TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu trên thế giới
Kiểm soát ngập lụt, tiêu thoát nước và bảo vệ môi trường đô thị là thách thức lớn đối với cả các nước phát triển và đang phát triển Giải pháp phổ biến để đối phó với vấn đề này là xây dựng các công trình tiêu thoát nước và kiểm soát triều, như hệ thống nổi tiếng ở Hà Lan tại các cửa sông, hệ thống trên sông Thames ở Anh, và dự án kiểm soát triều đang được triển khai tại Saint Petersburg, Nga.
Sự phát triển nhanh chóng của khu vực đô thị và vùng lân cận ở Đông Nam Á đã dẫn đến việc thu hẹp diện tích rừng, làm gia tăng nguy cơ lũ lụt và tần suất ngập nước tại các thành phố lớn Ví dụ, vào năm 2004, Kuala Lumpur đã trải qua trận mưa lớn với lượng mưa lên đến hàng trăm mm/ngày, gây ngập lụt toàn thành phố và làm gián đoạn giao thông Tương tự, thủ đô Bangkok, Thái Lan cũng ghi nhận một trận ngập lụt lịch sử vào năm 2011.
Vào năm 2011, Bangkok đã trải qua tình trạng ngập lụt nghiêm trọng (Hình 7.1) Để giải quyết vấn đề ngập lụt tại Kuala Lumpur, chính phủ Malaysia đã triển khai dự án SMART (Quản lý nước mưa và đường hầm giao thông) nhằm xây dựng đường hầm trữ nước và thoát lũ, đồng thời giảm thiểu ùn tắc giao thông cho thành phố (Hình 7.2).
Hình 7.2: Ngập ở TP Kuala Lumpur 2004
Dự án bắt đầu tại ngã ba sông Klang và sông Ampang, bao gồm một cấu trúc cống phân lũ với 4 bộ cửa cắt sông Klang, cho phép nước lũ chảy vào hồ Berembang Holding Nước từ hồ này được chuyển qua đường hầm và xả ra hồ giảm tải Taman Desa, sau đó được chứa trong hồ trước khi xả vào sông Kerayong thông qua cơ cấu cửa xả Box Twin.
Hình 7.3: Vị trí xây dựng đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur
Các đường hầm dài 11,5 km và có đường kính 13,2 m, được thiết kế để chuyển nước từ hợp lưu của hai con sông chảy qua trung tâm Kuala Lumpur Đặc biệt, phần giữa của đường hầm dài 3 km có đường kính tăng gấp đôi, với mặt cắt được chia thành ba phần khác nhau.
Hai phần trên được thiết kế làm đường cao tốc nhằm giảm ùn tắc giao thông tại cửa ngõ chính phía Nam vào trung tâm thành phố Cách 250m có một cửa thoát lũ và không khí, với độ dốc đường hầm là 1/1000 Đường cao tốc này có lưu lượng 30.000 xe/ngày và tốc độ xe tối thiểu là 60 km/h Giao thông được điều khiển từ Trung tâm thông qua 220 camera và 72 màn hình.
Trung tâm kiểm soát SMART hoạt động 24/7, gửi tín hiệu đến các Trạm kiểm soát đường cao tốc để sơ tán phương tiện khi lưu lượng tăng cao tại các ngã ba Sau khi giải phóng giao thông, nước sẽ chảy vào toàn bộ đường hầm Khi nước rút, đường hầm được làm sạch và mở cửa cho giao thông Đường hầm hoạt động theo 4 chế độ khác nhau.
Chế độ 1: Khi thời tiết bình thường, không mưa hoặc ít mưa - được phép thông xe trong hầm;
Chế độ 2 diễn ra khi mưa vừa, với vận tốc dòng chảy tại ngã ba sông Klang/sông Ampang (trạm đo lưu lượng L4) đạt từ 70-150 m³/s Trong trường hợp này, cống lấy nước phía dưới của hệ thống SMART sẽ được mở để chuyển nước đến hồ giảm tải Taman Desa, với 50 m³/s được thải ra trung tâm thành phố Đường hầm vẫn được duy trì mở cửa để đảm bảo giao thông.
Trong chế độ 3, khi mưa lũ lớn xảy ra, mô hình dự báo lũ tại L4 đạt 150 m³/s trở lên Lúc này, chỉ cho phép thải 10 m³/s ra trung tâm thành phố và ngừng thông xe trong hầm Nếu mưa bão có cường độ lớn hơn một chút hoặc dừng lại, nhưng không gây ngập đường hầm giao thông, đường sẽ được mở cửa lại sau khoảng thời gian từ 2 đến 8 giờ kể từ khi đóng cửa.
Chế độ 4 của hệ thống SMART được kích hoạt khi có mưa bão lớn kéo dài, yêu cầu xác nhận sau 1-2 giờ khi chế độ 3 đã được khẳng định Trong thời gian này, phần hầm giao thông sẽ được sử dụng hoàn toàn để thoát lũ, sau khi đã sơ tán các phương tiện giao thông Khi lũ rút, đường hầm sẽ mở cửa để thông xe trong vòng 4 ngày Dự án SMART đã giải quyết triệt để tình trạng úng ngập do mưa lũ tại Kuala Lumpur Mặc dù thiết kế dự kiến tần suất sử dụng thoát lũ là 2 lần/năm, thực tế từ tháng 7/2007 đến tháng 5/2008, hệ thống đã hoạt động 7 lần ở chế độ hai và 2 lần ở chế độ ba Từ khi đi vào hoạt động, SMART đã giúp thủ đô Kuala Lumpur thoát khỏi tình trạng ngập lụt, khẳng định vị thế của nó như một công trình chống úng ngập độc đáo trên thế giới.
