Tổng quan nghiên cứu

Đô thị hóa tại Việt Nam, đặc biệt là tại Hà Nội, đã diễn ra với tốc độ nhanh chóng trong vài thập kỷ qua, kéo theo sự biến đổi lớn về cơ cấu sử dụng đất và nhu cầu tiêu nước trong các lưu vực sông. Lưu vực sông Đầm, thuộc hệ thống thủy lợi sông Nhuệ, là một ví dụ điển hình với diện tích khoảng 4.763 ha, bao gồm các xã thuộc huyện Đan Phượng và quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội. Từ năm 2017 đến dự báo năm 2050, diện tích đất đô thị trong lưu vực này dự kiến tăng từ khoảng 1.760 ha lên toàn bộ diện tích lưu vực, đồng thời diện tích đất nông nghiệp giảm mạnh. Tốc độ đô thị hóa ước tính đạt 2,47% mỗi năm giai đoạn 2017-2030 và có thể lên tới 3,5% mỗi năm đến năm 2050.

Quá trình đô thị hóa đã làm thay đổi đáng kể hệ số thấm, giảm diện tích trữ nước tạm thời và tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt, dẫn đến áp lực lớn lên hệ thống tiêu nước hiện hữu, gây ra tình trạng ngập úng nghiêm trọng tại nhiều điểm trong lưu vực. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của đô thị hóa đến nhu cầu tiêu nước của lưu vực sông Đầm, đồng thời đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với các kịch bản phát triển đô thị đến năm 2030 và 2050. Nghiên cứu có phạm vi tập trung tại lưu vực sông Đầm, Hà Nội, với dữ liệu thu thập từ thực địa, quy hoạch sử dụng đất, và mô hình thủy văn - thủy lực.

Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và quy hoạch phát triển đô thị bền vững mà còn góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước và bảo vệ môi trường trong khu vực.

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 thủy văn đô thị: Phân tích ảnh hưởng của thay đổi sử dụng đất đô thị đến chu trình thủy văn, đặc biệt là sự gia tăng dòng chảy bề mặt và giảm thấm nước.
  • Mô hình mưa - dòng chảy thiết kế: Sử dụng các mô hình mưa thiết kế như Huff, Keifer-Chu, và mô hình mưa hình tam giác để xác định lượng mưa tiêu chuẩn cho tính toán lưu lượng tiêu thoát.
  • Mô hình thủy lực SWMM (Storm Water Management Model): Mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trong lưu vực hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, đánh giá lưu lượng, độ sâu dòng chảy và khả năng ngập úng tại các nút trong hệ thống tiêu.
  • Khái niệm hệ số tiêu thoát (Runoff Coefficient): Phân biệt hệ số tiêu thoát giữa đất nông nghiệp (6-8%) và đất đô thị (17,9-19,7%) theo Quyết định 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009, làm cơ sở đánh giá sự thay đổi nhu cầu tiêu nước khi chuyển đổi mục đích sử dụng đất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực địa về địa hình, sử dụng đất, khí tượng thủy văn (trạm mưa Láng), quy hoạch sử dụng đất năm 2017, 2030 và dự báo 2050; số liệu vận hành hệ thống tiêu nước từ Công ty khai thác công trình thủy lợi Ban Hoài.
  • Phương pháp phân tích:
    • Điều tra, khảo sát thực địa để đánh giá hiện trạng hệ thống tiêu và tình trạng ngập úng.
    • Phân tích thống kê và mô hình toán thủy văn, thủy lực.
    • Sử dụng mô hình SWMM 5.0 để mô phỏng dòng chảy và ngập úng theo các kịch bản đô thị hóa.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lưu vực sông Đầm với diện tích 4.763 ha được chia thành các tiểu lưu vực phù hợp với đặc điểm sử dụng đất và địa hình để mô phỏng chi tiết.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu từ năm 2016-2017, mô phỏng các kịch bản hiện tại (2017), trung hạn (2030) và dài hạn (2050), phân tích và đề xuất giải pháp trong năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tăng diện tích đô thị và giảm đất nông nghiệp: Năm 2017, diện tích đất đô thị và dân cư chiếm khoảng 1.760 ha, dự kiến tăng lên toàn bộ diện tích lưu vực (4.763 ha) vào năm 2050, trong khi diện tích đất nông nghiệp giảm từ trên 3.000 ha xuống còn khoảng 327 ha vào năm 2030 và gần như không còn vào năm 2050.

