Nghiên Cứu Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững Tại TP. Nam Định

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Tổng quan về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thoát nước đô thị trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1. Trên thế giới

1.1.2. Tại Việt Nam

1.2. Tổng quan về các giải pháp thoát nước bền vững

1.2.1. Các nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững trên thế giới

1.2.2. Tổng quan về các nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững ở Việt Nam

1.3. Đặc điểm của vùng nghiên cứu

1.3.1. Đặc điểm vùng nghiên cứu

1.3.2. Đặc điểm địa hình

1.3.3. Đặc điểm khí hậu

1.3.4. Đặc điểm địa chất

1.3.5. Địa chất thủy văn

1.3.6. Hiện trạng kinh tế xã hội và kiến trúc cảnh quan đô thị

1.3.7. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật

1.3.8. Hiện trạng thoát nước và ngập úng do BĐKH tại TP Nam Định

1.3.9. Đánh giá hiện trạng và những vấn đề còn tồn tại của HTTN TP Nam Định

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN

2.1. THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG

2.2. Cơ sở dữ liệu

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.4. Giới thiệu về mô hình SWMM

2.5. Tính toán lượng mưa hiệu quả

2.6. Tính toán thấm, lượng thấm

2.7. Mô hình hồ chứa phi tuyến (SWMM)

2.8. Sự tạo thành vũng ngập trên bề mặt

2.9. Các công trình thoát nước bền vững

3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ BỀN VỮNG CHO TP

3.1. Xây dựng mô hình SWMM cho hiện trạng thoát nước TP

3.2. Khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn (Project/Defaults)

3.3. Lập bản đồ hệ thống tiêu lưu vực nghiên cứu

3.4. Vẽ sơ đồ lưu vực và mạng lưới công trình thoát nước

3.5. Khai báo các số liệu của cống thoát nước

3.5.1. Khai báo số liệu cho các tiểu lưu vực thoát nước – Subcatchments

3.5.2. Khai báo thông số đo mưa - Rain Gages

3.5.3. Khai báo thông số hố ga - Junctions

3.5.4. Khai báo thông số cống thoát nước – CONDUITS

3.6. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ứng dụng cho hệ thống thoát nước thành phố Nam Định

3.7. Chạy mô phỏng và xem kết quả

3.7.1. Kết quả mô phỏng thoát nước khu vực nghiên cứu với trận mưa TK

3.7.2. Kết quả mô phỏng thoát nước khu vực nghiên cứu với trận mưa BĐKH

3.8. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

3.9. Kết quả chạy mô hình và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống thoát nước thành phố Nam Định

3.10. Phân tích các nguyên nhân ngập úng

3.11. Cơ sở để lựa chọn giải pháp chống ngập úng

3.12. Đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững cho khu vực nghiên cứu

3.13. Mô phỏng số học để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Thoát Nước Đô Thị Nam Định Hiện Nay

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ biến đổi khí hậu. Với bờ biển dài hơn 3.260 km, các vùng ven biển đặc biệt dễ bị tổn thương do mực nước biển dâng, thiên tai, lũ lụt và xâm nhập mặn. Theo ước tính, nếu mực nước biển dâng thêm 1m, Việt Nam có thể thiệt hại tới 17 tỷ USD mỗi năm, ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng triệu người và gây mất mát đáng kể diện tích đất trồng trọt. Nam Định, với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, cũng không tránh khỏi những tác động tiêu cực này. Bão, áp thấp nhiệt đới và các hiện tượng thời tiết cực đoan khác thường xuyên gây ra thiệt hại lớn về người và của. Cơ sở hạ tầng thoát nước của thành phố Nam Định hiện chưa đồng bộ, xuống cấp và không đáp ứng được nhu cầu phát triển đô thị cũng như khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu. Tình trạng ngập úng thường xuyên xảy ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh hoạt của người dân. Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững là vô cùng cấp thiết để bảo vệ cộng đồng và thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội.

1.1. Tác Động Biến Đổi Khí Hậu Đến Thoát Nước Đô Thị

Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ mưa lớn, gây ra lũ lụt nghiêm trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến đổi khí hậu khiến lượng mưa trong các trận bão lớn tăng lên đáng kể. Nhiệt độ toàn cầu tăng cũng góp phần làm gia tăng lượng mưa trong các trận bão. Theo số liệu thống kê, số lượng lũ lụt tại các thành phố trên thế giới đã tăng đột biến trong hai thế kỷ qua, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân. Tại Việt Nam, tình trạng ngập úng vẫn là vấn đề nhức nhối ở các thành phố lớn, đặc biệt là Hà Nội và TP.HCM. Quá trình đô thị hóa làm mất đi nhiều ao, hồ, vùng trũng thấp, gây ảnh hưởng đến khả năng thoát nước tự nhiên.

