tóm tắt luận án tiến sĩ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC KHU VỰC NỘI THÀNH HÀ NỘI

Xác định các yếu tố quyết định trong hệ thống cân bằng nước của khu vực nghiên cứu; chỉ ra những nguyên nhân làm mất cân bằng cho hệ thống về chất và lượng ngập úng, ô Nghiên cứu tiến hà

1

Công trình được hoàn thành tại: Khoa môi trường, Đại học khoa học tự nhiên Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS PHẠM QUANG HÀ

2 PGS TS NGUYỄN MẠNH KHẢI

Phản biện:

Phản biện:

Phản biện:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại

vào hồi giờ ngày tháng năm 20

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

2

MỞ ĐẦU

Hà Nội “ Ở giữa khu vực trời đất, được thế rồng chầu hổ phục, chính giữa nam bắc đông tây, tiện nghi núi sông sau trước …Mặt đất rộng mà bằng phẳng, thế đất cao mà sáng sủa, dân cư không khổ, thấp tối tăm, muôn vật hết sức tươi tốt phồn thịnh Xem khắp nước Việt, đó là nơi thắng địa, thực là chỗ tụ hội quan yếu của bốn phương, đúng là nơi thượng đô kinh sư mãi muôn đời”

Nằm ở vị trí từ 20°53' đến 21°23' độ vĩ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ kinh Đông, được che chắn ở phía Bắc-Đông Bắc bởi dãy Tam Đảo và ở phía Tây bằng dãy núi Ba Vì - Tản Viên, Hà Nội ở trọn trong vùng tam giác châu thổ sông Hồng, là một trong những vựa lúa của nước Việt từ hàng ngàn năm nay và là trung tâm địa chính trị của nước Việt Nam

1 Tính cấp thiết của nghiên cứu

Cùng với bề dày lịch sử phát triển giữ nước và dựng nước nghìn năm văn hiến, Hà Nội đã thay đổi diện mạo một cách cơ bản trong những năm đầu của thế kỷ 21 với số dân của thành phố lên hơn

6 triệu người, trong đó có hơn 1,5 triệu dân và công nhân viên chức đang sống và làm việc trong khu vực nội thành của Hà Nội với mật độ có thể nói rất cao Trong khi trung bình của Hà Nội là 1.979 người/km², thì mật độ dân số của quận Đống Đa lên tới 35.341 người/km²

Trong bối cảnh hội nhập và mở cửa, cùng với mật độ dân số tập trung cao và xu hướng tăng nhanh về mặt cơ học, sự phát triển của Hà Nội nói chung trong việc mở rộng các đô thị ngoại vi và quá trình bê tông hóa của nội đô Hà Nội nói riêng đã tự thân gây nên tình trạng mất cân bằng trầm trọng về môi trường nước cho Thủ Đô

Chỉ từ đẩu năm 2008 đến giữa năm 2010, đã có 223 dự án nhà cao tầng (từ 9 tầng trở lên) được UBND thành phố Hà Nội phê duyệt cho đầu tư Điều này giải thích một phần lý do tăng dân số bốn quận nội thành Hà Nội cũ trước năm 1995, từ khoảng 80 vạn người lên tới 1,2 triệu tại nội thành hiện nay Trong khi đó, hầu như không có quy hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống hạ tầng kỹ thuật và hệ thống hạ tầng xã hội v.v Điều này được coi là một trong những nguyên nhân cơ bản làm cho môi trường nội thành xuống cấp, bị ô nhiễm nặng nề

Thực tế đã chỉ ra rằng, dù đã có rất nhiều tiến bộ với các kế hoạch cải tạo mạng lưới tiêu thoát nước ngắn, trung và dài hạn, cho đến thời điểm này, khu vực nội đô của Hà Nội vẫn luôn bị đe dọa hàng năm bởi úng ngập mỗi khi có bão và mưa Sau dự án thoát nước giai đoạn I với các công trình đầu mối được cải tạo nhằm mục đích thoát nước mưa với lượng mưa 172mm/2ngày, tình trạng úng ngập của nội đô Hà Nội vẫn có nhiều diễn tiến phức tạp, khó kiểm soát và diễn ra nhiều lần hàng năm

Bên cạnh việc úng ngập chưa được kiểm soát, tình trạng ô nhiễm môi trường nước của nội đô

