Bài viết nghiên cứu và đề xuất các giải pháp trong việc quản lý lượng nước mưa chảy mặt để giảm thiểu ngập úng cho đô thị và thích ứng với biến đổi khí hậu ở Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.
Trang 1SË 93 2018
72
Đặt vấn đề
Khi mưa diễn ra, một phần nước mưa được ngấm xuống mặt đất, bốc hơi hoặc chảy trực
tiếp ra các ao, hồ, sông, suối Tuy nhiên tại các đô thị đang phát triển, diện tích bề mặt ngấm nước mưa ngày một thu hẹp, thay vào đó là sự gia tăng bề mặt bê tông hóa khiến cho quá trình ngấm cũng như bốc hơi của nước trở nên khó khăn hơn Đây chính là một trong những nguyên nhân chính gây ra ngập úng cục bộ, ô nhiễm môi trường
Với các hiện tượng biến đổi khí hậu (BĐKH) diễn ra ngày một thường xuyên và phức tạp, vùng duyên hải Bắc bộ là khu vực chịu tác động rõ nét nhất về thay đổi lượng mưa với mức thay đổi tăng lượng mưa hàng năm theo kịch bản BĐKH trung bình thấp (RCP4.5) trong khoảng từ năm 2016-2035 lên đến trên 20% (trong đó Hải Phòng và Quảng Ninh là 2 địa phương chịu tác động của thay đổi lượng mưa lớn nhất trên cả nước với lượng tăng lần lượt là 24,4% và 20,4%), đang đặt ra nhu cầu cấp bách về quản lý hệ thống thoát nước (HTTN) hiệu quả hơn, trong đó có việc tạo thêm nhiều khu vực có khả năng thu giữ và ngấm nước mưa một cách tự nhiên
Để giải quyết vấn đề trên, hệ thống thoát nước mưa đô thị bền vững được đề xuất nhằm cung cấp các giải pháp khác nhau trong việc quản lý lượng nước mưa chảy mặt Những đề xuất này không nhằm thay thế HTTN truyền thống mà giúp đưa thêm một giải pháp bổ trợ nhằm giảm thiểu ngập úng cho đô thị, thích ứng với BĐKH
Giới thiệu hệ thống thoát nước mưa đô thị bền vững Hệ thống thoát nước mưa đô thị bền vững - Sustainable Urban Drainage Systems (sau đây được viết tắt là SUDS) được thiết kế để tận dụng tối đa cơ hội quản lý nguồn tài nguyên nước mặt
SUDS được thiết kế nhằm đạt 4 mục tiêu quản lý: lượng nước mưa chảy trên bề mặt, chất lượng nước, sự tiện nghi và đa dạng sinh học
NHẰM GIẢM THIỂU NGẬP ÚNG, THÍCH ỨNG VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
CHO CÁC ĐÔ THỊ VÙNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ
ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ BỀN VỮNG
ThS NGÔ HUY THANH
Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia
Trang 2SË 93 2018
Về cơ bản, thay vì thoát thật nhanh lượng nước mưa chảy mặt ra khỏi
đô thị bằng các hệ thống kênh, mương hoặc hệ thống cống ngầm thì
SUDS làm chậm lại quá trình nêu trên bằng các giải pháp kỹ thuật,
trong đó sử dụng triệt để mọi khả năng lưu giữ, cải tạo chất lượng
nước thông qua hệ sinh thái tự nhiên, với mục đích đem đến những lợi
ích cao nhất cho con người và môi trường sống xung quanh
Nguyên lý kiểm soát khối lượng nước mưa chảy
trên bề mặt
Quản lý lượng nước mưa chảy trên bề mặt nhằm hỗ trợ cho việc quản
lý các khả năng gây ngập úng và bảo vệ vòng tuần hoàn nước
Với mục đích đảm bảo rằng lượng nước mưa chảy tràn trên bề mặt
tại các khu vực phát triển không gây các tác động đến con người và
môi trường, cần phải quản lý 2 yếu tố sau:
- Tốc độ dòng chảy trên bề mặt được bổ sung từ các lưu vực khác
nhau
- Thể tích nước mưa chảy trên bề mặt được bổ sung từ các lưu vực