1.2. Hiện Trạng Hệ Thống Thoát Nước Tại Thành Phố Nam Định

Hệ thống thoát nước của thành phố Nam Định hiện chưa được xây dựng đồng bộ, nhiều đoạn đã xuống cấp và việc xây dựng bổ sung còn chắp vá, thiếu quy hoạch dài hạn. Điều này khiến hệ thống không đáp ứng được nhu cầu thoát nước của đô thị, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tình trạng ngập úng thường xuyên xảy ra ở nhiều khu vực trong thành phố, gây ảnh hưởng đến giao thông, sinh hoạt và sản xuất kinh doanh của người dân. Theo số liệu từ Sở Xây dựng Nam Định, hơn 30% tuyến cống thoát nước đã hư hỏng nặng và cần được sửa chữa.

II. Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững SUDS Cho Đô Thị Nam Định

Thoát nước bền vững (SUDS) là một phương pháp tiếp cận toàn diện nhằm quản lý nước mưa một cách hiệu quả và thân thiện với môi trường. Thay vì nhanh chóng loại bỏ nước mưa khỏi khu vực đô thị, SUDS tập trung vào việc làm chậm dòng chảy, lưu trữ nước tạm thời và cho phép nước thấm xuống đất để bổ sung nguồn nước ngầm. Các giải pháp SUDS bao gồm việc sử dụng các công trình xanh như vườn mưa, mái nhà xanh, bãi thấm và hồ điều hòa. SUDS không chỉ giúp giảm thiểu nguy cơ ngập úng mà còn mang lại nhiều lợi ích khác như cải thiện chất lượng nước, tăng cường đa dạng sinh học và tạo cảnh quan đô thị xanh mát. Việc áp dụng SUDS là một giải pháp quản lý nước mưa hiệu quả và bền vững cho thành phố Nam Định.

2.1. Tổng Quan Về Các Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững Trên Thế Giới

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã áp dụng thành công các giải pháp thoát nước bền vững để đối phó với tình trạng ngập úng và biến đổi khí hậu. Mô hình Phát triển tác động thấp (LID) được sử dụng rộng rãi ở Canada và Hoa Kỳ để quản lý dòng nước mưa bằng cách sử dụng cảnh quan để hấp thu dòng chảy lũ, giảm dòng chảy mặt và bổ sung nước vào các mạch nước ngầm. Singapore đã đầu tư mạnh vào các công trình xanh như vườn mưa và hồ điều hòa để giảm thiểu nguy cơ ngập úng và cải thiện chất lượng nước. Các giải pháp SUDS đã chứng minh được hiệu quả trong việc giảm thiểu ngập úng, cải thiện chất lượng nước và tạo cảnh quan đô thị xanh mát.

2.2. Ứng Dụng Mô Hình SWMM Trong Nghiên Cứu Thoát Nước Bền Vững

Phần mềm Storm Water Management Model (SWMM) là một công cụ mô phỏng toán học mạnh mẽ được sử dụng để phân tích và thiết kế hệ thống thoát nước đô thị. SWMM cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sư mô phỏng dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước, đánh giá hiệu quả của các giải pháp thoát nước và tối ưu hóa thiết kế hệ thống. Trong nghiên cứu này, SWMM được sử dụng để mô phỏng hệ thống thoát nước của thành phố Nam Định, đánh giá hiệu quả của các giải pháp thoát nước bền vững và đề xuất các giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của thành phố. SWMM là một công cụ quan trọng để hỗ trợ việc ra quyết định trong quản lý và phát triển hệ thống thoát nước đô thị.