Hà Nội cũng đang là vấn đề nan giải: “Hệ thống thoát nước ở Hà Nội cũ cũng như ở nhiều đô thị khác trong thủ đô Hà Nội, đều là hệ thống chắp vá giữa khu cũ và khu mới, giữa lạc hậu và hiện đại Chưa có hệ thống thoát nước thải riêng với thoát nước mưa Hiện nay, Hà Nội cũ mới xử lý được khoảng 5% nước thải sinh hoạt, còn lại 95% nước thải sinh hoạt đô thị chỉ xử lý sơ bộ rồi đổ thẳng vào sông, hồ, gây ra ô nhiễm trầm trọng môi trường nước mặt”

Thực chất, môi trường nước của nội đô Hà Nội đang bị mất cân bằng trầm trọng cả về lượng (úng ngập) và chất (ô nhiễm) Cho đến nay, chưa có một nghiên cứu nào đủ sức thuyết phục, xác định được mối liên hệ mật thiết giữa mất cân bằng với tình trạng úng ngập và ô nhiễm của môi trường nước nội đô Hà Nội

Bên cạnh đó, còn thiếu những bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ và đồng bộ, cùng với những công cụ ứng dụng phù hợp để có thể chỉ ra được nguyên nhân và lượng hóa tình trạng mất cân bằng của môi trường nước nội đô Hà Nội

3

Trong bối cảnh đó, trên quan điểm hệ thống, tác giả thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƯỚC KHU VỰC NỘI THÀNH HÀ NỘI”

2 Mục tiêu của nghiên cứu:

a Cung cấp cơ sở khoa học, thiết lập bộ cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu hệ thống cân bằng nước khu vực nội đô Hà nội

b Xác định các yếu tố quyết định trong hệ thống cân bằng nước của khu vực nghiên cứu; chỉ

ra những nguyên nhân làm mất cân bằng cho hệ thống về chất và lượng (ngập úng, ô

Nghiên cứu tiến hành trên cả hai phương diện của hệ thống cân bằng nước; cân bằng về tức nghiên cứu về úng ngập trong mùa mưa bão và quan hệ cân bằng chất- tức nghiên cứu về ô nhiễm nước mặt tại một số thủy vực đặc trưng

lượng-Nội dung nghiên cứu:

Các nội dung của nghiên cứu được xác định như sau:

1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cân bằng nước; những vấn đề úng ngập và ô nhiễm nước mặt vùng nội đô Hà Nội và tương tự theo luận điểm hệ thống cân bằng nước

2 Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ nghiên cứu hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội

3 Nghiên cứu mất cân bằng (MCB) về lượng của hệ thống với ứng dụng của công cụ mô phỏng Nghiên cứu điểm về ô nhiễm nước mặt tại một số thủy vực đặc trưng trong quan

hệ lượng và chất trên quan điểm hệ thống cân bằng nước

4 Nghiên cứu mối liên quan giữa MCB hệ thống và úng ngập; trên cơ sở đó, đề xuất các bộ giải pháp

4 Những đóng góp mới của nghiên cứu:

- Luận án làm sáng tỏ luận điểm về hệ thống cân bằng nước và hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội Việc đưa ra khái niệm về hệ thống cân bằng nước cho hệ thống tiêu thoát nước nội đô trong mối liên quan hữu cơ giữa hiện tượng úng ngập và ô nhiễm là một tính mới về lý luận

- Nghiên cứu tập hợp và xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu (CSDL) trong các giai đoạn phát triển của nội đô; bộ CSDL này được tổ chức có hệ thống và số hóa mang tính ứng dụng cao, có thể phục vụ cho công tác quản lý, xử lý và dự báo úng ngập cho thủ đô Hà Nội hiện tại và tương lai, là một đóng góp mới

- Từ bộ CSDL chuẩn, áp dụng nghiên cứu mô hình mô phỏng động trong thời gian thực tế theo hướng hệ thống cân bằng động; luận án cũng chỉ ra được các mối liên hệ mang tính qui luật liên quan đến tình trạng úng ngập, các điểm phát úng, mất cân bằng cục bộ và hệ thống

4

- Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp kỹ thuật trên quan điểm xử lý tính chất mất cân bằng của hệ thống cấn bằng nước nội đô để cải thiện tình trạng úng ngập và góp phần quản lý môi trường nước cho Hà Nội

