PHẦN MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đô thị hóa là quá trình tất yếu trong phát triển kinh tế - xã hội, là xu thế tích cực tạo nên động lực mới cho nền kinh tế của mỗi quốc gia. Ở Việt Nam hiện nay, trong bối cảnh đô thị hóa quá nhanh cùng với sự quan tâm chưa đúng mức về vấn đề quản lý, bảo vệ môi trường nước trong quy hoạch xây dựng đô thị đã dẫn đến tình trạng ngập úng cục bộ và ô nhiễm nguồn nước mặt nghiêm trọng xảy ra thường xuyên ở các đô thị lớn. Trên thế giới, việc các mô hình tổng hợp để quản lý lưu lượng và chất lượng nguồn nước mưa cho các khu vực đô thị đã được thực hiện nhiều, đặc biệt trên quy mô tiểu lưu vực.
Tuy nhiên ở Việt Nam, do thiếu số liệu và nhiều hạn chế về kinh tế kỹ thuật nên vấn đề này chưa được quan tâm đúng mức. Nhiều dự án và đề tài về quản lý nước mưa đô thị đã được thực hiện, tuy nhiên các dự án và đề tài này mới được thực hiện trên quy mô lớn. Vấn đề quản lý nước mưa cho tiểu lưu vực, đặc biệt là các lưu vực đang và dự kiến diễn ra quá trình đô thị là vấn đề cấp thiết nhằm đảm bảo quá trình đô thị hóa không làm ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát nước của hệ thống hiện trạng và đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước mưa. Tuy nhiên, để thực hiện các nghiên cứu về vấn đề quản lý nước mưa cho tiểu lưu vực đòi hỏi rất nhiều dữ liệu mà hiện nay ở Việt Nam chưa có.
Do đó, việc triển khai vấn đề quản lý lưu lượng và chất lượng nguồn nước đô thị ở các khu vực trên thế giới (có số liệu đầy đủ) nhằm rút ra các bài học áp dụng cho điều kiện của Việt Nam là hết sức cần thiết. Khu vực nghiên cứu nằm tại số 18, đường Trace, Bắc Maclean, thành phố Logan với diện tích 3. Khu nghiên cứu nằm ở ngoại thành thành phố Logan. Phần lớn diện tích đất của khu nghiên cứu hiện tại là đất trống, với bề mặt được bảo phủ bởi cây bụi và cỏ.
Có hai ngôi nhà tồn tại trong khu vực nghiên cứu. Hiện tại, khu vực nghiên cứu là chưa phát triển (hình 1). Trong tương lai, khu vực nghiên cứu sẽ 2 phát triển thành khu thương mại mà cụ thể là trường cao đẳng nông nghiệp và công nghệ Australia (hình 2). Hình 1 Hiện trạng khu nghiên cứu Hình 2 Bản đồ đô thị hóa dự kiến trong khu nghiên cứu 3 Với việc đô thị hóa như trên, sự sử dụng đất của khu vực nghiên cứu thay đổi đáng kể - từ đất trống với bề mặt được bao phủ bởi lớp cây bụi và cỏ trở thành khu vực thương mại với phần lớn bề mặt được bê tông hóa.
Việc này dẫn đến sự gia tăng dòng chảy mặt của khu vực nghiên cứu, gây ra tác động đến chế độ dòng chảy ở hạ lưu. Đồng thời quá trình đô thị hóa cũng làm gia tăng hàm lượng các chất ô nhiễm tại hạ lưu mà cụ thể là hàm lượng chất lơ lửng (TSS); tổng phốt pho (TP) và tổng Nitơ (TN). Do đó, cần thiết phải nghiên cứu mô hình tổng hợp nhằm tính toán và đánh giá các tác động tiêu cực này; từ đó, đề xuất và thiết kế các biện pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực của quá trình đô thị hóa tại khu vực nghiên cứu tới môi trường hạ lưu. Do đó, học viên chọn đề tài này để nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả của các biện pháp công trình (thông qua hai mô hình toán XP – SWMM và MUSIC) và các biện pháp phi công trình mà cụ thể là hệ thống pháp lý, chính sách và các tiêu chuẩn kỹ thuật trong quản lý và bảo vệ nguồn nước và môi trường.
Từ đó đưa ra những gợi ý và kiến nghị về mặt kỹ thuật cũng như chính sách cho các nhà quản lý và hoạch định chính sách ở Việt nam trong quản lý và bảo vệ nguồn nước và môi trường cho các khu vực đang đô thị hóa ở nước ta. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Ứng dụng mô hình toán tổng hợp để đánh giá sự thay đổi của lưu lượng và chất lượng nước mưa do quá trình đô thị hóa tại Bắc Maclean, thành phố Logan, bang Queensland, Australia; Đề xuất các biện pháp công trình và phi công trình để quản lý lưu lượng và chất lượng nước. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết về quản lý lưu lượng và chất lượng nước mưa cho khu vực nghiên cứu đô thị hóa tại Bắc Maclean, thành phố Logan, bang Queensland, Australia 4 4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận: Tiếp cận kế thừa các phương pháp nghiên cứu mới của các nước phát triển trên thế giới; Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ và hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập, chỉnh lý số liệu; Phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp ứng dụng mô hình toán: sử dụng mô hình XPS – SWMM và MUSIC.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Đô thịhóa là xu thế tất yếu đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của bất kỳ các quốc gia trên thế giới. Đô thị hóa thường làm thay đổi đáng kể mục đích sử dụng đất của khu vực diễn ra quá trình đô thị hóa: từ bề mặt được bao phủ bởi thảm thực vật trở thành bề mặt bê tông hóa. Việc này dẫn đến sự gia tăng dòng chảy mặt. Nước mưa sinh dòng chảy trên khu vực đô thị hóa cũng mang theo chất ô nhiễm và bùn cát, làm ảnh hưởng tới chất lượng nước hạ lưu.
