Tổng quan nghiên cứu

Khu công nghiệp Đồng Văn II, tỉnh Hà Nam, với diện tích 264 ha, là một trong những khu công nghiệp trọng điểm của vùng đồng bằng sông Hồng, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội địa phương. Theo số liệu từ giai đoạn 2011-2016, lượng mưa trung bình hàng năm tại Hà Nam dao động khoảng 1.732 mm, tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm khoảng 80% tổng lượng mưa. Tuy nhiên, quá trình bê tông hóa và phát triển công nghiệp đã làm giảm khả năng thấm nước tự nhiên, dẫn đến hiện tượng ngập úng và ô nhiễm nguồn nước mặt, đặc biệt là tại các khu vực như sông Duy Tiên – nơi tiếp nhận nước thải và nước mưa từ Khu công nghiệp Đồng Văn II.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất và tính toán các giải pháp kỹ thuật cho hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) nhằm giảm thiểu ngập úng, cải thiện chất lượng nước và bảo vệ nguồn nước ngầm tại khu công nghiệp này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hiện trạng chất lượng môi trường nước trong vòng 5 năm gần đây và thiết kế hệ thống thoát nước mưa bền vững phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả quản lý nước mưa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời góp phần phát triển bền vững khu công nghiệp và cải thiện điều kiện sống cho người dân xung quanh. Các chỉ số môi trường như nồng độ NH4+, P-PO4, COD, BOD5 tại sông Duy Tiên đều vượt quy chuẩn cho phép, cho thấy sự cấp thiết trong việc áp dụng hệ thống thoát nước bền vững để kiểm soát ô nhiễm và ngập úng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết quản lý nước mưa bền vững (Sustainable Urban Drainage System - SUDS) và mô hình cân bằng thủy văn trong lưu vực. SUDS là phương pháp tiếp cận nhằm duy trì dòng chảy tự nhiên của nước mưa, giảm tốc độ và lưu lượng dòng chảy bề mặt, đồng thời cải thiện chất lượng nước thông qua các giải pháp kỹ thuật như vỉa hè thấm, mái nhà xanh, hồ điều tiết và công trình thu nước mưa. Mô hình cân bằng thủy văn giúp đánh giá khả năng thấm, dòng chảy và lưu giữ nước trong lưu vực, từ đó thiết kế hệ thống thoát nước phù hợp.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Lưu lượng dòng chảy bề mặt: lượng nước mưa không thấm vào đất, chảy trên bề mặt.
  • Khả năng thấm nước của vật liệu: tỷ lệ nước mưa có thể thấm qua bề mặt như vỉa hè thấm, mái nhà xanh.
  • Chất lượng nước: các chỉ tiêu như NH4+, P-PO4, COD, BOD5 phản ánh mức độ ô nhiễm.
  • Hệ thống thoát nước bền vững (SUDS): hệ thống kết hợp các giải pháp kỹ thuật và sinh thái nhằm kiểm soát dòng chảy và ô nhiễm nước mưa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, độ ẩm, nhiệt độ) từ năm 2012 đến 2016, số liệu quan trắc chất lượng nước sông Duy Tiên giai đoạn 2011-2015, và thông tin hiện trạng hệ thống thoát nước tại Khu công nghiệp Đồng Văn II. Ngoài ra, dữ liệu kinh tế xã hội và quy hoạch khu công nghiệp cũng được thu thập để đánh giá tính khả thi của giải pháp.

Phương pháp phân tích tổng hợp số liệu hiện trạng, khảo sát thực địa để đánh giá hệ thống thoát nước hiện tại và mức độ ô nhiễm. Phương pháp tính toán thủy văn được áp dụng để xác định lưu lượng thoát nước dựa trên khả năng thấm của các vật liệu khác nhau như vỉa hè thấm, mái nhà xanh. Phương pháp thiết kế kỹ thuật được sử dụng để đề xuất các công trình thu giữ và xử lý nước mưa phù hợp với điều kiện địa phương.

Cỡ mẫu khảo sát gồm 67 doanh nghiệp trong khu công nghiệp, cùng các điểm quan trắc nước mặt và nước ngầm tại các vị trí trọng yếu. Phương pháp chọn mẫu kết hợp ngẫu nhiên và có chủ đích nhằm đảm bảo tính đại diện. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2015 đến 2017, bao gồm thu thập số liệu, khảo sát thực địa, tính toán thiết kế và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước sông Duy Tiên bị ô nhiễm nghiêm trọng: Nồng độ NH4+ vượt quy chuẩn từ 6 đến 20 lần, P-PO4 vượt 1,5 đến 46 lần, COD vượt 1,8 đến 2,7 lần, BOD5 vượt 2,4 đến 4,7 lần so với quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT. Nước sông không đáp ứng mục đích sử dụng cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu, cần xử lý phù hợp.

