Ứng dụng mô hình thủy văn Đô thị Đánh giá giải pháp thiết kế bền vững (lid) cho thoát nước Đô thị nhiêu lộc – thị nghè

Ứng dụng mô hình thủy văn Đô thị Đánh giá giải pháp thiết kế bền vững (lid) cho thoát nước Đô thị nhiêu lộc – thị nghè

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Trịnh Hải Nam

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ

ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỀN VỮNG (LID)

CHO THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ

Chuyên ngành: Thủy Văn Học

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian triển khai nghiên cứu luận văn, tôi cũng đã hoàn thành nội

dung luận văn “Ứng dụng mô hình thủy văn đô thị đánh giá giải pháp thiết kế bền

vững (LID) cho thoát nước đô thị Nhiêu Lộc – Thị Nghè” Trong thời gian tiến hành

luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang và TS Nguyễn Quang Hưng, những ý kiến đóng góp quý báu cùng sự quan tâm, động viên tận tình chỉ bảo của các thầy đã giúp tôi tin tưởng vtrào bản thân và

có trách nhiệm hoàn thành luận văn tốt nhất

Bên cạnh đó tôi xin bày tỏ lòng biết ơn với đoàn thể các thầy cô trong khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học đã giúp tôi bổ sung rất nhiều kiến thức trong quá trình học tập tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả đồng nghiệp tại Đài Khí tượng – Thủy văn khu vực Nam Bộ đã hỗ trợ và tạo điều kiện tốt để tôi có thể hoàn thành luận văn trong thời gian sớm

Trong quá trình hoàn thành luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong các thầy cô cùng các bạn đưa ra những ý kiến đóng góp để tôi có thể có được cái nhìn sâu sắc hơn về vấn đề thiếu sót

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2022

Học viên thực hiện

Trịnh Hải Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ i

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 5

1.1 Đặc điểm tự nhiên 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng 6

1.1.3 Đặc điểm khí tượng 7

1.1.4 Mạng lưới sông rạch 9

1.1.5 Đặc điểm thủy văn 11

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội .13

1.3 Tổng quan về hiện trạng thoát nước lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè 14

1.3.1 Hệ thống thoát nước của lưu vực 14

1.3.2 Tình hình ngập lụt và nguyên nhân gây ngập lụt cho lưu vực .15

1.4 Tổng quan thoát nước bền vững – LID (Low Impact Development) 21

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và trong nước 22

1.5.1 Trên thế giới 23

1.5.2 Trong nước 25

PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 28

2.1 Phương pháp tiếp cận và các bước triển khai 28

2.1.1 Phương pháp tiếp cận 28

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.1.3 Các bước triển khai 30

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình Mike Urban 32

2.2.1 Điều kiện đầu vào mô hình Mike Urban 39

2.2.2 Điều kiện biên mô hình Mike Urban 43

2.2.3 Tổng kết mô hình Mike Urban 45

2.3 Các phương pháp thiết kế bền vững (LID) 46

Ứng dụng mô hình MIKE URBAN mô phỏng hiện trạng và các kịch bản thiết kế bền vững cho lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè 51

3.1 Thu thập số liệu 51

3.1.1 Dữ liệu mạng lưới thoát nước 51

3.1.2 Dữ liệu địa hình 51

3.1.3 Dữ liệu mưa, mực nước 53

3.1.4 Dữ liệu về các trận ngập thực tế 53

3.2 Thiết lập mô hình 55

3.2.1 Số hóa dữ liệu 55

3.2.2 Thiết lập các điểm tập trung nước 56

3.2.3 Thiết lập các đường ống thoát nước 57

3.2.4 Thiết lập lưu vực tập trung nước 58

3.2.5 Thiết lập mô hình số độ cao và kết mô phỏng dòng chảy tràn mặt 2D 58

3.2.6 Thiết lập biên của mô hình 60

3.3 Xây dựng đường cong IDF của trạm mưa Tân Sơn Hòa 60

3.4 Lựa chọn tần suất thiết kế 61

3.5 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 62

3.5.1 Các thông số hiệu chỉnh mô hình 62

3.5.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình 63

3.5.3 Kết quả kiểm định mô hình 67

3.6 Thiết lập mô phỏng các trận ngập lưu vực NL – TN theo các kịch bản 71

3.6.1 Kết quả mô phỏng kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 5 năm 71

3.6.2 Kết quả mô phỏng kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 10 năm 72

3.6.3 Kết quả mô phỏng kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 100 năm 74

3.7 Đề xuất các giải pháp thoát nước bền vững (LID) cho lưu vực NL – TN 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 Đường Đinh Bộ Lĩnh (quận Bình Thạnh) ngập trong nước 2

Hình 1.1 Bản đồ hành chính lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè 5

Hình 1.2 Địa hình lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè 6

Hình 1.3 Các vị trí quan trắc trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè 10

Hình 1.4 Mô hình hình thành dòng chảy trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè 16

Hình 1.5 Ngập khi mưa lớn trên tuyến đường Nguyễn Hữu Cảnh quận Bình Thạnh .16

Hình 1.6 Ngập khi mưa lớn kéo dài trên đường Phan Xích Long quận Bình Thạnh .17

Hình 1.7 Khu đô thị mới được xây dựng trên khu đất đầm lầy 18

Hình 1.8 Một dự án thi công hệ thống thoát nước nhân tạo 19

Hình 1.9 Hình ảnh công viên La Vanguada de lasllamas khi áp dụng công nghệ SUDS .24

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống quản lý mô hình Mike Urban – Mouse 33

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán mưa – dòng chảy 34

Hình 2.3 Dữ liệu mưa đầu vào và dữ liệu mưa được mô hình áp dụng 35

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán dòng chảy trong hệ thống thoát nước 1 chiều 36

Hình 2.5 Sơ đồ kết hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều 38

Hình 2.6 Hố ga trong Mouse 39

Hình 2.7 Nước chảy trong hố ga 40

Hình 2.8 Mặt cắt ống trong MOUSE 41

Hình 2.9 Hướng dòng chảy trong cống 41

Hình 2.10 Phân loại các loại lưu vực phương pháp Time – Are Method 44

Hình 2.11 Hình dạng đường cong T – A ứng với mỗi lưu vực 44

Hình 2.12 Minh họa ảnh hưởng của hệ thống bê tông hóa đối với khả năng thấm của bề mặt đô thị 47

Hình 2.13 Dụng cụ thu nước tại hộ gia đình 48

Hình 2.14 Mái nhà xanh 49

ii

Hình 2.15 Đường phố thấm nước, các ô trồng cây thấm nước 50

Hình 2.16 Bãi cỏ, mặt phủ hở 50

Hình 3.1 Bản đồ hiện trạng thoát nước lưu vực NL – TN 51

Hình 3.2 Dữ liệu giao thông lưu vực NL – TN 52

Hình 3.3 Dữ liệu nhà ở lưu vực NL – TN 52

Hình 3.4 Dữ liệu cao độ số lưu vực NL – TN 53

Hình 3.5 Trận mưa thực tế ngày 26/9/2016 54

Hình 3.6 Con triều thực tế ngày 26/9/2016 54

Hình 3.7 Trận mưa thực tế ngày 26/11/2018 55

Hình 3.8 Con triều thực tế ngày 26/11/2018 55

Hình 3.9 Thông số các hố ga và thiết lập hệ thống hố ga 57

Hình 3.10 Thông số đường ống và thiết lập hệ thống cống lưu vực NL – TN 57

Hình 3.11 Hình ảnh trắc dọc tuyến đường Phan Đình Giót sau khi thiết lập 57

Hình 3.12 Hình ảnh phân chia lưu vực thoát nước NL – TN 58

Hình 3.13 Xử lý số liệu địa hình bằng GIS 59

Hình 3.14 Thiết lập trong tính toán dòng chảy tràn 2D 60

Hình 3.15 Đường cong IDF của trạm Tân Sơn Hòa 61

Hình 3.16 Kết quả độ sâu ngập lớn nhất và các vị trí hiệu chỉnh trận mưa ngày 26/9/2016 64

