Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sinh thái ecological engieering xây dựng hệ thống tiêu thoát nước đô thị bền vững suds góp phần phòng chống ngập úng lún sụt và ô nhiễm ở tp hồ chí minh

Trong báo cáo cuối cùng của dự án “Nghiên cứu điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng TP.HCM đến năm 2025” tháng 4 năm 2007 có đánh giá dự án trên “là nghiên cứu về hệ thống thoát nước hoàn

SUMMARY

As determined by the city’s leaders at a

conference in August, 2007, the urban

flooding was considered as an important,

urgent and strategic problem among urban

problems of Ho Chi Minh City (HCMC)

influencing social-economic development

The objective of this study is to apply

advanced knowledge and measures in the

field of urban drainage into Viet Nam in

order to prevent the urban flooding, in

particular, and set up a sustainable strategy

for urban drainage in HCMC, in general

It was recognized that the reason for the

flooding in the studied area are the

uncontrolled urbanization which fades out

wetlands for regulating and containing

temporarily rainwater, and especially, the

replace of natural surface by man-made and

solid surface through which the rainwater can

not penetrate In a situation that rainfall

intensity increases but rainfall duration

decreases, decreased base flow, time of

concentration decreased, flow velocity

increased and peak volume increased All

these lead to the overloading of drainage

system Therefore, to decrease the max flow of

rainwater, measures for distribution and

temporarily containing rainwater have to be

set up

Present and future plans for flooding

prevention have conventionally selected a

solution that the drainage system has to be

enlarged to collect and discharge quickly

rainwater into receiving waters However,

while the urbanization and natural surface

are always changing quickly this selection is

normally not affordable and feasible

Consequently, the flooding problem becomes

more and more serious

To make a contribution to the solution of flooding problem the

“Sustainable Urban Drainage System (SUDS)” technique was applied into Viet Nam by this study With a concept that the rainwater is a precious natural resource the Ecological Engineering/SUDS measure was carried out to get 3 objectives at the same time: i) flooding and infrastructure subsiding prevention, ii) underground water support, iii) environment pollution minimization, and iv) urban green area development

In addition to the introduction of ecological engineering measures for flooding prevention in Hoang Van Thu Park area at 3 levels: source control, site control, and regional control, the study carried out three case studies of 3 measures: bioretention, bio-retention swal and ecological west pond Their structure, function, and calculation based on conceptual design are described Also, their operation and maintenance are given

According to the assessment of the study, only the ecological pond in the park can help to tackle the flooding problem in the studied area with a surface area of 25

ha As a result, no need for investment of a new drainage system in the area is recognized

Some new aspects related to the study, such as SUDS Treatment Train Assessment Tool (STTAT), were also undertaken This tool can support the selection of suitable SUDS measures for urban new construction or upgrading projects It also can help analyzing the relation between the rain and non-source pollution which should be taken into account for environment management

.

Văn bản chính thức có giá trị và quan trọng nhất đề cập đến Hệ thống thoát nước mưa và nước thải Đô thị TP.HCM là Quyết định

752/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020”

ký ngày 19 tháng 6 năm 2001 Cho đến hiện nay, Quy hoạch tổng thể này đang là văn bản pháp lý chính thức làm cơ sở cho UBND thành phố chỉ đạo các Sở, Ban, Ngành có liên quan quản lý đầu tư cải tạo và phát triển hệ thống thoát nước thống nhất đến năm 2020

Trong báo cáo cuối cùng của dự án “Nghiên cứu điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng TP.HCM đến năm 2025” (tháng 4 năm 2007) có

đánh giá dự án trên “là nghiên cứu về hệ thống thoát nước hoàn chỉnh duy nhất đã được thực hiện với khu vực rộng lớn” và dự án có lưu ý rằng quy hoạch cải tạo kênh rạch thoát nước mưa phải tính đến hiệu quả kinh tế Nghĩa là cải tạo kênh rạch kết hợp xây hồ điều tiết lũ lụt hoặc hồ điều tiết tại chỗ và hạng mục này nên có quy chế buộc các chủ đầu tư đưa vào trong dự án phát triển đô thị

Một cách tổng quát, chiến lược và giải pháp thoát nước mưa đã được xác định và triển khai qua các giai đoạn phát triển của TP.HCM

có một số đặc trưng sau:

- Chiến lược thoát nước ở TP.HCM đã được chuẩn bị khá hoàn

chỉnh, trong đó, các dự án đã được thiết kế có cơ sở khoa học và thực tiễn của TP ở những năm cuối thế kỷ 20 Các giải pháp kỹ thuật đều đã

.

