Nghiên cứu giải pháp thoát nước bền vững cho lưu vực thoát nước quận hai bà trưng thành phố hà nội

QUAN VỀ THOÁT NƯỚC VÀ NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚCCHO LƯU VỰC QUẬN HAIBÀTRƯNG

Tổng quan về thoát nướcbềnvững

1.1.1 Tổngquan thoát nước bền vững trên thếgiới

 Các mô hình thoát nước bề vững điển hình trên thếgiới

Mô hình Phát triển tác động thấp (Low Impact Development-LID): là một thuật ngữ được sử dụng ở Canada và Hoa Kỳ để mô tả phương pháp thiết kế kỹ thuật và quy hoạch đất đai để quản lý dòng nước mưa, sử dụng cảnh quan để hấp thu dòng chảy lũ, giảm dòng chảy mặt, bổ sung nước vào các mạch nước ngầm từ đó làm giảm lưu lượng nước mưa và các chất lơ lửng vào trong hệ thống thu gom Bản chất của mô hình là mô phỏng dòng chảy trong tự nhiên của nước mưa trước khi có tác động của conngười.

Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Suistainable urban drainge system): là tập hợp các biện pháp quản lý nước nhằm điều chỉnh hệ thống thoát nước đô thị để chu trình của nước gần hơn với các chu trình luân chuyển trong tự nhiên như nước dâng, thấm, lọc sinh học Những điều chỉnh đó góp phần làm giảm tác động của con người đối với môi trường tự nhiên trong quá trình đô thị hóa.

Phát triển tác động thấp (LID) là một phương pháp tiếp cận với sự phát triển đất để quản lý nước mưa, được đưa ra nhằm thay thế phương pháp thiết kế nước mưa theo truyền thống Nguyên lý áp dụng của Phát triển tác động thấp (LID) là một cách tiếp cận xanh để quản lý nước mưa nhằm tìm ra phương pháp giống như thủy văn tự nhiên của một vùng bởi các biện pháp kiểm soát vi mô phi tập trung nhằm đạt được cân bằng nước Mục đích chính của LID là giảm tác động của sự phát triển đối với các vấn đề liên quan đến nước thông qua việc sử dụng các biện pháp quản lý sự thấm nước mưa, bốc hơi hoặc thu hoạch và sử dụng nước mưa trên khu vực nơi nó rơi xuống.

Các giải pháp LID điển hình hiện thời bao gồm các công trình sau: Mái nhà xanh(Greenroofs), vườn thu nước mưa (Rain gardens), bể chứa sinh học (Bioretention),v ậ t liệu lát thấm nước (Permeable pavements), ao thấm, hào thấm, thùng chứa nước, hộp trồng cây Các công trình trên đa số tận dụng các vùng công cộng giảm thiểu việc phải thỏa hiệp với người dân trong quá trình xây dựng và cải tạo.

Một số công trình LID tại một số nước tiên tiến

- Mái xanh là tầng mái của toàn nhà được bao phủ toàn bộ hay một phần bởi thực vật xanh để bù đắp lượng thấm cho phần thảm thực vật đã bị loại bỏ khi xây dựng tòa nhà.

Từ nhiều thập kỷ nay, việc xây dựng những mái nhà xanh đã được áp dụng trong việc kiểm soát lượng nước chảy tràn, cải thiện chất lượng không khí và nước, đồng thời thúc đẩy bảo tồn nănglượng.

- Vậtliệu thấm đượcthiếtkếtrong việclưutrữtạmthời đối với dòngchảy bềmặt,chophép nướcthấm chậm vào lòngđất.Các vật liệu thấm baogồmhệthống lướinhựa, nhựađườngxốpvàbê tông xốp.Nhiều nghiêncứuđãchỉrarằng,mặt đường xốp đã góp phần làm giảmtốcđộcủa dòngchảyvà mức độônhiễm liênquanởnhiềuđịa điểmkhácnhau.Tốcđộ dòngchảygiảmtrung bìnhtừ 50% đến 93% Các thínghiệm kháctừ cùng khu vực cũng chỉ ra rằng không chỉ có thểlàmgiảmlượng nướcchảytrênmặt đườngmà còn cóthểloạibỏviệctạoranướcchảyngaycảtrongnhữngđợtmưalớnnhất.

Hình 2: Vật liệu bê tông thấm

- Hộp cây bao gồm ba thành phần chính: buồng, giá thể đất và cây Khoang chứa bên dưới đất thường là một kết cấu bê tông được đúc sẵn, có chứa một hợp chất bao gồm đất có công thức đặc biệt để lọc nước mưa và các loại cây bản địa hoặc cây bụi Hộp cây là hệ thống lọc sinh học nhỏ được thực hiện nhằm loại bỏ chất ô nhiễm thông qua quá trình lọc và hấp phụ Đất sét hoặc chất hữu cơ trong hỗn hợp đất sẽ hút và giữ các phần tử khác thông qua một quá trình vật lý hoặc hóa học Ưu điểm lớn của việc lắp đặt hộp cây là khả năng lắp đặt thuận tiện ở các khu đô thị, cũng như các khu dân cư, ngoại thành; bất kể mục đích sử dụng đất, các hộp cây được thiết kế để thu giữ và xử lý các khu vực thoát nướcnhỏ.

