Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho vùng hỗn hợp nông nghiệp đô thị

Vai trò chủ yếu của hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa là trữ nước mưa làm giảm ngập úng, giảm quy mô, kích thước các công trình phía sau hồ như: đường dẫn, trạm bơm, cống tiêu… N

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LƯU VĂN QUÂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ

TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HOÀ CHO VÙNG HỖN HỢP

NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LƯU VĂN QUÂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ

TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HOÀ CHO VÙNG HỖN HỢP

NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ

Chuyên ngành: Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS TS TRẦN VIẾT ỔN

HÀ NỘI, NĂM 2015

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS TS Trần Viết Ổn, sự giúp đỡ của gia đình, nhiều cá nhân và đơn vị đã cung cấp số liệu, góp ý kiến để tôi đã hoàn thành luận án này Từ đáy lòng mình, tác giả chân thành cám ơn PGS TS Trần Viết Ổn người hướng dẫn khoa học đã giúp tôi

Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên, giúp đỡ

và gửi gắm ở tôi

Cảm ơn Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi, Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên khai thác công trình thuỷ lợi Sông Nhuệ, Ban quản lý trung ương các dự án thủy lợi (CPO), Viện kỹ thuật tài nguyên nước, cùng bè bạn, đồng nghiệp đã chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thành luận án này

Hà Nội, tháng 11 năm 2015

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả tính toán trong luận án là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Lưu Văn Quân

Trang 5

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án 1

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận 3

4.1 Cách tiếp cận 3

4.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 4

6 Những đóng góp mới của luận án 5

7 Bố cục của luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA, ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU HÒA ĐẾN HỆ THỐNG TIÊU CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ 7

1.1 Chức năng của hồ điều hòa 7

1.1.1 Các khái niệm 7

1.1.2 Chức năng của hồ điều hòa 7

1.2 Tổng quan về sử dụng hồ điều hòa 9

1.2.1 Trên thế giới 9

1.2.2 Trong nước 11

1.2.3 Nhận xét 22

1.3 Tổng quan các nghiên cứu về hồ điều hòa 23

1.3.1 Trên thế giới 23

1.3.2 Trong nước 28

1.4 Nhận xét chương 31

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU 33 2.1 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu 33

2.1.1 Hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa đô thị 33

2.1.2 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu nông nghiệp 34

2.1.3 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị 35

2.1.4 Các hình thức kết nối hồ điều hòa với hệ thống kênh 36

2.2 Xây dựng bài toán xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý của hồ điều hòa 38

2.3 Phương pháp giải 38

2.3.1 Đề xuất trình tự giải bài toán 38

2.3.2 Cơ cở xác định quy mô và hình thức bố trí hồ điều hòa 41

2.3.3 Xác định quy mô công trình của các phương án 42

2.3.4 Xây dựng hàm mục tiêu, điều kiện ràng buộc 53

2.3.5 Xác định hàm mục tiêu cụ thể cho các vùng nghiên cứu 56

Trang 6

2.3.6 Ứng dụng hàm mục tiêu cho việc chọn kịch bản hợp lý 61

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HÒA CHO LƯU VỰC THOÁT NƯỚC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI 65

3.1 Chọn và mô tả vùng nghiên cứu 65

3.1.1 Chọn vùng nghiên cứu 65

3.1.2 Tóm lược một số nét chính về vùng nghiên cứu 65

3.1.3 Tóm lược quy hoạch thoát nước mưa vùng nghiên cứu 67

3.1.4 Các nhận xét về vùng nghiên cứu 68

3.2 Ứng dụng mô hình swmm 5.0 để xác định lưu lượng thiết kế hệ thống tiêu 69

3.2.1 Sơ lược về mô hình SWMM 5.0 69

3.2.2 Kết quả kiểm định mô hình SWMM 5.0 69

3.2.3 Ứng dụng mô hình SWMM 5 để xác định lưu lượng thiết kế hệ thống tiêu của lưu vực phía tây Hà Nội 73

3.2.3.1 Xây dựng các kịch bản bố trí vị trí kết nối hồ điều hòa với hệ thống kênh và quy mô hồ điều hòa 73

3.2.3.2 Kết quả tính toán 75

3.3 Xây dựng hàm mục tiêu cụ thể áp dụng cho khu vực tây Hà Nội 86

3.3.1 Hàm mục tiêu tổng quát 86

3.3.2 Xác định các thành phần trong hàm mục tiêu 87

3.3.3 Hàm mục tiêu cụ thể của khu vực phía Tây thành phố Hà Nội 95

3.3.4 Ứng dụng hàm mục tiêu để xác định phương án hợp lý hồ điều hòa cho khu vực phía Tây Hà Nội 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