được tính đến; trong đó, các giải pháp công trình và phi công trình đều

đã được đề cập

- Chiến lược này chủ trương thoát nhanh nước mưa để tránh ngập;

chưa coi nước mưa là tài nguyên cần được quản lý sử dụng và tái sử dụng; mới chỉ quan tâm đến quản lý số lượng để chống ngập, chưa gắn chống ngập với việc giải quyết các vấn đề môi trường đô thị quan trọng khác

- Có quan tâm đến các giải pháp tận dụng hệ tự nhiên, nhưng chỉ là

hệ tự nhiên có sẵn như kênh, rạch, ao đầm tự nhiên; đã quy định bố trí diện tích dành cho hồ điều hòa với thể tích 17.000 – 19.000m3/km2 xây dựng

- Tuy nhiên, chiến lược này chưa quan tâm đến quy hoạch kiến trúc mặt bằng cũng như kết cấu hạ tầng đô thị với các giải pháp kỹ thuật không chỉ sẽ thân thiện hơn với thiên nhiên, mà còn tận dụng được tài nguyên và sức mạnh của hệ tự nhiên để giải quyết vấn nạn ngập đô thị

và đáp ứng nhiều lợi ích môi trường cho người dân

Thực tiển cho thấy, ngay ở các nước tiên tiến vẫn chưa thoát khỏi tình trạng cứ mỗi lần trời mưa, hệ thống thoát nước của đô thị lại bị thử thách Từ những năm 1970, các cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ, Nhật Bản và nhiều nước khác đã bắt đầu nhận thấy những sai lầm trong lĩnh vực quản lý nước mưa khi chỉ quan tâm đến việc thoát chúng đi thật nhanh và không coi chúng như là một tài nguyên Sai lầm này đã gây ra rất nhiều tổn hại cho môi trường cũng như làm gia tăng tình trạng ngập úng, xói lở và ô nhiễm môi trường Do vậy, từ những năm đầu thập niên 80 của thế kỷ trước, hầu hết các thành phố ở Châu Âu đã

tiến hành xây dựng các hệ thống tiêu thoát nước mưa bền vững và đưa quản lý nước mưa vào luật xây dựng

Và cũng từ thời gian ấy, trên thế giới, trong lĩnh vực quản lý môi

trường đô thị đã hình thành và ngày một hoàn thiện khái niệm về “Hệ thống tiêu thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System- SUDS)” SUDS là tư duy mới về tiêu thoát nước đô thị Tại

Hội nghị quốc tế về Trái đất Rio - 1992, khái niệm về SUDS đã nhận được sự đồng thuận của quốc tế coi đó như một phần của Chiến lược .

phát triển bền vững, vì giải pháp SUDS đáp ứng cho mục tiêu phát triển bền vững khi cân bằng được các yếu tố như phát triển kinh tế, xã hội và

an toàn cho môi trường

Triết lý của SUDS coi nước mưa là tài nguyên vô cùng quý giá nhưng rất hữu hạn, nước mưa cần được sử dụng và tái sử dụng, được làm sạch sau sử dụng và theo SUDS thì kỹ thuật tiêu thoát nước vì sự phát triển của đô thị không được ảnh hưởng xấu đến môi trường thủy vực tiếp nhận

SUDS đồng thời thực hiện 4 mục tiêu chủ yếu đó là: i) phòng chống ngập úng, lún sụt cơ sở hạ tầng, ii) bổ cập nguồn nước ngầm, iii) giảm thiểu ô nhiễm môi trường và iv) xanh hóa đô thị Cho nên, thay vì đẩy/thoát thật nhanh nước mưa ra khỏi đô thị, thì SUDS làm chậm lại các quá trình nêu trên mà không gây ngập nhằm đưa nước mưa phục vụ cộng đồng với những giải pháp kỹ thuật mà trong đó sử dụng triệt để các khả năng lưu giữ và làm sạch của hệ sinh thái tự nhiên vào việc cải thiện chất lượng nước