Hình 3: Công trình hộp trồng cây

1.1.2 Thoátnước bền vững tại ViệtNam

Hệ thống đô thị Việt Nam đang phát triển nhanh về số lượng và tỷ lệ đô thị hóa cao tăng từ 30,5% năm 2010 lên khoảng 40% năm 2020, nhưng chất lượng đô thị còn đạt thấp Đặc biệt, hệ thống hạ tầng kỹ thuật và hạ tầng xã hội chưa đồng bộ; trình độ và năng lực quản lý và phát triển đô thị còn thấp so với yêu cầu; Tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng ở phần lớn đô thị Việt Nam đều chậm so với tốc độc phát triển kinh tế xã hội. Tình trạng phát triển đô thị kéo theo tình trạng bê tông hóa, các ao hồ tự nhiên bị san lấp dẫn đến vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên mất cânbằng.

Nhận thấy được sự mất cân bằng sinh thái trong quá trình đô thị hóa, tại Việt Nam đã có những nghiên cứu và đề xuất áp dụng các mô hình bền vững vào công tác quy hoạchnhư:

- Bài báo: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theo hướng bền vững” đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD tháng 5/2019 Bài báo này trình bày giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theo hướng bền vững (SuDs) Trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng một số giải pháp vào thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho trục đường thuộc khu đô thị mới Kỳ Đồng - Hà Tĩnh Kết quả cho thấy việc tính toán áp dụng các giải pháp thiết kế hệ thống thoát nước theo hướng bền vững ngay từ ban đầu tại các tuyến phố sẽ đem lại hiệu quả cao về bảo đảm cân bằng sinh thái, bổ cập nguồn nước ngầm tự nhiên, giảm thiểu các nguy cơ ngập úng, xói mòn, cải thiện cảnh quan, giảm kích thước công trình thoát nước,

- Bài báo: “Ảnh hưởng của các đặc trưng mưa thiết kế tới hiệu quả kiểm soát dòng chảy của các công trình thoát nước bền vững” đăng trên TạpchíKhoa học Thuỷ lợi và Môi trường, Số 68 (tháng 3/2020) của Tiến sĩ Đặng Minh Hải Bài báo đã chỉ rõ ảnh hưởng các đặc trưng của mô hình mưa thiết kế đến hiệu quả của việc kiểm soát thể tích và lưu lượng lớn nhất của các phương án LID khác nhau Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, chu kỳ lặp lại của trận mưa thiết kế tăng lên thì hiệu quả giảm thể tích dòng chảy và lưu lượng lớn nhất sẽ giảm Ngược lại, khi thời gian mưa tăng lên thì hiệu quả giảm thể tích và giảm lưu lượng lớn nhất sẽ tăng Hiệu quả giảm thể tích và giảm lưu lượng lớn nhất không rõ rệt khi thời gian xuất hiện đỉnh mưa thayđổi.

- Nghiên cứu: “Giải pháp thiết kế các cấu kiện hố trồng cây bằng bê tông cốt thép có khả năng thu thoát nước mưa cho đường phố đô thị” do PGS.TS Nguyễn Việt Phương thực hiện Trong nghiên cứu này, tác giả giới thiệu giải pháp thiết kế hố trồng cây bằng kết cấu bê tông cốt thép có khả năng thu thoát nước mưa cho đường phố đô thị.

Ba loại cấu kiện hố trồng cây đã được đề xuất, đó là: (i) hố trồng cây dạng đơn không đáy, (ii) hố trồng cây kết hợp hố ga thu nước đặt trên vỉa hè, (iii) hố trồng cây kết hợp hố ga thu nước đặt dưới đường Áp dụng đối với đường phố đô thị, các kết cấu hố trồng cây này được kết nối với hệ thống thoát nước, cho phép cải thiện khả năng thoát nước mưa và hoạt động như một bể thấm lọc sinhhọc.

- Tổngdiệntích khu đô thị Eco-Park lên tới 500 ha, là một trong những khu đô thịsinh tháilớnbậcnhấtcủaViệtNam.KhuđôthịEco-Parkdànhtới30%diệntíchđấtsửdụng chocâyxanh,mặtnước.Hệthốngthoátnướctạiđâyđượcthiếtkếriêngbiệthoàntoàn Nguồn nước thải được thu gom và xử lý riêngbiệt,nguồn nướcmưa trướckhi chảy ra nguồn tiếp nhận, được thu gom lại qua một hệthống kênhdẫn có dunglượngchứa lớn bên trong khu đôthị. Dòngchảy được thiết kế chảy len lỏi giữa các khu phố hình cácngóntay, như các conkênhtự nhiên, luôn ở trạng thái dòng chảy động, góp phần lớn trongviệctạocảnhquanvàtăngcườngkhảnăngtựlàmsạch.

