Chương 1. Tổng quan về hồ điều hòa, ảnh hưởng của hồ điều hòa đến hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị. Phương pháp luận và công cụ nghiên cứu. Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho lưu vực thoát nước phía Tây thành phố Hà Nội.
TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA, ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU HÒA ĐẾN HỆ THỐNG TIÊU CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ 1.1 Chức năng của hồ điều hòa 1.1 Các khái niệm Hồ điều hòa là thuật ngữ chỉ các vùng đất thấp, trũng có khả năng trữ nước (tạm thời hay thường xuyên), được hình thành trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Theo chức năng, nhiệm vụ hồ có các chức năng chính như sau: điều hòa nước mưa giảm ngập úng, tạo cảnh quan, vui chơi giải trí, thể thao, du lịch, hồ xử lý giảm ô nhiễm môi trường, cải thiện vi khí hậu, nuôi trồng thủy sản, cấp nước tưới hoặc cho các mục đích khác … Hệ thống có nhiệm vụ tiêu đồng thời cho diện tích nông nghiệp và đô thị được gọi là hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị. Trên phạm vi cả nước, nhiều hệ thống được thiết kế ban đầu chỉ tiêu cho diện tích đất nông nghiệp sau đó chuyển sang tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị do các đô thị mới xây dựng trong lưu vực phụ trách của hệ thống. Trong khi những hệ thống được thiết kế tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị thì do mở rộng đô thị khiến tỷ trọng diện tích đất đô thị ngày càng tăng và diện tích đất nông nghiệp thu hẹp lại.
Chi phí đầu tư xây dựng gồm chi phí xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị và chi phí giải phóng mặt bằng để xây dựng một hạng mục công trình trong hệ thống hay toàn hệ thống.2 Chức năng của hồ điều hòa Hồ điều hòa trong đô thị hoặc trong hệ thống tiêu nông nghiệp thường đồng thời thực hiện nhiều chức năng như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, trữ nước phục vụ tưới và sử dụng nước cho mục đích khác như: nuôi thủy sản, cải thiện vi khí hậu, tạo sinh thái môi trường tốt, văn hóa tín ngưỡng… Mỗi hồ có một chức năng chính, khi phân loại theo chức năng chính của hồ được: 6 - Hồ điều tiết nước mưa giảm ngập úng (detention ponds) là hồ có dung tích dùng để trữ một phần hay toàn bộ lượng nước mưa từ các khu vực lân cận chảy đến, nhằm giảm lưu lượng đỉnh của hệ thống thoát nước mưa, giảm ngập úng. Các hồ như: Hồ Yên Sở, hồ Định Công, hồ Linh Đàm, hồ Đống Đa… tại Hà Nội. Hồ An Biên, hồ Phương Lưu, hồ Tiên Nga… tại Hải Phòng. Hồ Truyền Thống, hồ Đầm Bét (hồ Đò).
tại Nam Định là các HĐH nước mưa, giảm ngập úng. - Hồ có chức năng chính là tạo cảnh quan, vui chơi giải trí thường được xây dựng trong các công viên, khu đô thị mới. Hồ đóng vai trò là công trình kiến trúc, được thiết kế xây dựng nhằm tạo cảnh quan đẹp, tăng giá trị thẩm mỹ cho hồ và khu vực xung quanh hồ. Thông thường, hồ luôn duy trì mực nước ở độ cao nhất định và giữ gìn chất lượng nước tốt nhằm đảm bảo khai thác tốt nhất cho các hoạt động văn hóa thể thao và cảnh quan.