  2. Hệ thống thoát nước mưa truyền thống tại KCN Đồng Văn II có nhiều hạn chế: Hệ thống thu gom nước mưa theo dạng cống ngầm và kênh Y-48 bị lắng đọng cặn, gây tắc nghẽn và ngập úng trong các trận mưa lớn năm 2015, 2016. Lưu lượng thoát nước tính toán chỉ đáp ứng tần suất mưa 5 năm, không đủ khả năng ứng phó với các trận mưa lớn hơn.

  3. Khả năng thấm nước tự nhiên giảm mạnh do bê tông hóa: Trước đây, khoảng 25% lượng nước mưa thấm sâu vào đất, nay chỉ còn khoảng 5-10% do bề mặt phủ không thấm nước chiếm tới 75-100%. Điều này làm tăng dòng chảy bề mặt, gây ngập úng và ô nhiễm.

  4. Giải pháp hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) có hiệu quả rõ rệt: Áp dụng các công trình như vỉa hè thấm, mái nhà xanh, hồ điều tiết nhỏ giúp giảm lưu lượng nước mưa đổ về hệ thống thoát nước chính khoảng 30-40%, đồng thời cải thiện chất lượng nước nhờ khả năng lọc tự nhiên và giữ lại các chất ô nhiễm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm và ngập úng là do hệ thống thoát nước truyền thống không kiểm soát được dòng chảy bề mặt và ô nhiễm từ các nguồn thải phân tán trong khu công nghiệp. So với các nghiên cứu tại các khu công nghiệp khác trong vùng đồng bằng sông Hồng, mức độ ô nhiễm tại Đồng Văn II tương đương hoặc cao hơn, phản ánh sự cần thiết cấp bách trong việc cải tạo hệ thống thoát nước.

Việc áp dụng SUDS không chỉ làm chậm dòng chảy, giảm áp lực lên hệ thống thoát nước chính mà còn tận dụng khả năng tự nhiên của đất và thảm thực vật để xử lý ô nhiễm. Các biểu đồ lưu lượng thoát nước trước và sau khi áp dụng SUDS cho thấy giảm khoảng 35% lưu lượng đỉnh, đồng thời các chỉ số chất lượng nước cải thiện rõ rệt.

Ngoài ra, chi phí đầu tư cho các giải pháp bền vững như vỉa hè thấm và mái nhà xanh được đánh giá là hợp lý, với khả năng giảm chi phí bảo dưỡng hệ thống thoát nước truyền thống và tăng giá trị cảnh quan khu công nghiệp. Điều này phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và bảo vệ môi trường hiện nay.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng và mở rộng hệ thống vỉa hè thấm: Thay thế các bề mặt bê tông không thấm nước bằng vật liệu thấm, nhằm tăng khả năng thấm nước xuống đất, giảm dòng chảy bề mặt. Mục tiêu giảm lưu lượng nước mưa đổ về hệ thống thoát nước chính ít nhất 30% trong vòng 2 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Khu công nghiệp phối hợp với các doanh nghiệp.

  2. Phát triển mái nhà xanh và hệ thống thu nước mưa tại các nhà máy: Lắp đặt mái nhà xanh kết hợp thu gom nước mưa để tái sử dụng cho tưới cây và vệ sinh, giảm áp lực thoát nước mưa. Mục tiêu giảm 20% lượng nước mưa thải ra hệ thống trong 3 năm. Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp trong khu công nghiệp.

  3. Xây dựng hồ điều tiết nhỏ và bãi lọc tự nhiên: Thiết kế các hồ điều tiết thông minh và bãi lọc ngập nước để lưu giữ và xử lý nước mưa trước khi thải ra môi trường. Mục tiêu cải thiện chất lượng nước, giảm nồng độ ô nhiễm NH4+, P-PO4 ít nhất 30% trong 5 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Khu công nghiệp và chính quyền địa phương.

  4. Tăng cường quản lý và vận hành hệ thống thoát nước hiện hữu: Thiết lập quy trình vận hành, bảo dưỡng định kỳ hệ thống thoát nước, đặc biệt là các hồ ga và cống thoát nước để tránh tắc nghẽn và ngập úng. Mục tiêu giảm thiểu sự cố ngập úng trong các trận mưa lớn trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Khu công nghiệp và các đơn vị dịch vụ kỹ thuật.

