Tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững để thích ứng với biến đổi khí hậu ứng dụng cho khu đô thị 5a, phường 4, thành phố sóc trăng

x BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRỊNH HOÀNG QUÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG ĐỂ THÍCH ỨNG VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU: ỨNG DỤNG CHO KHU ĐÔ THỊ 5A, PHƯỜNG 4, THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRỊNH HOÀNG QUÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG ĐỂ THÍCH ỨNG VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU: ỨNG DỤNG CHO KHU ĐÔ THỊ 5A, PHƯỜNG 4, THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ SỞ HẠ TẦNG MÃ SỐ: 17813037 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. ĐẶNG MINH HẢI TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Đặng Minh Hải. Các số liệu khoa học và kết quả nghiên cứu là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Ngoài ra tất cả các nội dung tham khảo đều được trích dẫn nguồn gốc đầy đủ và đúng theo quy định. Tác giả luận văn Trịnh Hoàng Quân i LỜI CẢM ƠN Để thực hiện luận văn này với đề tài Nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững để thích ứng với biến đổi khí hậu: Ứng dụng cho khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng tôi đã đã được sự hướng dẫn tận tình của TS. Đặng Minh Hải, giảng viên Trường Đại Học Thủy Lợi thuộc Bộ Nông nghiệp và PTNT. Tôi xin chân thành cám ơn Quý thầy cô giảng dạy trong Bộ môn Cấp thoát nước, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, Trường Đại học Thủy Lợi đã nhiệt tình giảng dạy cho tôi và các bạn bè cùng lớp trong suốt thời gian qua. Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn Lãnh đạo công ty, bạn bè và gia đình tôi đã ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt chương trình học tập và hoàn chỉnh đề tài nghiên cứu này. Đề tài nghiên cứu của luận văn còn khá mới đối với học viên nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, các chuyên gia, các đồng nghiệp và tất cả những người quan tâm đến lĩnh vực này, để luận văn có tính thực tiễn cao hơn nữa nhằm góp phần thực hiện thành công giải pháp thoát nước bền vững và được ứng dụng rộng rãi nhằm thích ứng với tình trạng biến đổi khí hậu ngày cực đoan và phức tạp như hiện nay. Tác giả luận văn Trịnh Hoàng Quân ii MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ........................................................................... 2 4. Nội dung nghiên cứu. ............................................................................................... 2 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................. 3 6. Kết quả dự kiến đạt được. ........................................................................................ 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 4 Tổng quan về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thoát nước đô thị trên thế giới và ở Việt Nam. ............................................................................................................. 4 1.1.1 Trên thế giới..................................................................................................... 4 1.1.2 Tại Việt Nam. .................................................................................................. 6 Tổng quan về các giải pháp thoát nước bền vững. ................................................ 7 1.2.1 Tổng quan về các nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững trên thế giới. ... 7 1.2.2 Tổng quan về các nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững ở Việt Nam. . 13 Đặc điểm của vùng nghiên cứu. ........................................................................... 14 1.3.1 Vị trí khu vực nghiên cứu. ............................................................................. 14 1.3.2 Đặc điểm địa hình. ......................................................................................... 16 1.3.3 Đặc điểm khí hậu. .......................................................................................... 17 1.3.4 Đặc điểm thủy văn. ........................................................................................ 