Hình 3.17 Ảnh trắc dọc tuyến đường 3 tháng 2 trận mưa ngày 26/9/2016 64

Hình 3.18 Biểu đồ tương quan giữa độ sâu ngập thực đo và độ sâu ngập tính toán trận hiệu chỉnh 66

Hình 3.19 Hình ảnh ngập thực tế trên tuyến đường Đinh Bộ Lĩnh 67

Hình 3.20 Hình ảnh ngập thực tế trên tuyến đường 3 tháng 2 67

Hình 3.21 Kết quả độ sâu ngập lớn nhất và các vị trí kiểm định trận mưa ngày 25/11/2018 68

Hình 3.22 Hình ảnh ngập trắc dọc tuyến đường Nguyễn Hữu Cảnh với trận mưa ngày 25/11/2018 68

iii

Hình 3.23 Biểu đồ tương quan giữa độ sâu ngập thực đo và độ sâu ngập tính toán trận

kiểm định 70

Hình 3.24 Hình ảnh ngập thực tế trên tuyến đường Nguyễn Hữu Cảnh 71

Hình 3.25 Hình ảnh ngập thực tế trên tuyến đường Bạch Đằng 71

Hình 3.26 Hình ảnh ngập trận mưa chu kỳ lặp lại 5 năm 72

Hình 3.27 Hình ảnh ngập trận mưa chu kỳ lặp lại 10 năm 73

Hình 3.28 Hình ảnh ngập trận mưa chu kỳ lặp lại 100 năm 74

Hình 3.29 Một số các biện pháp làm thay đổi dòng chảy từ mưa vào hệ thống thoát nước 76

Hình 3.30 Hình ảnh thể hiện kết quả LID 70%, LID50% của kịch bản mưa thiết kế 5 năm 78

Hình 3.31 Hình ảnh thể hiện kết quả LID 70%, LID50% của kịch bản mưa thiết kế 10 năm 79

Hình 3.32 Hình ảnh thể hiện kết quả LID 70%, LID50% của kịch bản mưa thiết kế 100 năm 80

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân bố địa hình lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè 7

Bảng 1.2 Các đặc trưng nhiệt độ 7

Bảng 1.3 Mô hình mưa trận 3 giờ ứng với các chu kỳ lặp lại (năm) 9

Bảng 1.4 Mực nước cực trị tại trạm Phú An 11

Bảng 1.5 Mực nước triều lớn nhất tính theo số liệu tại trạm Phú An (cm) 11

Bảng 1.6 Mưa 3 giờ hơn 83mm và đỉnh triều hơn 130 cm thời kỳ 1999 – 2008 12

Bảng 1.7 Khu vực bị ảnh hưởng ngập thường xuyên trong lưu vực NLTN 17

Bảng 1.8 Các tiêu chí thiết kế quy hoạch hệ thống thoát nước bền vững 21

Bảng 2.1 Sơ đồ triển khai các bước ứng dụng mô hình Mike Urban 31

Bảng 2.1 Hệ số Manning – giá trị mặc định Mouse 42

Bảng 2.2 Hệ số không thấm nước với từng lớp trong lưu vực 43

Bảng 2.3 Bảng phân loại thoát nước bền vững (LID) 47

Bảng 3.1 Dữ liệu hệ thống thoát nước hiện trạng 56

Bảng 3.2 Cường độ mưa trạm Tân Sơn Hòa trong các thời đoạn và giai đoạn lặp lại theo số liệu thực đo giai đoạn (1992 – 2021) 60

Bảng 3.3 Lượng mưa trạm Tân Sơn Hòa trong các thời đoạn và giai đoạn lặp lại theo số liệu thực đo giai đoạn (1992 – 2021) 61

Bảng 3.4 Chu kỳ lặp lại P (năm) phụ thuộc vào quy mô công trình 62

Bảng 3.5 Đặc điểm trận mưa hiệu chỉnh mô hình 63

Bảng 3.6 Độ sâu ngập thực đo và tính toán tại một số vị trí hiệu chỉnh 65

Bảng 3.7 Chỉ số thống kê đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike Urban 66

Bảng 3.8 Đặc điểm trận mưa kiểm định 68

Bảng 3.9 Độ sâu ngập thực đo và tính toán tại một số vị trí kiểm định 69

Bảng 3.10 Chỉ số thống kê đánh giá kết quả kiểm định mô hình Mike Urban 70

Bảng 3.11 Đặc điểm các trận mưa tương ứng với chu kỳ lặp lại 71

Bảng 3.12 Diện ngập kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 5 năm 72

Bảng 3.13 So sánh diện ngập giữa kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 5 năm và kịch bản trận mưa chu kỳ lặp lại 10 năm 73

v

Bảng 3.14 So sánh diện ngập giữa kịch bản các trận mưa với chu kỳ lặp lại 5 năm 10 năm và 100 năm .74Bảng 3.15 Kết quả tính toán phương án thay đổi phần trăm không thấm 77

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BĐKH Biến đổi khí hậu

CAD Thiết kế được sự hỗ trợ của máy tính (Computer-aided design) CDM Camp Dresser and McKee Inc

DEM Mô hình cao độ số (Digital Elevation Model)

DHI Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulic Institute)

GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems) KHTLMN Khoa học Thủy lợi miền Nam

NL – TN Nhiêu Lộc – Thị Nghè

SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory

Control And Data Acquisitim)

SUDS Hệ thống thoát nước mưa đô thị theo hướng bền vững

(Sustainable Urban Drainage System) SWMM Mô hình tính toán thủy văn – thuỷ lực (Storm Water

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, vấn đề ngập cũng như thoát nước cho đô thị không chỉ có ở những

đô thị ở Việt Nam nói chung và TP HCM nói riêng mà đây là vấn đề của nhiều đô thị trên thế giới, nhất là đô thị ở các nước đang phát triển – nơi đang có quá trình đô thị hóa nhanh nhưng thiếu những giải pháp quy hoạch quản lí và công trình hạ tầng thích ứng Cũng như sự phát triển không kiểm soát của đô thị và hệ thống thoát nước chưa đáp ứng được với sự phát triển kinh tế, xã hội ở đô thị, nhất là trong tình trạng biến đổi khí hậu diễn ra phức tạp hiện nay Các đô thị càng lớn mức độ đô thị hóa càng nhanh thì vấn đề thoát nước càng cần quan tâm nhiều hơn Đặc biệt là những thành phố lớn ven biển trong những đợt mưa lớn, khi đó việc thoát nước vừa chịu ảnh hưởng của mưa thời đoạn ngắn và dòng chảy trên sông, việc giải bài toán này rất phức tạp Để có thể giải quyết được vấn đề cấp thiết thời sự hàng ngày này cần phải

sử dụng kỹ thuật mô hình mới có lời giải tốt

Nhằm phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đảm bảo phát triển bền vững, giảm nhẹ tác động do bão, ngập lụt gây ra thì công tác phòng chống ngập lụt phải được chú trọng và đặt lên hàng đầu Từ hơn một thập niên vừa qua, tình trạng ngập úng đô thị ở TP HCM đã diễn ra ngày càng trầm trọng và dẫn đến những tranh luận

về nguyên nhân cũng như giải pháp trọn vẹn cho vấn đề này Nghiên cứu tính toán ngập lụt đô thị là một vấn đề quan trọng trong việc tìm ra nguyên nhân và giải pháp