Thực hiện nghiên cứu về SUDS không nhằm để thay thế cho giải pháp thoát nước truyền thống hiện hành, mà là giới thiệu một tiếp cận mới với các giải pháp thoát nước giảm ngập bằng việc ứng dụng tiến bộ

kỹ thuật đã được triển khai có hiệu quả trên thế giới, chủ yếu lại ở các nước phát triển, với ý nguyện hoàn thiện hơn những gì đang hiện hữu

NỘI DUNG BÁO CÁO

Báo cáo nghiệm thu bao gồm 4 Phần, 8 chương và được trình bày trên 102 trang vi tính, các nội dung nghiên cứu được tóm tắt lại như sau:

PHẦN I: MỞ ĐẦU bao gồm mục tiêu, nội dung nghiên cứu nhằm tiếp

cận cơ sở khoa học và phương pháp luận, ứng dụng các tri thức, phương pháp KTST và xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc xác lập luận cứ KHKT và KT-XH để triển khai SUDS vào Việt Nam

PHẦN II: NHỮNG VẤN ĐỀ TỔNG QUAN giới thiệu tổng quát

về địa điểm nghiên cứu, gồm khu vực công viên Hoàng Văn Thụ và khu vực công viên Gia Định (xem hình trang 13) là những địa bàn có

.

điểm ngập tiêu biểu chỉ do mưa ở vùng có cao trình không bị ảnh hưởng trực tiếp của triều và rất bức xúc Quan điểm tiếp cận tiên tiến với các phương pháp nghiên cứu cụ thể được vận dụng trong nghiên cứu là những phương pháp nghiên cứu phổ biến và ngày một hoàn thiện trên thế giới

KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN đã trình bày về khí hậu, trong đó đặc biệt quan tâm đến qúa trình mưa Theo những nghiên cứu gần đây, một số giá trị định lượng về mưa thay đổi theo hướng ngày một gia tăng và quá trình mưa diển biến rất phức tạp Chúng là những nhân tố quyết định trong tính toán lượng mưa thiết kế Các đặc trưng Địa hình, địa mạo, thảm phủ cũng đã được phân tích chi tiết ở tỷ lệ bản

VỀ CHIẾN LƯỢC VÀ DỰ ÁN THOÁT NƯỚC Ở TP.HCM, báo cáo

đã trình bày vắn tắt về thoát nước ở Việt Nam và về dự án tiêu thoát nước ở TP.HCM đến năm 2020 Thông tin về phân vùng, các giải pháp

kỹ thuật, kế hoạch đầu tư và triển khai đã được trình bày có hệ thống Trong đó, chiến lược tiêu thoát nước mưa càng nhanh càng tốt bằng hệ thống mương, cống ngày càng mở rộng là kim chỉ nam của hành động TIẾP CẬN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ BỀN VỮNG-SUDS: Trong nội dung này, khái niệm và triết lý về SUD và coi SUDS là tư duy mới về tiêu thoát nước đô thị đã được trình bày Mục tiêu của SUDS bao gồm: Giảm ngập, bổ cập nước ngầm, giảm thiểu các nguồn

ô nhiễm lan truyền theo nước mưa và xanh hóa đô thị

Từ góc nhìn của SUDS, nguyên nhân gây ngập ở địa bàn nghiên cứu

được xác định là do quá trình đô thị hóa đã làm mất đi các trũng chứa nước và kênh rạch tự nhiên, đặc biệt là sự biến đổi địa mạo, thu hẹp thảm phủ thấm nước và thay vào đó bằng các bề mặt không thấm nước .