Tuy nhiên, hồ vẫn có thể tham gia điều tiết nước mưa với dung tích nhất định và tham gia trữ nước để sử dụng cho các mục đích khác. Tại Hà Nội có hồ trong công viên Hòa Bình, công viên Lê Nin, hồ Trúc Bạch, hồ xung quanh thành cổ Bắc Ninh, hồ trong khu giải trí Đầm Sen thuộc Thành phố Hồ Chí Minh… - Hồ có nhiệm vụ chính là xử lý môi trường thường bố trí trong khu xử lý nước thải, hoặc vùng trũng tự nhiên có nhiệm vụ thu nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp và xử lý nước thải đó bằng hình thức tự làm sạch của hệ thủy sinh trong hồ. Các hồ dạng này gồm: hồ trong trạm xử lý nước thải Yên Sở, hồ xử lý nước thải Bình Hưng Hòa tại thành phố Hồ Chí Minh… - Hồ nuôi trồng thủy sản thường tận dụng diện tích đất thấp trũng trong vùng sản xuất nông nghiệp, mực nước trong hồ được duy trì thấp hơn bờ một khoảng an toàn chống tràn khi gặp mưa lớn và đủ độ sâu cho nuôi trồng thủy sản. Khi gặp mưa lớn có thể tận dụng khoảng an toàn cho mục đích trữ nước mưa, nhưng chỉ trữ lượng mưa rơi trực tiếp trên diện tích mặt hồ.
Như vậy lưu lượng trong kênh đã giảm do toàn bộ lượng nước mưa rơi xuống hồ không tham gia hình thành dòng chảy ngay tại thời điểm đó mà được xả ra khi mực nước và lưu lượng kênh giảm xuống. - Hồ với các chức năng khác như tôn giáo, tín ngưỡng. Như hồ Gươm tại Hà Nội. 7 Tuy vậy, trong nghiên cứu này khái niệm hồ điều hòa chỉ tập trung xem xét hồ với chức năng điều tiết nước mưa giảm ngập úng.2 Tổng quan về sử dụng hồ điều hòa 1.1 Trên thế giới Lịch sử phát triển đô thị trên giới từ nhiều năm trước công nguyên trên những đồng bằng châu thổ dọc hai bờ những con sông lớn như sông Nile, sông Hằng, sông Hoàng Hà, sông Dương Tử.
Đô thị cổ đại xây dựng trên địa hình bằng phẳng, gần nguồn nước để thuận tiện cho cư dân sản xuất nông nghiệp, phát triển đánh bắt thủy sản và giao thông thủy. Hồ, ao tự nhiên được sử dụng cho vui chơi giải trí, mục đích tín ngưỡng, cấp nước. Đến những thập kỷ gần đây, sự phát triển kinh tế và bùng nổ dân số yêu cầu mở rộng đô thị cổ và hình thành các đô thị mới tạo ra áp lực lớn về thoát nước mưa, môi trường, không gian cho vui chơi giải trí. cho đô thị và vùng nông nghiệp lân cận.
Vai trò của hồ trong việc trữ nước mưa giảm ngập úng, sử dụng làm nơi vui chơi giải trí và cải thiện môi trường được khẳng định. Khi trận mưa có cường độ lớn xuất hiện thường xuyên hơn đòi hỏi các hồ tự nhiên cần được bảo vệ và xây dựng thêm các hồ nhân tạo, ngoài ra sử dụng các vùng đất thấp trũng như những hồ trữ nước tạm thời. Hồ trong đô thị được sử dụng cho mục đích trữ nước mưa giảm ngập úng [1], hồ có vai trò tạo cảnh quan môi trường, xử lý môi trường [2], tăng thấm bổ sung cho nước ngầm [3], vui chơi giải trí. Hồ tại các vùng nông nghiệp ven đô thị có mục đích chính là điều tiết nước mưa giảm ngập úng cho đô thị và vùng nông nghiệp, trữ nước tưới, nuôi trồng thủy sản [4].
Thực tế, tùy vào điều kiện khí hậu, điều kiện thủy văn, văn hóa và tín ngưỡng. mà mục đích chính của hồ có thể khác nhau. Trước hết, hồ tự nhiên trên thế giới phân bố ngẫu nhiên không đồng đều, số lượng và diện tích hồ phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất và khí hậu. Trong khi đó, hồ nhân tạo được hình thành do con người xây dựng.