19 Hiện trạng thoát nước khu đô thị 5A.................................................................... 20 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. .............. 22 Cơ sở dữ liệu. ....................................................................................................... 23 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 23 Cơ sở lý thuyết của mô hình SWMM 5.1. ........................................................... 24 2.3.1 Giới thiệu mô hình SWMM. .......................................................................... 24 iii 2.3.2 Các khả năng của mô hình SWMM. ............................................................. 24 2.3.3 Các ứng dụng điển hình của SWMM. ........................................................... 25 2.3.4 Các phương pháp tính toán. ........................................................................... 26 Mực nước và mô hình mưa thiết kế có xét đến điều kiện biên trong BĐKH. ..... 35 2.4.1 Lựa chọn kịch bản BĐKH – NBD cho khu vực nghiên cứu. ........................ 35 2.4.2 Biên mưa tại Sóc Trăng có xét đến ảnh hưởng của BĐKH. ......................... 38 2.4.3 Biên triều tại cửa xả có xét đến ảnh hưởng của BĐKH. ............................... 40 CHƯƠNG 3 : ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC CỦA KHU ĐÔ THỊ 5A, PHƯỜNG 4, TP. SÓC TRĂNG Ở THỜI ĐIỂM HIỆN TẠI VÀ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU. ...................................................................................... 44 Thiết lập mô hình. ................................................................................................ 44 3.1.1 Các thông số đầu vào. .................................................................................... 44 3.1.2 Dùng phần mềm SWMM mô phỏng mạng lưới thoát nước hiện trạng. ....... 44 3.1.3 Chạy mô phỏng và xem kết quả. ................................................................... 57 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. ....................................................................... 58 Đánh giá khả năng làm việc của HTTN khu đô thị 5A, phường 4, Tp. Sóc Trăng ở thời điểm hiện tại. ................................................................................................... 61 Đánh giá khả năng làm việc của HTTN khu đô thị 5A, phường 4, Tp. Sóc Trăng trong điều kiện biến đổi khí hậu. ............................................................................... 64 CHƯƠNG 4 : ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG CHO KHU ĐÔ THỊ 5A, PHƯỜNG 4, TP. SÓC TRĂNG. ................................................ 68 Đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững cho khu đô thị 5A, phường 4, Tp. Sóc Trăng. .................................................................................................................. 68 4.1.1 Phân tích các nguyên nhân ngập úng. ........................................................... 68 4.1.2 Cơ sở để lựa chọn giải pháp chống ngập úng. ............................................... 68 4.1.3 Đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững cho khu vực nghiên cứu. .......... 68 Mô phỏng số học để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất. ..................... 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 92 1. Kết luận. ................................................................................................................. 92 2. Kiến nghị. ............................................................................................................... 92 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 94 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 95 Phụ lục 1: Số liệu về mưa. ......................................................................................... 95 iv Phụ lục 2. Số liệu về mực nước. ................................................................................ 98 Phụ lục 3: Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. .......................................................... 102 Phụ lục 4: Kết quả chạy mô hình trong điều kiện BĐKH và NBD. ........................ 