Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đô thị hóa nhanh chóng, tình trạng ngập úng tại các khu vực đô thị ngày càng trở nên nghiêm trọng, đặc biệt là tại các khu vực có vai trò kinh tế - xã hội quan trọng như sân bay Tân Sơn Nhất, Thành phố Hồ Chí Minh. Năm 2019, sân bay Tân Sơn Nhất đón hơn 41 triệu hành khách, chiếm khoảng 65,5% lượng khách sử dụng đường hàng không quốc tế tại Việt Nam, đồng thời là cửa ngõ giao thương quan trọng của vùng kinh tế trọng điểm phía Nam. Tuy nhiên, sân bay này thường xuyên xảy ra tình trạng ngập úng, điển hình vào các năm 2016 và 2018, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động vận tải hàng không và an toàn giao thông.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng tiêu thoát nước cho khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, xác định nguyên nhân gây ngập úng và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, Thành phố Hồ Chí Minh, với dữ liệu thu thập từ các năm gần đây, bao gồm số liệu khí tượng, thủy văn, địa hình và hiện trạng hệ thống thoát nước. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quy hoạch, quản lý và vận hành hệ thống thoát nước, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập úng gây ra, đồng thời đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của sân bay.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy văn học và thủy lực để phân tích và mô phỏng khả năng tiêu thoát nước. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết thủy văn học: Nghiên cứu quá trình hình thành và chuyển động của dòng chảy mặt, ảnh hưởng của lượng mưa, địa hình và hệ thống thoát nước đến lưu lượng và tốc độ dòng chảy.
  • Lý thuyết thủy lực trong mạng lưới thoát nước: Phân tích dòng chảy trong các kênh, mương và cống thoát nước, bao gồm các yếu tố như độ dốc, tiết diện, và khả năng thoát nước của các cửa xả.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu vực thoát nước, chu kỳ mưa thiết kế, mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model), và các chỉ số đánh giá ngập úng như độ sâu ngập, thời gian ngập và tỷ lệ đầy cống.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thu thập số liệu thực tế, phân tích tổng hợp và mô hình toán để đánh giá khả năng tiêu thoát nước. Cụ thể:

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Tân Sơn Nhất, số liệu địa hình, hiện trạng hệ thống thoát nước sân bay và khu vực lân cận, cùng các số liệu khảo sát thực địa về mương, kênh và cống thoát nước.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm mô hình toán SWMM tích hợp trong Autodesk Storm and Sanitary Analysis (SSA) để mô phỏng dòng chảy và tính toán khả năng tiêu thoát nước. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên số liệu thực tế về độ sâu ngập và lưu lượng nước.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong năm 2020-2021, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình trong 6 tháng, thực hiện các kịch bản mô phỏng và đề xuất giải pháp trong 3 tháng tiếp theo.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống mương, kênh và cống trong khu vực sân bay với hơn 20 điểm khảo sát thực địa. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các lưu vực thoát nước chính và các điểm ngập úng điển hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng thoát nước tại sân bay Tân Sơn Nhất: Hệ thống mương M1, M2 và M3 đầu Đông hoạt động tốt với độ dốc trung bình từ 1,0% đến 2,0%, đảm bảo thoát nước hiệu quả. Tuy nhiên, mương M3 đầu Tây có độ dốc thấp khoảng 0,05% và thường xuyên bị ngập úng, đặc biệt tại khu vực trạm gác số 17 với độ sâu ngập từ 25cm đến 45cm khi mưa lớn.

  2. Khả năng thoát nước của các cửa xả: Cổng C36 (kích thước 1,50x1,20m) và C35 (3,15x0,50m) nối giữa mương M1 và M3 không đủ khẩu độ thoát nước, dẫn đến hiện tượng dâng nước ngược khi mưa lớn. Cổng C37 (2,40x1,80m) tại mương M2 đảm bảo khả năng thoát nước tốt.

  3. Tình trạng ngập úng tại các điểm trọng yếu: Khu vực đầu Tây sân bay và trạm điện đầu Tây thường xuyên ngập úng với độ sâu 50-60cm do địa hình thấp và thiếu mương dẫn nước. Khu vực giữa mương M3 và kênh Hy Vọng bị ngập do kênh Hy Vọng bị thu hẹp, cỏ mọc nhiều và cửa xả không đủ lớn. Khu vực sân đỗ máy bay và bến đỗ 11, 13, 25, 27 cũng bị ngập do hệ thống cống D1500 và mương A41 không đồng bộ về cao độ và khẩu độ.