Trước năm 1960, Australia cũng nhưng hầu hết các nước phát triển khác như Anh, Mỹ cho rằng nước mưa đô thị là một mối hiểm họa đối với sức khỏe con người và cảnh quan đô thị. Do đó, các hệ thống tiêu thoát nước mưa đô thị được thiết kế để vận chuyển nhanh chóng nguồn nước này về các sông suối mà không quan tâm đến các tác động tới môi trường và hệ sinh thái của khu vực hạ lưu. Nước mưa xả nhanh chóng ra các sông suối mang theo chất ô nhiễm và bùn cát từ các bề mặt không thấm, dẫn đến sông suối hạ lưu bị ô nhiễm do gia tăng chất rắn lơ lửng, hàm lượng phốt pho và nitơ. Sự gia tăng lưu lượng dòng chảy do gia tăng diện tích bề mặt không thấm cũng làm thay đổi sự ổn định và hình thái của sông suối.
(Roy, 2008) Nhiều nghiên cứu được thực hiện vào những năm 1960ở Australia nhằm chỉ ra tác động của nước mưa đô thị đến sự ô nhiễm nguồn nước sông suối hạ lưu. Tuy nhiên, vấn đề này chỉ được nghiên cứu và xem xét một cách nghiêm túc bởi chính phủ và các nhà khoa học Australia vào những năm 1990. Phương pháp tiếp cận mới trong quy hoạch và phát triển đô thị được đưa ra nhằm giảm thiểu các tác động của quá trình phát triển đô thị đến tài nguyên nước và môi trường, đó là phương pháp Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive Urban Design - WSUD). WSUD là phương pháp tiếp cận trong thiết kế và quy hoạch đô thị mà việc quản lý nước mưa, nước ngầm và nước thải đô thị được phối hợp chặt chẽ trong thiết kế đô thị nhằm hạn chế sự suy thoái môi trường và nguồn nước.
Phương pháp WSUD được chính 6 quyền liên bang thông qua tại Australia bắt đầu từ những năm 1990 (Council of Australian Government, 2009). Phương pháp WSUD xem nước mưa đô thị là một nguồn tài nguyên chứ không phải là mối phiền toái hay nguy hại như trong phương pháp quản lý nước mưa đô thị truyền thống. Việc này kéo theo sự thay đổi trong quy hoạch và thiết kế đô thị đặc biệt là thiết kế hệ thống tiêu thoát nước đô thị. Hệ thống tiêu thoát theo phương pháp quản lý truyền thống được thiết kế để nhanh chóng xả nước mưa vào các sông suối hạ lưu thì với phương pháp WSUD hạ tầng đô thị và hệ thống tiêu thoát được thiết kế sao cho nước mưa được xử lý tại nguồn (tại nơi phát triển) trước khi xả ra hạ lưu nhằm hạn chế tác động của khu phát triển đến chất lượng nước cũng như lưu lượng nước khu vực hạ lưu.
Nhằm đảm bảo các nguyên tắc và tiêu chí trong bảo vệ tài nguyên nước và môi trường đô thị theo phương pháp WSUD, chính quyền liên bang, chính quyền bang và hội đồng các thành phố đã phối hợp với nhiều chuyên gia và các nhà khoa học để phát triển hệ thống chính sách, các quy định và hướng dẫn trong thiết kế và quy hoạch đô thị. Chính quyền bang Queensland xây dựng nhiều tài liệu nhằm hướng dẫn các nhà quy hoạch đô thị cũng như các kỹ sư thiết kế trong quy hoạch và phát triển đô thị, trong đó hai tài liệu cơ bản nhất là: Hướng dẫn thiết kế hệ thống tiêu thoát đô thị Queensland QUDM 2013 – Queensland Urban Drainage Manual và Hướng dẫn quản lý chất lượng nước đô thị Queensland QWQG2009– Queensland Water Quality Guidelines.2 Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện 1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài a. Phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive Urban Design – WSUD) ở một số nước trên thế giới Phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (WSUD) không chỉ được phát triển ở Australia mà còn được giới thiệu và áp dụng ở khắp nơi trên toàn thế giới với những thuật ngữ dùng khác nhau. Ở các nước Châu Âu, khái niệm về Hệ 7 thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System – SUDS) được sử dụng với sự tập trung chủ yếu vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ các giá trị của tài nguyên nước, bảo tồn đa dạng sinh học và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên cho thế hệ tương lai.
Tương tự, ở Mỹ và Canada phương pháp SUDS được biết đến với khái niệm Phát triển tác động thấp ( Low – Impact Development – LID) với cách tiếp cận khuyến khích sự tương tác của các quá trình tự nhiên với môi trường đô thị nhằm bảo vệ và tái tạo lại hệ sinh thái trong quản lý tài nguyên nước. Phương pháp LID trọng tâm vào việc bảo tồn và sử dụng các đặc điểm tự nhiên kết hợp với các hệ thống thủy văn quy mô nhỏ nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực của quá trình đô thị hóa.