Trong bối cảnh giá trị cường độ mưa ngày càng cao, nhưng thời gian mưa ngắn, sự thay đổi nêu trên làm suy giảm dòng chảy cơ bản, rút ngắn thời gian tập trung nước mưa, gia tăng lưu lượng đỉnh lũ làm cho

hệ thống thoát không thể nào tải kịp lưu lượng nước mưa đã trở nên bất bình thường đó Do vậy, để giảm ngập cần tập trung vào tính toán, thiết

kế các giải pháp phân tán và lưu giữ tạm thời để làm giảm dòng chảy đỉnh gây ngập do nước mưa

SAU ĐÔ THỊ HÓA:

- Tập trung nước nhanh,

- Hạ thấp dòng chảy nền,

- Tăng tốc độ dòng chày,

- Tăng đĩnh ngập lũ.

Các giải pháp Kỹ thuật sinh thái (KTST - Ecological Engineering)

trong SUDS: Trong nội dung quan trọng này, các giải pháp KTST (còn

gọi là các giải pháp SUDS) trong tiến trình quản lý nước mưa được trình bày vắn tắt nhưng khá đầy đủ Có thể phân các giải pháp KTST thành 4 cấp độ kiểm soát và nội dung công việc cần được tiến hành trong từng cấp độ có thể được nhận biết qua giản đồ dưới đây:

.

(Nguồn: Stormwater management - UK)

Kiểm soát dòng chảy ngay khi mưa rơi xuống, ngay tại mái nhà, dưới đất, tái sử dụng nước mưa,…

Làm giảm, xử lý cho từng khu phố nhỏ, cho từng con đường, mặt bằng xây dựng

Xây dựng hệ thống làm giảm, xử lý ô nhiễm, ngập úng cho từng vùng, tiểu lưu vực, lưu vực,…

Sơ đồ khối các cấp độ của giải pháp KTST

Ở từng mức độ kiểm soát có hệ thống giải pháp kỹ thuật được lựa chọn

để áp dụng là:

- Đối với giải pháp kiểm soát trên mặt bằng với diện tích khoảng 2–5ha, thường áp dụng các giải pháp: i) Chắn lọc sinh học; ii) Kênh thực vật; iii) Mương thấm lọc thực vật; iv) Lớp bề mặt thấm; v) Ao lưu nước tạm thời

- Đối với giải pháp kiểm soát trên toàn khu vực với diện tích mặt bằng khoảng 10 ha trở lên, thường áp dụng các giải pháp: i) Khu vực đất ngập nước (wetland); ii) Ao thấm lọc thực vật Các giải pháp đều phải quan tâm đến các mục tiêu: i) Về mặt chất lượng nước: ii) Về mặt

số lượng nước: iii) Về mặt tiện ích, hài hòa và xanh sạch

Tính thích hợp và hiệu quả của các giải pháp KTST có thể tìm được các

số liệu minh họa cụ thể trong bảng dưới đây:

.

Bảng 5.3: Các giải pháp Kỹ thuật sinh thái và khả năng ứng dụng

Áp dụng cho các đối tượng quy hoạch Stt GIẢI PHÁP KTST Mật độ xây

Bảng 5.4: Tiềm năng xử lý ô nhiễm của các kỹ thuật sinh thái

Phần trăm loại bỏ ô nhiễm GIẢI PHÁP

TSS Tot.P Tot.N Nitrate-Nitrit Kim loại

PHẦN III: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SUDS VÀO VIỆT NAM:

Đây nội dung trọng tâm của đề tài Lần đầu tiên các nguyên tắc, giải pháp kỹ thuật và các phương pháp tính toán thiết kế ở mức tư vấn (conceptual design) nhằm giải quyết ngập úng cho một địa bàn cụ thể,

đó là điểm ngập tại khu vực công viên Hoàng Văn Thụ (CV HVT) và tiêu thoát nước kết hợp giảm ngập cho khu vực công viên Gia Định được tiếp cận và ứng dụng vào địa bàn cụ thể

Về nguyên tắc, tại bất cứ nơi nào cũng có thể áp dụng các giải pháp kỹ thuật theo cả 4 cấp độ như trên đã viết và ở mỗi cấp độ có thể lựa chọn các giảp pháp KTST thích hợp với điều kiện tự nhiên và hiện trạng sử dụng mặt bằng tại nơi đó Ở khu vực CV HVT cũng không là ngoại lệ Tuy nhiên, trong trường hợp này, để trình diễn phương pháp tính toán thiết kế, 2 giải pháp kiểm soát đã được tiếp cận, đó là kỉểm soát trên mặt bằng và kiểm soát trên toàn vùng

