Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội, có nhiệm vụ tiêu thoát úng cho khoảng 530 ha đất canh tác và đất thổ cư. Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và biến đổi khí hậu ngày càng rõ nét, hệ thống tiêu nước hiện tại đã bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng. Các công trình tiêu nước, bao gồm trạm bơm, kênh mương và công trình trên kênh, phần lớn đã xuống cấp, không đáp ứng được lưu lượng tiêu thoát theo quy hoạch mới với hệ số tiêu tăng từ 3,82 l/s-ha lên 8 l/s-ha. Tình trạng ngập úng xảy ra thường xuyên, gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và đời sống người dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng tiêu thoát nước của hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng trong điều kiện biến đổi khí hậu và đô thị hóa, từ đó đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng, với dữ liệu thu thập từ năm 2018 và dự báo đến năm 2030 theo kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn sản xuất nông nghiệp, giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng hạ tầng thủy lợi trong bối cảnh đô thị hóa và biến đổi khí hậu diễn ra mạnh mẽ tại khu vực ngoại thành Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết hệ thống tiêu thoát nước đô thị: Phân tích mối quan hệ giữa lượng mưa, lưu lượng dòng chảy và khả năng tiêu thoát của hệ thống công trình thủy lợi.
  • Mô hình biến đổi khí hậu RCP4.5: Dự báo các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa và các hiện tượng khí hậu cực đoan ảnh hưởng đến nhu cầu tiêu thoát nước.
  • Mô hình mô phỏng thủy văn SWMM (Storm Water Management Model): Ứng dụng để mô phỏng dòng chảy, lưu lượng tiêu thoát trong hệ thống trạm bơm và kênh mương, đánh giá hiệu quả hoạt động hiện tại và các kịch bản cải tạo.
  • Các khái niệm chính bao gồm: hệ số tiêu nước, tần suất mưa thiết kế, kịch bản biến đổi khí hậu, đô thị hóa, và năng lực tiêu thoát của công trình thủy lợi.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Hà Đông (1975-2014), số liệu hiện trạng hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng, quy hoạch sử dụng đất và biến đổi khí hậu từ Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích thống kê để đánh giá biến đổi lượng mưa và nhiệt độ theo kịch bản RCP4.5; phân tích hiện trạng công trình tiêu thoát nước; đánh giá tình trạng ngập úng qua số liệu thiệt hại diện tích cây trồng.
  • Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng phần mềm SWMM để mô phỏng dòng chảy và lưu lượng tiêu thoát trong hệ thống hiện trạng và các kịch bản cải tạo, nâng cấp.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu hiện trạng năm 2018; xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2030; mô phỏng và đánh giá các phương án cải tạo trong giai đoạn 2019-2020.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng và vùng tiêu với diện tích 530 ha. Phương pháp chọn mẫu dựa trên khảo sát toàn diện hiện trạng công trình và dữ liệu khí tượng thủy văn đại diện cho vùng nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước xuống cấp nghiêm trọng: Trạm bơm Đại Áng được xây dựng từ năm 1993, hiện có 5 máy bơm trục đứng, trong đó 2 máy đã hỏng hoàn toàn, 3 máy còn lại hoạt động không ổn định với hiệu suất chỉ đạt khoảng 70%. Kênh tiêu chính dài gần 2.600 m bị bồi lắng, lòng kênh thu hẹp còn 2,5-3,2 m, nhiều đoạn bị sạt lở và lấn chiếm, làm giảm khả năng dẫn nước. Các công trình trên kênh hư hỏng nặng, không còn khả năng điều tiết nước hiệu quả.

  2. Tình trạng ngập úng nghiêm trọng và kéo dài: Bình quân mỗi năm xã Đại Áng bị úng nặng khoảng 140 ha, trong đó có 39 ha bị mất trắng. Năm 2013, diện tích ngập úng lên tới 314 ha. Nguyên nhân chính là do hệ thống tiêu thoát không đáp ứng được lưu lượng nước mưa lớn, đặc biệt trong các trận mưa vượt tần suất thiết kế 10% và 5%.

  3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa: Theo kịch bản RCP4.5, lượng mưa mùa mưa dự báo tăng từ 8,9% đến 35% vào năm 2030, trong khi lượng mưa mùa khô giảm khoảng 10,33%. Đô thị hóa nhanh chóng làm giảm diện tích đất nông nghiệp và ao hồ, thu hẹp khả năng trữ nước, làm tăng hệ số tiêu nước từ 3,82 l/s-ha lên 8 l/s-ha. Lưu lượng tiêu thoát cần thiết tăng tương ứng, trong khi năng lực hệ thống hiện tại không đáp ứng.

  4. Mô phỏng SWMM cho thấy hệ thống hiện trạng không đủ khả năng tiêu thoát: Lưu lượng trung bình ngày lớn nhất của hệ thống hiện trạng chỉ đạt khoảng 60% nhu cầu tiêu thoát theo thiết kế mới. Các kịch bản mô phỏng cho thấy nếu không cải tạo, ngập úng sẽ ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt trong các năm có lượng mưa cực đoan.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là sự không đồng bộ giữa năng lực hệ thống tiêu thoát và nhu cầu tiêu thoát tăng do biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Việc máy bơm cũ kỹ, hiệu suất thấp, kênh mương bồi lắng và công trình xuống cấp làm giảm khả năng dẫn nước. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với xu hướng gia tăng nhu cầu tiêu thoát và áp lực lên hệ thống thủy lợi do biến đổi khí hậu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lưu lượng tiêu thoát theo các kịch bản, bảng thống kê diện tích ngập úng qua các năm, và bản đồ hiện trạng sử dụng đất để minh họa tác động của đô thị hóa. Kết quả nhấn mạnh sự cần thiết phải nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước để thích ứng với điều kiện khí hậu và phát triển đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp, thay thế máy bơm trạm bơm Đại Áng: Thay thế các máy bơm cũ, hỏng bằng máy bơm công suất lớn, hiệu suất cao nhằm đảm bảo lưu lượng tiêu thoát đạt hệ số tiêu 8 l/s-ha. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, do Công ty TNHH MTV đầu tư phát triển thủy lợi Hà Nội chủ trì.

