Tài liệu Bài giảng quản lý ngập lụt đô thị

Chương 3: QUẢN LÝ NGẬP LỤT TRONG  QUẢN LÝ NGẬP LỤT TRONG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ TS. Nguyễn Mai Đăng ễ Bộ môn Thủy văn & Tài nguyên nước Viện Thủy văn, Môi trường & Biến đổi khí hậu Viện Thủy văn, Môi trường & Biến đổi khí hậu [email protected] Giới thiệu Giới thiệu • Việc kiểm soát tiêu thoát nước đô thị liên quan đến quản lý khu vực đô thị để kiểm soát các tác động của bê tông hóa và để tránh kênh mương hóa. Một số khái niệm về Một số khái niệm về quản lý lũ quản lý lũ • Giảm nhẹ lũ (flood alleviation): là giải pháp để giảm nhẹ (relieve or  mitigate) những ảnh hưởng xấu của lũ. iti t ) hữ ả h h ở ấ ủ lũ • Kiểm soát lũ (Flood control): – Là sử dụng các kỹ thuật để thay đổi các đặc tính vật lý của lũ, gồm  các công trình điều khiển được xây dựng trên sông các công trình điều khiển được xây dựng trên sông. – Quản lý dòng chảy lũ vào một khu vực cũng như xả ra ngoài để giữ cho lũ xuất hiện nhỏ nhất (return period, extent) hoặc xuất hiện tại  thời điểm (moment) quy hoạch và trong thời gian (period) quy hoạch. • Bảo vệ ả lũ (flood protection): – Là bảo vệ để chống lại những ảnh hưởng gây thiệt hại của lũ. – Bao gồm cả kiểm soát lũ và bảo vệ con người và các tài sản. Do đó  bảo vệ lũ rộng hơn kiểm soát lũ. bảo vệ lũ rộng hơn kiểm soát lũ • Quản lý lũ (flood management): là tổ chức các giải pháp đối phó  với các vấn đề liên quan đến lũ. 3.1. Tác động của phát triển đô thị lên ê vòng ò tuần ầ hoàn à nước ớ • Phát triển đô thị làm thay đổi thảm thực vật, ảnh hưởng đến các yếu tố của vòng tuần hoàn nước tự nhiên theo các hình thức khác nhau: – Các mái nhà, đường phố, các khu vực trải nhựa và hàng hiên làm cho mặt đất không thấm nước; – Nước trước đây được thấm xuống bây giờ chảy thông qua các cống rãnh,tăng dòng chảy bề mặt. – Lượng dòng chảy trước kia chảy từ từ qua bề mặt đất và được giữ lại bởi trên các thảm thực vật, bây giờ do đô thị hóa nên chảy qua các kênh, đòi hỏi phải có mặt  cắt rộng có sức chứa lớn hơn. cắt rộng có sức chứa lớn Hình 3.1. Các đặc điểm cân bằng nước trong một lưu vực đô thị ((OECD, 1986)) 3.1. Tác động của phát triển đô thị lên ê vòng ò tuần ầ hoàn à nước ớ (tiếp) ( ế ) • Đô thị hóa làm thay đổi vòng tuần hoàn nước như sau: – Giảm thấm vào lòng đất. – Lượng không thấm vẫn còn trên bề mặt, làm tăng dòng chảy hả bề mặt. ặt – Thêm vào đó, từ khi cống thoát nước mưa được xây dựng cho các dòng chảy mặt, làm  tăng vận tốc và giảm thời gian chảy truyền Đỉnh lũ chảy truyền. Đỉnh lũ cũng cao hơn theo thời gian. gian Đỉnh lũ trung bình có thể tăng lên sáu hoặc bảy lần. – Trong lưu vực sông Belém ở Curitiba, Brazil, với diện tích thoát nước 42 km2 và khu vực ự không g thấm nước chiếm 60%, dòng chảy lũ trung bình tăng sáu lần ầ với sự thay đổi ổ từ nông thôn sang đô thị như hiện nay. Hình 3.2. Tác động của đô thị hóa (Schueler, 1987) a. Thay đổi cân Bằng nước trước và sau khi đô thị hóa Bốc thoát hơi Giữ lại trên lá  lại trên lá cây, thân cây Dòng chảy  g y mặt Dòng chảy  sát mặt át ặt Bốc thoát hơi Dòng  Dòng chảy mặt Dòng chảy ngầm Dòng chảy sát  mặt Dòng chảy ngầm b. Thay đổi dòng chảy mặt Lưu lượngg (m3/s) Đỉnh lớn Trước khi đô thị hóa Sau khi đô thị hóa Đỉnh cao