105 Phụ lục 5: Kết quả chạy mô hình khi sử dụng công trình LID. ............................... 110 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Bức tường chống lũ ở Áo ................................................................................ 5 Hình 1. 2 Vị trí tỉnh Sóc Trăng trên bản đồ Việt Nam .................................................. 15 Hình 1. 3 Phối cảnh tổng thể Khu đô thị 5A, TP. Sóc Trăng ........................................ 15 Hình 1. 4 Vị trí khu vực nghiên cứu trên bản đồ Tp. Sóc Trăng .................................. 16 Hình 1. 5 Bản đồ địa hình khu vực Tp. Sóc Trăng ....................................................... 17 Hình 1. 6 Kênh Nhân Lực nguồn tiếp nhận chính của khu vực nghiên cứu ................. 21 Hình 1. 7 Bản đồ quy hoạch hệ thống thoát nước khu đô thị 5A .................................. 22 Hình 1. 8 Chi tiết hệ thống thoát nước khu vực nghiên cứu ......................................... 22 Hình 2. 1 Mô tả dòng chảy mặt ..................................................................................... 26 Hình 2. 2 Mô hình nước ngầm hai vùng ....................................................................... 30 Hình 2. 4 Đường tần suất mưa một ngày max - Trạm Sóc Trăng ................................. 39 Hình 2. 4 Bản đồ trạm thủy văn tỉnh Sóc Trăng và các vùng phụ cận.......................... 40 Hình 2. 6 Đường tần suất mực nước max - Trạm Đại Ngãi .......................................... 41 Hình 2. 7 Biểu đồ tương quan mực nước tại trạm đo và khu vực nghiên cứu .............. 42 Hình 3. 1 Tổng quan mô hình SWMM của khu vực nghiên cứu .................................. 44 Hình 3. 2 Số hóa và khai báo thông tin lưu vực thoát nước mưa .................................. 45 Hình 3. 3 Số hóa và khai báo thông tin cho hố ga thu nước ......................................... 48 Hình 3. 4 Số hóa và khai báo thông tin đường ống thoát nước..................................... 51 Hình 3. 5 Số hóa và khai báo thông tin cửa xả.............................................................. 53 Hình 3. 6 Số liệu mưa ngày max tính toán .................................................................... 55 Hình 3. 7 Mực nước thiết kế ......................................................................................... 56 Hình 3. 8 Thiết lập thông số tính toán cho mô hình ...................................................... 57 Hình 3. 9 Biểu đồ lưu lượng tính toán và thực đo tại cửa xả 3 ..................................... 59 Hình 3. 10 Biểu đồ lưu lượng tính toán và thực đo tại cửa xả 9 ................................... 60 Hình 3. 11 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 39 đến cửa xả 9 tại thời điểm chân triều min và chưa có mưa lúc 12:00 ......................................... 62 Hình 3. 12 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 39 đến cửa xả 9 tại thời điểm các nút bị ngập lớn nhất lúc 19:00 .................................................... 62 Hình 3. 13 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 39 đến cửa xả 9 tại thời điểm kết thúc trận mưa lúc 23:00 ............................................................... 63 Hình 3. 14 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 9 đến cửa xả 3 tại thời điểm chân triều min và chưa có mưa lúc 12:00 ......................................... 64 Hình 3. 15 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 9 đến cửa xả 3 tại thời điểm các nút bị ngập lớn nhất lúc 19:00 .................................................... 65 Hình 3. 16 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 9 đến cửa xả 3 tại thời điểm kết thúc trận mưa lúc 23:00 ............................................................... 65 Hình 3. 17 Trắc dọc diễn biến của dòng chảy trong tuyến cống từ nút 28 đến cửa xả 6 tại thời điểm nút 28 bị ngập lớn nhất lúc 19:00...................................................... 67 vi Hình 4. 1 Dụng cụ thu nước tại hộ gia đình .................................................................. 70 Hình 4. 