I Kết quả đạt được của luận án 110

II Kiến nghị 111

III Những hạn chế của luận án 111

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

CÁC PHỤ LỤC 121

PHỤ LỤC 1: CÁC HÌNH THỨC KẾT CẤU THÔNG THƯỜNG CỦA KÊNH CẤP 3 121

PHỤ LỤC 02 KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH SWMM 122

PHỤ LỤC 03 CÁC BẢNG BIỂU ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO PHÍA TÂY HÀ NỘI 139

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thống kê diện tích hồ, tỷ lệ hồ trên diện tích đô thị tại một số đô thị

lớn 12

Bảng 3.1: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo 69

Bảng 3.2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo, 02 trận mưa kiểm định 71

Bảng 3.3 Kết quả tính toán lưu lượng với trường hợp hồ tập trung tại đầu mối 77

Bảng 3.4 Tổ hợp kết quả tính toán lưu lượng nhóm kịch bản hồ bố trí tập trung 80

Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán cho nhóm kịch bản hồ bố trí dọc kênh chính (PT1) 81

Bảng 3.6 Kết quả tính toán nhóm kịch bản hồ phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2) 82

Bảng 3.7 Kết quả tính kích thước kênh tại 02 đoạn kênh đại diện 86

Bảng 3.8 Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho đầu mối 89

Bảng 3.9 Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho kênh cấp 3 91

Bảng 3.10 Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 kênh cấp 3 91

Bảng 3.11 Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho kênh cấp 1, 2 93

Bảng 3.12 Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho hồ điều hòa 95

Bảng 1.PL2 Số liệu trận mưa 24/8/2010-28/8/2010 trạm Hà Đông 126

Bảng 2.PL2 Số liệu trận mưa 24/8/2010-28/8/2010 trạm Phủ Lý 127

Bảng 3.PL2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo 131

Bảng 4.PL2: Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 24-28/8/2010 132

Bảng 5.PL2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo, 02 trận mưa kiểm định 134

Bảng 6.PL2: Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 22-26/5/2012 135

Bảng 7.PL2 Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 17-19/8/2012 136

Bảng 01.PL3 Bảng thống kê chi phí đầu tư của một số trạm bơm 139

Bảng 2.PL3 Bảng tính thủy lực kênh cấp 3 – trường hợp sử dụng cống tròn 140

Bảng 3.PL3 Bảng tính thủy lực, giá thành kênh cấp 3 – trường hợp sử dụng cống hộp 140

Bảng 4.PL3 Bảng tính thủy lực, giá thành của kênh cấp 1 và 2 141

Bảng 5.PL3- Bảng tính kích thước HĐH, chi phí đầu tư xây dựng 142

Trang 9

Bảng 6.PL3 Các kịch bản bố trí hồ điều hòa tập trung tại đầu mối (TT) 142

Bảng 7.PL3 Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính (PT1) 144

Bảng 8a.PL3 Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2) 147

Bảng 8b.PL3 Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2) 149

Bảng 9.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho nhóm kịch bản hồ tập trung tại đầu mối (TH1) 150

Bảng 10.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản bố trí hồ tại đầu mối khác tỷ lệ diện tích với các hình thức kết cấu (TH1) 152

Bảng 11.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản tập trung tại đầu mối (TH2) 154

Bảng 12.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản tập trung tại đầu mối (TH3) 156

Bảng 13.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản bố trí hồ tại đầu mối khác tỷ lệ diện tích với các hình thức kết cấu (TH2 và TH3) 157

Bảng 14.PL3 Tổng hợp giá trị đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT1 (TH1) 160

Bảng 15.PL3 Tổng hợp giá trị đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT2 (TH1) 161

Bảng 16.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT1 với (TH2 và TH3) 162

Bảng 17.PL3 Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT2 với (TH2 và TH3) 163

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thoát nước mưa đô thị 33

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống tiêu nông nghiệp 34

Hình 2.3 Hệ thống tiêu nông nghiệp 35

Hình 2.4 Hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị 36

Hình 2.5 Sơ đồ kết nối hồ và kênh dẫn 37

Hình 2.6 Hình ảnh hồ trên kênh và hồ bên kênh 37

Hình 2.7 Sơ họa hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị 38

Hình 2.8 Sơ đồ các bước xác định phương án chọn theo phương pháp truyền thống 39

Hình 2.9 Sơ đồ các bước xác định phương án chọn theo phương pháp mới 40

Hình 2.10 Sơ họa các hình thức bố trí hồ điều hòa 41

Hình 2.11 Phương pháp xác định các kịch bản (KB) hình thức bố trí HĐH 42

Hình 2.12 Sơ đồ kết nối liên hồ 43

Hình 2.13 Sơ đồ khối tính toán thủy văn, thủy lực vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị 45