Giải pháp kiểm soát trên mặt bằng (Site control) được thực hiện trên

mặt bằng bải đổ xe sân vận động quân khu 7 (SVĐ QK7) với 2 giải

pháp mương lọc thực vật và chắn lọc sinh học Để tính toán và thiết kế

cho cả 2 giải pháp nêu trên, cần tiến hành theo 3 bước chính sau đây:

Bước 1: Tính toán các thông số cơ bản của lưu vực hứng nước, gồm

- Độ sâu lớp nước chảy tràn (Q)

- Lượng nước tổn thất ngay khi mưa (Ia)

- Thời gian tập trung nước mưa (Tc)

- Độ dốc dòng nước (s)

- Thể tích kho chứa xử lý (WQv)

- Thể tích nước yêu cầu bổ cập (Rev)

.

Bước 3: Tính toán các cấu trúc xử lý cho từng giải pháp SUDS cụ thể

• Thiết kế mương thấm lọc thực vật (Biological Grass Swale):

Mương được xây dựng trên mặt bằng của dãy cây xanh dọc khuôn viên

của bải để xe với các hạng mục:

- Thiết kế cấu trúc tiền xử lý

- Tính toán độ dốc và kích thước của mương thực vật

- Thiết kế kho chứa bổ cập Rev

- Kiểm tra vận tốc đề tránh xói lỡ đất và cỏ trong kênh

- Tính thể tích chứa tạm thời của kênh V1 = 306 m3

- Thể tích chứa tạm thời của hệ thống bổ cập V2 = 20,8 m3

Như vậy, trong thời gian đầu của cơn mưa hệ thống mương thực vật như đang thiết kế có thể chắn giữ tạm thời thể tích nước chảy tràn là:

V = Vp + V1 + V2 = 15,54 + 306 + 20,8 = 342,34 m3

• Thiết kế chắn lọc sinh học (Bioretention) trên mặt bằng DA2:

Chắn lọc này được xây dựng trên mặt bằng của các hoa viên trong bải

đổ xe với các hạng mục:

- Cấu trúc tiền xử lý (sediment forebay)

- Tính toán diện tích bề mặt và độ sâu lớp vật liệu lọc

- Thiết kế kho chứa bổ cập

- Thiết kế cấu trúc chảy tràn

Cấu trúc tiền xử lý (sediment forebay): Có thể lựa chọn một trong

các giải pháp thiết kế sau:

- Lớp lọc cỏ kết hợp với phân tán dòng chảy hoặc lớp lọc cát

- Màng chắn bằng sỏi, đá

- Lớp phủ để giảm tốc độ dòng chảy, bảo vệ thực vật từ 5cm-8cm

Giải pháp xử lý: Một số tiêu chuẩn thiết kế qui định cho chắn lọc sinh học:

- Bể lọc phải có độ sâu lớp vật liệu lọc tối thiểu là 45cm hoặc 30cm nếu vật liệu lọc là cát

.

- Tốc độ thấm của lớp vật liệu lọc là: 15 cm/ngày

- Hệ thống chắn lọc sinh học phải bao gồm các thành phần xử lý như sau:

o Lớp đất đá nền có độ sâu từ 0,75m đến 1,2m để cho thực vật phát triển,

o Lớp phủ để giảm tốc độ dòng chảy, bảo vệ thực vật,

o Một kho chứa tạm thời có thể chứa một lớp nước bề mặt tối thiểu 30cm

Hệ thống xử lý của chắn lọc sinh học phải có khả năng chắn giữ tạm thời tối thiểu 75% thể tích kho chứa xử lý WQv trước khi được lọc Do vậy, phải xây dựng một hệ thống chắn lọc sinh học có diện tích bề mặt tối thiểu là 385m2 (bằng 6% diện tích mặt bằng DA2) Như vậy, hệ thống chắn lọc sinh học theo thiết kế có khả năng chứa tạm thời tối đa