Hình 7.4: Các chế độ điều tiết lũ của đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur
Hơn một thập niên trước, Bangkok và TP Hồ Chí Minh có điều kiện địa hình và khí hậu tương tự, thường xuyên phải đối mặt với tình trạng ngập lụt do mưa và triều Tuy nhiên, hiện nay Bangkok đã triển khai các giải pháp hiệu quả để chống ngập lụt cho thành phố.
Xây dựng hệ thống đê bao, cống và các trạm bơm tiêu dọc sông Chao Phraya
Xây dựng hệ thống tiêu thoát nước nội bộ để giải quyết trình trạng ngập cục bộ
Xây dựng các hồ điều hòa để làm gia tăng khả năng trữ nước lũ
Phân chia thành các khu vực vực để quản lý và kiểm soát ngập
Xây dựng tuyến tuynen tiêu ngầm để thoát nước lũ
Hình 7.5: Các giải pháp chống ngập cho thành phố Bangkok, Thái Lan Đê bao
Hồ điều hòa Cống và bơm
Việc xây dựng quy trình điều hành hệ thống kiểm soát lũ và tiêu thoát nước là vô cùng quan trọng Các quy trình này được thiết kế sẵn với những kịch bản vận hành cụ thể, nhằm đảm bảo hiệu quả trong quản lý Hệ thống quan trắc tự động SCADA và dự báo thời tiết sẽ hỗ trợ tối đa cho quá trình vận hành, giúp nâng cao tính chính xác và kịp thời trong việc ứng phó với tình huống khẩn cấp.
Hệ thống cảnh báo ngập lụt của TP Bangkok được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa mô hình thủy lực dự báo MIKE 11 và hệ thống quan trắc tự động SCADA SCADA thu thập dữ liệu về mực nước và lượng mưa từ các trạm quan trắc trong lưu vực, sau đó truyền về trung tâm điều hành ở Bangkok qua sóng radio hoặc GSM/GPRS Dữ liệu này được sử dụng để chạy các kịch bản dự báo trong mô hình MIKE 11 Vào mùa khô, mô hình được chạy định kỳ 2 tuần một lần, trong khi vào mùa lũ, tần suất tăng lên 1 lần mỗi tuần nhằm đảm bảo độ chính xác và kịp thời trong việc dự báo.
Các kịch bản ngăn triều trong bão đã được thiết kế với hệ thống quan trắc mực nước và dự báo dựa trên mô hình toán Việc dự báo này được cập nhật liên tục để đảm bảo tính chính xác, phục vụ cho tuyến giao thông thủy quốc tế quan trọng của Châu Âu Hệ thống kiểm soát lũ cho lưu vực sông Tsurumi dựa trên ba giải pháp chính: giải pháp sông, giải pháp lưu vực và giải pháp giảm thiểu tác hại Hai giải pháp đầu tiên tập trung vào xây dựng các công trình như đê, đập và hồ chứa, trong khi giải pháp thứ ba chú trọng vào mạng lưới giám sát và cảnh báo Gần đây, với sự tài trợ của Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB), Trung Quốc đã triển khai dự án kiểm soát lũ đô thị cho tỉnh Hunnan, bao gồm 35 thị xã và 8 thành phố lớn, trong đó xây dựng hệ thống thông tin kiểm soát lũ là một trong những vấn đề quan trọng.
Hình 7.7: Trung tâm điều hành hệ thống cảnh bảo ngập lụt của TP Bangkok
Mặc dù các nghiên cứu trên được thiết kế đặc thù cho từng quốc gia, khu vực và loại công trình, nhưng những phương pháp tiếp cận, nguyên lý vận hành và cơ sở khoa học trong việc quản lý hệ thống tiêu thoát và kiểm soát triều mang lại những bài học quý giá cho chủ đề này.
TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI VÀ TÌNH HÌNH NGẬP TẠI TP.HỒ CHÍ MINH
1.2.1 Tổng quan về lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai
Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai (SG-ĐN) nằm ở miền Nam Việt Nam, vị trí
Hệ thống sông Đồng Nai, nằm trong khoảng 105° 49' - 108° 44' kinh độ đông và 10° 19' - 12° 12' vĩ độ bắc, bao gồm các sông chính như Đồng Nai, La Ngà, Bé, Sài Gòn, và Vàm Cỏ, với tổng diện tích lưu vực lên tới 40.683 km², trong đó khoảng 10% thuộc Campuchia Dựa trên điều kiện địa hình và thuỷ văn, lưu vực sông được chia thành hai vùng đặc trưng: vùng thượng lưu và vùng hạ lưu Vùng hạ lưu, từ thác Trị An và hồ Dầu Tiếng, là khu vực đất thấp với hệ thống kênh rạch dày đặc, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều biển Đông Vào mùa khô, dòng chảy giảm, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước do các khu công nghiệp và đô thị ven sông, cùng với tình trạng xâm nhập mặn ảnh hưởng đến các trạm cấp nước Trong khi đó, mùa mưa gây ngập lụt nghiêm trọng, đặc biệt tại TP HCM vào cuối năm, do sự kết hợp của mưa, lũ thượng nguồn và thủy triều dâng cao.