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Ngoài những đóng góp mới có ý nghĩa khoa học đã nêu ở phần trên, nghiên cứu này lần đầu tiên làm sáng tỏ luận điểm nghiên cứu hệ thông cân bằng nước áp dụng cho việc xác định nguyên nhân mất cân úng ngập là việc mất cân bằng trong hệ thống cân bằng nước của đô thị có thể kiểm soát được thông qua công cụ mô phỏng, từ đó đưa ra một bộ giải pháp lượng hóa trong không gian và theo thời gian mang tính chủ động và ứng dụng cho các hệ thống cân bằng nước khu vực đô thị

Các cơ quan quản lý và thực thi các dự án phòng và chống ngập lụt cho nội đô của Hà Nội cũng như các đơn vị nghiên cứu chuyên ngành có thể sử dụng bộ CSDL của luận án, cũng như có thể ứng dụng các bộ giải pháp được nghiên cứu

Chủ thuyết nghiên cứu hệ thống cân bằng nước với các kết quả là các bộ giải pháp úng ngập cho môi trường nước nội đô của Hà Nội có thể được áp dụng cho các thành phố với điều kiện tương tự của Việt Nam

6 Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 148 trang, 200 bảng và hình vẽ, được bố cục theo 3 chương bao gồm phần mở đầu, chương 1: Nghiên cứu tổng quan; chương 2: Vật liệu và phương pháp; chương 3: Kết quả và thảo luận; tiếp theo là kết luận và kiến nghị Ở phần cuối là danh mục các 7 công trình nghiên cứu của tác giả đã công bố và tài liệu tham khảo

Chương 1 của luận án trình bày những vấn đề tổng quan về hệ thống cân nước, điều kiện tự

nhiên và các yếu tố đặc thù tác động đến tình trạng mất cân bằng về lượng và chất của khu vực nội đô thuộc lưu vực sông Tô Lịch trong quá trình phát triển và xây dựng Hà Nội, các nghiên cứu về mô phỏng

Luận điểm nghiên cứu của luận văn được trình bày tại phần cuối của chương 1

Chương 2 của luận văn đề cập đến các vấn đề cụ thể của phương pháp nghiên cứu, vật liệu

nghiên cứu, các qui trình xây dựng bộ cơ sở số liệu (CSDL) cũng như vật liệu phục vụ cho luận án

Chương 3 của luận án trình bày các kết quả và thảo luận về các kết quả xây dựng CSDL; mô

phỏng của hệ thống cân bằng nước khu vực nội đô Hà Nội tại hai trận ngập úng đặc trưng, 1/11/2008 và 6-8/8/2013 tại nội đô; tiếp đó, những phân tích mất cân bằng động (MCB) trong hệ thống cân bằng nước của một số tuyến phố đặc trưng được nghiên cứu chi tiết Thông qua các kết quả này, nghiên cứu đưa ra được bản đồ các điểm phát úng ngập của khu vực nội đô và tiếp đó chỉ ra được nguyên nhân trực tiếp gây ra tình trạng úng ngập lâu nay của nội đô Hà Nội là mất cân bằng trong hệ thống cân bằng nước Một số kết quả phân tích một tính chất môi trường nước trong mùa lũ ở một số thủy vực điển hình đã làm rõ hơn về tính đồng nhất tương đối phổ biến chất lượng nước mùa lũ tại các điểm lấy mẫu cho thấy quan hệ giữ chất và lượng trong hệ thống cân bằng môi trường nước Tiếp theo luận án phân tích các kịch bản và đề xuất giải pháp xử lý úng ngập cho nội đô

31/10-Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị của luận án

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƯỚC;

HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƯỚC THỦ ĐÔ HÀ NỘI VÀ KHU VỰC NỘI ĐÔ;

CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG 1.1 Tổng quan về các hệ thống cân bằng nước

Sự tồn tại của một hệ thống nước luôn phục vụ cho một mục đích cụ thể; đó có thể là một hệ thống nước tự nhiên, hình thành và tự cân bằng vận hành trong những điều kiện tự nhiên, thí dụ như các hệ thống sông, hồ tự nhiên trong các hoạt động phục vụ giao thông thủy và tưới tiêu phục vụ nông nghiệp; nhiều hệ thống nước khác được nghiên cứu có thể là các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt

cho một thành phố, một khu dân cư v.v

Cân bằng của các hệ thống nước đó chính là các quá trình từ nghiên cứu lý thuyết đến các phương pháp tác động vào hệ thống để tìm ra được qui luật chi phối, nhằm làm cho các hệ thống đó đạt được một (hay nhiều) mục đích tối ưu trong mục đích tồn tại và vận hành Có nhiều cách để diễn đạt về cân bằng của các hệ thống nước mà một trong số đó là biểu thức dưới đây: = +∑