Hình 4: Khu đô thị Ecopark

Mô tả khu vựcnghiêncứu

Lưu vực hệ thống thoát nước Quận Hai Bà Trưng nằm trong địa phận thành phố HàNội, phía Bắc giáp với Quận Hoàn Kiếm, phía Đông giáp với sông Hồng, phía Nam giáp với Quận Hoàng Mai, phía Tây giáp với quận Thanh Xuân và Đống Đa, có diện tích 10,26 km 2 Quận Hai Bà Trưng được chia làm 18 đơn vị hành chính, có 12 cơ quan chuyên môn thuộc UBND quận; 64 trường THCS, Tiểu học, Mầm non và các đơn vị sựnghiệp.

Hình 7: Bản đồ hệ thống thoát nước lưu vực Quận Hai Bà Trưng

Địa hình, địa lý, địamạo: Địa hình lưu vực hệ thống thoát nước Quận Hai Bà Trưng khu vực nội thành được chia làm ba bậc địa hình chính: Bề mặt >8 m; bề mặt 5 - 8 m; bề mặt cao dưới 5 m.

Trên cơ sở phân tích bản đồ địa hình, kết quả khảo sát thực tế và các tài liệu tham khảo khác của các diện tích bộ phận, xác định được quan hệ độ cao mặt đất - diện tích - dung tích trữ nước (HFW) của các diện tích bộ phận trên lưu vực Quận Hai Bà Trưng. Nhìn chung độ cao mặt đất trên toàn lưu vực Quận Hai Bà Trưng > 4,0 m Khu vực hạ lưusôngKimNgưu,sôngSétvàlưuvựcYênSởcónhiềuđiểmđộcaomặtđấtYS01

Hình 33: Trắc dọc sông Sét các tuyến SE057=>YS04 Đánh giá hệ thống với trận mưa 24hmax P%

Kết quả sau khi chạy mô hình có tổng cộng 25 nút úng ngập trên toàn lưu vực, Các nút úng ngập trong thời gian dài chủ yếu là các nút ở đầu tuyến cống nhỏ xây dựng từ lâu đời, khả năng tự tiêu thoát không đáp ứng được hiện trạng hiện nay,

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG

Lựa chọn các giải pháp thoát nướcbềnvững

- Hệ thống thu nước mưa: Nước mưa được thu từ mái nhà hoặc từ các bề mặt phủ khác đến các bể trên bề mặt đất hoặc bể ngầm để sử dụng tại chỗ => Hiện trạng lưu vực được xây dựng từ lâu, diện tích hạn hẹp và mật độ dân số đông, Khả năng thu nước mưa vào các bể trữ nước trên mặt đất không khảthi,

- Mái nhà xanh: Một lớp đất trồng được đắp trên mái nhà để tạo bề mặt sống, Nước mưa được lưu giữ trên bề mặt đất và được thảm thực vật hấp thụ => Tổng diện tích mái nhà trên lưu vực là rất lớn, mái được đổ bê tông hoặc lợp mái tôn, Nên có thể áp dụng biện pháp phủ mái nhà xanh trên lưuvực,

- Vỉa hè thấm: Những hệ thống này thu trữ nước, cho phép nước thấm vàođất,Thảm thực vật bề mặt và đất chưa bão hòa bên dưới có thể bảo vệ nước ngầm khỏi nguy cơ ô nhiễm => Hiện trạng hè phố trên địa bàn Quận chủ yếu lát đá tự nhiên, gạch Block, Nên có thể thay đổi vật liệu lát hè bằng vật liệuthấm,

- Lưu vực trữ nước tạmthời:Trong một trận mưa, nước thoát về lưu vực trũng thông qua các cửa xả để kiểm soát lưu lượng, lưu vực chứa đủ nước => Trên lưu vực đã có một số hồ điều hòanhư:HồBảyMẫu, HồHaiBà, Hồ Thanh Nhàn… Diện tích trống để có thể tăng thể tích chứa nước gần như là không cònnênphươngánnàykhông khảthi,

- Kiểm soát nước mưa tại nguồn: Thiết kế các hệ thống gây trễ dòng chảy bằng giải pháp cắt dòng như giải pháp đang được các tư vấn áp dụng khi thiết kế tòa nhà được dán nhãn "sinh thái” là giảm lưu lượng nước mưa từ mái nhà chảy xuống, bằng cách sử dụng 02 phễu thu nước mưa khác kích thước và khác cao độ, lưu trữ tạm thời nước mưa trên sân thượng, mái, Như vậy sẽ giảm được lưu lượng nước mưa từ trên mái hoặc ít nhất là trì hoãn thời gian tập trung nước mưa => Phương án này có thể thực hiện tại ngay các nhà dân, kinh phí thấp và dễ triểnkhai,

Căn cứ hiện trạng điều kiện diện tích, cơ sở hạ tầng, điều kiện kinh tế… của lưu vực quận Hai Bà Trưng có thể thấy áp dụng được một số giải pháp: Mái nhà xanh, vỉa hè thấm, kiểm soát nước mưa tại nguồn, Các giải pháp này đều có tác dụng cắt dòng, lưu trữ nước tạm thời kéo dài thời gian nước mưa chảy ra hệ thống giúp giải tải cho hệ thống thoát nước khi gặp mưa lớn,