Hiện nay, nhiều đập thủy điện và hồ chứa nước đã được xây dựng trong lưu vực SG_ĐN, nhưng vẫn chưa có Qui trình vận hành liên hồ Việc này đã ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng ngập lũ và chế độ thủy văn của mạng lưới sông rạch tại TP HCM.
Hình 7.9: Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 1.2.2 Tình hình ngập tại Thành Phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh thuộc lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai nằm trong toạ độ từ
Khu vực nằm giữa 10°0' đến 11°0' độ vĩ Bắc và 106°22' đến 106°45' độ kinh Đông, có tổng diện tích 209.000 ha Vùng lân cận bao gồm lưu vực từ hồ Trị An đến biển sông Đồng Nai với diện tích 235.000 ha; sông Sài Gòn từ hồ Dầu Tiếng đến TP Hồ Chí Minh chiếm 243.000 ha; và lưu vực sông Vàm Cỏ Đông với diện tích 281.000 ha.
Hình 7.10: TP Hồ Chí Minh và vùng phụ cận
Ph uo c H oa R es er
La B uo ng R es er
So ng P ha n R es er.
Tu yen La m R es er
Su oi Gia i R es er
Ba u Tr an g la ke Loc Qu an g R ese r.
So ng V on g R es er.
NI NH P HU O C LIE N K H UO NG
TP Hồ Chí Minh là khu vực kết nối giữa miền đất gò đồi Đông Nam Bộ, đồng bằng Sông Cửu Long và ven biển Địa hình phức tạp với cao trình mặt đất thay đổi từ +3.0m ở quận Thủ Đức đến +0.5m tại quận 7 và huyện Nhà Bè Độ dốc địa hình giảm dần từ Bắc Đông Bắc sang Tây Tây Nam Thành phố được phân chia theo hai bờ sông Sài Gòn, trong đó bờ Tây sông Sài Gòn bao gồm bốn vùng.
Vùng Tây (W) 79,91 km 2 , gồm các Quận Tân Phú, Quận Tân Bình hầu nhƣ là khu vực đất thấp với cao độ mặt đất từ +0,7 đến +1,0m
Vùng Bắc (N) 136,18 km 2 , gồm các Quận Gò Vấp, quận 12 Đây là khu vực đất cao với cao độ mặt đất +8,0m đến +10,0m
Vùng trung tâm (C) có diện tích 106,4 km², bao gồm các quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 11, Phú Nhuận, Bình Thạnh, và một phần Gò Vấp Khu vực này đã được đô thị hóa, với Quận 1 có độ cao mặt đất từ +2,0m đến +8,0m, trong khi các khu vực thấp hơn như Bình Thạnh, Quận 6 và Quận 8 có độ cao dưới +2,0m.
Vùng Nam (S) có diện tích 81,74 km², bao gồm các quận 7, 8 và huyện Nhà Bè, chủ yếu là khu vực đất thấp với cao độ mặt đất từ +0,5 đến +1,2 m Phía bờ Đông sông Sài Gòn được chia thành 2 vùng.
Vùng Đông Bắc (NE) có diện tích 64,91 km², bao gồm quận Thủ Đức và một phần quận 9, nổi bật với địa hình đồi gò cao có độ cao từ +2,0m đến +30m Trong những năm gần đây, khu vực này đang trải qua quá trình đô thị hóa nhanh chóng nhờ vào lợi thế về giao thông và vị trí địa lý thuận lợi.
Vùng Đông Nam (SE) có diện tích 119,37 km², bao gồm quận 2 và một phần quận 9, chủ yếu là vùng đất thấp với cao độ mặt đất từ +0,5 đến +1,5 m Trong khu vực này, khoảng 45% diện tích là những khu vực cao, trong khi phần còn lại là những vùng thấp, có địa hình bằng phẳng và độ dốc kém, dẫn đến khả năng thoát nước khó khăn và chịu ảnh hưởng trực tiếp từ thuỷ triều.
1.2.2.2 Hệ thống kênh rạch chính a Rạch Bến Nghé- Tàu Hũ, Kênh Đôi, Kênh Tẻ:
Sông Sài Gòn được kết nối với hai rạch Bến Nghé và Kênh Tẻ, trong khi đầu kia nối với sông Bến Lức qua kênh Tàu Hũ và kênh Đôi Giữa kênh Tàu Hũ và kênh Đôi có bốn kênh ngang, và cầu Chữ Y là giao điểm của bốn kênh rạch này Diện tích lưu vực của hai rạch Bến Nghé và Kênh Tẻ là 5.559 ha, nơi tiếp nhận lượng nước thải lớn từ phía Bắc TP HCM Rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè là rạch cụt, bắt nguồn từ sân bay Tân Sơn Nhất và chảy qua nhiều quận trước khi đổ ra sông Sài Gòn, có diện tích lưu vực khoảng 3.324 ha Hệ thống kênh Thầy Cai - An Hạ - Rạch Tra nối liền sông Vàm Cỏ Đông và sông Sài Gòn, với chiều dài tổng cộng của kênh Thầy Cai là 43,3 km, kênh An Hạ 17 km, và rạch Tra 11 km Rạch Bến Mương - Láng The dài khoảng 20 km, bắt nguồn từ ranh giới giữa Tây Ninh và TP Hồ Chí Minh, chảy qua huyện Củ Chi và đổ vào sông Sài Gòn tại xã Phú Hòa Đông.