Trong đó:

: Lượng nước cuối cùng tồn đọng lại trên mặt đất sau các quá trình thủy văn (đơn vị đo mm H20)

: Lượng nước chảy thoát trên bề mặt (runoff) tại ngày i

: Lượng nước thoát bốc hơi tại ngày i

: Lượng nước thấm vào từ vùng biên

: Lượng nước chảy ngược tại ngày i

Các nghiên cứu tổng quan về cân bằng hệ thống nước được trình bày trong các mục nhỏ sau đây: 1.1.1 Cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Kiến Giang, tỉnh Quảng Bình

1.1.2 Cân bằng nước hệ thống nước khu vực đồi Buda Castle Hill (Budapet-Hungary)

1.1.3 Yếu tố cân bằng của hệ thống đối với lưu vực Chao Phraya (Bangkok, Thái Lan)

1.2 Cân bằng nước thủ đô Hà Nội

Nghiên cứu tổng quan đã xem xét vấn đề cân bằng của lưu vực Chao Phraya của Bangkok Tại đây, thủ đô Bangkok đã phải hứng chịu trận lụt lớn nhất trong hàng trăm năm qua, gây nhiều thiệt hại

về người (657 người chết) và thiệt hại hàng tỷ đô la (1,440 tỷ Bat, tương đương 3,5 tỷ USD)

Tại phần tổng quan này, việc ứng dụng công cụ mô phỏng để giải quyết bài toán cân bằng tổng thể về lũ lụt cho lưu vực Chao Phraya đã được đề cập với việc áp dụng công nghệ mô phỏng của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) nhằm giải quyết tận gốc rễ nguyên nhân úng ngập cho thủ đô Bangkok

Nghiên cứu tổng quan cũng nghiên cứu về cân bằng nước của thủ đô Hà Nội trên quan điểm thủ đô Hà Nội là một hệ thống độc lập và khép kín một khi được xem xét trong tổng thể một hệ thống mà ở đó, sự chi phối của đập thủy điện Hòa Bình là một yếu tố để đảm bảo yếu tố cân bằng cho

hệ thống trên quan điểm lũ lụt do nước từ sông Hồng gây nên (phần 1.2.2 của tổng quan)

Tiếp đó, hệ thống nước lưu vực Nhuệ-Đáy đã được nghiên cứu xem xét; các yếu tố cân bằng liên quan đến nguyên nhân úng ngập và đe dọa úng ngập đối với nội đô Hà Nội đã được đề cập

6

Những nghiên cứu trong phần tổng quan về cân bằng các hệ thống nước dẫn đến việc nghiên cứu xem xét hệ thống nước nội đô Hà Nội là một hệ thống đặc thù, hội đủ các điều kiện cần và đủ để

có thể nghiên cứu tổng thể lưu vực nội đô Hà Nội là một hệ thống cân bằng nước

1.2.1 Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước của nội đô Hà Nội

Hình 1-18: Hệ thống cân bằng nước nội đô nằm trong lưu vực Tô Lịch

Hình 1-19: Sơ đồ hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội Lưu vực sông Tô Lịch có 4 con sông có cùng chức năng thoát nước thải và nước mưa chính cho toàn bộ khu vực nội đô:

+ Lưu vực sông Tô Lịch, lấy sông Tô Lịch có chiều dài 7.036m làm chủ thể, diện tích khoảng 7759 ha được chia thành 7 tiểu lưu vực nhỏ là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Hoàng Liệt, Yên

Sở và hồ Tây gồm toàn bộ các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, một phần các quận Thanh Xuân, Hoàng Mai, Cầu Giấy

Các tiểu lưu vực thoát nước trong lưu vực sông Tô Lịch được hình thành theo điều kiện tự nhiên và theo các trục sông nhỏ trong nội thành gồm các sông Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngưu Nước thải và nước úng được thoát ra đập Thanh Liệt là chính, song tùy thuộc vào mực nước tại sông Nhuệ

mà nước thoát úng (kể cả nước úng tại sông Nhuệ) được thoát qua hướng trạm bơm Yên Sở