để giảm nhẹ và khắc phục Đã có nhiều hệ thống dự báo cảnh báo lũ lụt, ngập lụt đã được xây dựng và đưa vào sử dụng Nhiều trong số đó sử dụng hệ thống hỗ trợ cho nhà quản lý có thể ra quyết định

Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè nằm trên địa bàn TP HCM là một khu vực có địa hình mặt đất tự nhiên thấp vì vậy là khu vực thường xuyên bị ngập Mùa khô thì ngập do triều cường, còn mùa mưa ngập do mưa lớn hoặc do mưa kết hợp với triều Riêng khu vực quận Bình Thạnh, một quận nằm ở lưu vực rạch Văn Thánh, phía cuối của lưu vực NL – TN tình trạng ngập lụt xảy ra nguy kịch nhất, có một bộ phận địa hình thấp trũng tiếp giáp với vùng có địa hình cao hơn, với diện tích ngập lụt do triều

2

cường lên tới 30–50% diện tích tự nhiên Tình trạng ngập úng đã ảnh hưởng nhiều đến các mặt kinh tế, xã hội và môi trường của khu vực thêm vào đó tình hình ngập đang diễn biến ngày càng xấu đi

Hình 1 Đường Đinh Bộ Lĩnh (quận Bình Thạnh) ngập trong nước

Mặc dù hệ thống thoát nước lưu vực NL – TN đã được Chính phủ quan tâm từ rất sớm, đề cập trực tiếp trong quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước của TP HCM và Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định 752/QĐ-TTg ngày 19 tháng

6 năm 2001 Tuy nhiên do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu-nước biển dâng nên điều kiện thoát nước ngày càng khó khăn Tại thời điểm quy hoạch mực nước thiết kế (trung bình đỉnh triều cao nhất hàng năm) trên kênh rạch và cửa xả hệ thống cống là mức 1,32m nhưng đến nay mực nước đỉnh triều hàng năm đạt trên 1,7m và dự báo lượng mưa ngày lớn nhất tăng khoảng 1% mỗi năm và mực nước biển dâng tăng khoảng 1cm mỗi năm Cùng với ảnh hưởng của BĐKH sẽ gây ra ảnh hưởng nặng nề đối với những vùng có địa hình thấp thuộc lưu vực, nhất là khi nước biển dâng

Tuy có rất nhiều dự án đã được triển khai và đến nay đã hoàn thành đưa vào

sử dụng nhưng vẫn còn xảy ra hiện tượng ngập trong lưu vực NL – TN do hệ thống tiêu thoát nước đã được thiết kế và xây dựng qua nhiều giai đoạn nên không đồng bộ

3

Nhiều đoạn cống có thời gian sử dụng quá lâu lại không được duy tu, bão dưỡng, nạo vét thường xuyên cho nên khi có mưa (dù mưa vừa) cũng đã gây ngập úng Hơn nữa, quá trình đô thị hoá thành phố đã làm giảm sự điều tiết tự nhiên của bề mặt lưu vực

Hệ thống thoát nước phát triển không theo kịp sự phát triển cơ sở hạ tầng; phần lớn diện tích bề mặt được bê tông hoá, khi mưa xuống, hầu như toàn bộ mưa đều tập trung thành dòng chảy nhanh hơn, cũng như nước mưa không thể thấm xuống đất để giảm bớt lượng dòng chảy tập trung

Trước tầm quan trọng và ý nghĩa của vấn đề phòng chống, giảm nhẹ thiệt hại

do ngập úng đô thị Cần phải tìm ra nguyên nhân và các nút thắt của hệ thống tiêu thoát nước, từ đó đưa ra các giải pháp ứng phó cụ thể Tạo tiền đề và cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo góp phần giúp cải thiện cho tình trạng ngập úng đô thị

hiện nay được giải quyết triệt để và tối ưu Chính vì những lí do trên việc “Ứng dụng

mô hình thủy văn đô thị đánh giá giải pháp thiết kế bền vững (LID) cho thoát nước đô thị Nhiêu Lộc – Thị Nghè” là cấp thiết

2 Mục tiên nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu mô hình thủy văn đô thị hai chiều đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước lưu vực NL – TN và các kịch bản thiết kế bền vững hệ thống bao gồm:

- Tìm hiểu và thu thập số liệu thực tế về hệ thống thoát nước và tình hình ngập lụt đô thị của lưu vực NL – TN

- Làm chủ mô hình thủy văn đô thị Mike Urban, thiết lập và hiệu chỉnh kiểm định mô hình với lưu vực NL – TN

- Xây dựng các kịch bản thiết kế hệ thống thoát nước đô thị theo hướng bền vững (LID)

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa, phân tích và tổng hợp số liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu hiện có liên quan như điều kiện khí hậu tự nhiên, kinh tế - xã hội, số liệu quan trắc tại các trạm trên lưu vực nghiên cứu Thu thập, sử dụng các tài liệu quy hoạch, thiết kế hệ thống thoát nước của lưu vực NL – TN Tham khảo và kế thừa các tài liệu,

Phương pháp viễn thám và GIS: Xử lý lớp thảm phủ và các thông số bề mặt của thành phố, ứng dụng trong việc thiết kế xanh đô thị, các thông tin tiếp nhận từ ảnh vệ tinh, radar sẽ được đưa vào trong nghiên cứu để nâng cao độ chính xác cũng như các tính năng khác của mô hình thủy văn đô thị Xây dựng các bản đồ từ kết quả tính toán ngập lụt cho khu vực nghiên cứu từ đó đưa ra hướng giải quyết

4 Nội dung nghiên cứu

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, nội dung luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu

- Chương 2: Phương pháp tiếp cận và lý thuyết mô hình

- Chương 3: Ứng dụng mô hình Mike Urban mô phỏng hiện trạng và các kịch bản phát triển bền vững (LID) cho lưu vực NL – TN

- 10°49'37" vĩ độ bắc và 106°38'01" - 106°43'37" kinh độ đông thuộc địa bàn của 07 quận (quận 1, 3, 10, Phú Nhuận, Tân Bình, Gò Vấp và Bình Thạnh) (Hình 1.1) Nhiệt

độ trung bình cả năm 270C, nhiệt độ bình quân hàng tháng chênh nhau không đáng

kể Nhiệt độ cao nhất vào tháng IV, thấp nhất vào tháng XII, I Đây là khu vực có mật độ đô thị hóa cao, dân số sinh sống trong lưu vực khoảng trên 1,2 triệu người

Hình 1.1 Bản đồ hành chính lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè

6

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng

Lưu vực NL – TN có dạng địa hình lòng chảo, độc lập với các lưu vực khác,

ở giữa lưu vực là kênh NL – TN, là trục tiêu chính của lưu vực chảy ra sông Sài Gòn (SG) (Hình 1.2)

Khi chưa nạo vét, ở đầu nguồn kênh chỉ rộng từ 3 – 5m, nhưng đến gần cửa tiếp giáp sông SG chiều rộng kênh mở ra từ 60 – 80m Mặc dù có chiều dài khá lớn nhưng độ chênh lệch mực nước từ đầu nguồn đến cuối nguồn khá thấp chỉ khoảng 1m Mặt khác, dòng kênh lại có nhiều uốn khúc từ đoạn cầu Lê văn Sỹ đến Cầu Bông nên mức độ chuyển tải ra sông SG rất kém Hơn nữa, nạn lấn chiếm lòng kênh trong quá trình phát triển đô thị do thiếu quy hoạch của các căn nhà ổ chuột, thải các loại phân, rác, xác súc vật làm nguồn nước bị ô nhiễm và co hẹp dòng chảy Ngoài ra kênh

NL – TN còn chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của biển Đông nên nước thải chưa kịp thoát ra lại bị thủy triều đưa vào làm bồi lắng lòng kênh và cống xả gây khó khăn cho việc thoát nước Hiện nay toàn bộ tuyến kênh đã được đầu tư nạo vét và xây dựng tuyến kè dọc 2 bên bờ đảm bảo tiêu thoát nước trục chính và giải quyết ô nhiễm [15]