Phương pháptínhtoán

Nguồn gốc của "mái nhà xanh" và cách sử dụng nó đã có từ xa xưa, Một số chuyên gia tin rằng, các giải pháp về "mái nhà xanh" đã được phát triển ở Phương Đông từ những năm 900 trước Công Nguyên, đã có những công trình những báo cáo về vườn trên mái ở Phương Đông được ghi chép lại, Công trình nổi tiếng và điển hình nhất cho "vườn trên mái" chính là khu vườn treo nổi tiếng trên các cung điện của Babylon do vua Nebuchadnezzar xây dựng và tặng vợ mình Semiramis và đã trở thành một trong 7 kỳ quan của thế giới cho tới ngày hôm nay và khu vườn nổi tiếng này có diện tích lên tới 2,000m2 (40x50m) với đầy đủ các loại cây che bóng, cây rau và cây thân bụi,,,

Sự sùng bái các mái nhà xanh đã bùng nổ từ Phương Đông qua các nước Hy Lạp –La

Mã, cùng với nó là các điều chỉnh cải tiến để phù hợp hơn, tiện ích hơn và đa số được xây dựng trên các mái bằng, Tại một số quốc gia, "vườn trên mái", "mái nhà xanh" được đưa vào tiêu chuẩn xây dựng quốc gia có tính bắt buộc theo chính sách hướng tới phát triển bền vững, Đây chính là điều tuyệt vời ở các chính quyền tiến bộ vì môi trường sống của nhân loại, Định hướng và theo đuổi, Một ví dụ cụ thể đối với đất nước Thủy Điển, việc thực hiện xây dựng mái nhà xanh được quy định trong bộ luật xây dựng với diện tích 'mái nhà xanh" tối thiểu 20% bắt buộc đối với cả các công trình kể cả công trình cũ sữa chữa,

Trên thế giới, thu nước từ mái nhà, trồng cây cỏ, hoa, rau trên mái nhà… rất phổ biến,Loại mái này có thể thu đến 75% nước mưa, theo khí hậu của các nước vùng ôn đới,chỉ cho thoát 25% nước còn lại xuống dưới bề mặt nơi lòng đường hoặc vào hệ thống cống, Còn ở Việt Nam, rất nhiều mô hình trồng rau sạch ngay trên nóc nhà để thu hoạch, mà không sợ ô nhiễm của các chất độc thải ra sông rạch hay vào lòng đất, rồi vào rau củ, làm nhiễm độc nguồn thực phẩm,

Những mái nhà cũ, có thể để thêm lên các chậu cây, khung hộp đất trồng rau, thu nhận ngay nước mưa, tuy nhiên phải xem sức chịu đựng của kiến tạo cũ với trọng lượng mới này, Với các kiến trúc mới, xây dựng ngay các mái xanh, cây trồng trên sân thượng vào ngay tính toán lúc ban đầu, trồng cây, rau xanh, thu nước mưa giữ lại dùng, có những bể nhỏ chứa nước ngay trênmái,

Hệ thống mái nhà xanh còn mang cây xanh, dây leo, hoa leo vào bề mặt của kiến trúc để giảm ánh nắng mặt trời làm nóng nhà, làm tăng vẻ tươi mát cho thành phố, làm giảm đi các biển cửa kính mênh mông, biển tường gạch và bê tông mà sẽ nóng lên hừng hực dưới ánh mặt trời, Sẽ lấy lại màu xanh, lọc bớt không khí ô nhiễmvàgiảm lượng mưa thoát xuống nhanh vào cống rãnh bên dưới, ngoài ra còn tạo môi trường sống cho chim chóc, tạo ra môi trường sống thân thiện và an lành hơn cho các sinh vật và con người sống trongđó,

Hình 34: Hình ảnh minh họa mái nhà xanh

Nếu mỗi căn nhà, mỗi tòa nhà, cao ốc, cơ sở thương mại, trụ sở chính quyền… đều thu giữ được 50% nước mưa chảy xuống đất, xuống đường, thì việc tránh ngập lụt khi bị mưa lớn không phải là quá khó khăn, Ngoài ra, sử dụng lại lượng nước mưa sẽ tiết kiệm được nhiều năng lượng trong việc cung cấp nước ngọt, hiện đang là vấn đề thiếu hụt, khan hiếm nước ngọt trong thời kì biến đổi khí hậu hiện nay,

Một ví dụ điển hình về việc áp dụng mái nhà xanh tại Việt Nam đó là Nhà trẻ sinh thái ở tỉnh Biên Hòa do kiến trúc sư Võ Trọng Nghĩa thiết kế, Nhà trẻ cung cấp không gian an toàn xanh vui chơi và học tập về nông nghiệp cho 500 trẻ em của công nhân nhà máy có thu nhập thấp, Nước mưa được quản lý tại chỗ, thiết kế cung cấp không khí trong lành và ánh sáng tự nhiên, không cần điều hòa ngay cả vào mùahè,Chi phí xây dựng và thiết bị tương đối thấp so với giá trên thị trường Việt Nam và tòa nhà tiết kiệm 40% nước sạch và 25% năng lượng (so với một tòa nhà thôngthường),