Hình 2.14 Các thành phần của hệ thống mô phỏng bởi SWMM 5 46

Hình 2.15a: Mô hình cắt ngang tiểu lưu vực (subcatchment) 47

Hình 2.15b Mô hình mưa – dòng chảy để tính Q~t từ các tiểu lưu vực (subcatchment) 48

Hình 2.16 Sơ họa dòng chảy vào và ra khỏi hồ 49

Hình 2.17 Đồ thị dòng chảy đến và đi khỏi hồ 49

Hình 2.18 Công trình tràn điều tiết nước mặt ruộng 52

Hình 2.19 Dạng đường hồi quy quan hệ Cđm~Qđm của các loại máy khác nhau 57

Hình 2.20 Mặt cắt ngang kênh cấp 1, cấp 2 kênh đất 58

Hình 2.21 Mặt cắt ngang kênh cấp 1, cấp 2 có gia cố mái đá xây 59

Hình 2.22 Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và lưu lượng kênh cấp 1, 2 59

Hình 2.23 Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và lưu lượng của kênh cấp 3 60

Hình 2.24 Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và diện tích hồ 61

Hình 2.25 Dạng đường quan hệ giữa lưu lượng và diện tích hồ 62

Hình 2.26 Dạng đường quan hệ của chi phí đầu tư xây dựng và diện tích HĐH 62

Hình 3.1 Bình đồ vùng nghiên cứu – phía Tây Hà Nội 66

Hình 3.2 Quy hoạch không gian vùng nghiên cứu tầm nhìn 2030 đến 2050 68

Hình 3.3: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo 70

Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ 70

Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 – Cống điều tiết Đồng Quan - Sông Nhuệ 70

Trang 11

Kết quả hiệu chỉnh - ngày 22-26/05/2012 - trạm Đồng Quan - Sông Nhuệ 71

Hình 3.9 Sơ đồ thủy lực vùng nghiên cứu 74

Hình 3.10 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng đầu mối và tỷ lệ HĐH 77

Hình 3.11 Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Liên Mạc khi tỷ lệ HĐH thay đổi 78

Hình 3.12 Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Yên Thái khi tỷ lệ HĐH thay đổi 78

Hình 3.13 Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Yên Nghĩa khi tỷ lệ HĐH thay đổi 79 Hình 3.14 Đồ thị đường mực nước dọc sông Nhuệ từ nút N16 đến N5 79

Hình 3.15 Đồ thị quan hệ lưu lượng đỉnh đầu mối và tỷ lệ diện tích HĐH 83

Hình 3.16 Đồ thị quan hệ tổng lưu lượng đỉnh hệ thống kênh và tỷ lệ diện tích HĐH 83

Hình 3.17 Sơ đồ vị trí tiểu lưu vực xem xét 85

Hình 3.18 Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xâydựng khu đầu mối 89

Hình 3.19 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xây dựng của kênh cấp 3 – sử dụng ống cống tròn đúc sẵn 90

Hình 3.20 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xây dựng của kênh cấp 3 – sử dụng hộp hình chữ nhật 91

Hình 3.21 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí cải tạo kênh cấp 1 và 2 92

(Ghi chú: nạo vét và gia cố mái bằng xây đá hộc trong khung BTCT – tính cho 100m) 92

Hình 3.22 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí cải tạo kênh cấp 1 và 2 93

(chỉ nạo vét – tính cho 100m) 93

Hình 3.23 Đồ thị quan hệ giữa diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của HĐH –

gia cố mái bằng lát đá 94

Hình 3.24 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng các hạng mục trong hệ thống ứng với phương án kết cấu (GTT1) 99

Hình 3.25 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của các hình thức kết cấu 100

Hình 3.26 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của các hình thức kết cấu – hồ phân tán PT1 102

Hình 3.27 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng PT2103 Hình 3.28 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng khu đầu mối 106

Trang 12

Hình 3.29 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí xây dựng hệ thống kênh

107

Hình 3.30 Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng toàn hệ thống 108

Hình 01.PL1 Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống tròn đơn 121

Hình 02.PL1 Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống tròn đôi và ba 121

Hình 03.PL1 Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống hộp 121

Hình 01.PL2 Sơ đồ thuỷ lực - Bố trí các điểm quan trắc H,Q kiểm định mô hình 128 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ 132

Hình 3.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo 133

Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 – Cống điều tiết Đồng Quan - Sông Nhuệ 133