hơn  và lên nhanh,  xuống nhanh xuống nhanh Đỉnh nhỏ Tổng lượng  tăng lên tăng lên Đỉnh thấp hơn và  lên xuống từ từ Dòng chảy  nền cao hơn Sườn  xuống  thoải Thời gian (h) 3.1. Tác động của phát triển đô thị lên ê vòng ò tuần ầ hoàn à nước ớ (tiếp) ( ế ) • Do lượng thấm ợ g giảm,, mực g ự nước ngầm có g xu hướng gg giảm do thiếu nước bổ cập (chủ yếu khi diện tích đô thị phát  triển rộng), do đó làm giảm dòng chảy ngầm. • Tuy nhiên đường ống T hiê đ ờ ố nước ớ và à hệ thống thố thoát th át nước ớ bị rò ò rỉ có thể cung cấp một phần nước mặt cho các tầng nước ngầm. • Việc thay thế thảm phủ thực vật tự nhiên làm giảm sự bốc thoát hơi: – Vì bề mặt khu đô thị không giữ lại nước như lớp phủ thực vật nên không  nên không cho phép thấm qua lá cây và bề mặt đất. – Mặc dù là bề mặt khu đô thị trong thành phố nóng lên có thể gây ra sự ậ mưa nhỏ. bốc hơi lớn hơn từ các trận c. Phản ứng của địa hình đến dòng chảy Trước khi đô thị hóa Phạm vi ngập lụt Mực nước sông mùa kiệt Sau khi đô thị hóa Phạm vi ngập lụt tăng lên Mực nước sông mùa kiệt hạ thấp hơn Hình 3.3. Dòng chảy lũ trung bình như là một hàm của diện tích tiê th át nước tiêu thoát ớ ttrong khu kh vực đô thị của ủ C Curitiba itib 3.2.Tác động môi trường lên hệ sinh thái á thủy ủ sinh • • Với sự phát triển đô thị, các yếu tố do con người gây ra xuất hiện trên các lưu vực sông và ảnh hưởng đến môi trường trường. Chúng ta thảo luận về một số vấn đề chính dưới đây: Nhiệt độ tăng: – Các bề mặt ặ thấm hấp p thụ ụ một ộ phần p năng g lượng ợ g mặt ặ trời và tăng g nhiệt ệ độ môi trường xung quanh, tạo ra các ốc ố đảo nhiệt ở trung tâm của khu vực đô thị, nơi mà các bề mặt chủ yếu là bê tông và nhựa đường. – Nhựa đường, do màu sắc của nó, hấp thụ nhiệt nhiều hơn so với các bề mặt tự nhiên hoặc bê tông. – Khi bề ề mặt có tuổi ổ thọ, nó trở nên tối ố màu hơn, do đó, tăng số ố lượng hoặc bức xạ mặt trời hấp thụ được. – Sự gia tăng nhiệt độ bề mặt này làm tăng bức xạ nhiệt vào môi trường, do đó, tạo ra nhiều nhiệt hơn. – Nhiệt độ tăng cũng tạo ra dòng không khí thổi ổ lên có thể ể tăng lượng mưa. Silvera (1997) chứng minh rằng các khu vực trung tâm của Porto Alegre có lượng mưa cao hơn so với xung quanh, gắn với xu hướng đô thị hóa. 3.2.Tác động của môi trường lên hệ sinh thái á thủy ủ sinh (tiếp) ( ế ) • Tăng trầm tích và các chất rắn: Trong quá trình phát triển đô thị, trên lưu vực có sự gia tăng đáng kể trầm tích do những vật liệu để vật liệu để xây dựng dựng, thu dọn mặt bằng, đào xúc và san lấp để phát triển nhà ở mới, làm đường phố, đại lộ, đường cao tốc… Trầm tích (sediments): – là các chất được dòng chảy vận chuyển và cuối cùng được tích tụ thành lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như biển, hồ, sông, suối. Quá trình trầm tích là một ộ quá q trình tích tụ ụ và hình thành các chất cặn ặ lơ lửng g để ể tạo nên các lớp trầm ầ tích. – Các trầm tích cũng được gió và các tảng băng vận chuyển đi. Các sa mạc, hoang thổ là các ví dụ về trầm tích do gió tạo ra. Các vụ sụp đổ do trọng lực cũng tạo ra các trầm tích đá như các khu vực carxtơ (Karst). – Ao, hồ, ồ biển, ể sông tích lũy các lớp trầm ầ tích theo thời gian. Các trầm ầ tích đá có thể chứa hóa thạch. Các trầm tích cũng là nơi tạo ra các nhiên