019.
Bài báo này trình bày giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theo hướng bền vững (SuDs). Trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng một số giải pháp vào thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho trục đường thuộc khu đô thị mới Kỳ Đồng - Hà Tĩnh. Kết quả cho thấy việc tính toán áp dụng các giải pháp thiết kế hệ thống thoát nước theo hướng bền vững ngay từ ban đầu tại các tuyến phố sẽ đem lại hiệu quả cao về bảo đảm cân bằng sinh thái, bổ cập nguồn nước ngầm tự nhiên, giảm thiểu các nguy cơ ngập úng, xói mòn, cải thiện cảnh quan, giảm kích thước công trình thoát nước,. - Bài báo: “Ảnh hưởng của các đặc trưng mưa thiết kế tới hiệu quả kiểm soát dòng chảy của các công trình thoát nước bền vững” đăng trên Tạp chí Khoa học Thuỷ lợi và Môi trường, Số 68 (tháng 3/2020) của Tiến sĩ Đặng Minh Hải.
Bài báo đã chỉ rõ ảnh hưởng các đặc trưng của mô hình mưa thiết kế đến hiệu quả của việc kiểm soát thể tích và lưu lượng lớn nhất của các phương án LID khác nhau. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, chu kỳ lặp lại của trận mưa thiết kế tăng lên thì hiệu quả giảm thể tích dòng chảy và lưu lượng lớn nhất sẽ giảm. Ngược lại, khi thời gian mưa tăng lên thì hiệu quả giảm thể tích và giảm lưu lượng lớn nhất sẽ tăng. Hiệu quả giảm thể tích và giảm lưu lượng lớn nhất không rõ rệt khi thời gian xuất hiện đỉnh mưa thay đổi.
6 - Nghiên cứu: “Giải pháp thiết kế các cấu kiện hố trồng cây bằng bê tông cốt thép có khả năng thu thoát nước mưa cho đường phố đô thị” do PGS.TS Nguyễn Việt Phương thực hiện. Trong nghiên cứu này, tác giả giới thiệu giải pháp thiết kế hố trồng cây bằng kết cấu bê tông cốt thép có khả năng thu thoát nước mưa cho đường phố đô thị. Ba loại cấu kiện hố trồng cây đã được đề xuất, đó là: (i) hố trồng cây dạng đơn không đáy, (ii) hố trồng cây kết hợp hố ga thu nước đặt trên vỉa hè, (iii) hố trồng cây kết hợp hố ga thu nước đặt dưới đường. Áp dụng đối với đường phố đô thị, các kết cấu hố trồng cây này được kết nối với hệ thống thoát nước, cho phép cải thiện khả năng thoát nước mưa và hoạt động như một bể thấm lọc sinh học.
Công trình thoát nước mưa bền vững đã được áp dụng thành công tại Việt Nam - Tổng diện tích khu đô thị Eco-Park lên tới 500 ha, là một trong những khu đô thị sinh thái lớn bậc nhất của Việt Nam. Khu đô thị Eco-Park dành tới 30% diện tích đất sử dụng cho cây xanh, mặt nước. Hệ thống thoát nước tại đây được thiết kế riêng biệt hoàn toàn. Nguồn nước thải được thu gom và xử lý riêng biệt, nguồn nước mưa trước khi chảy ra nguồn tiếp nhận, được thu gom lại qua một hệ thống kênh dẫn có dung lượng chứa lớn bên trong khu đô thị.
Dòng chảy được thiết kế chảy len lỏi giữa các khu phố hình các ngón tay, như các con kênh tự nhiên, luôn ở trạng thái dòng chảy động, góp phần lớn trong việc tạo cảnh quan và tăng cường khả năng tự làm sạch. Hình 4: Khu đô thị Ecopark 7 - Farming Kindergarten (Trường mẫu giáo xanh) là một dự án nằm bên cạnh một xưởng sản xuất giày lớn, được thiết kế để giáo dục và dạy học cho con cái của hơn 500 công nhân. Trường bao gồm 3 vòng tròn đan xen với nhau, ở giữa điểm giao 3 vòng tròn này là sân chơi dưới đất. Phía trên nóc của ngôi trường là khu vườn rau xanh 200m2 với đủ các loại rau đa dạng được trồng nhằm phục vụ cho giáo dục nông nghiệp.
Không chỉ thế, trường còn có riêng nhà máy xử lý nước thải để tái chế, xử lý nước thải thành nước tưới cây xanh và nhà vệ sinh. Hình 5: Nhà trẻ do KTS Võ Trọng Nghĩa thiết kế - Tháng 8/2017, thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng hồ điều tiết ngầm thông minh do Cty Sekisui (Nhật Bản) thực hiện bằng mô đun lắp ghép sử dụng công nghệ crosswave, là loại vật liệu xây dựng mới và lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam. “Đây là loại vật liệu chế tạo từ hợp chất Polypropylen có độ bền cao, dễ dàng trong việc thi công tháo lắp, có thể áp dụng tại các khu vực mặt bằng nhỏ hẹp, không gian trữ nước lên tới 90% và hoàn toàn thân thiện đối với môi trường, đặc biệt là có thể tái sử dụng khi công trình cần di dời sang địa điểm mới”. 8 Hình 6: Hồ điều tiết chống ngập tại Sài Gòn 1.
Mô tả khu vực nghiên cứu 1.