Rạch Chiếc là chi lưu lớn nhất của sông Sài Gòn, bắt nguồn từ các nhánh suối phía Nam huyện Bình Long (Bình Phước) và phía Tây huyện Dầu Tiếng (Bình Dương), với diện tích lưu vực khoảng 1.000 km² Địa hình sông có hình lòng máng, độ dốc nhỏ và phía hạ lưu chịu ảnh hưởng của thủy triều Hệ thống rạch Chiếc - Rạch Trau Trảu nối liền giữa sông Tắc và sông Sài Gòn với tổng chiều dài khoảng 11 km.
1.2.2.3 Hệ thống kênh rạch, cống thoát nước, hồ điều tiết và vùng đệm
Năm 1862, Sài Gòn được quy hoạch cho khoảng 500 ngàn dân trên diện tích 25 km², bao quanh bởi Rạch Thị Nghè, sông Sài Gòn, Rạch Bến Nghé và kênh Bao Ngạn Tại thời điểm này, các nhà quy hoạch đã nhận diện vấn đề phức tạp trong việc tiêu thoát nước cho vùng đất trũng thấp, ngập triều và đề xuất giải pháp đào hồ để cải thiện tình hình thoát nước.
Trước năm 1975, dân số Sài Gòn khoảng 2,5 triệu người tập trung ở khu vực nội thành cũ, trong khi vùng phụ cận vẫn còn nhiều bưng biền và sông rạch Từ sau năm 1975, dân số tăng nhanh chóng, có thể vượt quá 8 triệu người do nhập cư Sự gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu nhà ở cao, mật độ xây dựng dày đặc, và nhiều vùng trũng thấp, sông rạch, ao hồ bị san lấp Quá trình đô thị hóa và bêtông hóa đã làm giảm diện tích kênh rạch thoát nước, dẫn đến tình trạng ngập úng ngày càng nghiêm trọng do hệ số chảy tràn gia tăng.
TP.HCM có hơn 1.200 km kênh rạch phục vụ tiêu thoát nước, trong đó gần 500 km dành cho giao thông thủy Khu vực nội thành có khoảng 100 km kênh rạch chính, với các cửa xả là đầu ra của hệ thống cống thoát nước Tuy nhiên, hàng chục ngàn căn hộ lấn chiếm các kênh rạch này, gây thu hẹp dòng chảy và làm bít lối thoát của các cửa xả Nhiều đoạn kênh không được duy tu, nạo vét, dẫn đến khả năng tiêu thoát nước ngày càng suy giảm.
Trước đây, thành phố có nhiều ao hồ giúp điều tiết nước mưa và triều, đặc biệt dọc theo Quốc lộ 1A, nơi có nhiều ao lớn hình thành từ việc lấy đất xây dựng Các khu vực như Quận 6, Tân Bình, Tân Phú, Bình Tân và Huyện Bình Chánh cũng sở hữu nhiều ao lớn Tuy nhiên, hầu hết các ao hồ này đã bị san lấp, dẫn đến tình trạng ngập nghiêm trọng trong khu vực.
Quá trình đô thị hóa từ 1998 đến 2007 đã chuyển đổi 12.648 ha đất nông nghiệp, ao hồ và kênh rạch thành đất xây dựng, dẫn đến việc mất đi vùng đệm tự nhiên chứa nước mưa và triều mà không có giải pháp thay thế Trước đây, khi lũ về, nước được phân bổ vào các đồng trũng thấp và bãi tràn dọc sông Sài Gòn Tuy nhiên, hiện nay, việc đắp đê dọc hai bờ sông đã làm gia tăng tốc độ tập trung nước khi hồ Dầu Tiếng xả lũ, giảm khả năng tiêu thoát nước và làm tăng mức độ ngập úng trong thành phố.
TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC KÊNH NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ
Kênh NLTN và các nhánh của nó là hệ thống thu nước mưa và nước thải tự nhiên phục vụ cho 7 quận nội thành TP HCM, bao gồm Tân Bình, Gò Vấp, Phú Nhuận, Bình Thạnh, Q 10, Q 3 và Q 1, trước khi đổ ra sông Sài Gòn Hệ thống này có lưu vực rộng khoảng 33,93 km² với dân số khoảng 1,2 triệu người Chiều dài dòng chính của kênh là 9.470m, trong khi tổng chiều dài các nhánh lên tới 8.716m Trước khi nạo vét, đầu nguồn kênh chỉ rộng từ 3-5m, nhưng gần cửa sông Sài Gòn, chiều rộng kênh mở ra từ 60-80m Mặc dù có chiều dài lớn, độ chênh lệch từ đầu nguồn đến cuối nguồn chỉ khoảng 1m Dòng kênh uốn khúc từ cầu Lê Văn Sĩ đến cầu Bông, dẫn đến khả năng chuyển tải ra sông Sài Gòn kém Thêm vào đó, nạn lấn chiếm lòng kênh trong quá trình đô thị hóa, cùng với việc thải rác và chất thải, đã làm ô nhiễm nguồn nước, khiến nước thải không kịp thoát ra lại bị thủy triều đưa vào, gây bồi lắng lòng kênh và cống xả, gây khó khăn cho việc thoát nước.
Hình 7.11: Lưu vực Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống kênh NLTN còn có các rạch nhánh:
Rạch Văn Thánh, dài 2.200m, tọa lạc tại quận Bình Thạnh, hiện đang bị bồi lấp nghiêm trọng và không còn kết nối với sông Sài Gòn, dẫn đến việc giảm khả năng giao thông thủy và tiêu thoát nước trong khu vực.
