Nâng cấp và cải tạo hệ thống thoát nước: Xây dựng tầm nhìn tổng thể và kế hoạch hành động cụ thể

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá được xu thế biến động các yếu tố mưa, triều và lũ từ các hồ chứa thượng lưu, và diện tích bê tông hóa để làm cơ sở đề xuất cách tiếp cận tổng thể và các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể phục vụ nâng cấp và cải tạo hệ thống thoát nước đô thị.

Ngập lụt đô thị đang là một trong những thách thức đe dọa sự phát triển bền vững kinh tế - xã hội khu vực TP.HCM. Hệ thống hạ tầng thoát nước (HTTN) chưa đầy đủ và đồng bộ cùng với những tác động biến đổi khí hậu (BĐKH), nước biển dâng (NBD), đô thị hóa quá mức cho phép đang làm trầm trọng thêm tình hình ngập lụt tại TP.HCM.

(Ảnh minh họa)

Đầu tư nâng cấp và cải tạo HTTN đang là một trong những ưu tiên hàng đầu ở TP.HCM. Tuy nhiên, quy mô nâng cấp và cải tạo HTTN thường rất khó xác định chính xác vì tính bất định trong tương lai của lượng mưa và mực nước. Do đó, các nhà khoa học ở Viện Môi trường và Tài nguyên (thuộc ĐHQG TP.HCM) đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước nhằm kiểm soát ngập lụt do lượng mưa và triều cường tăng trong điều kiện biến đổi khí hậu trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh” nhằm đánh giá khả năng thoát nước của HTTN hiện hữu ứng với các thông số mưa và triều cường, cùng các kịch bản gia tăng mưa và triều do tác động của BĐKH và NDB; đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý tiên tiến, khả thi phục vụ công tác nâng cấp và cải tạo HTTN nhằm giảm nhẹ ngập lụt do tác động của BĐKH và NBD; đề xuất lộ trình triển khai các dự án nâng cấp và cải tạo HTTN nhằm kiểm soát ngập lụt hiệu quả theo các kịch bản BĐKH và NBD.

PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang (chủ nhiệm nhiệm vụ) chia sẻ: “Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp HTTN ứng phó với mưa và triều cường tăng do tác động của BĐKH, NBD là việc làm rất cần thiết để tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật công nghệ, quản lý tiên tiến, khả thi và đề xuất tiến độ đầu tư hợp lý để đạt hiệu quả cao nhất.”.

Lượng mưa thời đoạn ngắn từ 15-90 phút có xu thế gia tăng mạnh trong giai đoạn từ 1982-2019, trong đó lượng mưa thời đoạn 45 phút có xu thế gia tăng mạnh nhất với tốc độ 0,7 mm/năm. Số trận mưa cực đoan cũng có xu thế gia tăng mạnh kể từ năm 2016 đến nay. Mưa lớn vượt quá tần suất thiết kế là nguyên nhân chính gây ra tình trạng ngập lụt cục bộ tại các khu vực đã đầu tư hoàn chỉnh HTTN.

 Số trận mưa cực trị xảy ra hằng năm giai đoạn 1982 đến 2019

 Xu thế gia tăng lượng mưa thời đoạn 45 phút từ 1982 -2019

Mực nước tại các trạm đo xung quanh khu vực TP.HCM có xu thế gia tăng rõ rệt từ năm 1980-2019. Tốc độ dâng mực nước lớn nhất vào khoảng 1,55 cm/năm, 1,32 cm/năm, 1,26 cm/năm và 1,47 cm/năm tương ứng tại các trạm Biên Hòa, Nhà Bè, Thủ Dầu Một và Phú An. Nguyên nhân gia tăng mực nước là do tác động tổng hợp của các yếu tố NBD, xây dựng đê bao, san lấp khu vực trũng thấp có khả năng chứa nước và lún.