Hình 1.2 Địa hình lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

7

Theo bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 cho thấy cao độ cao nhất lên tới +8,00 m ở vùng Tây - Tây Bắc và vùng trũng thấp có cao trình <1,30 m tập trung ở rạch Cầu Bông và rạch Văn Thánh là khu vực mà hiện nay thường xuyên bị ngập khi có triều cường Khu vực có cao độ nhỏ hơn +1.5 m tập trung chủ yếu ở lưu vực rạch Cầu Bông, Cầu Sơn, Văn Thánh thuộc quận Bình Thạnh là các khu vực mà hiện nay thường xuyên bị ngập khi có triều cường Phân bố địa hình lưu vực NL - TN theo cao trình mặt đất tự nhiên được thể hiện ở (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Phân bố địa hình lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè STT Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)

Nhiệt độ không khí trung bình năm là 27oC Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối là

40oC, nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối là 13,8oC (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Các đặc trưng nhiệt độ

(Báo cáo Quy hoạch chống ngập TP HCM) [1]

Nhiệt độ o C I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

TB 25,7 26,6 27,8 28,9 28,2 27,4 27,0 27,0 26,7 26,6 26,3 25,7 27,0

TB max 31,6 32,9 34,0 34,6 33,4 32,2 31,4 31,5 31,2 31,0 30,9 30,7 32,1

TB min 21,0 21,9 23,5 24,9 24,7 24,1 23,9 24,0 23,8 23,6 22,8 21,6 23,3 Max t/đối 36,4 38,7 39,4 40,0 39,0 37,5 34,6 34,9 35,3 34,6 35,0 36,3 40,0 Min t/đối 13,8 16,0 17,4 20,0 21,1 20,4 19,4 20,0 20,8 19,8 14,3 13,9 13,8

Lặng gió (%)

Vmax (%)

Hướng gió Vmax Năm có Vmax

Trong mùa gió Đông Bắc, hướng gió vào thời kỳ đầu mùa tháng XI đến tháng

I chủ yếu là Bắc và vào thời kỳ sau là Đông Nam Trong mùa gió Tây Nam, hướng gió trong năm từ Tây Tây Nam đến Tây Nam

* Mưa

Lượng mưa năm và tháng phân bố không đều Mùa mưa ngắn, độ biến động lớn Lượng mưa năm bình quân tại Nhà Bè là 1.500mm, tại Tân Sơn Nhất 1.850mm Biến trình mưa thường có 2 đỉnh: đỉnh thứ nhất rơi vào tháng VI, VII; đỉnh thứ hai rơi vào tháng IX hoặc X Trong mùa mưa, lượng mưa chiếm 85% tổng lượng mưa năm

Từ tài liệu đo mưa giờ trong thời gian 50 năm của Trạm khí tượng Tân Sơn Nhất, tính toán được mô hình mưa thời đoạn 3 giờ (Bảng 1.3)

1.1.4 Mạng lưới sông rạch

10

Kênh NL - TN xuất phát từ khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, chảy qua các quận như Tân Bình, Phú Nhuận, Gò Vấp, Quận 10, Quận 3, Quận 1 và Quận Bình Thạnh rồi đổ ra sông Sài Gòn tại xưởng đóng tàu Ba Son Chiều dài dòng chính của kênh là 9.470m và các nhánh có chiều dài tổng cộng 8.716m (Hình 1.1 và Hình 1.3)

Hình 1.3 Các vị trí quan trắc trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống kênh NL - TN còn có các rạch nhánh:

- Rạch Văn Thánh dài 2.200m nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh đã bị bồi lấp nhiều

và không còn kết nối với sông SG, giảm khả năng giao thông thủy và tiêu thoát nước

- Rạch Cầu Sơn – Cầu Bông dài 3.950m cũng nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh thông với rạch Văn Thánh, tuyến rạch này hiện nay cũng bị bồi lấp nhiều Nhánh kết nối với sông SG có hai cống ngăn triều Bình Lợi và Bình Triệu, còn nhánh kết nối với rạch Vàm Thuật có cống ngăn triều rạch Lăng

- Rạch Bùi Hữu Nghĩa là một tuyến rạch nhỏ chạy dọc theo đường Bùi Hữu Nghĩa thuộc địa bàn quận Bình Thạnh

- Rạch Phan Văn Hân nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh hầu như đã bị lấp kín

- Rạch Ông Tiêu trong khu quy hoạch Miếu Nổi thuộc quận Bình Thạnh

- Rạch Miếu Nổi nằm trong khu quy hoạch Miếu Nổi thuộc quận Phú Nhuận

12

* Lũ

Theo Báo cáo Quy hoạch Thuỷ lợi Chống ngập úng Khu vực TP HCM do Viện KHTLMN lập tháng 08 – 2008 [2], thì mực nước tại trạm Phú An có thể lên đến +1,87 m đến +1,92 m khi kể đến mực nước dâng do bão cấp 11 kết hợp triều cường

và có lũ lớn ở thượng nguồn

* Khả năng xuất hiện mưa kết hợp triều cường

Từ tài liệu đo mưa tại trạm Tân Sơn Nhất và triều tại trạm Phú An trong 10 năm thời kỳ 1999 – 2008, thống kê các trận mưa 3 giờ có vũ lượng lớn hơn 83 mm

và đỉnh triều cao hơn 130 cm với thời gian lệch pha so với đỉnh mưa không quá 3 giờ cho kết quả nêu trong bảng 1.6 như sau:

Bảng 1.6 Mưa 3 giờ hơn 83mm và đỉnh triều hơn 130 cm thời kỳ 1999 – 2008

Năm Số trận mưa có

X  83 mm

Số lần đỉnh triều Hmax  130 cm

13

+1,50m) Điều này cho thấy tần suất ngập xảy ra mưa lớn gặp triều cường nhỏ hơn rất nhiều so với tần suất xuất hiện độc lập của mưa hoặc triều

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Nơi đây tập trung dân cư với mật độ cao (361 người/ha), bao gồm 2 khu vực chính:

- Khu dân cư quy hoạch (Quận 1, Quận 3 và một phần quận Phú Nhuận, quận Tân Bình, quận Bình Thạnh sát dọc kênh): khu đô thị có các đặc trưng mật độ đường giao thông cao, tương đối có quy hoạch, cơ sở hạ tầng tương đối đầy đủ

- Khu dân cư tự phát: được hình thành do làn sóng dân nhập cư từ nông thôn đổ về

do có tính chất tự phát nên cơ sở hạ tầng phát triển kém không đáp ứng các tiêu chuẩn

đô thị Đây là một trong những nguồn tác động nhiều đến chất lượng môi trường nói chung và nguồn nước kênh rạch nói riêng

Kênh NL – TN bị ảnh hưởng trực tiếp bởi đời sống hoạt động ở đây:

- Quận 1: Quận 1 là nơi trung tâm của TP, tập trung các hoạt động văn hoá du lịch, thương mại, giáo dục là chủ yếu Đây là khu vực có cơ sở hạ tầng khá hoàn chỉnh trên địa bàn TP, ven Kênh Thị Nghè chủ yếu là các hộ dân sinh sống và kinh doanh theo mô hình cá thể nhỏ, không có doanh nghiệp lớn

- Quận Bình Thạnh: là một quận nội thành nằm về phía Đông Bắc, là vị trí cửa ngõ của TP, là vùng đất có một vị trí chiến lược quan trọng Quận Bình Thạnh được xem

là một nút giao thông quan trọng của TP HCM bởi vì Bình Thạnh là điểm đầu mối gặp gỡ các quốc lộ: Quốc lộ 1, Quốc lộ 13 Đây chính là cửa ngõ đón con tàu thống nhất Bắc Nam qua cầu Bình Lợi vào ga Hòa Hưng và có Bến xe khách Miền Đông Hoạt động kinh tế Bình Thạnh chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp, thương nghiệp – dịch vụ – du lịch