Diện tích đất thấp trũng ven đô sử dụng trữ nước mưa tạm thời được xem như các HĐH [5]. Sự phân bố và tình hình sử 8 dụng HĐH xem xét tại một số quốc gia thuộc các châu lục khác nhau để thấy sự khác nhau. Châu Mỹ có lượng mưa tương đối lớn (trung bình trên 2000mm/năm) và có băng tuyết vào mùa đông, điều kiện khí hậu thuận lợi cho sự hình thành hồ tự nhiên. Trong đó, Canada có trên 31 000 hồ tự nhiên, chiếm trên 9% diện tích tự nhiên của đất nước và chiếm 60% tổng số hồ nước trên thế giới [6].
Các hồ rải rác tự nhiên trong đô thị và ngoài đô thị, số còn lại chủ yếu phân bố tại thung lũng. Bên cạnh là nước Mỹ có trên 250 hồ nước ngọt có diện tích trên 10 dặm vuông và hàng nghìn hồ nhỏ, trong đó: 100 hồ tại bang Alaska, 100 hồ tại Minnesota, Wisconsin, Michigan, New York và Maine [7]. Thành phố New York nằm ven biển nên việc thoát ra biển dễ dàng, các hồ trong thành phố chủ yếu trong các công viên với mục đích tạo cảnh quan và vui chơi giải trí như: Manhattan (central Park), Corana Park, Weequahic Park. Các HĐH ở các thành phố như NewYord, Oasington DC.
chiếm tỷ lệ dao động từ 1,7% đến 5,3%. Việc tham giảm ngập úng của các HĐH là rất hữu hiệu, nhờ vậy hệ thống thoát nước mưa nước của các thành phố được giảm nhỏ [8]. Châu Âu có lượng mưa từ 500mm đến 1500mm mỗi năm. Tại Pháp xây dựng HĐH cho mục đích giảm ngập úng tại các thành phố trở nên phổ biến từ những năm 1960 [9].
Một ví dụ cụ thể của phương pháp này là khu vực quận Saine-Saint-Denis (nội thành Paris). Toàn quận có diện tích là 236 km2 với dân số 1. Năm 1997, người ta đã xây dựng một vài HĐH với dung tích trữ mỗi hồ là 800.000 m3, trước năm 2005 đã xây dựng 19 hồ với dung tích mỗi hồ trên 959. Do lượng mưa trung bình nhiều năm tại Paris là 585mm (nguồn: internet “statistics canada”), do thành phố lâu đời nên việc xây dựng hồ trong vùng lõi gặp nhiều khó khăn, thay vào đó là hệ thống đường ống thoát nước khổng lồ tổng chiều dài hơn 2300 km.
Trong khi đó tại Anh, theo luật Anh khi phát triển một khu đô thị, yêu cầu bắt buộc là phải duy trì một lưu lượng lớn nhất (peak flow) dưới một mức an toàn cho sự phát triển đô thị hóa khu vực trong tương lai. Vấn đề này chỉ đạt được một cách hiệu quả khi tiến hành trữ lũ bằng các HĐH. Đối với các tiểu lưu vực có tổng lượng lũ nhỏ hơn 25.000 m3, hệ thống thoát lũ phải được thiết kế với trận lũ có độ lặp lại là 150 năm. Đối với các tiểu lưu vực có tổng lượng lũ lớn hơn 25.000 m3, hệ thống thoát lũ phải 9 được thiết kế với các trận lũ lớn nhất đo được.
Luật Xây dựng của Anh quy định rõ, khi phát triển khu đô thị, tỷ lệ HĐH tối thiểu phải đạt tối thiểu từ 3% so với tổng diện tích khu vực đô thị [11]. Châu Á: Theo Xingqi Zhang (2012), Trung Quốc có lượng mưa không lớn, các thành phố lớn như Bắc Kinh, Thượng Hải, Nam Kinh đều có tỷ lệ HĐH (tự nhiên và nhân tạo) dao động từ 1,7% đến 3,2%. Các hồ đã góp phần giảm cho các thành phố này từ 25% đến 45% tổng lưu lượng đỉnh do mưa của các thành phố này [12].