7

Hình 1-20: Vị trí một số hồ trong nội đô Hà Nội

Chỉ tính riêng trên địa bàn nội thành Hà Nội từ năm 1986 đến năm 1996, diện tích mặt nước

đã giảm 64,49% (không kể hồ Tây Nguồn: đề tài cấp nhà nước KHCN 07.11, 1998)

Tổng diện tích ao hồ là 21,8 km2, trong đó lớn nhất là nhóm hồ Yên Sở (830,4 ha), hồ Tây (567 ha)

Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn 1 đã xây dựng cụm hồ điều hoà đầu mối Yên Sở phục vụ trạm bơm nước mưa Yên Sở công suất là 90m3/s Cụm hồ điều hòa này gồm 5 hồ được nối thông với nhau, tổng thể tích các hồ là 4.083m3

Đến thời điểm kết thúc dự án giai đoạn I, các hồ sau đây đã được cải tạo đồng bộ như nạo vét đến cao độ thiết kế, kè bờ, nạo vét, làm đường dạo, cây xanh, chiếu sáng: Trúc Bạch, Thủ Lệ, Giảng

Võ, Ngọc Khánh, Thành Công, Ba Mẫu, Kim Liên, Thiền Quang, Hoàn Kiếm, Hai Bà, Nghĩa Đô 1,

Xã Đàn, Phương Liên 2, Bảy Mẫu, Thanh Nhàn 1 và Thanh Nhàn 2), 21 hồ khác sẽ được cải tạo trong các dự án đang thực hiện trong dự án giai đoạn II

Hình 1-24: Sơ đồ thoát nước nội đô sau giai đoạn II

8

1.2.2 Mất cân bằng lượng trong hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội sau dự án thoát nước

nhằm cải tạo môi trường Hà Nội

Trên thực tế, dự án thoát nước nhằm cải tạo môi trường Hà Nội, bao gồm dự án giai đoạn I và giai đoạn II đều bị thi công chậm Nếu như kế hoạch đặt ra phải hoàn thành dự án I vào năm 2000 và cho dự án II là vào năm 2005, thì do chậm trễ của qui trình thủ tục xây dựng cơ bản cũng như qui định của nhà tài trợ, cộng thêm những khó khăn trong việc giải phóng mặt bằng, v.v do đó, dự án I chỉ được thi công vào năm 1998 và hoàn thành vào năm 2005 Còn đối với dự án II, gói thầu đầu tiên chỉ được thi công vào ngày 13/11/2008

- Một thực tế là sau khi Dự án II được triển khai, tình trạng ngập úng của nội đô Hà Nội chưa được cải thiện một cách rõ rệt Không kể tới trận ngập lụt 10/2008 lịch sử với vũ lượng 574mm/3 ngày có thể nằm ngoài những tính toán về biên độ tới hạn của dự án, song trong những năm tiếp theo, nội đô Hà Nội liên tục chịu cảnh ngập lụt hàng năm

- Sau cơn mưa rào sáng 13/7/2010, rất nhiều nơi tại nội đô Hà Nội đã bị ngập nặng Nhiều người dân đánh giá rằng trận ngập do mưa rào có thể nghiêm trọng hơn cả trận ngập 31/10/2008

Ảnh 1-5a: Xe ôtô bị chết máy do ngập nước trên đường Trần Quốc Toản ngày 13/7/2010 (trái), có nơi ngập gần 1m (phố Quang Trung-phải)-(Nguồn VTC- Ảnh Hoàng Hà)

1.3 Ô nhiễm của Lưu vực Nhuệ Đáy và khu vực nội đô-Mất cân bằng chất

1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước sông

Chất lượng nước của 2 sông Nhuệ - Đáy đã được cảnh báo ở mức độ từ ô nhiễm trung bình đến

ô nhiễm nặng, nặng nhất là đoạn từ Cống Thần, Đồng Quan chảy về phía Hà Đông Theo dự báo của Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, tải lượng ô nhiễm vào lưu vực sông Nhuệ từ đập Thanh Liệt đã tăng lên gần 16% trong khoảng thời gian từ 2005 đến 2010