Theo số liệu thống kê hiện nay thì dân số trên lưu vực kênh NL – TN có hơn 1.200.000 nhân khẩu cư trú chiếm 30,7 % dân số nội thành; mật độ dân số toàn khu

là 361 người/ha và phân bố không đồng đều Số người sống ở ven kênh chủ yếu là tạm cư không có hộ khẩu chính thức do là dân nhập cư từ vùng kinh tế mới hoặc dân từ địa phương khác đổ về sinh sống

14

Công trình dân dụng, nhà ở hiện nay đa số có chất lượng rất thấp hơn 65% là nhà cấp 3; cấp 4; phần còn lại là biệt thự và các căn phố cấp 2 Tầng cao trung bình toàn khu là 1,4 tầng Bình quân diện tích nhà trên đầu người khoảng 8,2 m2/người nhưng trên thực tế chỉ 5 – 30% diện tích dành cho các hoạt động thương mại; dịch vụ nên chỉ tiêu sàn chỉ có 5,8 m2/người [2]

Hiện trạng sản xuất công nghiệp: có nhiều loại hình sản xuất công nghiệp đa dạng, nhưng không mang tính tập trung cao thường nằm xen kẽ trong dân cư nên ảnh hưởng đến môi trường Nguyên liệu và sản phẩm khá đa dạng Trình độ sản xuất từ hiện đại đến thô sơ Có thể liệt kê một số doanh nghiệp hoạt động tại khu vực như: ngành dệt nhuộm, công nghiệp thực phẩm, hóa học, cơ khí… Hầu hết các cơ sở sản xuất này đều chưa có hệ thống xử lý nước thải hoặc đã có trang bị nhưng chưa hoàn chỉnh, thuộc diện phải di dời do ô nhiễm môi trường Đây chính là nguồn gây ô nhiễm lớn cho lưu vực kênh

1.3 Tổng quan về hiện trạng thoát nước lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè

1.3.1 Hệ thống thoát nước của lưu vực

Đối với kênh NL - TN, những vấn đề nóng bỏng mà hàng năm đang cần giải quyết triệt để là vấn đề ngập úng, ô nhiễm trầm trọng sông của lưu vực NL - TN, và làm cho chất lượng của người dân xung dân bị ảnh hưởng không hề nhỏ Đây cũng

là vấn đề của dự án cần phải giải quyết được

Kênh NL - TN và các lưu chi (rạch Miễu, rạch ông Buông, rạch Văn Thánh)

có chiều dài rạch chính khoảng 9.500 m, các chi lưu có chiều dài 8.700m, tổng chiều dài trên 18.000m chảy xuyên suốt TP tiếp nhận nước thải từ quận Phú Nhuận, quận

3, quận Tân Bình, quận Bình Thạnh và một phần quận Gò Vấp Chiều rộng kênh thay đổi từ NL - TN là 10 – 20 – 30 m Diện tích mặt nước khoảng 10 ha Khối lượng nước

về mùa cạn lúc chân triều khoảng 700.000 m3 Kênh cũng chịu ảnh hưởng chế độ thủy triều sông SG nên cũng thay đổi hai lần trong ngày Nhưng do kênh có chiều dài ngắn, lòng kênh nông hẹp, uốn khúc, bị lấn chiếm nhiều nên ảnh hưởng của thủy triều suy giảm nhanh dọc theo kênh Khi triều đã rút hết ở sông SG thì mực nước ở đầu nguồn Nhiêu Lộc vẫn cao hơn bình thường

15

Hạ tầng thoát trong lưu vực đã được đầu tư hoàn chỉnh thông qua dự án cải thiện vệ sinh môi trường do Ngân hàng Thế giới (WB) tài trợ Tuy nhiên, thời gian gần đây đã có hiện tượng tái ngập tại một số khu vực cục bộ Nguyên nhân tái ngập được nhận định là do xảy ra những trận mưa vượt tần suất thiết kế và sự gia tăng dòng chảy tràn vượt quá ngưỡng thiết kế do gia tăng diện tích bề mặt không thấm quá mức cho phép Trong đó, tốc độ đô thị hóa quá nhanh, địa hình của lưu vực đã thay đổi rất nhiều Tình trạng san lấp các ao hồ, kênh rạch để xây dựng đã gây ra tình trạng ngập úng cho lưu vực Việc nâng cao một số trục đường trong những năm gần đây cũng gây nên những khó khăn cho vấn đề tiêu thoát nước

1.3.2 Tình hình ngập lụt và nguyên nhân gây ngập lụt cho lưu vực

* Tình trạng ngập lụt NL – TN

Lưu vực NL - TN rộng khoảng 33,93 km2; trong đó khoảng 1.450 ha dân cư đông đúc với khoảng 1,2 triệu dân (ước tính tính từ số liệu của CDM) Kinh tế chủ yếu là thương mại dịch vụ và sản xuất thủ công mỹ nghệ, không có sản xuất công nghiệp

Do kênh NL - TN có lượng kênh nhỏ hẹp, nông, bị lấn chiếm và ảnh hưởng của chất thải nên đã cản trở đến dòng kênh, mặt khác do cao độ địa hình thay đổi nhanh ảnh hưởng của thủy triều suy giảm mạnh nên nước lắng đọng gây ô nhiễm trong lòng kênh

16

Hình 1.4 Mô hình hình thành dòng chảy trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

Hình 1.5 Ngập khi mưa lớn trên tuyến đường Nguyễn Hữu Cảnh quận Bình Thạnh

Ghi chú:

Nguồn từ nước mưa Thủy triều và dòng triều Nguồn nước từ nước thải

Bảng 1.7 Khu vực bị ảnh hưởng ngập thường xuyên trong lưu vực NLTN

18

* Nguyên nhân gây ngập lụt lưu vực NL – TN

Đô thị hóa:

Hình 1.7 Khu đô thị mới được xây dựng trên khu đất đầm lầy

- Quá trình đô thị hoá hiện đang diễn ra rộng khắp, phần lớn theo Quy hoạch tổng thể

đã được phê duyệt, song do quá trình diễn ra nhanh chóng, trong điều kiện tự nhiên phức tạp, nhất là trước những diễn biến bất lợi như mực nước trong sông rạch dâng cao do tác động của con người trên lưu vực làm cho thành phố bị úng ngập nghiêm trọng không chỉ ở các khu vực vùng cao như quận Thủ Đức, quận Gò Vấp, quận Tân Phú, quận Tân Bình, quận 12,… mà còn diễn ra tại các khu vực trũng thấp, chịu ảnh hưởng của thủy triều như khu vực Nam Sài Gòn, huyện Nhà Bè, quận 9,… Các khu vực đầm lầy, trũng thấp của thành phố đã và đang bị san lấp phục vụ cho sự phát triển kinh tế xã hội của TP

- Hiện nay có rất nhiều dự án khu đô thị mới với quy mô từ vài chục ha đến vài trăm

ha đang được triển khai Các kênh rạch tự nhiên trong khu vực đang bị san lấp để phục vụ cho những dự án hạ tầng đô thị Để giải quyết vấn đề thoát nước mưa, các

hệ thống cống thoát nước mưa bằng bê tông cốt thép đang được xây dựng

19

Hình 1.8 Một dự án thi công hệ thống thoát nước nhân tạo

- San lấp, lấn chiếm kênh rạch tự nhiên gây ra những hệ quả to lớn đối với môi trường sinh thái Diện tích mặt nước bị thu hẹp, các chủng loại sinh vật bị hủy diệt,… Ngoài

ra, vấn đề san lấp kênh rạch còn dẫn đến những hậu quả khó lường về khả năng xảy

ra ngập lụt tại khu vực này Các hệ thống thoát nước nhân tạo được xây dựng khó có khả năng thay thế cho hệ thống kênh rạch đã bị san lấp, trong khi đó chi phí đầu tư xây dựng những hệ thống này là rất lớn