  4. Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và thủy văn: Số trận mưa lớn tại trạm Tân Sơn Nhất có xu hướng tăng trong những năm gần đây, với lượng mưa trung bình năm khoảng 1.926 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Các trận mưa thiết kế với chu kỳ ngập 1 năm và 3 năm được mô phỏng cho thấy khả năng ngập úng gia tăng rõ rệt tại các khu vực yếu kém của hệ thống thoát nước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây ngập úng tại sân bay Tân Sơn Nhất là do sự không đồng bộ trong thiết kế và vận hành hệ thống thoát nước, đặc biệt là các cửa xả có khẩu độ nhỏ và mương có độ dốc thấp. Ngoài ra, tình trạng thu hẹp dòng chảy do cỏ mọc và rác thải làm giảm khả năng thoát nước của kênh Hy Vọng. So với các nghiên cứu về thoát nước đô thị tại các thành phố lớn như Singapore và Bangkok, việc thiếu các công trình điều hòa nước như hồ chứa và hệ thống bơm hỗ trợ cũng là điểm hạn chế tại sân bay.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ độ sâu ngập theo thời gian và bản đồ phân bố ngập úng tại các điểm trọng yếu, giúp minh họa rõ ràng mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố. Kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành và các nghiên cứu trước đây về tác động của biến đổi khí hậu và phát triển đô thị đến hệ thống thoát nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng khẩu độ các cửa xả chính: Mở rộng kích thước cổng C36 và C35 để đảm bảo lưu lượng thoát nước phù hợp với các trận mưa thiết kế chu kỳ 3 năm, dự kiến hoàn thành trong vòng 2 năm, do Ban Quản lý sân bay phối hợp với đơn vị thi công thực hiện.

  2. Cải tạo mương M3 đầu Tây: Nâng cao độ đáy mương và tăng độ dốc lên ít nhất 0,5% để giảm ngập úng, đồng thời nạo vét và xử lý cỏ mọc, dự kiến thực hiện trong 18 tháng, do Sở Giao thông Vận tải và Ban Quản lý sân bay phối hợp.

  3. Xây dựng hệ thống bơm hỗ trợ: Lắp đặt các trạm bơm tại các điểm ngập úng thường xuyên như khu vực đầu Tây sân bay để bơm nước ra kênh Hy Vọng khi mực nước cao, thời gian thực hiện 1 năm, do Cảng Hàng không Quốc tế Tân Sơn Nhất chủ trì.

  4. Quản lý và duy trì hệ thống thoát nước: Tăng cường công tác vệ sinh, thu gom rác thải và duy tu bảo dưỡng hệ thống mương, kênh, cống nhằm đảm bảo dòng chảy thông suốt, thực hiện liên tục hàng năm, do các đơn vị quản lý hạ tầng và chính quyền địa phương phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý sân bay và giao thông vận tải: Nhận diện các điểm yếu trong hệ thống thoát nước sân bay, từ đó lập kế hoạch cải tạo và nâng cấp phù hợp nhằm đảm bảo an toàn vận hành.

  2. Chuyên gia thủy văn và kỹ sư môi trường: Áp dụng mô hình SWMM và các phương pháp phân tích thủy lực để nghiên cứu và thiết kế hệ thống thoát nước đô thị tương tự.

  3. Cơ quan quản lý đô thị và chính quyền địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý, quy hoạch phát triển hạ tầng thoát nước, giảm thiểu ngập úng trong khu vực đô thị.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy văn, môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và phân tích dữ liệu thực tế trong lĩnh vực tiêu thoát nước đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao sân bay Tân Sơn Nhất thường xuyên bị ngập úng?
    Nguyên nhân chính là do hệ thống thoát nước hiện tại có nhiều điểm nghẽn như cửa xả nhỏ, mương có độ dốc thấp và kênh bị thu hẹp do cỏ mọc và rác thải, cộng thêm lượng mưa lớn tăng do biến đổi khí hậu.

  2. Mô hình SWMM được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    SWMM là phần mềm mô phỏng thủy văn và thủy lực, giúp tính toán lưu lượng dòng chảy, độ sâu ngập và đánh giá hiệu quả hệ thống thoát nước dựa trên dữ liệu thực tế và các kịch bản mưa thiết kế.

  3. Giải pháp nào được đề xuất để giảm ngập úng tại sân bay?
    Các giải pháp bao gồm mở rộng cửa xả, cải tạo mương thoát nước, xây dựng hệ thống bơm hỗ trợ và tăng cường quản lý, duy tu hệ thống thoát nước.

  4. Tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống thoát nước như thế nào?
    Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất các trận mưa lớn, gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước hiện có, dẫn đến ngập úng nghiêm trọng nếu không được cải tạo kịp thời.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Có, phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa có thể áp dụng cho các khu vực đô thị khác có điều kiện tương tự để đánh giá và cải thiện hệ thống thoát nước.

Kết luận

  • Đã xác định được các điểm nghẽn chính trong hệ thống thoát nước sân bay Tân Sơn Nhất, bao gồm mương M3 đầu Tây và các cửa xả nhỏ.
  • Mô hình SWMM được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, phản ánh chính xác hiện trạng ngập úng và khả năng tiêu thoát nước.
  • Các trận mưa thiết kế với chu kỳ 1 năm và 3 năm cho thấy mức độ ngập úng gia tăng tại nhiều vị trí trọng yếu.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước trong vòng 1-2 năm tới.
  • Khuyến nghị tiếp tục theo dõi, cập nhật dữ liệu và mở rộng nghiên cứu để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu trong tương lai.

Luận văn mong muốn đóng góp cơ sở khoa học vững chắc cho việc quy hoạch và quản lý hệ thống thoát nước tại sân bay Tân Sơn Nhất, đồng thời kêu gọi các cơ quan chức năng và nhà quản lý quan tâm triển khai các giải pháp đề xuất nhằm đảm bảo an toàn và phát triển bền vững cho khu vực.