khác nhau
a Tốc độ dòng chảy
Q = w v
Trong đó: - Q: lưu lượng, m3/s
- w: diện tích tiết diện ướt, m2
- v: tốc độ chuyển động, m/s
Hình 1.2 miêu tả lưu lượng nước chảy bề mặt tại các khu vực chưa
phát triển so sánh với khu vực phát triển nhưng không có sự kiểm
soát dòng chảy Tốc độ dòng chảy tại khu vực phát triển lớn hơn và
xảy ra sớm hơn so với khu vực chưa phát triển
Vì vậy, mục đích của việc kiểm soát tốc độ lớn nhất của dòng chảy là để hạn chế tốc độ chảy tại các khu vực phát triển về ngang bằng với các khu vực chưa phát triển Điều này có thể làm được bởi quá trình làm suy giảm gồm làm chậm và lưu trữ dòng chảy nước mặt, sau đó xả vào nguồn tiếp nhận (hình 1.3)
b Thể tích dòng chảy
Để giảm tốc độ dòng chảy, người ta dùng phương pháp mở rộng vùng ngập trong giới hạn với mục đích giữ nước cho thoát từ từ Tốc độ lớn nhất của dòng chảy sẽ được giữ ở mức cho phép và kéo dài thời gian thoát nước vào HTTN truyền thống hơn so với trước đây thông qua việc điều chỉnh giảm lượng thể tích nước mưa chảy trên bề mặt từ các lưu vực nhỏ đổ vào hệ thống
Hình 1.4 cho thấy lưu lượng nước chảy trên bề mặt tại các khu vực phát triển có sự kiểm soát dòng chảy Sự suy giảm này chỉ cần thiết đối với những trận mưa lớn, đối với những trận mưa nhỏ nước mưa sẽ dễ dàng thấm qua hệ thống lọc hoặc bốc hơi trực tiếp mà không cần có sự kiểm soát nào
Các cấp độ và chức năng cơ bản của các thành phần cấu tạo nên SUDS
a Các cấp độ kiểm soát của SUDS Hình1.1: Mô hình thoát nước đô thị bền vững – SUDS
Hình 1.2: Hình thái dòng chảy tại các khu vực khác nhau
Hình 1.3: Quá trình kiểm soát dòng chảy mặt khi sử dụng mô hình SUDS
Hình 1.4: Tác động của dòng chảy từ các lưu vực nhỏ đổ xuống hạ lưu
Hình 1.5: Sơ đồ các cấp độ kiểm soát của SUDS
Trang 3SË 93 2018
74
b Chức năng cơ bản của của các thành
phần đối với từng giải pháp kỹ thuật ứng
với từng cấp độ kiểm soát
q Giải pháp kiểm soát tại nguồn
n Mái nhà xanh (green roof): được trồng cây
trên bề mặt, lớp thảm thực vật bề mặt này
giúp duy trì, suy giảm và xử lý cục bộ dòng
chảy nước mưa và thúc đẩy quá trình bốc hơi
nước
n Bức tường xanh (green wall): được phủ một
phần hoặc hoàn toàn bởi cây xanh, với đầy
đủ điều kiện để cây sinh trưởng và phát triển,
có hệ thống phân phối nước tổng hợp Có tác
dụng cách nhiệt và giữ ấm cho ngôi nhà theo
từng mùa
n Hố trồng cây sinh học (tree planter): là
khu vực trồng cây với nhiều chủng loại khác
nhau, giúp thúc đẩy sự đa dạng sinh học và
tạo cảnh quan Có tác dụng thu giữ và xử
lý lượng nước chảy bề mặt Có thể kết hợp
với HTTN mưa truyền thống phía dưới bằng
cách cho xả nước mưa từ từ vào hệ thống
n Khu vực lọc sinh học - vườn thu nước mưa
(bioretention area - rain garden): là những
mảng xanh thảm thực vật, đây là khu vực
thấp trũng hơn so với xung quanh, cho phép
thu dòng chảy và thấm qua lớp lọc, qua đó
thúc đẩy loại bỏ các chất ô nhiễm và lắng
cặn trầm tích, bên dưới có thể bố trí hệ thống
đường ống thoát nước nếu cần thiết
q Giải pháp kiểm soát trên mặt bằng (diện
tích áp dụng từ 2-5ha)
n Mặt phủ thấm nước (pervious surface):
Gồm một lớp vật liệu cho nước mưa thấm và
chảy qua dễ dàng và một lớp bên dưới cung