Việc áp dụng triển khai thực hiện mái nhà xanh tại quận Hai Bà Trưng là điều hoàn toàn có thể thực hiện được khi hầu hết các mái nhà đều được bê tông hóa (đổ mái bằng), Đểxây dựngmái nhàxanh, trước tiêncầnphảiđiềutra, khảosátphântích hiệntrạngmái nhàđểđánh giáchất lượngmái,Từđó,sẽ ápdụng khối lượngxâydựngcho phùhợp,

Quy trình thi công mái nhà xanh:

+ Bước 1, Thi công, gia cố lại sàn bê tông sân thượng thật vững chắc (nếu cần),

+ Bước 2, Quét sơn chống thấm để nước không ngấm xuống tầng dưới,

+ Bước 3, Phủ lớp vải địa kỹ thuật giúp ngăn cho nước thấm xuống dưới,

+ Bước 4, Đặt các ống đục lỗ để thu nước bên trên lớp vải địa kỹ thuật với độ dốc 2% về phía máng thu nước, Sau đó, phủ trên lớp ống thu nước một lớp cát, sỏi để tạo lớp thu nước,

+ Bước 5, Tiếp theo phủ một lớp đất trồng cây, Căn cứ vào mục đích trồng loại cây gì và sức chịu tải của mái để tính toán lượng đất phủ lên,

+ Bước 7, Trồng cây dựa trên mục đích của chủ tòa nhà,

Do các máinhàxâydựng mái nhàxanhđãđượcxâydựng,dođó cầnphảitính toánkhối lượngcôngtrìnhlắpđặttrênmáiđểtránhlàmhỏngkếtcấumái,Đềxuấtchiềucaolớpđất phủ là30cm, sửdụng cácloạicây bụicó tán lớnđểtrồng trên máiđểtăng diện tíchtánphân tách nướcnhưcâydong diềng,câycau dừa, tre trúc vàbêndướilớptrồngcỏ,

Khi xây dựng mái nhà xanh, nước mưa sẽ được lưu giữ trên bề mặt lá cây, thảm thực vật, bề mặt đất và các vật dụng chứa nước trên mái nhà, Tỷ lệ diện tích không thấm nước giảm, Với 50% mái nhà bê tông hóa được chuyển thành mái nhà xanh thì tỷ lệ diện tích không thấm trên lưu vực giảm khoảng 15% trên toàn lưu vực quận Hai Bà Trưng (1,5km2 diện tích mái/10,26km2 diện tích lưu vực) b) Vỉa hèthấm

Hiện nay vỉa hè trên địa bàn quận Hai Bà Trưng được lát chủ yếu bằng đá tự nhiên nên không có khả năng thấm nước, Diện tích lát hè đá của toàn lưu vực F=0,372km2, Với70% diện tích hè được thay thế bằng vỉa hè thấm thì tỷ lệ diện tích không thấm trên lưu vực giảm 2,5% (0,26km2 hè/10x26km2 diện tích lưuvực)

Mô phỏng các phương pháp thoát nướcbềnvững

Dựa vào các phân tích nêu trên tác giả đề xuất giải pháp thoát nước bền vững LID (Low Impact Development), Được áp dụng để xử lý tại nguồn lượng nước mưa vượt ngưỡng, chẳng hạn như bằng cách trữ nước tạm thời, hoặc cho nước mưa thấm trực tiếp, hoặc bằng bất kỳ biện pháp phù hợp nào khác có thể áp dụng tại chỗ, Điều này có nghĩa là sẽ tiến hành trữ càng nhiều càng tốt lượng nước mưa sạch khi mưa tiếp đất,

Lượng nước vượt ngưỡng, vốn là nguyên nhân gây ra ngập úng được ngắt kết nối hoặc làm chậm việc thoát lượng nước này với HTTN hiện hữu nhằm làm giảm lưu lượng đỉnh, Gồm 3 loại công trình thoát nước bền vững như sau:

Bảng 17: Phân loại các giải pháp LID

Loại Mô tả LID Ví dụ Tác động

Công nghệ LID giúp làm cắt lưu lượng đỉnh của dòng chảy nước mưa

Các hồ nước, bểchứadùng cho tái sửdụngn ư ớ c m ư a , q u ả n g t r ư ờ n g v à k h u v u i c h ơ i xanh;hồ chứa nước mưa,v,v,

Nước mưa được lưu giữ lại: lượng nước này được ngắt kết nối với hệ thống thoát nước, không chảy về hệ thống mà được tái sử dụng hoặc để tự bốc hơi,

Công nghệLIDlàm chậmlưulượng đỉnhcủadòng chảyhoặclàm giảmtácđộng củalưulượngđỉnh

Mái nhà xanh /giữnước; bể trữ nước(tầnghầm) tại nhà,quảngtrường thân thiệnvớinước; nơi chứanướctạm thời dưới cácsânthể thao, kênhmươnghở,v,v,