Nước biển dâng: TP HCM chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều xâm nhập từ Biển Đông thông qua hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai và sông Vàm Cỏ Đông Với điều kiện địa hình thấp (gần 63% diện tích có cao độ tự nhiên < +1,5m), việc xâm nhập triều từ sông Sài Gòn qua hướng sông Lòng Tàu, Soài Rạp và từ sông Vàm

Cỏ qua hướng sông Vàm Cỏ Đông, thành phố sẽ bị ngập những vị trí có cao trình thấp hơn đỉnh triều nếu không có biện pháp bảo vệ

Lũ thượng nguồn:

- Những diễn biến của dòng chảy các sông trong vùng cho thấy lũ lụt đã xảy ra liên tục: 1978, 1984, 1991, 1996, 1999, 2000 Triều cao bất thường, nước dâng do gió bão

20

cũng xảy ra liên tục (1997, 1999, 2000, 2002, 2003, 2004, 2006, 2007 và liên tục từ năm 2008 đến nay) Năm 2019 là năm có mức nước triều cường cao nhất trong 50 năm trở lại đây (+1.77 - tại trạm thủy văn Phú An)

- Trong bối cảnh đó nhờ có các công trình thượng lưu (Trị An, Dầu Tiếng) lượng lũ tháo xuống hạ du đã giảm đi đáng kể: Trong trận lũ lịch sử năm 2000 Trị An chỉ xả xuống hạ du 2.000 m3/s, Dầu Tiếng chỉ xả 600 m3/s (nhỏ hơn nhiều so với lưu lượng nước đến tự nhiên) Nếu việc kiểm soát lũ đã được đặt ra song song với việc khai thác lợi ích nguồn nước và bảo vệ an toàn công trình, thì việc kiểm soát triều chống ngập chưa được quan tâm (nếu có ở một vài nơi thì thuần túy chỉ mới là những công trình

Sụt lún đất: Phần lớn diện tích của TP nằm trên nền đất yếu có chiều dày từ 15m đến hơn 30m Do quá trình khai thác nước ngầm dẫn đến mực nước ngầm bị hạ thấp cùng với các hoạt động xây dựng trong quá trình đô thị hóa làm tăng tải trọng tác dụng lên nền đất yếu dẫn đến mặt đất nhiều nơi trong thành phố đang bị lún từ 10 mm/năm đến hơn 30mm/năm Theo kết quả tính toán của Liên danh Tư vấn quốc tế Deltares-Royal Haskoning trong Báo cáo dự án quản lý chống ngập TP HCM, với mức độ khai thác nước ngầm như hiện nay thì đến năm 2050 có nhiều nơi mặt đất sẽ

bị lún thêm từ 0,5 đến hơn 1 m (hình dưới) Với địa hình trũng thấp như đã nêu, cùng

có điều kiện thay thế, cùng với ý thức của người dân còn hạn chế và quản lý còn lỏng lẻo nên nhiều nơi bị lấn chiếm, san lấp trái phép và tình trạng xả rác ra kênh rạch, cửa

xả vẫn còn phổ biến làm thu hẹp dòng chảy, tắc nghẽn hệ thống cống, miệng cửa xả

1.4 Tổng quan thoát nước bền vững – LID (Low Impact Development)

Gần đây, do ảnh hưởng của BĐKH, các trận mưa xảy ra với cường độ và tần suất ngày càng lớn hơn Các hệ thống thoát nước mưa hiện có được thiết kế trên cơ

sở chuỗi số liệu mưa đã xảy ra trong quá khứ chưa xét đến ảnh hưởng của BĐKH Vì vậy, dòng chảy tập trung vào hệ thoát nước vượt quá năng lực thiết kế gây hiện tượng ngập lụt trong đô thị

Để giảm thiểu ảnh hưởng của BĐKH đến ngập lụt trong đô thị, một số nước trên thế giới đã sử dụng các giải pháp thoát nước bền vững (LID) trên các tiểu lưu vực nhằm kéo dài thời gian tập trung dòng chảy và giảm lưu lượng đỉnh vào hệ thống thoát nước Theo đó, nước mưa sẽ được dẫn vào các công trình để trữ, thấm xuống các lớp đất phía dưới hoặc làm chậm dòng chảy trước khi chảy vào hệ thống thoát nước

Thoát nước bền vững là mô hình thoát nước sử dụng cách tiếp cận tự nhiên hoặc mô phỏng tự nhiên để kiểm soát làm giảm ngập lụt, đồng thời giảm thiểu nguy

cơ ô nhiễm, tối ưu hóa lợi ích và giảm thiểu những tác động tiêu cực của dòng chảy đến các khu vực phát triển đô thị

Bảng 1.8 Các tiêu chí thiết kế quy hoạch hệ thống thoát nước bền vững

Dòng chảy - Sử dụng dòng chảy nước mặt như một nguồn tài nguyên

- Hỗ trợ quản lý rủi ro về ngập lụt

22

- Bảo vệ hình thái tự nhiên và sinh thái học nguồn nước mặt

- Bảo tồn và bảo vệ các hệ thống thủy văn tự nhiên

- Kiểm soát hiệu quả thoát nước khu vực phát triển đô thị

- Tính thích ứng để ứng phó với tác động của BĐKH và nước biển dâng

Chất lượng nước

- Hỗ trợ quản lý chất lượng nước của các nguồn nước

- Khả năng phục hồi của hệ thống để đối phó với thay đổi trong tương lai

Tiện ích đô thị

- Khả năng sử dụng đa chức năng của các thành phần trong hệ thống thoát nước bền vững

- Đóng góp vào mỹ quan đô thị

- Cung cấp hệ thống quản lý nước mặt an toàn

- Hỗ trợ phát triển khả năng chống chịu/ khả năng thích ứng với ảnh hưởng thiên tai, BĐKH và nước biển dâng

- Tăng cường khả năng hỗ trợ cho các hoạt động cộng đồng

Đa dạng sinh học

- Hỗ trợ, bảo vệ, tạo dựng và kết nối môi trường sống tự nhiên

- Tăng cường và phục hồi mục tiêu đa dạng sinh học

- Tạo ra các hệ sinh thái đa dạng, bền vững…có khả năng phục hồi trước các ảnh hưởng thiên tai, BĐKH và nước biển dâng

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Với tính linh hoạt cao, giao diện người dùng dễ sử dụng và được tích hợp với

hệ thống GIS mô hình Mike Urban có nhiều ứng dụng thiết thực trong bài toán thoát nước và cấp nước Với ứng dụng thoát nước có thể kể đến việc thiết lập mô hình hệ thống thoát nước thải và nước mưa, phân tích chất lượng nước, ước tính vận chuyển

và bồi lắng bùn cát trong hệ thống, lập kế hoạch thoát nước tổng thể cho hệ thống, tối ưu hóa và thiết kế giải pháp vận hành theo thời gian thực Với ứng dụng cấp nước

có thể đến ước tính nhu cầu tại nút cấp, dự báo sự chuyển động và vị trí các chất ô

độ dốc và kích thước các cống tiêu của John Roe Hiện nay trên thế giới, nhất là các nước đang phát triển ở Châu Á với hệ thống tiêu thoát nước chưa được hoàn thiện,

mô hình Mike Urban đã được ứng dụng để giải các bài toán tiêu thoát nước cho các thành phố và đang được áp dụng ngày càng rộng hơn