  5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường nước: Tổ chức các chương trình đào tạo, hội thảo cho doanh nghiệp và người lao động về vai trò của hệ thống thoát nước bền vững và bảo vệ nguồn nước. Mục tiêu nâng cao ý thức bảo vệ môi trường trong khu công nghiệp trong 2 năm. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý Khu công nghiệp phối hợp với các tổ chức môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban quản lý các khu công nghiệp và đô thị: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để cải thiện hệ thống thoát nước, giảm ngập úng và ô nhiễm môi trường, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững.

  2. Các doanh nghiệp trong khu công nghiệp: Tham khảo để áp dụng các giải pháp thu gom và xử lý nước mưa, giảm chi phí xử lý nước thải, đồng thời nâng cao trách nhiệm bảo vệ môi trường và cải thiện điều kiện làm việc.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật môi trường, thủy lợi: Tài liệu tham khảo về phương pháp thiết kế hệ thống thoát nước bền vững, mô hình tính toán lưu lượng thoát nước và đánh giá chất lượng nước trong môi trường công nghiệp.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và quy hoạch đô thị: Cung cấp thông tin và dữ liệu thực tiễn để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn quản lý nước mưa, nước thải trong các khu công nghiệp và đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) là gì?
    SUDS là hệ thống thoát nước mưa được thiết kế để duy trì dòng chảy tự nhiên, giảm tốc độ và lưu lượng nước mưa, đồng thời cải thiện chất lượng nước bằng cách sử dụng các giải pháp kỹ thuật và sinh thái như vỉa hè thấm, mái nhà xanh, hồ điều tiết. Ví dụ, tại Khu công nghiệp Đồng Văn II, SUDS giúp giảm lưu lượng nước mưa đổ về hệ thống thoát nước chính khoảng 35%.

  2. Tại sao hệ thống thoát nước truyền thống không còn hiệu quả?
    Hệ thống truyền thống thường tập trung thoát nước nhanh ra khỏi khu vực, không kiểm soát được ô nhiễm và dòng chảy bề mặt lớn do bê tông hóa. Điều này dẫn đến tắc nghẽn, ngập úng và ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận. Tại Đồng Văn II, hệ thống cống và kênh Y-48 bị lắng đọng cặn, gây ngập úng trong các trận mưa lớn.

  3. Các chỉ tiêu ô nhiễm nước mặt quan trọng là gì?
    Các chỉ tiêu chính gồm NH4+ (amoni), P-PO4 (phosphat), COD (nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (nhu cầu oxy sinh học). Tại sông Duy Tiên, các chỉ tiêu này vượt quy chuẩn từ 2 đến 46 lần, cho thấy mức độ ô nhiễm nghiêm trọng cần xử lý.

  4. Lợi ích kinh tế khi áp dụng hệ thống thoát nước bền vững?
    Ngoài việc giảm chi phí bảo dưỡng hệ thống thoát nước truyền thống, SUDS còn giúp giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, cải thiện cảnh quan và môi trường làm việc, từ đó thu hút đầu tư và nâng cao giá trị bất động sản trong khu công nghiệp.

  5. Làm thế nào để vận hành và bảo dưỡng hệ thống thoát nước bền vững hiệu quả?
    Cần xây dựng quy trình vận hành định kỳ, kiểm tra và làm sạch các công trình thu nước mưa, vỉa hè thấm, mái nhà xanh và hồ điều tiết. Đồng thời, đào tạo nhân viên kỹ thuật và nâng cao nhận thức cộng đồng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và bền vững.

Kết luận

  • Nước mặt tại sông Duy Tiên bị ô nhiễm nghiêm trọng với các chỉ tiêu NH4+, P-PO4, COD, BOD5 vượt quy chuẩn từ 2 đến 46 lần, ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất.
  • Hệ thống thoát nước truyền thống tại Khu công nghiệp Đồng Văn II không đáp ứng được yêu cầu thoát nước và kiểm soát ô nhiễm, gây ngập úng trong các trận mưa lớn.
  • Áp dụng hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) với các giải pháp như vỉa hè thấm, mái nhà xanh và hồ điều tiết giúp giảm lưu lượng nước mưa đổ về hệ thống chính khoảng 30-40% và cải thiện chất lượng nước.
  • Chi phí đầu tư và vận hành các giải pháp bền vững được đánh giá hợp lý, đồng thời góp phần nâng cao cảnh quan và phát triển bền vững khu công nghiệp.
  • Khuyến nghị triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và tăng cường quản lý, vận hành hệ thống thoát nước bền vững trong vòng 2-5 năm tới để đạt hiệu quả tối ưu.

Luận văn này cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật quan trọng cho việc phát triển hệ thống thoát nước bền vững tại các khu công nghiệp tương tự, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội bền vững. Đề nghị các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu, ứng dụng và nhân rộng các giải pháp này trong thực tiễn.