Nước mưa được giữ tạm thời, giúp hạ thấp lưu lượng đỉnh trong hệ thống thoát nước, nước được lưu trữ chỉ chảy về hệ thống thoát nước sau khi đã qua thời điểm lưu lượng nước mưa đạt đỉnh,

Công nghệ LID làm giảm tổng lưu lượng dòng chảy

Mặt phủ có lỗ rỗng cho nước thấm qua hoặcmặtphủ hở; bãi cỏ&khoảng đất có thểthấmnước, bãi đậu xexanh,mái nhà thấmnước,đường phố thấmnướcvới các ô trồng cây/hoa, giếng thấm nước,v,v,

Nước mưa được ngắt kếtnốivới hệ thống thoát nước;điềun à y c ó t á c đ ộ n g l ê n t ổ n g l ư u l ư ợ n g n ư ớ c m ư a v à l à m giảmtổng lưu lượng dòng chảy, kể cả trong thời gian mưa nhỏ,

Các biện pháp này cũng làm giảm ô nhiễm trong hệ thống cống chung,

Công trình LID loại 1là sử dụng “Thùng chứa nước mưa” (Rain Bariel): Mục tiêu của giải pháp này là ngắt kết nối lượng nước mưa với HTTN hiện hữu bằng cách lắp đặt các hệ thống lưu trữ nước mưa cho các hộ nhà dân, hồ chứanước,

Hình 35: Dụng cụ thu nước tại hộ gia đình Bảng 18: Bảng khai báo các giá trị LID loại I trong mô hình

Rain Bariel (Thùng chứa nước mưa) Drain

Offset (mm) 6 drain dalay (hrs) 6 Open Level (mm) 0

Công trình LID loại 2là sử dụng “Mái nhà xanh” (Green Roof): Mục tiêu của giải pháp này là làm chậm lưu lượng đỉnh của dòng chảy hoặc làm giảm tác động của lưu lượng đỉnh bằng cách dùng giải pháp mái nhà xanh, quảng trường thân thiện với nước,nơi chứa nước tạm thời dưới các sân thể thao, kênh mương hở,

Hình 36: Mái nhà xanh Bảng 19: Bảng khai báo các giá trị LID loại II trong mô hình

Green Roof (mái nhà xanh)

Công trình LID loại 3là sử dụng “Vỉa hè thấm nước” (Permeable Pavement): Mục tiêu của giải pháp này làm giảm tổng lưu lượng dòng chảy bằng cách dùng mặt phủ có lỗ rỗng cho nước thấm qua hoặc mặt phủ hở, bãi cỏ và khoảng đất có thể thấm nước,bãi đậu xe xanh, mái nhà thấm nước, đường phố thấm nước với các ô trồng cây,

Hình 37: Bãi cỏ phủ mặt hở, đường phố trồng cây thấm nướcBảng 20: Bảng khai báo các giá trị LID loại III trong mô hình Để đánh giá về hiệu quả của các giải pháp đề xuất thì tác giả sẽ tiến hành mô phỏng số học lại giải pháp thoát nước bền vững,

Cách thức mô phỏng thoát nước bền vững trong mô hình, SWMM cung cấp chức năng mô phỏng dòng chảy qua khu vực phát triển thấp, hay nói cách khác có thể mô phỏng tác động của những khu vực chậm dòng chảy (LID Controls),

Hình 38: Mô phỏng Công trình LID loại I

Hình 39: Mô phỏng Công trình LID loại II

Hình 40: Mô phỏng Công trình LID loại III Áp dụng công trình LID cho một số lưu vực có nút bị ngập úng theo bảng tổng hợp đánh giá khả năng thoát nước của HTTN trong trận mưa Thiết kế thì các tuyến cống sau cần được bố trí gồm:

Chiều sâu ngập lớn nhất

Lưu lượng nước gây ngập 10^6Ltr

Diện tích áp dụng công trình LID

Loại I Loại II Loại III

Chiều sâu ngập lớn nhất

Lưu lượng nước gây ngập 10^6Ltr

Diện tích áp dụng công trình LID

Loại I Loại II Loại III

Nhận xét: Chất lượng mô phỏng hoàn toàn tốt, sai số về tính liên tục cân bằng khối lượng rất nhỏ, cho cả dòng chảy mặt -0,12% và dòng chảy tuyến 0,47%,

Các điểm úng ngập tổng cộng 11 điểm,

Nhu cầu thoát nước mưa của khu vực nghiên cứu hiện tại:

Lượng mưa lưu trữ LID ban đầu: 2,473mm

Lượng mưa rơi xuống khu vực: 190,160 mm

Lượng nước mưa bị thấm: 39,914mm

Lượng nước mưa tạo thành dòng chảy: 135,191mm

Lượng nước mưa được trữ lại ở các điểm trũng: 27,792mm

So sánh kết quả chạy mô hình khi không áp dụng công trình LID và có LID ta nhận thấy kết quả như sau:

Sau khi chạy mô hình thiết kế mô phỏng hệ thống thoát nước lưu vực quận Hai Bà Trưng với các phương pháp thoát nước bền vững đề xuất có kết quả như sau:

Lưu lượng nước gây ngập 10^6Ltr

Lưulượng nước gây ngập 10^6Ltr

Lưu lượng nước gây ngập 10^6Ltr

Lưulượng nước gây ngập 10^6Ltr

Sự khác biệt về thời gian, chiều sâu ngập và lưu lượng nước gây ngập tại các điểm ngập khi không dùng công trình LID và khi áp dụng công trình LID có thể thấy một phần lượng nước được giữ lại trữ trong các thùng chứa nước, một phần được thấm vào đất tại các vỉa hè, một phần nữa được tạm giữ và chảy chậm ở khu vực mái nhà xanh,

Từ bảng kết quả ta thấy các nút bị ngập với thời gian không đáng kể, một số điểm không còn ngập như: KN027, KN028, KN042, KN043, KN044, KN045, KN50,

Đánh giá hiệu quả các phương pháp thoát nướcbềnvững

Sau khi áp dụng các phương án thoát nước bền vững vào lưu vực quận Hai Bà Trưng, Dựa trên bảng so sánh số liệu các điểm ngập của mô hình có thể thấy thời gian ngập, mức độ ngập và lưu lượng nước gây ngập tại các vị trí đều giảm, một số vị trí không còn ngập,

Lưu lượng nước gây gập giảm tức là sẽ giảm tải cho hệ thống thoát nước, tăng độ bền cho hệ thống thoát nước, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, vận hành, Mặt khác khi áp dụng hệ thống thoát nước bền vững sẽ làm giảm tình trạng úng ngập cục bộ khi xảy ra mưa lớn đột xuất nằm ngoài khả năng tiêu thoát của hệ thống, Việc sử dụng vỉa hè thấm trồng cỏ thay vì vật liệu lát vỉa hè thông thường hàng năm sẽ bổ cập thêm vào lượng nước ngầm đang ngày càng cạn kiệt vì quá trình bê tông hóa, Việc áp dụng mái nhà xanh vào các mái nhà bê tông sẽ làm thay đổi cảnh quan, làm nhiệt độ trong nhà giảm, tiết kiệm điện năng trong mùa nóng, tăng diện tích phủ xanh của thành phố giảm thiểu ô nhiễm môi trường,

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kếtluận Ứng dụng giải pháp thoát nước mưa bền vững cho lưu vực quận Hai Bà Trưng nói riêng và TP,Hà Nội nói chung trong thời buổi hiện nay là hết sức cần thiết, điều này không những làm góp phần cải tạo hệ thống thoát nước tránh úng ngập mà còn tận dụng được nguồn nước mưa, bổ cập nguồn nước ngầm đang ngày một cạn kiệt và ô nhiễm do các hoạt động sống của con người, Việc cải tạp áp dụng các giải pháp sẽ tốn chi phí nhưng các lợi ích về mặt môi trường và kinh tế sẽ thu lại rõ rệt từ việc tiết kiệm chi phí sử dụng nước, tiết kiệm nguồn năng lượng điện tiêu thụ làm mát cũng như chất lượng môi trường được cải thiện, Mỗi giải pháp trong các giải pháp thoát nước mưa bền vững có những điều kiện áp dụng và những ưu điểm riêng, Có thể kết hợp tất cả các giải pháp hoặc một vài giải pháp phù hợp với điều kiện thực tiễn của từng nơi,

Việc ứng dụng các giải pháp thoát nước bền vững sẽ mang lại những lợi ích trước mắt và lâu dài:

- Giảm thiểu tình trạng úng ngập khi có mưalớn

- Tăng cường khả năng làm việc và gia tăng độ bề của hệ thống thoátnước,

- Giúp điều hòa tiểu khí hậu khu vực, giảm ô nhiễm không khí cũng như tạo cảnh quan xanh cho khuvực

- Tiết kiệm chi phí giảm thiểu điện năng cũng như chi phí nước sạch sửdụng

2 Kiếnnghị Để ứng dụng giải pháp thoát nước mưa bền vững cho một lưu vực bất kì, chúng ta phải phân tích đầy đủ các điều kiện tự nhiên cũng nhưng cơ sở hạ tầng hiện có của lưu vực để áp dụng tất cả các phương pháp hoặc chỉ một vài phương pháp trong giải pháp thoát nước mưa bền vững một các hợp lý nhất,

Trong khuôn khổ luận văn vẫn còn một số hạn chế:

- Chưa có số liệu thống kê chính xác diện tích bê tông hóa của lưu vực cũng như diện tích mái nhà và hè với số liệu gầnđúng,

- Chưa có quá trình tìm hiểu chi tiết các mái nhà bê tông hóa hiệnnayđể đánh giá hiện trạng để từ đó đặt ra cách thức xây dựng cụ thể của từng mái nhàxanh, Đề xuất đối với các nhà quy hoạch đang trong quá trình quy hoạch nên áp dụng các giải pháp thoát nước mưa bền vững để giảm thiểu chi phí xây dựng hệ thống thoát nước và tăng cảnh quan câyxanh,