Dưới đây là một số trong nhiều đề tài ứng dụng Mike Urban trên thế giới

1 Năm 2018, Qinghua Luan và đồng nghiệp đã công bố kết quả ứng dụng mô hình Mike Urban cho tiêu thoát nước quận Lincheng, một quận miền núi thuộc tỉnh

Hà Bắc, Trung Quốc [21] Mô hình trong nghiên cứu có 120 hố ga ảnh hưởng, 3 cửa

xả và tổng cộng 121 đường ống bê tông tròn với tổng chiều dài 47738,6m; phân chia thành 122 tiểu lưu vực tập trung nước Nghiên cứu mô phỏng và kiểm định mô hình với 2 trận mưa (19/07/2016 và 06/07/2017) tại 4 hố ga với chênh lệch giữa thực đo

và tính toán trong mô phỏng và kiểm định đều dưới 1cm Kết quả tính toán với tần suất mưa lặp lại đã đánh giá được các vị trí hố ga và đường ống bị ngập, kết quả phân tích cung cấp kỹ thuật cho việc cảnh báo sớm vùng gập và xây dựng hệ thống tiêu thoát cho vùng nghiên cứu

2 Năm 2013, Daniel Castro-Fresno, Valerio Carlos Andrés-Valeri, Luis Angel Sañudo-Fontaneda and Jorge Rodriguez-Hernandez – Nhóm nghiên cứu công nghệ xây dựng (GITECO), Đại học Cantabria, Tây Ban Nha nghiên cứu “Hệ thống thoát nước bền vững tại Tây Ban Nha, tập trung vào vỉa hè thấm nước” [16] Dự án nghiên cứu SUDS đã được ứng dụng rất hiệu quả về mặt khoa học, với tổng số 13 dự

án được phát triển liên quan đến công nghệ SUDS bao gồm mái nhà sinh thái, vỉa hè thấm nước, thảm thực vật trong tường và trầm tích để thấm nước mưa Việc áp dụng

24

SUDS giúp giảm thiểu các vấn đề về dòng chảy, thay thế những con đường thông thường và đất không thấm bằng những vỉa hè dễ thấm nước nhằm kiểm soát dòng chảy và tái sử dụng nước để tưới cho các khu vực lân cận

Hình 1.9 Hình ảnh công viên La Vanguada de lasllamas khi áp dụng công nghệ

SUDS

3 Năm 2012, V Vidyapriya và Dr M Ramalingam – Học giả, Giám đốc Viện Viễn thám, Đại học Anna, Ấn Độ đã công bố kết quả ứng dụng mô hình Mike Urban cho lưu vực Jafferkhanpet trên tạp chí quốc tế về công nghệ giảm thiểu ô nhiễm [23] Lưu vực nghiên cứu có diện tích 2.94km2 nằm ở phía Nam thành phố Chennai Nghiên cứu sử dụng bộ mô hình với 146 hố ga, 4 cửa xả, 150 lưu vực tập trung nước, thời đoạn mô phỏng 7 tiếng với bước thời gian 1 phút Nghiên cứu mô phỏng và phân tích ngập với số liệu mưa tần suất lặp lại là 5, 10, 20 và 50 năm cho hệ thống cũ năm

1980 và đề xuất hệ thống mới năm 2009, đưa ra được sự thay đổi độ ngập tại các hố

ga với từng tần suất mưa lặp lại Kiểm định mô hình đã đưa ra đánh giá tại 4 vị trí với kết quả tính toán lớn hơn số liệu thực đo Nghiên cứu đã đánh giá được mức độ ngập

(a) Công viên La

Vaguada de las llamas

(b) Bãi đậu xe thử

nghiệm Pervious Pavement

(c) Đất ngập nước

nhân tạo

25

tại lưu vực nghiên cứu nhưng vẫn còn thiếu đáng kể số liệu thực đo để mô phỏng và kiểm định

4 Năm 2001, Ole Mark và đồng nghiệp tại Viện Kỹ thuật Châu Á đã công bố

đề tài Mô hình hóa lũ đô thị ở thành phố Dhaka, Bangladesh [20] Nghiên cứu sử dụng mô hình Mouse cho 2 hệ thống cơ bản mô tả dồng chảy tràn tự do bề mặt và hệ thống cống với dữ liệu DEM 5m, tính toán cho trận lũ 1996 và hiện tại cho kết quả tính độ ngập tại vị trí Shantinagar đạt 55cm kéo dài tầm 16 giờ Phân tích lý do ngập đưa ra là sự quá tải của ống cống và hồ ga hạ lưu hệ thống Nghiên cứu đã đánh giá được mức độ ngập và thời gian ngập tại các vị trí của hệ thống hiện tại và hệ thống

đã áp dụng biện pháp tăng cường

Dưới đây là một số nghiên cứu về ngập lụt ở Việt Nam

1. Năm 2021, TS Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Thị Liên đã trình bày nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE URBAN với cách tiếp cận tính toán mô phỏng 2 chiều cho thành phố Hà Tĩnh nhằm xác định những nguyên nhân cụ thể của ngập lụt Phía Tây thành phố là hồ Kẻ Gỗ, phía Đông thành phố bao quanh bởi hệ thống đê sông Nghèn và sông Rào Cái, phía Tây của thành phố có đường quốc lộ số 1A, đường tránh thành phố và kênh dẫn nước tưới tiêu từ hồ Kẻ Gỗ về tạo thành hệ thống đê bao thứ hai, do đó nên khi hồ Kẻ Gỗ xả lũ vào mùa mưa ở phía Tây kết hợp với triều cường lên ở phía Đông thành phố phải đóng hệ thống ngăn chiều sẽ dẫn đến hiện tượng ngập úng nội đồng bên trong thành phố Toàn bộ hệ thống thoát nước được đưa vào trong mô hình tạo thành 322 đoạn cống tròn, 618 đoạn cống hộp và 31 đoạn kênh hở; hệ thống các hố ga, hồ điều hòa, cửa xả được mô phỏng gồm 838 hố ga dọc

và kiểm định mô hình cho thấy bộ thông số thủy văn, thủy lực 1 chiều, 2 chiều của

mô hình và tài liệu địa hình đã được xử lý là phù hợp, có thể sử dụng [11]

2 “Đánh giá ảnh hưởng của mưa, triều đến tình hình ngập và biện pháp thoát

nước mưa đô thị khu vực TP Hồ Chí Minh” – Trương Văn Hiếu – Tuyển tập báo cáo

Hội thảo khoa học lần thứ 10 – Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Nghiên cứu đã nhận dạng, phân tích và định lượng ảnh hưởng của mưa, triều trên cơ sở đặc điểm của từng yếu tố và tổ hợp của chúng vào dòng chảy đô thị với ứng dụng các mô hình toán trong mô phỏng và GIS Đồng thời kết hợp các biện pháp công trình có khả năng đưa vào để khắc phục tác động do ảnh hưởng của mưa, triều nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển đô thị Các kết quả về thủy lực theo các phương án cho thấy hệ kênh rạch ở TP.HCM, không đáp ứng được yêu cầu thoát nước đô thị, nên sẽ có hiện tượng tràn bở dọc theo các kênh ở các vùng giáp nước hoặc cuối kênh Kết quả nghiên cứu cho thấy cần áp dụng mô hình để mô phỏng mối quan hệ mưa – dòng chảy đô thị trong khu vực, với thời đoạn tính toán Δt < 15 phút, do điều kiện đặc thù của khu vực, mới đủ cơ sở để lựa chọn biện pháp và giải pháp thoát nước mưa Tỷ lệ diện tích ngập cần duy trì đối với khu vực thấp trũng là vấn đề cần dặt ra trong quá trình đô thị hóa hiện nay, đây là vấn đề lớn cần có sự quan tâm đúng mức nhất là trong giai đoạn quy hoạch và lập dự án [10]