cấp một kho chứa nước tạm thời cho nước
thấm qua và thoát đi Lớp vật liệu bên dưới có
thể loại bỏ chất rắn lơ lửng cũng như các chất hòa tan trong dòng chảy tràn và có thể tái sử dụng nước trở lại bằng ống thu gom lắp đặt bên dưới lớp vật liệu thấm
n Hào lọc (filter drain): là hào thẳng được phủ lớp thực vật hai bên bờ cũng như dưới đáy Thiết kế để loại bỏ ô nhiễm từ dòng chảy nước mưa, tăng khả năng thấm và giảm tốc độ dòng chảy Hào thường được bố trí cạnh đường giao thông và có thể kết hợp với các hố trồng cây xanh trên đó
n Mương thấm lọc thực vật (swales): Là mương đào nông và rộng, có phủ cỏ hoặc thực vật để dẫn nước mưa chảy bề mặt xuống các thể tích chứa tạm thời hoặc xả vào nguồn tiếp nhận Lớp cỏ thực vật có chức năng giảm vận tốc dòng chảy và lọc nước chảy trên bề mặt Trong một số trường hợp, mương được lấp đầy bởi đá, sỏi để tạo kho chứa bên dưới có độ rỗng cao Dòng chảy tràn sẽ được lọc qua lớp sỏi, đá lọc trong kênh và có thể thấm vào đất qua đáy và bờ kênh Ô nhiễm cũng được loại bỏ thông qua
cơ chế lọc của lớp sỏi, đá trong mương
n Kênh phủ thực vật: là kênh dẫn với dòng chảy chậm, được phủ lớp thực vật hai bên bờ cũng như dưới đáy, kênh thực vật có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo, được thiết kế để loại bỏ
ô nhiễm như chất rắn lơ lửng, kim loại, tăng khả năng thấm, giảm tốc độ dòng chảy tràn
- Bãi lọc thực vật (filter strips): Là bãi đất có phủ thực vật được thiết kế để tiếp nhận dòng chảy tràn trên bề mặt Thông thường khu vực này sẽ được giữ cho khô ráo, nhưng sẽ tích nước khi có mưa Chiều rộng công trình từ 5-15m
q Giải pháp kiểm soát trên toàn khu vực (diện tích áp dụng>10ha)
n Khu vực đất ngập nước (wetland): được xây dựng như một vùng đầm lầy nông, có chức năng xử lý ô nhiễm nước chảy tràn từ đô thị cũng như kiểm soát thể tích nước chảy tràn Khi dòng nước chảy qua khu vực ngập nước này với tốc độ chậm, ô nhiễm có thể bị loại bỏ thông qua cơ chế lắng trọng lực và hấp thụ của thực vật
n Ao thấm lọc thực vật (balancing pond): được coi như hồ cảnh quan kết hợp với xử lý nước mưa chảy tràn, xây dựng một ao chắn giữ nước mưa chảy tràn, trong đó có một hồ chứa nước quanh năm, có thể được tạo ra bởi một ao có sẵn hoặc thông qua việc đào nhân tạo Chúng được thiết kế để đạt được mục tiêu như: kiểm soát ngập, gia tăng chất lượng nước, tạo cảnh quan, ngăn chặn trầm tích và xói lở
Đề xuất ứng dụng SUDS cho các đô thị vùng duyên hải Bắc bộ Nhằm giúp cho HTTN hiện có và quy hoạch có thể thích ứng với BĐKH, SUDS được tác giả đề xuất với mục đích giải quyết các tác động về mặt thủy văn Các thiết kế này mang tính linh hoạt nhằm thích ứng với BĐKH và phù hợp để triển khai trong quá trình phát triển đô thị, tăng mảng xanh cho đô thị
a Lồng ghép SUDS vào mạng lưới đường giao thông
Bổ sung các thành phần của SUDS vào mạng lưới đường giao thông không chỉ có ý nghĩa về mặt cảnh quan và sinh thái, định hình cấu trúc không gian đô thị mà còn có vai trò quan trọng trong chiến lược thích ứng với BĐKH (Bảng 1)
b Lồng ghép SUDS vào các chức năng sử dụng đất dân dụng