Rạch Cầu Sơn–Cầu Bông dài 3.950m nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh, kết nối với rạch Văn Thánh, nhưng hiện nay đang bị bồi lấp Nhánh rạch này có hai cống ngăn triều là Bình Lợi và Bình Triệu kết nối với sông Sài Gòn, trong khi nhánh kết nối với rạch Vàm Thuật có cống ngăn triều rạch Lăng.
Rạch Bùi hữu Nghĩa là một tuyến rạch nhỏ chạy dọc theo đường Bùi Hữu Nghĩa thuộc địa bàn quận Bình Thạnh
Rạch Phan văn Hân nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh hầu nhƣ đã bị lấp kín
Rạch Ông Tiêu trong khu qui hoạch Miếu Nổi thuộc quận Bình Thạnh
Rạch Miếu Nổi thuộc khu quy hoạch Miếu Nổi, quận Phú Nhuận, có lưu vực kênh NLTN với địa hình bao kín và độc lập Theo bản đồ 1/2.000 của TP.HCM, cao độ cao nhất đạt +8,0m tập trung ở vùng Tây-Tây Bắc, trong khi vùng trũng thấp nhất dưới +1,3m tại rạch Cầu Bông và rạch Văn Thánh thường xuyên bị ngập khi triều cường Phân bố địa hình lưu vực theo cao trình mặt đất tự nhiên được thể hiện trong các bảng và hình ảnh liên quan.
Bảng 7.1: Phân bố địa hình lưu vực
TT Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỉ lệ (%)
Hình 7.12: Địa hình lưu vực kênh NLTN 1.3.2 Khí tượng thủy văn
Nhiệt độ không khí trung bình năm là 27 o C Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối là 40 o C, nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối là 13,8 o C (Bảng 7.2)
Bảng 7.2: Các đặc trưng nhiệt độ (Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP HCM [2])
Nhiệt độ o C I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Gió trong lớp không khí tầng mặt trong (Bảng 7.3) nhƣ sau:
Bảng 7.3: Các đặc trưng gió
Tháng Hướng gió khống chế
Vmax (%) Hướng gió Vmax Năm có Vmax
(Nguồn từ Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP Hồ Chí Minh [2])
Trong mùa gió Đông Bắc, từ tháng 11 đến tháng 1, gió chủ yếu thổi từ hướng Bắc, sau đó chuyển sang hướng Đông Nam Ngược lại, trong mùa gió Tây Nam, gió thổi từ hướng Tây Tây Nam đến Tây Nam.
1.3.2.3 Độ ẩm Độ ẩm tương đối thay đổi theo mùa Trung bình năm độ ẩm đạt 77,5%, các tháng mùa mƣa độ ẩm cao hơn mùa khô Độ ẩm cao nhất trong tháng VII đến tháng XI (cao hơn trung bình năm từ 5 – 9%) Ngƣợc lại, trong các tháng mùa khô, nhất là tháng I –
Độ ẩm trung bình hàng năm dao động từ 9% đến 10%, có khi lên tới 14% đến 15% Mức độ ẩm cao nhất ghi nhận là 94,6%, trong khi mức độ ẩm thấp nhất chỉ đạt 51,3% Sự chênh lệch giữa mức độ ẩm cao nhất và thấp nhất lên đến 43,3%.
Lượng mưa hàng năm và hàng tháng tại khu vực Nhà Bè và Tân Sơn Nhất phân bố không đều, với mùa mưa ngắn và độ biến động lớn Trung bình, lượng mưa hàng năm ở Nhà Bè đạt 1.500mm, trong khi Tân Sơn Nhất ghi nhận 1.850mm Biến trình mưa thường có hai đỉnh: đỉnh thứ nhất vào tháng 6 và 7, và đỉnh thứ hai vào tháng 9 hoặc 10 Trong mùa mưa, lượng mưa chiếm tới 85% tổng lượng mưa hàng năm.
Từ tài liệu đo mƣa giờ trong thời gian 50 năm của Trạm khí tƣợng Tân Sơn Nhất, tính toán đƣợc mô hình mƣa thời đoạn 3 giờ (Bảng 7.4)
Bảng 7.4: Mô hình mưa trận 3 giờ ứng với các chu kỳ lặp lại (năm)
1.3.2.5 Chất lượng nước – xâm nhập mặn
Xâm nhập mặn là một hiện tượng quan trọng và cần được chú ý ở khu vực hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn, và hiện tượng này rất nhạy cảm với hoạt động khai thác nguồn nước.
Với lợi thế tự nhiên như lòng sông sâu và độ dốc nhỏ, khu vực này chịu ảnh hưởng lớn từ triều cường, đặc biệt là vào giữa và cuối mùa khô (tháng III – V) Sự xâm nhập của nước mặn từ biển vào nội địa gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân vùng hạ lưu.
Sau khi hồ Dầu Tiếng đi vào hoạt động vào năm 1985, tình hình xâm nhập mặn trên sông Sài Gòn vẫn không có nhiều thay đổi Mức độ mặn 1g/l có thể lan tới Tương Bình Hiệp, cách cửa sông 145 km và trạm bơm Bến Than 2 – 3 km Mức độ mặn 0,3 g/l có thể đến ấp Thuận, trong khi mức độ mặn 0,1 g/l có thể tới Bến Đông Bảng 1.5 cho thấy độ mặn 4g/l tại một số vị trí trong điều kiện tự nhiên.