2 Mái nhà xanh ................................................................................................. 71 Hình 4. 3 Bãi cỏ, mặt phủ hở ......................................................................................... 72 Hình 4. 4 Đường phố thấm nước, các ô trồng cây thấm nước ...................................... 72 Hình 4. 5 Mô phỏng công trình LID loại 1.................................................................... 74 Hình 4. 6 Mô phỏng công trình LID loại 2.................................................................... 74 Hình 4. 7 Mô phỏng công trình LID loại 3.................................................................... 75 Hình 4. 8 Mặt bằng bố trí các công trình LID khu đô thị 5A ........................................ 76 Hình 4. 9 Đường quá trình lưu lượng tại cửa xả 3 ........................................................ 77 Hình 4. 10 Đường quá trình lưu lượng tại cửa xả 4 ...................................................... 78 Hình 4. 11 Đường quá trình lưu lượng tại cửa xả 6 ...................................................... 79 Hình 4. 12 Đường quá trình lưu lượng tại cửa xả 9 ...................................................... 80 Hình 4. 13 Đường quá trình lưu lượng tại cửa xả 19 .................................................... 81 Hình 4. 14 Đường quá trình mực nước tại nút 10 ......................................................... 82 Hình 4. 15 Đường quá trình mực nước tại nút 16 ......................................................... 83 Hình 4. 16 Đường quá trình mực nước tại nút 28 ......................................................... 84 Hình 4. 17 Đường quá trình mực nước tại nút 38 ......................................................... 85 Hình 4. 18 Đường quá trình mực nước tại nút 73 ......................................................... 86 Hình 4. 19 Trắc dọc từ Nút 9 đến Cửa xả 3 trước và sau LID ...................................... 87 Hình 4. 20 Trắc dọc từ Nút 16 đến Cửa xả 4 trước và sau LID .................................... 88 Hình 4. 21 Trắc dọc từ Nút 28 đến Cửa xả 6 trước và sau LID .................................... 88 Hình 4. 22 Trắc dọc từ Nút 39 đến Cửa xả 9 trước và sau LID .................................... 89 Hình 4. 23 Trắc dọc từ Nút 76 đến Cửa xả 19 trước và sau LID .................................. 89 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Nhiệt độ và độ ẩm trung bình tại Sóc Trăng ................................................. 18 Bảng 1. 2 Lượng mưa trung bình tại Sóc Trăng ........................................................... 18 Bảng 1. 3 Thống kê hệ thống cống thoát nước mặt ...................................................... 20 Bảng 1. 4 Thống kê hệ thống cống thoát nước thải ...................................................... 21 Bảng 2. 1 Kịch bản NBD theo các KB RCP cho dải ven biển Việt Nam ..................... 36 Bảng 2. 2 Mực nước biển dâng theo KB RCP6.0 (KB B2) [1]..................................... 36 Bảng 2. 3 Lượng mưa trong năm theo kịch bản BĐKH tính đến năm 2050 [5] ........... 37 Bảng 2. 4 Thống kê mưa ngày max tại trạm Sóc Trăng trong 20 năm (1998÷2017) ... 38 Bảng 2. 5 Lượng mưa tiêu thiết kế trong điều kiện bình thường và BĐKH ................. 39 Bảng 2. 6 Thống kê mực nước max tại trạm Đại Ngãi trong 20 năm (1998÷2017) ..... 41 Bảng 2. 7 Mực nước tiêu thiết kế trong điều kiện bình thường và BĐKH ................... 42 Bảng 3. 1 Số liệu về lưu vực thoát nước ....................................................................... 46 Bảng 3. 2 Thống kê số liệu tính toán và thực đo tại cửa xả 3 ....................................... 60 Bảng 3. 3 Thống kê số liệu tính toán và thực đo tại cửa xả 9 ....................................... 61 Bảng 3. 4 Thống kê các nút bị ngập trong điều kiện bình thường ................................ 63 Bảng 3. 5 Thống kê các nút bị ngập trong điều kiện BĐKH ........................................ 66 Bảng 4. 1 Phân loại LID ................................................................................................ 69 Bảng 4. 