Luận văn mới chỉ nghiên cứu được trên hệ thống thoát nước lưu vực quận Hai Bà Trưng, đề xuất được nghiên cứu tiếp toàn diện tất cả hệ thống thoát nước Thành phố

Mô hình mô phỏng hệ thống thoát nước lưu vực quận Hai Bà Trưng bằng SWMM của luận văn cần được tiếp tục nghiên cứu, hiệu chỉnh, kiểm nghiệm sâu thêm để hoàn thiện mô hình hơn nữa, tăng mức độ chính xác của môhình,

[1] Hoàng Văn Huệ,Thoát nước, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002,

[2] Bài báo:“Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát nước mưa trên đường phố theohướng bền vững”đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

[3] Bài báo:“Bố trí và lựa chọn tối ưu các công trình thoát nước bền vững cho lưuvực sông Cầu Bây, Gia Lâm, Hà Nội”đăng trên Tạp chí Khoa học Thuỷ lợi và Môi trường, Số 66 (Tháng 9/2019) của Tiến sĩ Đặng Minh Hải,

[4] Bài báo: “Ảnh hưởng của các đặc trưng mưa thiết kế tới hiệu quả kiểm soát dòngchảy của các công trình thoát nước bền vững” đăng trên Tạp chí Khoa học

Thuỷ lợi và Môi trường, Số 68 (tháng 3/2020) của Tiến sĩ Đặng Minh Hải,

[5] Nghiên cứu:“Giải pháp thiết kế các cấu kiện hố trồng cây bằng bê tông cốt thépcó khả năng thu thoát nước mưa cho đường phố đô thị” do PGS,TS Nguyễn Việt

[6] Dương Thanh Lượng,Mô phỏng mạng lưới thoát nước bằng SWMM, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2010,

[7] Dương Thanh Lượng,Mô phỏng hệ thống thoát nước TP Hà Nội và xác định giảipháp tiêu nước tổng thể, Tạp chí KHKT Thuỷ lợi và môi trường, Số đặc biệt,

[8] Dương Thanh Lượng và nnk,Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghiệp hoá và đôthị hoá đến hệ số tiêu vùng đồng bằng Bắcbộ,Đề tài khoa học cấp Bộ, Hà Nội, 2010,

[9] McGhee, T, J,Water Supply and Sewerage, McGraw Hill, 1991, ISBN: 1-07- 060938-1,

[10] Dương Thanh Lượng,Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế mạng lưới thoát nước,NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội, 2010,

[11] Nguyễn Tuấn Anh,Bài giảng Thoát nước đô thị, Trường ĐH Thuỷ lợi, Hà Nội, 2015,

[12] Dương Thanh Lượng,Giáo trình Tối ưu hoá các đối tượng kỹ thuật, Trường ĐH Thuỷ lợi, Hà Nội, 2015,

[13].Dự án thoát nước Thành phố Hà nội - giai đoạn I, ban hành kèm theo Quyết định số 112/TTg ngày 15/2/1996của Thủ tướng Chính phủ,

[14].Dự án thoát nước Thành phố Hà nội - giai đoạn II, ban hành kèm theo Quyết định số 4315/QĐ - UBND ngày 28/9/2006 của UBND thành phố Hà Nội,

[15].Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ, ban hành kèm theo Quyết định 937/QĐ

- TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chínhphủ,

[16] Perkins Eastman, Posco E&C và JiNa (Liên danh tư vấn),Quy hoạch chung xâydựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, Hà Nội, 2011,

[17].Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm2050, ban hành kèm theo Quyết định số 1259/QĐ - TTg ngày 26/7/2011 của

[18].Quy hoạch phát triển thủy lợi HN đến năm 2020, định hướng đến năm 2030, ban hành kèm theo Quyết định 4673/2012/QĐ - UBND ngày 13/7/2012 của UBND thành phố Hà Nội,

[19].Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, ban hành kèm theo Quyết định số 725/QĐ - TTg ngày 10/5/2013 của Thủ tướng Chính phủ,

[20] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam – TCXDVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới bên ngoài và công trình tiêu chuẩn thiết kế),

[21].https://www,epa,gov/water-research/storm-water-management-model-swmm,phần mềm SWMM, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA),

;;Name Rain Gage Outlet Area %Imperv Width

KKN004 Mua_TK Ho-Hoan-Kiem 28,85 12,5 540 0,03

KKN024 Mua_TK Ho-Hai-Ba 1,26 12,5 110 0,03

KKN041 Mua_TK Ho-Thanh-Nhan 7,47 12,5 270 0,03

SSE009 Mua_TK Ho-Thien-Quang 8,40 12,5 290 0,03

SSE022 Mua_TK Ho-Bay-Mau 21,07 12,5 450 0,03

;;Name Elevation MaxDepth InitDepth ;;Name

;; Inlet Outlet Manning Inlet Outlet Init, Max,

TT ;;Name Node Node Length N Offset Offset Flow Flow