3 Năm 2016, Nguyễn Quang Bình và các đồng nghiệp, Đại học Bách khoa

Đà Nẵng, đã ứng dụng mô hình Mike Urban đánh giá hệ thống thoát nước mưa của quận Cẩm Lệ (33,76km2 ); thành phố Đà Nẵng [3] Mô hình trong nghiên cứu bao gồm 98 hố ga; 5 cửa ra; 1 hồ điều hòa và 101 đường ống Mô hình hiệu chỉnh với trận mưa ngày 07/11/2011 và tính toán với các trận mưa lớn (2008), trận mưa trung bình

27

(2007) và trận mưa nhỏ (2006) Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại 2 nút có số liệu quan trắc với chỉ số Nash đạt 0,825 và 0,918, sử dụng thông số (hệ số nhám Manning) áp dụng cho các khu vực còn lại đồng thời kiểm tra khả năng thoát nước ứng với các trận mưa khác nhau Nghiên cứu đã tính toán với các trận mưa lớn, trung bình và mưa nhỏ từ đó thống kê, đánh giá được các nút ngập, đã đề xuất xây dựng thêm hệ thống

hố ga và đường ống tại các vị trí ngập thống kê Tuy nhiên, nghiên cứu vẫn chưa kiểm định mô hình, chưa đánh giá các điểm ngập với mực nước chảy tràn bề mặt

4 Năm 2013, Phạm Mạnh Cổn và đồng sự, trường Đại học Quốc gia Hà Nội,

đã trình bày kết quả trận lụt lịch sử năm 2008 tại nội thành Hà Nội [4] Nghiên cứu

sử dụng mô hình Mike Flood kết nối với Mike Urban và Mike 21 Dữ liệu mô hình thiết lập với 20,7 km kênh hở; hơn 217 km cống ngầm; trên 3000 hố ga và hố thăm

Bộ mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định với kết quả tính toán tương đối phù hợp với kết quả thực đo Nghiên cứu đánh giá trận ngập lụt tại nội thành Hà Nội năm

2008, phân tích diễn biến ngập và đưa ra các giải pháp mở rộng kích thước cống, thêm các cống làm giảm đáng kể mức độ ngập tại nhiều vị trí

5 Năm 2011, GS TS Lê Sâm và đồng sự thuộc Viện KHTLMN đã hoàn thành đề tài độc lập cấp nhà nước về nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống ngập cho TP HCM [14] Đề tài đã sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực Mike 11 và Mike Mouse Mô hình Mike Mouse kết nối với hệ thống sông kênh và cống ngầm (cho khu

đô thị cũ) nhằm đưa ra giải pháp tiêu nước bổ sung bằng động lực khi mưa lớn, triều cường Nghiên cứu sử dụng tài liệu gồm bản đồ khu vực, tài liệu cống tiêu thoát nước, tài liệu sử dụng đất và bản đồ độ cao số khu vực Tính toán với số liệu mưa lớn nhất năm 2017 với tổng cường độ mưa là 107,9mm; biên mực nước tại 5 vị trí cho 2 trường hợp khi có mưa lớn và khi có triều cường Kết quả nghiên cứu đã đánh giá hiện trạng các đường ống thoát nước; đề xuất các biện pháp bổ sung nhưng chưa đưa vào tính toán và nghiên cứu chưa đưa ra được kiểm định và hiệu chỉnh mô hình với số liệu thực đo

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống công trình kiểm soát triều được xây dựng trên kênh NL – TN kết nối với mạng lưới cống tiêu và các rạch thoát nước trên địa bàn TP HCM thuộc hạ lưu sông SG – ĐN nhằm xây dựng quy trình vận hành

tự động để giải quyết tình trạng ngập úng và cải tạo môi trường trong phạm vi lưu vực NL – TN Những đặc điểm đó cùng với mục tiêu và nội dung nghiên cứu nêu trên, hướng tiếp cận sẽ là:

Tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết (tiếp cận hệ thống):

- Tổng thể lưu vực sông SG - ĐN, trực tiếp là vùng hạ lưu lưu vực và chi tiết cho lưu vực NL – TN, do đó các nghiên cứu về chế độ thủy văn, thủy lực, dòng chảy, chất lượng nước, phát triển kinh tế, BĐKH, trên lưu vực sông SG – ĐN sẽ được xem xét

- Tổng thể về dòng chảy, chất lượng nước: xem xét dòng chảy và môi trường theo số liệu quan trắc nhiều năm và chi tiết cho các mùa lũ kiệt riêng biệt

Cách tiếp cận toàn diện: xem xét đầy đủ các vấn đề phát triển khi nghiên cứu

đề tài, bao gồm kinh tế, xã hội, môi trường sinh thái

Cách tiếp cận tổng hợp: khi xây dựng các phương án điều hành công trình sẽ theo tiêu chí tổng hợp, hài hòa các yếu tố về chống ngập – cải thiện môi trường – đảm bảo giao thông thủy

Cách tiếp cận theo hướng phát triển bền vững: các phương án điều hành công trình được xây dựng đòi hỏi giải quyết một cách hợp lý, hài hòa các vấn đề thuộc 3

hệ thống: hệ thống kinh tế, hệ thống chính trị - xã hội và hệ thống tự nhiên môi trường, nhằm thỏa mãn các nhu cầu phát triển hiện tại nhưng không làm hạn chế tiềm năng

để đáp ứng các nhu cầu phát triển trong tương lai

29

Kế thừa các công trình nghiên cứu đã có, nhất là các công trình nghiên cứu về xây dựng quy trình vận hành hệ thống công trình thủy lợi đã thực hiện trong thời gian gần đây của các cơ quan như: Viện KHTLMN, VQHTLMN, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM, Đại học Thủy lợi và các nghiên cứu thuộc lưu vực sông SG - ĐN

Kế thừa các nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành của các hệ thống thủy lợi lớn như: Hệ thống thủy lợi Dầu Tiếng và Hệ thống Thủy lợi Nam Măng Thít (Viện KHTLMN), Hệ thống thủy lợi Ô Môn – Xà No (Trường Đại học Thủy lợi), Hệ thống thủy lợi Quản Lộ - Phụng Hiệp (VQHTLMN), Hệ thống công trình thủy lợi sông Nhuệ

Phối hợp với các nghiên cứu đang tiến hành nhằm tăng cường tiềm lực và tiết kiệm kinh phí nghiên cứu Trong đó, sẽ phối hợp, tận dụng tối đa các kết quả nghiên cứu của các đề tài liên quan như: “Nghiên cứu lập quy trình điều hành hệ thống liên

hồ chứa trên lưu vực sông SG – ĐN nhằm chống ngập úng cho TP HCM”; “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống công trình chống ngập úng khu vực TP HCM đến môi trường và đề xuất giải pháp phát huy và giảm thiểu”; “Nghiên cứu lập quy trình điều hành hệ thống công trình chống ngập úng và cải tạo môi trường cho khu vực TP HCM”

Ứng dụng các công nghệ hiện đại trong nghiên cứu như: công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin, các mô hình hiện đại có uy tín trên thế giới

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa, phân tích và tổng hợp số liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu hiện có liên quan như điều kiện khí hậu tự nhiên, kinh tế - xã hội, số liệu quan trắc tại các trạm trên lưu vực nghiên cứu Thu thập, sử dụng các tài liệu quy hoạch, thiết kế hệ thống thoát nước của lưu vực NL - TN Tham khảo và kế thừa các tài liệu, kết quả của các nghiên cứu đã tiến hành trong khu vực được công bố trên các tạp chí, báo cáo, Internet

Phương pháp mô hình hóa: dựa trên các số liệu thu thập được, tiến hành mô hình hóa hệ thống lưu vực và hệ thống thoát nước của lưu vực NL - TN, qua đó kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế thoát nước thành phố