  2. Gia tăng lưu lượng tiêu thoát nước: Lưu lượng tiêu thoát tại các tiểu lưu vực đô thị tăng đáng kể so với khu vực nông nghiệp do hệ số tiêu thoát cao hơn (đô thị 17,9-19,7% so với nông nghiệp 6-8%). Mô phỏng SWMM cho thấy lưu lượng đỉnh trung bình giờ năm 2030 tăng khoảng 30-40% so với năm 2017, và tiếp tục tăng đến năm 2050.

  3. Tình trạng ngập úng nghiêm trọng gia tăng: Số điểm ngập úng và tần suất ngập tăng lên trên 10 lần mỗi năm, với mức độ ngập sâu hơn tại các nút trọng yếu trong hệ thống tiêu. Mô phỏng thủy lực cho thấy các nút tràn kênh có khả năng ngập tăng từ 15% năm 2017 lên trên 35% năm 2050.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và mưa cực đoan: Lượng mưa 3 ngày tối đa (P=10%) đạt 346 mm, với các trận mưa lớn gây ngập úng kéo dài, làm tăng áp lực lên hệ thống tiêu thoát nước vốn đã quá tải do đô thị hóa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng nhu cầu tiêu nước và ngập úng là do sự chuyển đổi nhanh chóng từ đất nông nghiệp sang đất đô thị, làm giảm diện tích trữ nước tạm thời và tăng hệ số thấm bề mặt. Kết quả mô phỏng SWMM minh họa rõ ràng sự gia tăng lưu lượng đỉnh và mức độ ngập úng theo các kịch bản phát triển đô thị, phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về tác động của đô thị hóa đến thủy văn đô thị.

So sánh với các nghiên cứu tại các đô thị lớn khác như Thành phố Hồ Chí Minh và Nam Ninh (Trung Quốc), kết quả cho thấy xu hướng tương tự về tăng lưu lượng tiêu thoát và ngập úng do thay đổi sử dụng đất và biến đổi khí hậu. Việc áp dụng mô hình SWMM giúp đánh giá chi tiết các điểm ngập và lưu lượng dòng chảy, hỗ trợ việc ra quyết định quy hoạch và cải tạo hệ thống tiêu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng đỉnh theo năm, bản đồ phân bố ngập úng tại các thời điểm khác nhau, và bảng thống kê số điểm ngập theo từng kịch bản, giúp minh họa trực quan tác động của đô thị hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước hiện hữu

    • Mở rộng và nâng cấp các tuyến kênh chính, cải tạo các công trình tràn, cống thoát nước để tăng khả năng tiêu thoát.
    • Mục tiêu giảm lưu lượng đỉnh tại các nút trọng yếu ít nhất 20% so với kịch bản 2050.
    • Thời gian thực hiện: 5-10 năm, chủ thể: Sở Xây dựng, Công ty khai thác công trình thủy lợi.

  2. Xây dựng và phát triển hệ thống hồ điều hòa (HDH)

    • Thiết kế các hồ điều hòa với quy mô chiếm khoảng 5-6% diện tích đô thị để trữ nước mưa, giảm áp lực dòng chảy đỉnh.
    • Mục tiêu giảm lưu lượng đỉnh tối đa 30-40% trong các trận mưa lớn.
    • Thời gian thực hiện: 3-7 năm, chủ thể: Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng, chính quyền địa phương.

  3. Quản lý sử dụng đất và quy hoạch đô thị bền vững

    • Kiểm soát chặt chẽ việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất đô thị, ưu tiên phát triển các khu đô thị xanh, tăng diện tích cây xanh và mặt nước.
    • Mục tiêu duy trì diện tích đất trữ nước tạm thời tối thiểu 15% diện tích lưu vực.
    • Thời gian thực hiện: liên tục, chủ thể: Sở Quy hoạch - Kiến trúc, UBND các quận huyện.