Bảng 7.5: Thời gian duy trì độ mặn 4 g/l ở một số vị trí trong điều kiện tự nhiên
Vị trí Sông Bắt đầu Kết thúc Thời gian duy trì
Cát Lái Đồng Nai 1/X 30/V 6 tháng
Nhà Bè Đồng Nai 15/XII 20/VI 5 tháng
Phú An Sài Gòn 20/II 20/V 3 tháng
Trạm đo mực nước Phú An được chọn để lập mô hình triều tính toán vì khoảng cách chỉ 2 km đến tuyến công trình và không có sự chênh lệch đáng kể về mực nước giữa trạm Phú An và trạm Thị Nghè trong cùng thời kỳ quan trắc Trong những năm gần đây, đỉnh triều có xu hướng gia tăng, với mực nước cực trị lớn nhất đo được tại trạm Phú An là 1,68 m vào ngày 20/10/2013 và mức thấp nhất là -2,75 m vào tháng 10/2008 Mực nước cực trị của các tháng khác được trình bày trong Bảng 7.6.
Bảng 7.6: Mực nước cực trị tại trạm Phú An
Trạm Đặc trƣng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Kết quả tính toán mực nước đỉnh triều ứng với các chu kỳ xuất hiện 2 năm, 5 năm, và 10 năm đƣợc tóm tắt trong Bảng 7.7
Bảng 7.7: Mực nước triều lớn nhất tính theo số liệu tại trạm Phú An (cm)
(Nguồn từ Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP Hồ Chí Minh [2])
Theo Báo Cáo Quy Hoạch Thủy Lợi Chống Ngập Úng Khu Vực TP Hồ Chí Minh do Viện KHTLMN lập tháng 8-2008, mực nước tại trạm Phú An có khả năng đạt từ +1,87 m đến +1,92 m khi xảy ra bão cấp 11 kết hợp với triều cường và lũ lớn ở thượng nguồn.
1.3.2.8 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam do Bộ Tài Nguyên
Theo báo cáo của & Môi Trường phát hành tháng 6-2008, sự thay đổi về lượng mưa trung bình và mực nước biển trung bình tại khu vực Nam Bộ tương ứng với ba kịch bản phát thải: thấp, trung bình và cao.
Lƣợng mƣa trung bình mùa khô (tháng XII – V) giảm Lƣợng mƣa trung bình mùa mƣa (IX – XI) tăng thêm (%) nhƣ sau (Bảng 7.8):
Bảng 7.8: Lượng mưa trung bình tăng (%) theo kịch bản biến đổi khí hậu
Năm Thấp Trung bình Cao
Dự báo lượng mưa trung bình từ tháng 6 đến tháng 8 vào năm 2100 sẽ tăng khoảng 1,1%, 1,6%, và 1,8% so với hiện tại, tương ứng với các kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao.
Mực nước biển trung bình ở khu vực Nam bộ tăng thêm ứng với các kịch bản phát thải nhƣ sau:
Bảng 7.9: Mực nước biển trung bình ở Nam Bộ tăng
Năm Thấp Trung bình Cao
1.3.2.9 Khả năng mưa lớn gặp triều cường
CÁC DỰ ÁN HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐANG TRIỂN KHAI TRÊN LƯU VỰC NLTN
1.4.1 Tuyến cống thoát nước các cấp, tuyến cống bao và các CSO
Dự án Vệ sinh Môi trường (VSMT) TP.HCM đang triển khai tại lưu vực NLTN nhằm cải thiện môi trường, giảm ngập úng và nâng cao mỹ quan cho bờ kênh NLTN, bao gồm hai hạng mục chính.
Thay thế và cải tạo mạng lưới cống thoát nước trong lưu vực với tổng chiều dài 70 km, đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế cho mưa 2 năm (tần suất 50%) trong 3 giờ Hệ thống bao gồm cống hộp cấp 2 có chiều rộng từ 2 đến 6,5m và cống tròn cấp 3 với đường kính phù hợp.
Hệ thống cống cấp 4 với đường kính 0,4m thu nước thải từ các khu dân cư, sau đó chuyển về hệ thống cống cấp 3 và tiếp tục đến cống cấp 2 Tại đây, nước thải được kết nối với tuyến cống bao và 59 công trình tách dòng CSO (Combined Sewer Overflow), cuối cùng dẫn đến trạm bơm và một số điểm tiêu thoát ra kênh NLTN.
Hình 7.13: Sơ đồ tổng quan tuyến cống thu gom nước thải, trạm bơm NLTN
Hình 7.14: Qui trình thoát nước thải của mạng lưới cống các cấp NLTN
Tuyến cống bao ỉ3000 mm và 59 CSO có nhiệm vụ chuyển toàn bộ lượng nước thải và một phần nước mưa về Trạm bơm Đường cống tự chảy này có tổng chiều dài khoảng 8.900 km, được lắp đặt chạy dọc dưới lòng kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè Vị trí cống bao bắt đầu từ thượng lưu kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè (giao lộ đường Út Tịch - Lê Bình, Q.Tân Bình) với cao trình đáy dao động từ -8,54 m ở thượng nguồn đến -15,6 m tại trạm bơm.
Hỡnh 7.15: Sơ đồ tuyến cống ỉ3000
Khi mưa lớn vượt quá khả năng vận hành của trạm bơm, nước mưa sẽ được xả qua 59 cửa xả tràn của hệ thống CSO dọc theo tuyến cống bao, nhằm thoát nước ra kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, bao gồm hai ngăn.