liệu hóa thạch như than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ. • Các hệ ệq quả môi trường g chính khi sản sinh trầm tích: – Làm xói mòn bề mặt, dẫn đến các khu vực bị xuống cấp nghiêm trọng. • Hình 3.5 và hình 3.6 cho thấyy tác động ộ g của xói mòn trên bề mặt ặ khu đô thịị không được bảo vệ: nó cho thấy sự xói mòn bởi sự gia tăng dòng chảy từ hệ thống thoát nước thượng nguồn. Sự gia tăng về năng lượng và chất lượng của dòng chảy có thể sinh ra các khe có thể sâu đến 30m và rộng 50m trong g vùng g đất dễ bịị nứt; – Làm tắc nghẽn các đoạn kênh thoát nước, do đó giảm khả năng thoát nước của các đường ống ở đô thị, thoát nước thị sông và hồ hồ. • Đầm phá Pampulha (Belo Horizonte) là một ví dụ về một hồ nước đô thị đã bị tắc. Vì nó rất rộng và nông, trong mùa khô dòng Diluvio ở Porto Alegre đã lắng đọng trầm tích từ lưu vực vào kênh, dẫn đến sự tăng trưởng của các l i thực loại h vật ậ và à giảm iả llưu llượng dò dòng chảy hả trong thời hời gian i llũ llụt. – Trầm tích mang g theo chất ô nhiễm gây g y nhiễm bẩn nước mưa. Hình 3.6. 3 6 Sự xói mòn của khu vực đô thị không được bảo vệ lớp thảm phủ (Campana, 2004) Hình 3.5. Sự xói mòn của khu vực đô thị không được bảo vệ bởi lớp thảm phủ (Campana, 2004) • Cản trở dòng g chảy: y Dòng g chảyy có thể bịị cản trở bởi phần san lấp mặt bằng của các cây cầu và các cọc, thiếu cống rãnh và các loại vật cản kết hợp với nhau cùng với ống dẫn bị tắc tắc. • Một số ví dụ của sự tắc nghẽn dòng chảy: – Rác thải rắn cản trở dòng chảy: sự sản sinh chất rắn bên cạnh việc giảm lưu lượng dòng chảy ả còn cản ả trở ở việc duy trì hệ thống ố đô thị để ể kiểm ể soát dòng chảy tại địa phương. Hình 3.7 minh họa các hệ thống bị cản trở bởi các chất rắn và các đường ống đi qua cống; – Rác thải rắn Rác thải rắn trong hệ thống lưu trữ: Khi lưu vực bị đô thị hoá và đất đầm cố kết, thì có ít trầm tích được sản sinh (Hình 3.4), nhưng sau đó vấn đề khác phát sinh – sinh ra rác thải. Rác thải cản trở sự thoát nước nhiều hơn, do đó tạo ra các điều kiện môi trường rất nghèo nàn. – Vấn đề này chỉ giảm thiểu tối đa bằng cách thường xuyên thu gom rác  thải và giáo dục người dân cùng với mức xử phạt nặng đối với hành vi vi phạm. Hình 3.8 cho thấy số lượng rác thải đô thị trong hệ thống thoát nước Có thể thấy nước. thấy, phần nhiều là nhựa nhựa, với lượng lớn chai lọ và túi xách siêu thị; Hình 3.8. Rác thải tích tụ trong hệ thống thoát nước Hình 3.7. 3 7 Các vật cản và rác thải trong hệ thống thoát nước – Thiếu biện pháp tích hợp trong bảo ệ p p ợp g trì hệ ệ thống g thoát nước: • Trong hệ thống thoát nước các vấn đề khác nhau có thể xảyy ra với dòng g nước chảyy bình thường, g là kết quả q của sự thiếu ế biện pháp bảo trì hệ thống ố thoát nước và thiết kế thiếu sót không tính đến sự tắc nghẽn của các mặt cắt rất nông và chỉ có một lỗ duy nhất (hình 3.9); – Cản trở dòng chảy bởi các tòa nhà và các nguy cơ và các nguy cơ hiểm họa cho các tòa nhà đó: • phát triển đô thị có xu hướng chiếm lĩnh các khu vực của dòng chảy tự nhiên do dư thừa nước mưa, mưa chừa lại không gian nhỏ cho việc thoát nước, và đến lượt nó dẫn đến các nguy cơ cho người dân và các khu vực thượng nguồn (hình 3.10) Hình 3.9. Các vật cản trở dòng chảy trên các kênh