2 Giá trị các thông số trong công trình LID loại 1........................................... 70 Bảng 4. 3 Giá trị các thông số trong công trình LID loại 2........................................... 71 Bảng 4. 4 Giá trị các thông số trong công trình LID loại 3........................................... 73 Bảng 4. 5 Kết quả thống kê các nút bị ngập sau khi áp dụng công trình LID .............. 90 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu BMP : Best Management Practices (Thực hành quản lý tối ưu) ĐBSCL : Đồng bằng sông Cửu Long HTTN : Hệ thống thoát nước KB : Kịch bản LID : Low Impact Development (Phát triển tác động thấp) IPCC : Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu MHMTK : Mô hình mưa thiết kế NBD : Nước biển dâng SUDS : Sustainable Urban Drainage System (Hệ thống thoát nước đô thị bền vững) SWMM : Storm Water Management Model (Mô hình quản lý nước mưa) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam Tp : Thành phố WSUD : Water Sensitive Urban Design (Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước) ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Thoát nước, xử lý nước thải và vệ sinh môi trường là những nội dung quan trọng trong quy hoạch, xây dựng và quản lý đô thị. Tại các khu vực đang đối mặt với tình trạng hạ tầng thấp kém, môi trường bị ô nhiễm, bệnh tật lây lan, úng ngập hay lụt lội, người ta lại càng thấy tầm quan trọng của lĩnh vực này. Các nguyên nhân gây ngập lụt từ nước mưa, nước thải ở các đô thị Việt Nam thường là hệ thống thoát nước chưa được xây dựng đầy đủ, thiết kế ban đầu không phù hợp, hệ số dòng chảy trong lưu vực thoát nước tăng do thay đổi bề mặt phủ, đường ống cấp nước bị rò rỉ, cống thoát nước bị tắc, bồi lắng, công trình thoát nước bị hư hại, do biến đổi khí hậu dẫn đến lượng mưa tăng và chế độ thủy văn đô thị trái với quy luật, mực nước biển dâng. Khu đô thị mới 5A được quy hoạch vào năm 2013 và đang trong quá trình triển khai thiết kế bản vẽ thi công để thực hiện các công việc đầu tư xây dựng hệ thống giao thông, chiếu sáng và hạ tầng kỹ thuật. Hệ thống thoát nước của khu vực nghiên cứu là hệ thống thoát nước riêng, nước mưa được thu gom riêng hoàn toàn với nước thải. Các hạng mục chính của hệ thống thoát nước mặt gồm cống ly tâm bê tông cốt thép có đường kính từ (300÷1.500)mm, được đặt dưới hè đi bộ kết hợp giếng thu hàm ếch, với tổng chiều dài các tuyến cống là 46.577m, 1.941 hố ga các loại và được thoát ra kênh Nhân Lực với 20 cửa xả. Cao trình thiết kế của các tuyến đường là +1,80m, vỉa hè là +2,03, so với cao trình các khu vực xung quanh tuyến thì khu đô thị này cao hơn từ (0,1÷0,3)m. Hệ thống thoát nước mưa chủ yếu tính toán cho năm hiện tại nên đường kính ống thoát nước có kích thước nhỏ, công suất thoát nước có giới hạn vì chỉ tính đến việc thoát nước mưa cho bản thân đường và các khu vực nhỏ lân cận chuyển qua. Trước tình hình biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng như hiện nay thì việc thoát nước trong tương lai trở thành thách thức lớn cho việc thoát nước chống ngập vì kích thước các cống hiện trạng không đảm bảo. Theo kịch bản biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển 1 dâng (NBD) năm 2016 thì đến năm 2050, mực nước biển ở ĐBSCL nói chung và của Sóc Trăng nói riêng sẽ dâng cao thêm (17÷35)cm, lượng mưa tăng (5÷15)% [1]. Theo quyết định Số 1420/QĐ-UBND ngày 10/06/2016 của UBND tỉnh Sóc Trăng về việc Phê duyệt quy hoạch thoát nước và chống ngập úng khu vực trung tâm Tp. Sóc Trăng có tính đế ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 thì Lượng mưa và mực nước tính toán sẽ tính đến yếu tố BĐKH với các dự tính đến năm 2050 cho Sóc Trăng là mực nước biển dâng 27 cm và gia tăng lượng mưa 10%. Biến đổi khí hậu còn dẫn đến những hệ quả như lượng mưa tăng, chế độ thủy văn đô thị trái với quy luật v.v... ảnh hưởng lớn đến việc thu gom và tiêu thoát nước mưa, làm cho vấn đề ngập úng ngày càng nghiêm trọng nếu không có giải pháp thích ứng kịp thời. Chính vì thế việc giải quyết vấn đề thoát nước do mưa một cách ổn định và bền vững để thích ứng với biến đổi khí hậu là hết sức cần thiết rất phù hợp và mang tính khả thi cao cho khu đô thị mới trong giai đoạn hình