III. Đánh Giá Hiện Trạng Thoát Nước Ngập Úng Tại TP

Việc đánh giá hiện trạng thoát nước và ngập úng tại thành phố Nam Định là bước quan trọng để xác định các vấn đề tồn tại và đề xuất các giải pháp phù hợp. Quá trình đánh giá bao gồm việc thu thập và phân tích dữ liệu về hệ thống thoát nước hiện có, tình trạng ngập úng, đặc điểm địa hình, khí hậu và địa chất của khu vực. Dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như Sở Xây dựng Nam Định, Công ty Cổ phần Môi trường Nam Định và các nghiên cứu trước đây. Kết quả đánh giá cho thấy hệ thống thoát nước của thành phố còn nhiều hạn chế, đặc biệt là khả năng đáp ứng với các trận mưa lớn và tình trạng biến đổi khí hậu. Tình trạng ngập úng thường xuyên xảy ra ở nhiều khu vực, gây ảnh hưởng đến đời sống và kinh tế của người dân.

3.1. Phân Tích Nguyên Nhân Gây Ngập Úng Đô Thị Nam Định

Ngập úng đô thị tại Nam Định có nhiều nguyên nhân, bao gồm: (1) Hệ thống thoát nước chưa đồng bộ và xuống cấp, (2) Quá trình đô thị hóa làm giảm diện tích thấm nước tự nhiên, (3) Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ mưa lớn, (4) Ý thức của người dân về bảo vệ môi trường còn hạn chế, dẫn đến tình trạng xả rác bừa bãi gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước. Việc xác định rõ các nguyên nhân gây ngập úng là cơ sở để đề xuất các giải pháp khắc phục hiệu quả.

3.2. Đề Xuất Giải Pháp Chống Ngập Úng Dựa Trên Phân Tích

Dựa trên phân tích nguyên nhân gây ngập úng, các giải pháp chống ngập úng cho thành phố Nam Định cần tập trung vào các vấn đề sau: (1) Nâng cấp và mở rộng hệ thống thoát nước hiện có, (2) Xây dựng các công trình xanh như vườn mưa, mái nhà xanh và bãi thấm để tăng khả năng thấm nước tự nhiên, (3) Tăng cường công tác quản lý và bảo trì hệ thống thoát nước, (4) Nâng cao ý thức của người dân về bảo vệ môi trường và sử dụng hệ thống thoát nước đúng cách. Các giải pháp này cần được thực hiện đồng bộ và có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng.

IV. Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình SWMM Cho Thoát Nước Nam Định

Việc xây dựng mô hình SWMM cho hệ thống thoát nước của thành phố Nam Định là một bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp thoát nước và đề xuất các giải pháp tối ưu. Mô hình SWMM được xây dựng dựa trên dữ liệu về hệ thống thoát nước hiện có, đặc điểm địa hình, khí hậu và địa chất của khu vực. Quá trình xây dựng mô hình bao gồm việc khai báo các thông số của hệ thống thoát nước, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình để đảm bảo độ chính xác. Sau khi mô hình được xây dựng và kiểm định, nó có thể được sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước, đánh giá hiệu quả của các giải pháp thoát nước và đề xuất các giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của thành phố.

4.1. Khai Báo Thông Số Và Hiệu Chỉnh Mô Hình SWMM

Quá trình khai báo thông số cho mô hình SWMM bao gồm việc nhập dữ liệu về các tiểu lưu vực, nút, đường ống và các công trình thoát nước khác. Các thông số cần khai báo bao gồm diện tích, độ dốc, độ nhám bề mặt, chiều dài, đường kính và cao độ của các thành phần trong hệ thống thoát nước. Sau khi khai báo các thông số, mô hình cần được hiệu chỉnh và kiểm định bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định giúp đảm bảo độ chính xác của mô hình và khả năng dự báo của nó.

4.2. Đánh Giá Khả Năng Làm Việc Của Hệ Thống Thoát Nước

Sau khi mô hình SWMM được xây dựng và kiểm định, nó có thể được sử dụng để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống thoát nước trong các điều kiện khác nhau. Mô hình có thể được sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước mưa trong các trận mưa có cường độ khác nhau, đánh giá nguy cơ ngập úng ở các khu vực khác nhau và xác định các điểm nghẽn trong hệ thống thoát nước. Kết quả đánh giá giúp các nhà quản lý và kỹ sư đưa ra các quyết định về việc nâng cấp, mở rộng và bảo trì hệ thống thoát nước.