  4. Áp dụng các giải pháp kỹ thuật xanh trong đô thị

    • Khuyến khích sử dụng mái nhà xanh, bê tông thấm, hệ thống thu gom và tái sử dụng nước mưa trong các khu đô thị mới.
    • Mục tiêu giảm dòng chảy bề mặt và tăng thấm nước tại chỗ khoảng 10-15%.
    • Thời gian thực hiện: 2-5 năm, chủ thể: Chủ đầu tư, các tổ chức xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý quy hoạch đô thị và thủy lợi

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất và phát triển hệ thống tiêu thoát nước phù hợp với tốc độ đô thị hóa.
    • Use case: Lập kế hoạch phát triển hạ tầng thoát nước cho các khu vực đô thị mới.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp mô hình thủy văn - thủy lực kết hợp với phân tích tác động đô thị hóa.
    • Use case: Nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của biến đổi sử dụng đất đến thủy văn đô thị.

  3. Chính quyền địa phương và các đơn vị vận hành hệ thống tiêu thoát nước

    • Lợi ích: Hiểu rõ tình trạng hiện tại và dự báo tương lai để tổ chức vận hành, bảo trì và nâng cấp hệ thống hiệu quả.
    • Use case: Lập kế hoạch bảo trì, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước.

  4. Các nhà đầu tư và chủ đầu tư dự án phát triển đô thị

    • Lợi ích: Đánh giá tác động môi trường và thủy văn của dự án, từ đó thiết kế các giải pháp giảm thiểu ngập úng.
    • Use case: Thiết kế hạ tầng kỹ thuật đồng bộ, thân thiện với môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Đô thị hóa ảnh hưởng như thế nào đến nhu cầu tiêu nước của lưu vực sông Đầm?
    Đô thị hóa làm tăng diện tích bề mặt không thấm nước, giảm khả năng trữ nước tạm thời và tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt, dẫn đến nhu cầu tiêu nước tăng khoảng 30-40% so với hiện trạng năm 2017.

  2. Mô hình SWMM được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    SWMM mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trong lưu vực hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, giúp đánh giá lưu lượng, độ sâu dòng chảy và khả năng ngập úng tại các nút trong hệ thống tiêu, từ đó dự báo tác động của các kịch bản đô thị hóa.

  3. Các giải pháp kỹ thuật nào được đề xuất để giảm ngập úng?
    Bao gồm cải tạo hệ thống tiêu thoát nước, xây dựng hồ điều hòa chiếm khoảng 5-6% diện tích đô thị, áp dụng các giải pháp kỹ thuật xanh như mái nhà xanh, bê tông thấm và quản lý sử dụng đất bền vững.

  4. Tại sao cần phân biệt hệ số tiêu thoát giữa đất nông nghiệp và đất đô thị?
    Vì đất đô thị có hệ số tiêu thoát cao hơn nhiều (17,9-19,7%) so với đất nông nghiệp (6-8%), dẫn đến lưu lượng dòng chảy bề mặt lớn hơn và yêu cầu tiêu nước cao hơn khi chuyển đổi mục đích sử dụng đất.

  5. Nghiên cứu có áp dụng các kịch bản phát triển đô thị nào?
    Nghiên cứu mô phỏng ba kịch bản: hiện trạng năm 2017, quy hoạch phát triển đến năm 2030 với diện tích đô thị tăng lên khoảng 2.388 ha, và kịch bản năm 2050 với toàn bộ lưu vực trở thành đô thị, giúp đánh giá tác động dài hạn.

Kết luận

  • Đô thị hóa nhanh chóng tại lưu vực sông Đầm làm tăng đáng kể nhu cầu tiêu nước và gây ra tình trạng ngập úng nghiêm trọng.
  • Mô hình SWMM là công cụ hiệu quả để mô phỏng và đánh giá tác động của đô thị hóa đến hệ thống tiêu thoát nước.
  • Các giải pháp cải tạo hệ thống tiêu, xây dựng hồ điều hòa và áp dụng kỹ thuật xanh là cần thiết để giảm thiểu ngập úng.
  • Quản lý sử dụng đất và quy hoạch đô thị bền vững đóng vai trò then chốt trong kiểm soát nhu cầu tiêu nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý, nhà quy hoạch và các bên liên quan trong việc phát triển đô thị và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất trong kế hoạch phát triển đô thị, tiếp tục cập nhật dữ liệu và mô hình để điều chỉnh chính sách phù hợp.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà đầu tư cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp cải tạo hệ thống tiêu thoát nước, đồng thời áp dụng các công nghệ quản lý nước tiên tiến nhằm đảm bảo phát triển đô thị bền vững và giảm thiểu rủi ro ngập úng.