thành và phát triển. Từ các yếu tố đã phân tích như trên đề tài “Nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững để thích ứng với biến đổi khí hậu: Ứng dụng cho khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng” nhằm tìm ra giải pháp thoát nước mang tính ổn định và bền vững lâu dài trước tình hình biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp như hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu. Đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững nhằm đảm bảo khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng không bị ngập lụt trong điều kiện biến đổi khí hậu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thoát nước mưa hiện trạng như đường ống, kênh, trạm bơm, hồ điều hòa v.v… Phạm vi nghiên cứu: Khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng. 4. Nội dung nghiên cứu. Đánh đánh giá khả năng thoát nước mưa của hệ thống thoát nước hiện tại. Đánh đánh giá khả năng thoát nước mưa của hệ thống thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu. 2 Đề xuất các giải pháp thoát nước theo hướng bền vững và sử dụng mô hình số hóa để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đề xuất. 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. Cách tiếp cận:  Tiếp cận lý thuyết.  Tiếp cận mô hình toán. Phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Thu thập các số liệu về địa hình, điều kiện khí tượng, thủy văn v.v…  Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng SWMM để mô phỏng hệ thống thoát nước. 6. Kết quả dự kiến đạt được. Đánh giá hiện trạng thoát nước chung của khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng. Dự báo được khả năng thoát nước trong điều kiện biến đổi khí hậu cực đoan trong tương lai. Đề xuất các giải pháp thoát nước mưa bền vững cho Khu đô thị 5A, phường 4, thành phố Sóc Trăng nhằm thích ứng với tình trạng biến đổi khí hậu và nước biển dâng. 3 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thoát nước đô thị trên thế giới và ở Việt Nam. 1.1.1 Trên thế giới. Biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng đang là mối đe dọa hiện hữu và to lớn mà nhân loại phải đương đầu trong thế kỷ XXI. BĐKH sẽ làm gia tăng tính ác liệt của thiên tai cả về cường độ lẫn tần suất. Hậu quả của BĐKH và thiên tai không ai khác mà chính con người phải hứng chịu với mức độ ngày càng lớn, có nơi, có lúc đã trở thành thảm họa cho cả một quốc gia, khu vực. Theo số liệu của các nhà quan trắc từ Emergency Events Darabase, chỉ trong vòng 2 thế kỷ qua, số lượng các trận ngập lụt đô thị trên toàn cầu đã tăng lên đáng kể, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống. BĐKH mà trước hết là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng (NBD), là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại. Chỉ trong vòng 2 thế kỷ qua, số lượng các trận ngập lụt đô thị toàn cầu đã tăng lên đáng kể, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống con người của các quốc gia và vùng lãnh thổ, đặc biệt là các đô thị lớn ven biển trên thế giới (theo Emergency Events Database). Tại nước Áo một giải pháp đặt ra dưới mực nước lũ dâng lên của sông Danube là xây một bức tường chống lũ. Nước dâng đến đâu tường cao đến đó. Một công ty tại Anh là Flood Resolution đã phân tích kết cấu kỹ thuật, hệ thống này bao gồm hai phần chính: phần móng được xây dựng cố định vĩnh viễn và phần rào chắn di động có thể dịch chuyển. Hệ thống này được dựa trên một bức tường ngầm, bức tường này bảo vệ một khu vực không bị nước ngầm tràn vào, vốn dâng lên đồng thời với mực nước lũ. Độ sâu của bức tường ngầm tuỳ thuộc vào nền đá ngầm, và sau đó quyết định chiều cao của rào chắn. Bức tường ngầm được làm chắc chắn bằng cách ốp xi măng phía trước hệ thống tường chắn nước di động. Các biện pháp phòng chống lũ ở thành phố Grein (nước Áo) được xây dựng trong khuôn khổ của dự án Machland Dam và là một trong sáu khu vực tường chống lũ di động. Nhờ thiết kế độc đáo cùng hiệu quả cao nên các bức tường di động chống lũ di động này đã trở nên nổi tiếng khắp thế giới. 4 Hình 1. 