Ngăn thứ nhất để chắn rác và tách dòng
Ngăn thứ 2 lắp đặt van 1 chiều, ngăn nước từ kênh chảy ngược vào tuyến cống bao ỉ 3000 (Hỡnh 7.17)
Hình 7.16: Kết cấu CSO điển hình
Hình 7.17: Nguyên lý làm việc của CSO
Công trình rút nước chết trên tuyến cống bao được lắp đặt tại hai vị trí S0 và S15 trên bờ kênh nhằm thu gom lượng nước ô nhiễm tích tụ ở thượng nguồn kênh, do thủy triều từ sông Sài Gòn chỉ rửa sạch đoạn hạ nguồn Hai giếng thu nước chết sẽ kết nối với cống bao qua một ống xả tràn, giúp thu gom nước vào hệ thống Quá trình thau rửa kênh sẽ diễn ra từ lúc triều ròng đến triều cường Mỗi giếng thu được trang bị cửa phay chặn điều khiển bằng động cơ, có thể hoạt động bằng tay hoặc tự động, và có khả năng điều khiển từ xa qua hệ thống SCADA tại phòng điều khiển Trạm bơm NLTN.
Hình 7.18: Sơ đồ hoạt động của công trình rút nước chết trên kênh NLTN
1.4.2 Trạm bơm Nhiêu lộc – Thị nghè
Trạm bơm NLTN, với 10 máy bơm có tổng công suất 64.000 m³/ngày, đảm nhận nhiệm vụ chuyển tải nước mưa và nước thải từ tuyến cống ra sông Sài Gòn sau khi đã qua hệ thống lọc Ở giai đoạn 2, lượng nước thải này sẽ được dẫn đến Nhà máy xử lý nước thải có công suất 480.000 m³/ngày.
Kênh NLTN được thiết kế với kè BTCT, bao gồm đường giao thông và công viên hai bên bờ Lòng kênh được nạo vét với bề rộng đáy kênh là 27m ở đoạn đầu.
B đoạn cuối giáp sông Sài Gòn có chiều rộng 60m, với đáy kênh có cao độ -3,0m ở đoạn đầu và -5,5m ở đoạn cuối Khu vực này cũng sẽ có tuyến Metro được quy hoạch xây dựng phía thượng lưu cầu Ba Son.
CÔNG TRÌNH CỐNG NGĂN TRIỀU NLTN
Cống ngăn triều NLTN, thuộc Dự án 1547, bao gồm cống ngăn triều và hai cụm bơm tiêu kết hợp, được xây dựng tại khu vực hạ lưu của hợp lưu rạch Thị Nghè và rạch Văn Thánh Hệ thống này được thiết kế nhằm kiểm soát triều cường và bảo vệ khu vực khỏi ngập úng.
Tuyến cắt ngang sông gần song song với tuyến Ba Son và cách tim cầu khoảng 21m về phía hạ lưu
Tim tuyến dọc công trình lệch về phía nhà máy Ba Son, cách bờ phải khoảng
40 đến 50m và cách bờ trái khoảng 45m
Hình 7.19: Vị trí bố trí công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hình 7.20: Phối cảnh công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Công trình kiểm soát mực triều NL-TN có nhiệm vụ quan trọng trong việc ngăn ngừa ngập úng cho Thành phố Hồ Chí Minh Đầu tiên, công trình chủ động kiểm soát mực nước trong kênh NL-TN, giúp chống ngập do triều và lũ từ sông Sài Gòn, đồng thời ứng phó với ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu Thứ hai, nó tăng cường khả năng trữ nước trong kênh NL-TN, nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước của hệ thống nội thị trong dự án VSMT TP Hồ Chí Minh Thứ ba, công trình duy trì mực nước thấp cần thiết để cải thiện cảnh quan môi trường Cuối cùng, việc xả bùn cặn và ô nhiễm sẽ được thực hiện khi cần thiết.
Theo Tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi TCXD VN 285 – 2002 và Tiêu chuẩn Thiết kế thoát nước TCXD VN 51 – 2008, tiêu chuẩn thiết kế cho công trình cấp I được quy định cụ thể nhằm đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình thi công.
Mô hình mƣa chọn khẩu diện tiêu với tần suất p = 10%
Mô hình mực nước chọn khẩu diện tiêu p = 10%
Mực nước lớn nhất để tính toán ổn định công trình vùng triều p = 0,2%
Mực nước thấp để tính toán ổn định công trình vùng triều p = 99%
1.5.2.3 Mực nước yêu cầu trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hệ thống thoát nước lưu vực NLTN đang được thiết kế nhằm đảm bảo mục tiêu của dự án cống NLTN Sau khi hoàn thành, hệ thống cống NLTN kết hợp với trạm bơm cần phải đảm bảo hiệu quả hoạt động và khả năng xử lý nước thải hiệu quả.