V. Đề Xuất Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững Cho Khu Vực Nghiên Cứu

Dựa trên kết quả đánh giá hiện trạng và mô phỏng bằng mô hình SWMM, các giải pháp thoát nước bền vững được đề xuất cho khu vực nghiên cứu. Các giải pháp này bao gồm việc xây dựng các công trình xanh như vườn mưa, mái nhà xanh, bãi thấm và hồ điều hòa. Vườn mưa là các khu vực trũng được thiết kế để thu gom và thấm nước mưa, giúp giảm dòng chảy mặt và bổ sung nguồn nước ngầm. Mái nhà xanh là các mái nhà được phủ xanh bằng cây cỏ, giúp giảm nhiệt độ mái nhà, giảm dòng chảy mặt và cải thiện chất lượng không khí. Bãi thấm là các khu vực được thiết kế để cho phép nước mưa thấm xuống đất, giúp giảm dòng chảy mặt và bổ sung nguồn nước ngầm. Hồ điều hòa là các hồ chứa nước mưa tạm thời, giúp giảm nguy cơ ngập úng trong các trận mưa lớn.

5.1. Mô Phỏng Số Học Đánh Giá Hiệu Quả Giải Pháp Đề Xuất

Để đánh giá hiệu quả của các giải pháp thoát nước bền vững được đề xuất, mô hình SWMM được sử dụng để mô phỏng dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước với các giải pháp này được tích hợp. Kết quả mô phỏng cho thấy các giải pháp thoát nước bền vững giúp giảm đáng kể dòng chảy mặt, giảm nguy cơ ngập úng và cải thiện chất lượng nước. Việc mô phỏng số học giúp các nhà quản lý và kỹ sư đánh giá một cách khách quan hiệu quả của các giải pháp thoát nước bền vững và đưa ra các quyết định về việc triển khai các giải pháp này.

5.2. So Sánh Hiệu Quả Giữa Các Giải Pháp Thoát Nước Bền Vững

Các giải pháp thoát nước bền vững khác nhau có hiệu quả khác nhau trong việc giảm dòng chảy mặt, giảm nguy cơ ngập úng và cải thiện chất lượng nước. Vườn mưa và bãi thấm có hiệu quả cao trong việc giảm dòng chảy mặt và bổ sung nguồn nước ngầm. Mái nhà xanh có hiệu quả cao trong việc giảm nhiệt độ mái nhà và cải thiện chất lượng không khí. Hồ điều hòa có hiệu quả cao trong việc giảm nguy cơ ngập úng trong các trận mưa lớn. Việc so sánh hiệu quả giữa các giải pháp thoát nước bền vững giúp các nhà quản lý và kỹ sư lựa chọn các giải pháp phù hợp với điều kiện cụ thể của từng khu vực.

VI. Kết Luận Kiến Nghị Về Thoát Nước Bền Vững Nam Định

Nghiên cứu này đã đánh giá hiện trạng thoát nước và ngập úng tại thành phố Nam Định, đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững và mô phỏng hiệu quả của các giải pháp này bằng mô hình SWMM. Kết quả nghiên cứu cho thấy các giải pháp thoát nước bền vững có tiềm năng lớn trong việc giảm thiểu nguy cơ ngập úng, cải thiện chất lượng nước và tạo cảnh quan đô thị xanh mát cho thành phố Nam Định. Tuy nhiên, việc triển khai các giải pháp này cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng, cộng đồng và các nhà đầu tư. Cần có các chính sách khuyến khích và hỗ trợ việc áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững trong các dự án xây dựng mới và cải tạo đô thị.

6.1. Đề Xuất Chính Sách Hỗ Trợ Triển Khai SUDS Tại Nam Định

Để khuyến khích việc áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững tại thành phố Nam Định, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính quyền địa phương. Các chính sách này có thể bao gồm việc cung cấp các khoản vay ưu đãi cho các dự án xây dựng công trình xanh, giảm thuế cho các công trình sử dụng các giải pháp thoát nước bền vững và tăng cường tuyên truyền, giáo dục về lợi ích của các giải pháp này. Ngoài ra, cần có các quy định về việc bắt buộc áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững trong các dự án xây dựng mới và cải tạo đô thị.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Quản Lý Nước Mưa Nam Định

Nghiên cứu này là một bước khởi đầu trong việc tìm kiếm các giải pháp thoát nước bền vững cho thành phố Nam Định. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá chi tiết hơn về hiệu quả kinh tế và xã hội của các giải pháp này, cũng như nghiên cứu các giải pháp phù hợp với điều kiện cụ thể của từng khu vực trong thành phố. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về việc quản lý và sử dụng nước mưa một cách hiệu quả, ví dụ như việc thu gom và sử dụng nước mưa cho các mục đích sinh hoạt và sản xuất.