1 Bức tường chống lũ ở Áo Tại Singapore, mực nước biển dâng 59cm, có thể gây ra sự suy giảm đáng kể của rừng ngập mặn, xói mòn bờ biển, mất đất. Trong vài thập kỷ trở lại đây, Chính phủ Singapore đã tiến hành mở diện tích quốc gia thông qua các biện pháp lấn biển khá tốn kém. Kết quả là trên 20% diện tích của đảo quốc này hiện nay là đất lấn biển. Với dự báo mực nước biển dâng từ 0,5 đến 1,5m, các vùng đất lấn biển lại đang trong nguy cơ bị đe dọa. Tại Indonesia, nước biển dâng cùng với hiện tượng sạt lở đất do khai thác nước ngầm quá mức sẽ làm đường bờ biển của Indonesia dịch chuyển vào trong và gia tăng nguy cơ ngập lụt. Đến năm 2050, nếu mực nước biển dâng theo các kịch bản 0,25; 0,57 hoặc 1,0 cm/năm, diện tích ngập lụt ở Bắc Jakarta tương ứng sẽ là 40, 45 hoặc 90 km2 Nếu mực nước biển dâng trung bình năm 2050 là 0,5m và hiện tượng sạt lở vẫn tiếp tục, nhiều diện tích của Bắc Jakarta và Bekasi sẽ bị ngập lụt vĩnh viễn. Tại Philippines, mực nước biển dâng 30cm vào năm 2045, sẽ ảnh hưởng đến 2.000 ha đất và khoảng 500.000 dân. Mức dâng 100cm vào năm 2080, sẽ gây ngập lụt cho hơn 5.000 ha đất vùng ven vịnh Manila và làm ảnh hưởng đến 2,5 triệu người. Rủi ro còn 5 gia tăng nếu nước biển dâng đi cùng gia tăng cường độ bão (Nguồn: Biến đổi khí hậu và các khu vực đô thị ở Đông Nam Á: Thực trạng và các vấn đề thích ứng). 1.1.2 Tại Việt Nam. Ở Viêt Nam tình trạng ngập úng vẫn đang là mối quan tâm hàng ngày của các đô thị lớn, nhất là ở 2 đô thị loại đặc biệt là Tp. Hồ Chí Minh và Hà Nội. Hiện tượng ngập úng đô thị tại các thành phố lớn vẫn diễn ra thường xuyên. Nguyên nhân một phần được chỉ ra là do nhiều ao, hồ, các khu đất trũng (đất ngập nước) bị san lấp, cống hóa nhiều dòng sông, kênh, mương, rạch thoát nước để xây dựng đô thị. Bên cạnh đó, hiện tượng này còn do BĐKH gây ra. Nhìn chung cơ sở hạ tầng thoát nước đô thị vẫn còn rất nhỏ bé về quy mô lạc hậu về công nghệ và đang xuống cấp do xây dựng đã lâu từ 50 đến 100 năm. Tổng chiều dài cống ngầm của 84 thành phố, thị xã mới chỉ có hơn 1.000km và tập trung ở một số thành phố lớn. Chỉ số phục vụ tính theo chiều dài đường cống cho một người dân đô thị còn thấp chỉ từ (0,04÷0,06)m, riêng Tp. Hà Nội, Hồ Chí Minh, Hải Phòng mới chỉ đạt 0,2m. Về chất lượng các tuyến cống, theo đánh giá của các Công ty thoát nước tại các địa phương có trên 30% các tuyến cống đã bị hư hỏng nghiêm trọng cần sửa chữa, 40% các tuyến đã xuống cấp, chỉ còn 30% vừa mới được xây dựng là còn tốt. Các kênh rạch thoát nước chủ yếu là sử dụng kênh rạch tự nhiên, nền và thành bằng đất do vậy thường không ổn định. Các cống, ống thoát nước được xây dựng bằng bê tông hoặc xây gạch, tiết diện cống thường có hình tròn, hình chữ nhật, có một số tuyến cống hình trứng. Ngoài ra tại các đô thị tồn tại nhiều mương đậy nắp đan hoặc mương hở, các mương này thường có kích thước nhỏ, có nhiệm vụ thu nước mưa và nước bẩn ở các cụm dân cư. Các hố ga thu nước mưa và các giếng thăm trên mạng lưới bị hư hỏng nhiều ít được quan tâm sửa chữa gây khó khăn cho công tác quản lý. Theo báo cáo của các công ty thoát nước và công ty môi trường đô thị, tất cả các thành phố, thị xã của cả nước đều bị ngập úng cục bộ trong mùa mưa. Có đô thị 60% đường phố bị ngập úng như Buôn Mê Thuột của Đắc Lắc. TP Hồ Chí Minh (trên 100 điểm ngập), Hà Nội (trên 30 điểm), Đà Nẵng, Hải Phòng cũng có rất nhiều điểm bị ngập úng. Thời gian ngập kéo dài từ 2 giờ đến 2 ngày, độ ngập sâu lớn nhất là 1m. Ngoài các điểm ngập do mưa, tại một số đô thị còn có tình trạng ngập cục bộ do nước thải sinh hoạt và công nghiệp (Ban Mê Thuột, Cà Mau). Ngập úng gây ra tình trạng ách tắc giao thông, nhiều cơ sở sản xuất dịch vụ ngừng hoạt động, du lịch bị 6 ngừng trệ, hàng hoá không thể lưu thông. Hàng năm thiệt hại do ngập úng theo tính toán sơ bộ lên tới hàng nghìn tỷ đồng (Nguồn: Báo cáo đề tài khoa học trọng tâm “Đánh giá diễn biến môi trường hai vùng phát triển kinh tế phía Nam, Hà Nội, 2004) Hiện tại, đô thị Việt Nam đang phải đối mặt với các vấn đề về BĐKH như bão, lũ lụt và nước biển dâng (NBD) tác động trực tiếp đến phát triển hệ thống đô thị ven biển và các vùng đồng bằng lớn, trên 40 tỉnh thuộc ĐBSCL, Đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung, Đông Nam Bộ với khoảng 128 đô thị