  2. Nạo vét, cải tạo hệ thống kênh tiêu chính và kênh nhánh: Nạo vét bùn lắng, mở rộng mặt cắt kênh, gia cố bờ kênh để tăng khả năng dẫn nước, giảm ách tắc. Thời gian thực hiện 1-2 năm, phối hợp giữa UBND huyện Thanh Trì và các đơn vị quản lý thủy lợi.

  3. Xây dựng hồ điều hòa và hệ thống công trình điều tiết nước: Tăng diện tích hồ điều hòa lên khoảng 6% diện tích vùng tiêu để trữ nước mưa, điều tiết dòng chảy, giảm áp lực cho hệ thống tiêu thoát. Lộ trình 3-5 năm, phối hợp với Sở TN&MT và các cơ quan quy hoạch.

  4. Quản lý và kiểm soát sử dụng đất hợp lý: Kiểm soát chặt chẽ việc san lấp ao hồ, lấn chiếm kênh mương, đảm bảo không gian thoát nước. Tăng cường tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng. Chủ thể thực hiện là chính quyền địa phương và các ban ngành liên quan, liên tục trong 5 năm.

  5. Áp dụng mô hình dự báo và cảnh báo ngập úng: Sử dụng mô hình SWMM kết hợp dữ liệu khí tượng thủy văn để dự báo ngập úng, hỗ trợ công tác vận hành trạm bơm và điều tiết nước. Thời gian triển khai 1 năm, do Viện KHKTTV và các đơn vị chuyên môn thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thủy lợi và tài nguyên nước: Nhận diện các vấn đề kỹ thuật và đề xuất giải pháp nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với biến đổi khí hậu và đô thị hóa.

  2. Chính quyền địa phương huyện Thanh Trì và TP. Hà Nội: Sử dụng kết quả nghiên cứu để hoạch định chính sách phát triển hạ tầng thủy lợi, quy hoạch sử dụng đất và phòng chống ngập úng.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường và quy hoạch đô thị: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình mô phỏng và phân tích tác động biến đổi khí hậu đến hệ thống tiêu thoát nước.

  4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng thủy lợi: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật, công nghệ mới trong cải tạo, nâng cấp trạm bơm và hệ thống kênh mương.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng không đáp ứng được nhu cầu hiện tại?
    Hệ thống được thiết kế với hệ số tiêu thấp (3,82 l/s-ha), máy bơm cũ kỹ, hiệu suất giảm còn khoảng 70%, kênh mương bị bồi lắng và công trình xuống cấp nghiêm trọng, trong khi nhu cầu tiêu thoát tăng do đô thị hóa và biến đổi khí hậu.

  2. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống tiêu thoát nước?
    Lượng mưa mùa mưa tăng từ 8,9% đến 35% theo kịch bản RCP4.5, gây áp lực lớn lên hệ thống tiêu thoát. Mưa lớn, mưa cực đoan xảy ra thường xuyên hơn làm tăng nguy cơ ngập úng nếu hệ thống không được nâng cấp.

  3. Phương pháp mô phỏng SWMM có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    SWMM cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy, lưu lượng tiêu thoát trong hệ thống kênh và trạm bơm, đánh giá hiệu quả hoạt động hiện tại và dự báo tác động của các kịch bản cải tạo, giúp đưa ra giải pháp tối ưu.

  4. Giải pháp nào ưu tiên thực hiện để giảm ngập úng?
    Ưu tiên thay thế máy bơm cũ, nâng cao hiệu suất bơm; nạo vét và cải tạo kênh mương; xây dựng hồ điều hòa để điều tiết nước; đồng thời quản lý sử dụng đất và nâng cao ý thức cộng đồng.

  5. Làm thế nào để đảm bảo tính bền vững của hệ thống tiêu thoát nước trong tương lai?
    Cần kết hợp nâng cấp kỹ thuật, áp dụng công nghệ mới, xây dựng hệ thống cảnh báo ngập úng, đồng thời quản lý quy hoạch sử dụng đất hợp lý, tăng cường bảo trì, vận hành hệ thống thường xuyên và có kế hoạch dài hạn.

Kết luận

  • Hệ thống tiêu trạm bơm Đại Áng hiện tại không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước do xuống cấp và áp lực tăng từ biến đổi khí hậu, đô thị hóa.
  • Tình trạng ngập úng kéo dài gây thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp và đời sống người dân vùng nghiên cứu.
  • Mô hình SWMM cho thấy cần thiết phải nâng cấp máy bơm, cải tạo kênh mương và xây dựng hồ điều hòa để đảm bảo hiệu quả tiêu thoát.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm thích ứng với kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 đến năm 2030.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai các giải pháp nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước, đồng thời áp dụng mô hình dự báo để phòng chống ngập úng hiệu quả.

Hành động tiếp theo: Triển khai các dự án nâng cấp trạm bơm và hệ thống kênh mương trong vòng 2-3 năm tới; xây dựng hồ điều hòa và hoàn thiện quy hoạch sử dụng đất; áp dụng mô hình SWMM trong quản lý vận hành hệ thống tiêu thoát nước. Đề nghị các bên liên quan phối hợp chặt chẽ để đảm bảo thành công của các giải pháp đề xuất.