Lồng ghép SUDS vào các chức năng sử dụng đất dân dụng là một giải pháp hữu hiệu để hướng tới một đô thị phát triển bền vững, thích ứng với BĐKH SUDS tồn tại trong đô thị như những mảng xanh, tạo bề mặt thấm giúp giảm thiểu ngập úng, tái tạo nước ngầm và bảo vệ hệ sinh thái
Nguyên tắc bố trí và tổ chức SUDS như sau:
n Gắn liền với mạng lưới sông suối và mặt nước, các khu vực đặc trưng về sinh thái và các không gian mở hiện hữu
n Đảm bảo chỉ tiêu cây xanh đô thị, hình thành các không gian xanh dưới dạng các mô hình ứng dụng SUDS nhằm đáp ứng các
Bức tường xanh
Mặt phủ thấm nước
Hào lọc
Bãi lọc thực vật
Trang 4SË 93 2018
nhu cầu đa dạng của người dân như các không
gian công cộng, công viên chuyên đề, các tuyến
công viên ven biển, hành lang xanh
n Mang tính kết nối với các không gian mở và các
không gian ngoài đô thị
n Các giải pháp kiểm soát trên mặt bằng và trên
toàn khu vực cần đảm bảo tôn trọng địa hình hiện
hữu, hạn chế tối đa việc san lấp, ảnh hưởng tới
các thảm thực vật và hệ sinh thái tự nhiên
Kết luận
SUDS là một giải pháp có mối liên hệ chặt chẽ
với quy hoạch không gian và phát triển đô thị
Giải pháp này giúp tăng tính linh hoạt của HTTN
nhằm ứng phó với thay đổi do quá trình đô thị hóa
và tác động của BĐKH Để việc ứng dụng SUDS
vào quá trình quản lý mang tính khả thi cần có
một số lưu ý sau:
n Cần có những điều chỉnh trong chính sách để
việc lồng ghép SUDS trong quy hoạch đô thị và
quy hoạch chuyên ngành thoát nước mang tính
pháp lý Việc thiết kế và xây dựng SUDS phải
được đồng bộ hóa với quy hoạch và thiết kế xây
dựng hạ tầng nhằm tránh nảy sinh những vấn đề
phức tạp và chậm trễ trong xây dựng
n Khi đã có chính sách lồng ghép, cần có những
nghiên cứu chuyên sâu hơn nhằm xác định định
mức chi phí và tiêu chuẩn kỹ thuật dành cho
SUDS Việc này sẽ giúp cho chính quyền các đô
thị có thể lập kế hoạch, phân bổ ngân sách một
cách phù hợp, hiệu quả
n Cần thông tin, giáo dục, tuyên truyền cho cộng
đồng hiểu được về lợi ích của SUDS Nâng cao
nhận thức và xã hội hóa sẽ giúp cho mọi người
áp dụng SUDS quy mô nhỏ ngay tại nhà mình và
sẵn sàng đóng góp nguồn lực cho các dự án ở
địa phương mình sinh sống
Tài liệu Tham khảo
1 Nguyễn Việt Anh (2011), “Các giải pháp cấp thoát nước
đô thị bền vững để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí
hậu”, Tạp chí Xây dựng, (số 02-2011), trang 45-49.
2 Đoàn Cảnh (2007), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sinh
thái (ecological engineering) 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.HCM, Viện Sinh học nhiệt
đới - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
3 Trần Thanh Sơn (2016), “Hệ thống thoát nước mưa đô
thị bền vững triển vọng ứng dụng và thách thức tại Việt
Nam”, Người xây dựng, (số tháng 3&4), trang 30-35.
4 Allison H.Roy, Seth J Wenger, Tim D.Fletcher,
Christopher J Walsh, Anthony R.Ladson, William D
Shuster, Hale W.Thurston, Rebekah R Brown (2008),
“Impediment and Solution to Sustainable,
Watershed-Scale Urban Stormwater Management: Lessons from
Australia and the United States”, Environmental
Management, (quyển 42, kỳ 2), trang 344-359.
5 Department for Environment Food & Rural Affairs
(2015), The SuDS Manual, London, UK.
Bảng 1.2: Quản lý xây dựng SUDS theo chức năng sử dụng đất dân dụng