 Xu thế gia tăng mực nước giai đoạn 1980-2019 tại khu vực TP.HCM

Với cơ chế vận hành liên hồ chứa và điều tiết lũ phù hợp đã giúp kiểm soát tốt xả lũ từ thượng lưu từ sau năm 2000 đến nay. Tuy nhiên, TP.HCM cũng cần có phương án dự phòng cho trường hợp xả lũ do các sự kiện mưa cực đoan trên lưu vực thượng nguồn do tác động của BĐKH.

Xu thế xả lũ hồ Dầu Tiếng

Diện tích đất không thấm có sự gia tăng tuyến tính khoảng 1,77 %/5 năm. Trước năm 2000, tại thời điểm khoảng năm 1995-2000, tỷ lệ diện tích đất không thấm cao gấp 2 lần so với giai đoạn năm 1985-1990. Sau giai đoạn này, TP.HCM bắt đầu đô thị hóa mạnh có sự thay đổi sử dụng đất rõ rệt khi tỷ lệ đất không thấm đã cao lên 4,02 % (2000-2005) tức gấp hơn 1,5 lần giai đoạn 1995-2000 (2,48 %). Quá trình đô thị hóa vẫn tiếp tục diễn ra mạnh mẽ trong các giai đoạn tiếp theo với tỷ lệ đất không thấm cho các năm 2005-2010, 2010-2015, 2015-2020 lần lượt là 6,09 %, 10,22 % và 14,38 %.

 Thay đổi diện tích bề mặt không thấm khu vực TP.HCM giai đoạn 1985-2020

Theo PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang, các yếu tố đầu vào như mưa, mực nước trong sông thay đổi liên tục theo thời gian và có yếu tố bất định cao nên giải pháp nâng cấp, cải tạo HTTN cần được lựa chọn theo hướng linh hoạt, mềm dẻo có khả năng mở rộng trong tương lai.

"Vì thế, nên ưu tiên các giải pháp có khả năng mở rộng hoặc thu hẹp một cách thuận tiện ví dụ như giải pháp tường chắn, mương hở, hồ điều tiết ngầm. Hơn nữa, các giải pháp lựa chọn phải đảm bảo hài hòa giữa ngắn hạn và dài hạn", PGS. TS Châu Nguyễn Xuân Quang thông tin.

Giải pháp quy mô nhỏ có thể giải quyết nhanh các điểm ngập cục bộ nên được ưu tiên lựa chọn. Song song với các giải pháp ngắn hạn, cần triển khai các giải pháp dài hạn, quy mô lớn đồng bộ giúp kiểm soát tốt tình trạng ngập lụt khu vực. Kết hợp hài hòa giữa giải pháp ngắn hạn và dài hạn sẽ nâng cao hiệu quả đầu tư nâng cấp và cải tạo HTTN và kiểm soát ngập lụt.

Kết quả mô phỏng cho thấy, khu vực TP.HCM bị ngập khá nhiều tại các tuyến cống nhánh với trường hợp mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại P=5 năm. Nguyên nhân chính là do các cống nhánh được thiết kế với chu kỳ lặp lại P=1-2 năm theo tiêu chuẩn quy phạm. Đây cũng là một trong những thách thức đối với công tác quản lý ngập lụt hiện nay.