Hệ thống sông thuộc khu vực nội thành như sông Tô Lịch, sông Lừ , sông Sét, sông Kim Ngưu

có mức độ ô nhiễm ngày càng tăng đặc biệt là ô nhiễm các chất hữu cơ Hàm lượng BOD, COD, coliform đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần: hàm lượng BOD vượt Quy chuẩn từ 2,67 ÷ 6 lần, hàm lượng COD vượt Quy chuẩn từ 1,79 ÷ 4,99 lần; hàm lượng coliform vượt Quy chuẩn từ 1.867 ÷ 9.067 lần

1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước hồ

Tại nội đô Hà Nội, tình trạng nước thải được xả trực tiếp vào hồ không qua xử lý đã làm giảm chất lượng nước hồ

9

Tại các hồ khu vực trung tâm thành phố Hà Nội, hàm lượng BOD, COD đều vượt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942:1995-Cột B) Hàm lượng BOD đo được dao động từ 29 ÷ 136 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép 1,16 ÷ 5,44 lần, trong đó các hồ có hàm lượng BOD cao gồm hồ Đống Đa (113,2 ÷ 121,4 mg/l), Ba Mẫu (112 ÷ 136 mg/l), hồ Phương Liệt (107,4 ÷ 113,2 mg/l), hồ Thành Công (89 ÷ 95 mg/l)

Tất cả các hồ đều có chỉ tiêu coliform vượt tiêu chuẩn cho phép rất lớn (từ 11 ÷ 240 lần so với TCVN) Trong đó, hồ Giảng Võ, hồ Đống Đa, hồ Định Công, hồ Ba Mẫu có hàm lượng coliform rất lớn

1.4 Tổng quan về công cụ mô phỏng

1.4.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng

Khoa học hiện đại đang giới thiệu nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn đề có tính “động” như vấn đề của hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội Tuy nhiên, phải thấy rằng tính phức tạp và độ khó của bài toán phải giải quyết cho hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội là phức tạp và đòi hỏi những phân tích trên cơ sở của việc tính toán với thời gian thực đo-đó là một trong những điểm mạnh của phương pháp mô phỏng mà nghiên cứu sẽ tập trung

1.4.2 Bộ mô hình MIKE và lý do chọn MIKE

Bộ mô hình MIKE của Viện Thuỷ lực DHI (Danmark Hydrological Institute), Đan Mạch, là một trong những bộ mô hình 1 và 2 chiều tiên tiến nhất thế giới hiện nay Mike được sử dụng trong hầu hết các trường đại học, viện nghiên cứu về thủy lực và mô phỏng trên thế giới Tại Việt Nam [6], Mike được sử dụng khá phổ biến tại các đơn vị tư vấn ở trong và ngoài nước với các lợi thế:

 Cơ sở toán học chặt chẽ, chạy ổn định, thời gian tính toán nhanh

 Có khả năng tích hợp với một số phần mềm chuyên dụng khác, giao diện thân thiện, dễ sử dụng và dễ tiếp cận

 MIKE được dùng tại hơn 130 nước trên thế giới và đã thiết lập được một mô hình chuẩn cho tài nguyên nước người dùng MIKE được hỗ trợ bằng một đội ngũ chuyên gia tại các khu vực hoặc online hhtp://forum.mikebydhi.com

 Mike đã được sử dụng gồm: Mike 11, Mike 21, Mike Urbain và Mike Flood

o MIKE 21 (2D): Lập mô hình 2 chiều (hiện ứng dụng cho cả bờ

biển và biển)

o MIKE 11 (1D): Lập mô hình sông, kênh tiêu bao gồm cả cống ngầm

o MIKE FLOOD: Lập mô hình lũ đô thị, đồng bằng và ven biển

o MIKE URBAN: Mô phỏng tài nguyên nước đô thị

 MIKE (DHI) có văn phòng tại Việt Nam và Thái Lan Đặc biệt, DHI đã được chính phủ Thái Lan lựa chọn là nhà cung cấp giải pháp cho dự án hỗ trợ ra quyết định cho dự báo và ra quyết định (DSS) cho toàn bộ 160 000 km2 của lưu vực song Chao Phraya (lưu vực Băngkok-ký năm 2012, nhằm tránh cho Băng cốc thảm họa ngập lụt như trận lụt 10/2011