Khống chế mực nước cao nhất tại đầu kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè (quận Tân Bình) +2,00m
Khống chế mực nước cao nhất tại cuối kênh, trước cống Nhiêu Lộc Thị Nghè (quận Bình Thạnh – quận 1) +1,30m
Khống chế mực nước thấp nhất tại cuối kênh, trước cống Nhiêu Lộc Thị Nghè (quận Bình Thạnh – quận 1) -1,00m
1.5.2.4 Yêu Cầu Bảo Vệ Môi Trường Cảnh Quan Để bảo vệ môi trường cảnh quan và phát triển các hoạt động văn hóa thể thao trên kênh cần vận hành cống đảm bảo các yêu cầu sau:
Chủ động tăng năng lực xối rữa chất bẫn tù đọng trong kênh
Chủ động duy trì mực nước tối thiểu cần thiết trong kênh, dự kiến không nhỏ hơn -1,00m
Tim cầu trên cống trùng với tim cống (Hình 7.21, Hình 7.22, Hình 7.23 và Hình 7.24)
Cống có kết cấu bằng BTCT, xử lý nền bằng cọc BTCT
Cống được thiết kế với 04 khoang, bao gồm 2 khoang chính ở giữa dòng và 2 khoang biên Cửa van điều tiết mực nước là cửa sập bằng thép không rỉ, trong khi khoang biên có cửa tự động mở theo áp lực triều và cửa phẳng bên dưới, cả hai cùng sử dụng khung cửa đóng mở ngang bằng piston thủy lực Ngoài ra, hai khoang này còn lắp đặt trạm bơm tiêu thoát nước với công suất 48m³/s Tổng chiều rộng cống là 74m, bao gồm 12m + 25m + 25m + 12m, với chiều dài thân cống theo chiều dòng chảy Lm.
Tổng khẩu diện thoát nước: B = 58m bao gồm 2 khoang giữa mỗi khoang rộng 22,5m và 2 khoang biên mỗi khoang rộng 6,5m
Hình 7.21: Mặt cắt ngang công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hình 7.22: Mặt bằng bố trí công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hình 7.23: Mặt cắt dọc công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Hình 7.24: Hình vẽ minh họa cửa biên trên và cửa biên dưới của cống ngăn triều
Kết cấu liên hợp dầm thép mặt cầu BTCT
Cầu được xây dựng trên cống phía thượng lưu, bao gồm 04 nhịp: 02 nhịp giữa dài 15m với độ dốc 2% và 02 nhịp biên dài 90m với độ dốc 7% Khổ cầu rộng 8m, với cao độ mặt cầu đạt +5,80m tại trụ giữa và +5,30m tại trụ biên.
Trạm bơm được thiết kế dọc theo bờ thượng lưu của cống, bao gồm hai cụm bơm đặt ở bờ tả và bờ hữu, kết nối với hai khoang biên của cống Tổng công suất của hệ thống bơm là 48m³/s, phục vụ cho việc tiêu thoát nước ra sông Sài Gòn.
Mỗi cụm bơm bao gồm 04 tổ máy, với mỗi tổ máy được thiết kế gồm khoang máy bơm và khoang kênh xả, nối với khoang biên của cống Các tổ máy bơm có nhiệm vụ hút nước từ thượng lưu cống và xả vào kênh xả, sau đó nước sẽ chảy ra sông Sài Gòn thông qua khoang biên của cống.
Phía trên mỗi cụm bơm được trang bị một cụm cửa van, trong đó cửa tự động mở và đóng theo áp lực nước một chiều ở cửa trên, trong khi cửa dưới là cửa phẳng.
Buồng bơm chìm được lắp đặt ở độ sâu 2,25m dưới mực nước vận hành tối thiểu -1,00m trong kênh NLTN Máy bơm và động cơ kết hợp thành một khối, được đặt chìm trong ống đẩy, với cánh quạt có khả năng điều chỉnh góc chắn nước, nhằm nâng cao hiệu suất bơm.
Hình 7.25: Mặt cắt ngang khoang bơm của cống ngăn triều NLTN
Hình 7.26: Mặt cắt dọc qua khoang bơm của cống ngăn triều NLTN
Tường kè bằng cừ BTCT dự ứng lực, cao trình đỉnh tường chắn ở hạ lưu +3,00m, cao trình đỉnh tường kè +2,50m
1.5.3.5 Nhà quản lý vận hành:
Nhà quản lý cấp II, 2 tầng kết cấu khung BTCT
Trạm điện 3000KVA cung cấp năng lượng cho các máy bơm và hệ thống điều khiển cửa van, đồng thời được trang bị máy phát điện dự phòng 200KVA để đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện.
1.5.4 Giải pháp kỹ thuật vận hành cống Để đảm bảo nhiệm vụ nêu trên cống NLTN cần kết hợp trạm bơm Nhiệm vụ cống và trạm bơm nhƣ qui trình vận hành nhƣ sau: các công trình
Cửa biên dưới là loại cửa phẳng được điều khiển bằng xy-lanh thủy lực và thường xuyên đóng kín Cửa này chỉ được mở trong những trường hợp cần thiết.
Xả nước tù đọng cải thiện môi trường, bùn cát
Tăng cường tiêu úng khi có mưa lớn và đã ngừng bơm
Cửa biên trên là cửa tự động, hoạt động theo một chiều, thường xuyên đóng mở dựa trên sự chênh lệch áp lực mực nước trước và sau cống Cửa này được lắp đặt cùng với khung cửa biên dưới để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Nghiên cứu cho thấy mạng lưới cống thoát nước thải và mưa cùng với công trình cống ngăn triều trong lưu vực NLTN có sự phức tạp cao, chịu ảnh hưởng lớn từ mưa, triều và lũ sông Sài Gòn – Đồng Nai Để giảm thiểu ngập lụt, cần nghiên cứu phối hợp vận hành đồng bộ các công trình Bên cạnh quy trình vận hành tự động cho cống ngăn triều NLTN, cần tiếp tục xây dựng quy trình vận hành tổng hợp với mạng lưới cống thoát nước và trạm bơm nước thải trong dự án VSMT TP Hồ Chí Minh.