có nguy cơ ngập cao, 20 đô thị có nguy cơ ngập nặng. BĐKH gây mưa lớn, lũ quét, sạt lở đất tác động đến phát triển hệ thống đô thị của 31 tỉnh thuộc vùng núi phía Bắc, Tây Nguyên, miền Trung và Đông Nam Bộ với khoảng 139 đô thị chịu ảnh hưởng, 15 đô thị có khả năng chịu tác động mạnh. Biến đổi khí hậu hiện đang diễn ra hết sức phức tạp như đã trình bày trong Báo cáo đánh giá lần thứ 5i của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) [2]. Chính phủ Việt Nam đã ra Quyết định số 158/2008/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 phê duyệt Chương trình Mục tiêu Quốc gia Ứng phó với Biến đổi Khí hậu [3], tập trung vào việc đánh giá tình hình BĐKH ở Việt Nam, xây dựng phương pháp đánh giá các biến số khí hậu và tình hình BĐKH mà cụ thể là nhiệt độ, lượng mưa, các thảm họa tự nhiên cùng các hiện tượng khí hậu cực đoan, đồng thời xây dựng các kịch bản BĐKH và mực nước biển dâng cho giai đoạn (2010÷2100) cho từng khu vực của Việt Nam. Bộ Tài nguyên Môi trường công bố kịch bản BĐKH và nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016 [1], cho thấy nguy cơ ngập các đô thị là rất lớn, đặc biệt đối với khu vực đô thị ven biển. Tổng quan về các giải pháp thoát nước bền vững. 1.2.1 Tổng quan về các nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững trên thế giới. 1.2.1.1 Giải pháp thoát nước bền vững ở một số nước trên thế giới. Ở Australia giải pháp thoát nước bền vững được gọi với tên phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive Urban Design – WSUD). Ở các nước Châu Âu, khái niệm về Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System – SUDS) được sử dụng với sự tập trung chủ yếu vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ các giá trị của tài nguyên nước, bảo tồn đa dạng sinh học và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên cho thế hệ tương lai. Tương tự, ở Mỹ và Canada 7 phương pháp SUDS được biết đến với khái niệm Phát triển tác động thấp (Low Impact Development – LID) với cách tiếp cận khuyến khích sự tương tác của các quá trình tự nhiên với môi trường đô thị nhằm bảo vệ và tái tạo lại hệ sinh thái trong quản lý tài nguyên nước. Phương pháp LID trọng tâm vào việc bảo tồn và sử dụng các đặc điểm tự nhiên kết hợp với các hệ thống thủy văn quy mô nhỏ nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực của quá trình đô thị hóa. Phương pháp LID cũng tương tự như phương pháp Thực hành quản lý tối ưu (Best Management Practices - BMP) ở Mỹ và Phương pháp phát triển và thiết kế đô thị tác động thấp (Low Impact Urban Design and Development – LIUDD) ở New Zealand. (Qianqian Zhou, 2014). Cùng với sự phát triển của giải pháp thoát nước bền vững, có rất nhiều các nghiên cứu đã được thực hiện trên phạm vi toàn thế giới. Tại Đan Mạch, chương trình nghiên cứu quy mô quốc gia đã được thực hiện bao gồm các nghiên cứu về Tài nguyên nước khu vực đô thị và Nghiên cứu 2BG “ Black, Blue & Green” nhằm tổng hợp hệ thống cơ sở hạ tầng đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên nước đô thị. Tại Anh, hiệp hội thông tin và nghiên cứu công nghiệp xây dựng (CIRIA) đã thực hiện nghiên cứu phát triển HTTN đô thị bền vững và phát hành các tài liệu, văn bản về các nghiên cứu đã thực hiện và hướng dẫn thiết kế hệ thống. Tại Thụy Điển, trung tâm nghiên cứu chiến lược đã thực hiện nghiên cứu lớn trong 6 năm về Quản lý tài nguyên nước bền vững với trọng tâm vào bảo vệ giá trị tài nguyên nước đô thị. (Qianqian Zhou, 2014). 1.2.1.2 Công cụ mô hình trong giải pháp thoát nước bền vững. Với sự ra đời của phương pháp thoát nước bền vững trong quản lý tài nguyên nước đô thị, nhu cầu thực tiễn đặt ra rằng các chuyên gia quản lý nước đô thị cần có một hệ thống công cụ hỗ trợ để mô phỏng, đánh giá hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật và các chiến lược trước khi đưa ra quyết định. Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học trên thế giới đã phát triển rất nhiều bộ phần mềm thương mại cũng như phi thương mại để mô phỏng, thiết kế hệ thống quản lý số lượng, chất lượng nước đô thị, có thể kể tên một số mô hình điển hình ở đây như XP – SWMM, SWMM 5 (EPA), Mike Urban, MUSIC, E2. 8