Hiện tại, MIKE được sử dụng tại các đơn vị nghiên cứu như Đại học Thủy Lợi, Trug tâm TV và KT TW, hay tư vấn như Viwase Dự án của Sở TN MT Hà Nội đã dùng MIKE 21 để xây dựng bản đồ ngập úng cho thủ đô Hà Nội trên diện rộng từ nội đô ra tới ngoại thành Kết quả phục vụ tốt cho công tác quản lý Bên cạnh đó, một số dự án đang được triển khai như dự án đánh giá và dự báo úng ngập Hà Nội trên phạm vi một quận nội thành MIKE còn được sử dụng khá phổ biến trong một số công trình nghiên cứu Thí dụ: "Nghiên ứu áp dụng mô hình toán MIKE 11 tính toán chất

10

lượng nước sông Nhuệ-sông Đáy" của Trần Hồng Thái Lê Vũ Việt Phong, Phạm Văn Hải, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 (Viện KH KTTV&MT)

1.5 Luận điểm nghiên cứu

Hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội chạy từ trung tâm nội đô ra ngoại vi theo hình nan quạt Tại đây, những đường tiêu thoát chủ đạo được hình thành như những chiếc nan mà ta có thể

định nghĩa đó là các mối liên kết theo chiều dọc của hệ thống (longitudinal) Trong khi đó, hệ thống

cống từ các tiểu lưu vực của nội đô được kết nối vào hệ thống chủ đạo nan quạt này như những vòng

cung, nhiều lớp từ trong ra ngoài mà ta có thể gọi là các mối liên kết theo phương ngang (tranversal)

Luận điểm nghiên cứu của luận án được xác định như sau:

Luận điểm

Hệ thống thoát nước nội đô Hà Nội với các yếu tố cấu thành, gồm toàn bộ sông, hồ, mương hở

và kín, cống ngầm tiêu thoát chính theo chiều dọc từ trung tâm nội đô ra các sông tiêu, cùng với các tuyến cống ngang, v.v., iên kết động với nhau, tạo ra một hệ thống cân bằng nước chung Liên kết giữa hệ thống cân bằng nước nội đô với hệ thống bên ngoài được thực hiện bởi các quá trình vận hành của hệ thống cống Thịnh Liệt và trạm bơm Yên Sở; bên trong hệ thống cân bằng nước nội đô, do hậu quả của lịch sử xây dựng đã có thể hình thành các hệ thống cục bộ bị khống chế bởi các điểm nút cân bằng

Tình trạng úng ngập khu vực nội đô có thể là kết quả của hai nguyên nhân:

a Mất cân bằng giữa hệ thống thoát nước nội đô với hệ thống nước bên ngoài

b Mất cân bằng cục bộ xảy ra trong nội tại của hệ thống; tình trạng MCB này mang tính động,

là kết quả của những hiện tượng MCB dọc, MCB liên kết giữa các tuyến dọc và các tuyến ngang, MCB liên kết giữa cống và hồ điều hòa, giữa cống và sông tiêu từ nội đô ra bên ngoài, v.v Đã tồn tại những điểm nút MCB mà tại đó, sự liên kết khu vực trong trạng thái MCB động bị phá vỡ, trực tiếp gây nên tình trạng MCB cục bộ, dẫn đến MCB mamg tính hệ thống

c Mô hình hóa hệ thống cân bằng nước là giải pháp hiệu quả để phát hiện các yếu tố chủ đạo, quyết định đến tính cân bằng động của hệ thống thông qua các qui trình vận hành động tại các điểm nút mất cân bằng cục bộ giữa các phụ hệ, là cơ sở khoa học cho việc giải quyết bài toán úng ngập của nội đô Hà Nội

d Mất cân bằng của hệ thống cân bằng nước nội đô trực tiếp gây nên những hậu quả xấu khác cho môi trường Đó là tình trạng ô nhiễm cho toàn bộ hệ thống, tức mất cân bằng động về chất do thiếu lượng nước sạch để pha loãng lượng chất thải, hoặc tự làm sạch các thủy vực chứa

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, SỐ LIỆU,

VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN 2.1 Phương pháp nghiên cứu tổng quan thông qua các tài liệu thứ cấp

Nghiên cứu đã tổng hợp nhiều tài liệu, qua đó chọn lọc được những số liệu liên quan để phục

vụ cho việc mô phỏng; sau đây là một phần của những tài liệu này:

- Bản đồ hiện trạng san nền thoát nước thải, nước mưa, chất thải rắn-Bộ Xây dựng

- Bản đồ nền khu vực nội thành Hà Nội 1:2 000 (2005)- Bộ Xây Dựng

- Bản đồ sử dụng đất thành phố Hà Nội 1:10000 (2005)-Bộ Xây dựng

- Bản đồ hành chính (1:50 000), (1:10 000); Bản đồ địa hình thành phố Hà Nội (1:25 000) -Bộ TNMT

11

- Bản đồ hiện trạng cống thoát nước khu vực nội thành Hà Nội-Cty CP nước và môi trường Việt Nam

- Số liệu về hệ thống thoát nước cho nội đô và Hà Nội nói chung; Bộ số liệu này giúp cho NCS

có một cách nhìn mang tính kế thừa đối với các dự án đã và đang thực hiện, gồm:

- Qui hoạch thoát nước Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn 2050 (2012)-Bộ Xây dựng

- Khảo sát hiện trạng và hồ sơ các hồ chứa nước Hà Nội, 2012-Cty TNHH MTV thoát nước Hà Nội

- Mặt cắt sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu-Cty TNHH MTV thoát nước Hà Nội

- Bản vẽ mạng lưới các hố ga, cống ngầm trên các tuyến phố-Cty TNHH MTV thoát nước Hà Nội

- Số liệu khí tượng thủy văn, số liệu tình trạng ngập lụt của các cơ quan quản lý như Khí tượng thủy văn ; Bộ số liệu này là cơ sở để NCS đưa vào tính toán, hiệu chỉnh và đối chiếu trong quá trình mô phỏng và phân tích:

- Số liệu mưa trạm Láng 1961-2013-Trung Tâm KT TV Quốc Gia

- Số liệu các điểm ngập úng, 2008, 2012, 2013-Cty TNHH MTV thoát nước Hà Nội

- Ảnh chụp vê tinh khu vực ngập lụt thành phố Hà Nội (7/11/2008)

- Số liệu vết lũ trận lụt Hà Nội 31/10/2008-05/1/2008-PGS TS Nguyễn Tiền Giang, ĐH KHTN, ĐHQGHN

- Các cơ sở số liệu ảnh

- Các nghiên cứu đã công bố về chất lượng nước mặt của lưu vực nội đô Hà Nội

2.2 Công cụ nghiên cứu mô phỏng hệ thống cân bằng nước

1 Mô hình MIKE 11: Mô phỏng dòng chảy một chiều trong hệ thống mạng song, kênh hở, trong đó có thể tích hợp các mô đun riêng của mô hình mưa dòng chảy, mô đun chất lượng nước, mô đun dự báo lũ,…

2 Mô đun MIKE 21: Mô phỏng dòng chảy 2 chiều tràn trên bề mặt lưu vực hoặc trong các thủy vực (hồ, cửa sông, biển) và tính toán trường thủy động lực (sóng, thủy triều, dòng chảy, mực nước v.v )

3 Mô đun MIKE URBAN trong đó có bao gồm MIKE MOUSE, SWMM, CS chủ yếu mô phòng dòng chảy trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị

4 Mô đun MIKE FLOOD kết nối các mô đun về dòng chảy 1D với 2D, nối dòng chảy trong kênh và cống ngầm với dòng chảy tràn bề mặt,…

Hình 2-1: Liên kết các module của MIKE

12

Hình 2-17; 2-19 Kết nối MIKE 1D với MIKE 2D và tương tác trường CSDL

2.3 Xây dựng bộ CSDL cho khu vực nghiên cứu

Bộ CSDL được xây dựng nhằm mục đích xây dựng mô hình ngập lụt cho khu vực nội thành

Hà Nội nên một trong các yêu cầu đầu tiên của Bộ CSDL này là phải phù hợp (chuẩn hóa) với file đầu vào của mô hình MIKE URBAN

Nguồn của Bộ CSDL được thu thập, có xem xét kiểm chứng và chỉnh lý từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, thí dụ cc loại bản đồ số được thu thập từ các bộ ngành cũng như được kế thừa các đề tài nghiên cứu trước đó với nhiều các định dạng khác nhau như; Autocad, Mapinfo, ArcGis, Microstation

2.4 Hiệu chỉnh, kiểm chứng, phân tích chuyên gia đánh giá kết quả mô phỏng

Hình 2-21; 2-22 diễn tả độ chính xác của bộ công cụ mô phỏng với bộ CSDL được xây dựng