lượng nước là 9.116 ft 3 =258 m 3

Nhận xét chung: Nếu thiết kế hoa viên và dãy cây xanh trong bãi đỗ xe

của SVĐ QK7 như những chắn lọc sinh học và mương thấm lọc thực vật thì ngay từ thời điểm ban đầu của cơn mưa hệ thống này đã có thể chắn giữ tạm thời một thể tích: 258 m3 + 342 m3 = 600 m3 Như vậy, nếu tất cả các mặt bằng trên lưu vực hứng nước của đường Phổ Quang

và Phan Đình Giót đều áp dụng các giải pháp kỹ thuật SUDS thì số lượng nước chảy tràn được giữ lại là không nhỏ, nhờ vậy mà áp lực đối với hệ thống thoát sẽ giảm đi đáng kể, có thể không nhất thiết phải nâng cấp hệ thống cống hiện có hoặc xây dựng hệ thống cống thoát mới cho tiểu lưu vực này

Giải pháp kiểm soát cho toàn khu vực (Regional control): Theo tính

toán của Công ty Thoát nước đô thị, năng lực của hệ thống cống hiện tại trong lưu vực nghiên cứu chỉ có lưu lượng tiêu thoát khoảng 0,548m3/s, trong khi lưu lượng mưa tính theo tầng suất 2 năm cho lưu vực trên là 2,689m3/s và cống thoát nước hiện hữu là quá nhỏ không thể tải hết lượng nước này và có vùng địa thế thấp hơn xung quanh 0,4m và bị thắt cổ chai nên bị ngập

.

Hồ trong công viên Hoàng Văn Thụ sẽ được thiết kế lại theo dạng hồ

sinh thái cảnh quan dạng chắn giữ mở rộng (Wet Extended Detention Ecological Pond), có kho chắn giữ mở rộng ở phần trên của hồ hiện

hữu Trong suốt cơn mưa, lượng nước chảy tràn sẽ thay thế lượng nước trong hồ hiện hữu và rút đi sau 24 giờ Hồ sinh thái phải đạt được ba tính năng chủ yếu của hệ thống tiêu thoát nước đô thị bền vững, đó là:

- Về mặt chất lượng nước: Lượng nước cồ hữu trong hồ được xử lý thông qua các quá trình vật lý, sinh học và hóa học

- Về mặt số lượng nước: Kho lưu nước tạm thời được thiết kế bên trên

mức nước của hồ chứa nước quanh năm, có chức năng làm suy yếu

dòng chảy tràn và giảm lũ

- Về mặt tiện ích cho đô thị: Giá trị về mặt tiện ích cho cuộc sống

thường được xem xét trong tính năng cung cấp nơi sinh sống cho động vật hoang dã, khu vực vui chơi giải trí cho cộng đồng dân cư địa phương

• Các bước thiết kế và vận hành hồ sinh thái cảnh quan: Để

tính toán và thiết kế, vận hành hồ sinh thái cảnh quan như giải pháp kiểm soát trên toàn khu vực dự án, cần tiến hành 05 bước chính sau:

Bước 1: Thu thập và tính toán dữ liệu lưu vực nghiên cứu: Để phục vụ

cho việc tính toán các thông số thiết kế hồ sinh thái, đòi hỏi phải thu thập rất nhiều các dữ liệu về hiện trạng mặt bằng, tính chất thủy lực của đất, thể tích gây ngập, cao độ địa hình, mưa thiết kế, v.v… Kết quả tính toán tổng quát cho thấy:

- Diện tích lưu vực thoát nước vào hồ: 25,87ha (tiêu chuẩn diện tích lưu vực phù hợp để thiết kế hồ sinh thái là > 10ha)

- Tỷ lệ phần trăm bề mặt không thấm nước khoảng 60%

- Tính chất thủy lực của đất: thuộc nhóm C

- Diện tích ngập: A = 3,39 ha

.

1 Kiểm soát tại nguồn: Vỉa hè thấm & Bãi hứng nước mưa từ mái nhà

.