Sau khi khảo sát HTTN quy mô lớn và phức tạp ở TP.HCM, nhóm triển khai nhiệm vụ khuyến nghị áp dụng giải pháp quản lý nâng cấp và cải tạo HTTN theo quy mô từng tiểu lưu vực. Theo đó, khu vực TP.HCM (trừ huyện Cần Giờ) được phân chia thành 47 tiểu lưu vực, thực hiện kiểm soát dòng chảy tại các cửa ra của lưu vực để khống chế hệ số chảy tràn chung cho toàn tiểu lưu vực. Đối với các lưu vực đã xảy ra ngập thì cần xác định nguyên nhân, từ đó lập kế hoạch ứng phó cũng như triển khai các giải pháp phù hợp thực tiễn tại lưu vực. Đối với các lưu vực chưa ngập, thì cần đánh giá rủi ro, dự báo nguy cơ ngập lụt để lên kế hoạch và lập các phương án phù hợp phòng ngừa các rủi ro đó.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được phương pháp đánh giá mức độ ưu tiên và xây dựng bản đồ khuyến nghị ưu tiên áp dụng các giải pháp nâng cấp và cải tạo HTTN phù hợp với điều kiện tự nhiên và hiện trạng kỹ thuật của các khu vực cụ thể. Nhóm giải pháp khuyến nghị áp dụng gồm: Kỹ thuật thoát nước bền vững, hồ điều tiết hở, hồ điều tiết ngầm, sửa chữa, gia cường cống, bổ sung cống mới bằng giải pháp thi công ngầm, bổ sung cống mới bằng giải pháp thi công đào hở, bổ sung máy bơm, áp dụng tiêu chuẩn thiết kế mới. Mức độ ưu tiên áp dụng các giải pháp sẽ được khuyến nghị dựa trên điều kiện cụ thể của từng tiểu lưu vực.

Kết quả khảo sát xã hội cho thấy có sự nhận thức và đồng thuận cao về khả năng lồng ghép các giải pháp nước mưa tại nguồn vào các dự án nâng cấp và chỉnh trang đô thị của chính quyền địa phương, người dân và chủ dự án. cạnh quan tâm đến khả năng giảm ngập của các giải pháp họ cũng rất quan tâm đến những vấn đề về diện tích đất, mỹ quan và xã hội (sức khỏe người dân, khả năng gắn kết cộng đồng).

Bên cạnh các đề xuất về tiếp cận và giải pháp nâng cấp và cải tạo HTTN tổng thể, nhóm triển khai đã nghiên cứu điển hình thí tiểu lưu vực số 9 (TLV09) ở lưu vực rạch Thủ Đức (TP.Thủ Đức, TP.HCM) về nâng cấp cải tạo HTTN ứng phó với BĐKH.

 Bản đồ địa hình tiểu lưu vực 09 (thuộc TP. Thủ Đức, TP.HCM)

TLV09 có độ dốc khá lớn, mật độ đô thị hóa cao nên thời gian tập trung nước nhanh, hệ số dòng chảy tràn lớn. Dòng chảy tràn sẽ tập trung nhanh về phía hạ lưu nơi có địa hình thấp gây ra ngập lụt nghiêm trọng. Khi các tuyến cống bị quá tải, nước mưa sẽ chảy tràn trên các tuyến đường giao thông và có thể gây ra ngập lụt tại các khu vực trũng thấp cục bộ theo tuyến đường. Hơn nữa, do độ dốc dọc của đường khá lớn nên vận tốc dòng chảy tràn khá lớn gây nguy hiểm cho người và phương tiện lưu thông.

Vì vậy, nhóm triển khai kiến nghị ứng dụng các giải pháp điều tiết kiểm soát nước mưa tại nguồn để giảm hệ số dòng chảy tràn khu vực xuống 0,65 (theo kinh nghiệm của Singapore). Cùng với đó là bổ sung các tuyến mương hở dọc theo các tuyến đường để tăng cường khả năng thoát nước và giảm dòng chảy tràn trên mặt đường.

"Mô hình thí điểm kiểm soát nước mưa tại nguồn quy mô nhỏ cho thấy có nhiều tiềm năng triển khai giải pháp này tại TP.HCM", đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ nhấn mạnh.

Xây dựng mô hình thí điểm kiểm soát nước mưa tại nguồn quy mô nhỏ tại khuôn viên Cơ sở 2 Viện Môi trường và Tài nguyên (ĐHQG TPHCM)

Nhóm triển khai cũng khuyến khích các nhà khoa học kế thừa kết quả nhiệm vụ để tiếp tục phát triển theo hướng nghiên cứu sâu hơn về vấn đề quản lý ngập lụt đô thị cho TP.HCM theo hướng tiếp cận bền vững, giảm thiểu tác động đến môi trường và cảnh quan.