Trang 14

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Sự bùng nổ dân số tại các đô thị và khu công nghiệp do nhu cầu của phát triển kinh tế đòi hỏi mở rộng diện tích đô thị và xây dựng khu đô thị mới Khi diện tích mở rộng của đô thị làm mất diện tích chứa nước tạm thời, kết nối hạ tầng thoát nước cho diện tích đô thị mở rộng và hạ tầng thoát nước đô thị sẵn có mang tính chắp vá nên gia tăng ngập úng Nhiều khu đô thị mới được xây dựng trên diện tích đất sản xuất nông nghiệp hoặc đất chuyên dùng đã tạo áp lực cho hệ thống tiêu do tăng nhiều về lưu lượng đỉnh

và tổng lượng nước cần tiêu (đô thị hóa làm giảm lượng nước thấm) Giải pháp toàn diện là nâng cấp hệ thống tiêu từ đầu mối đến hệ thống kênh dẫn, chuyển đổi các vùng trũng sang nuôi trồng thủy sản hoặc hồ điều hòa để điều tiết lượng nước gia tăng Trong đó, hồ điều hòa làm nhiệm vụ trữ nước mưa nhằm giảm ngập úng cho diện tích

đô thị và vùng sản xuất nông nghiệp trong lưu vực phụ trách

Vai trò chủ yếu của hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa là trữ nước mưa làm giảm ngập úng, giảm quy mô, kích thước các công trình phía sau hồ như: đường dẫn, trạm bơm, cống tiêu… Ngoài ra, hồ có nhiệm vụ trữ nước để phục vụ cho các mục đích khác nhau như tạo cảnh quan đô thị, cấp nước tưới, kết hợp nuôi trồng thủy sản,

bổ sung lượng nước ngầm, xử lý ô nhiễm môi trường nước và cải thiện vi khí hậu Hiện tượng biến đổi khí hậu làm tăng các trận mưa lớn cả về cường độ và tổng lượng khiến ngập úng xảy ra ngày càng nghiêm trọng và số lần xuất hiện nhiều hơn Trong khi đó, công tác quản lý các hồ chưa được quan tâm thích đáng nên hiện tượng lấn chiếm diện tích mặt hồ, đổ phế thải, rác thải sinh hoạt… đang diễn ra ở nhiều hồ dẫn tới giảm dung tích điều hòa nước mưa gây ra úng ngập cục bộ ở nhiều nơi làm gia tăng

ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu tới sinh hoạt và sức khoẻ của người dân

Việc xây dựng các khu đô thị mới trên đất lúa và đất chuyên dùng khác diễn ra nhanh chóng trên phạm vi toàn quốc Điều này khiến hàng trăm hệ thống tiêu trên toàn quốc ban đầu chỉ được thiết kế tiêu cho diện tích đất nông nghiệp và dân cư nông thôn thì

Trang 15

nay phải đảm nhiệm tiêu cho các khu đô thị mới xây dựng trong lưu vực hệ thống phụ trách Bên cạnh đó, một vài hệ thống tiêu được thiết kế ban đầu có nhiệm vụ thoát nước mưa cho diện tích đô thị sẵn có và vùng sản xuất nông nghiệp lân cận Những hệ thống tiêu như trên được gọi là hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị

Do nhu cầu thoát nước mưa tính trên mỗi đơn vị diện tích đô thị lớn hơn nhiều so với nhu cầu tiêu cho đất nông nghiệp, vì vậy diện tích chuyển đổi từ đất nông nghiệp sang đất đô thị càng lớn thì lượng nước cần tiêu tăng thêm càng lớn, tăng nguy cơ gây quá tải hệ thống kênh và ngập úng

Trước thực tế bức xúc về tình trạng ngập úng do mở rộng diện tích đô thị, đã có nhiều nghiên cứu, quy hoạch thoát nước mưa cho thời gian trung hạn và dài hạn nhưng diện tích hồ điều hòa được đề xuất ước lượng khác nhau giữa các đô thị và vị trí đặt hồ chủ yếu tại công trình đầu mối hoặc tận dụng các hồ tự nhiên có sẵn trên hệ thống hoặc sử dụng các hồ kết hợp tạo cảnh quan trong công viên

Trong khi đó, các nghiên cứu liên quan đến hồ điều hòa thời gian gần đây chủ yếu đề cập đến chất lượng nước, sinh thái hồ, cải tạo tăng dung tích hồ, nâng cao ý thức của người dân về việc bảo vệ hồ, tạo cảnh quan môi trường kết hợp với công viên vui chơi, giải trí… Xây dựng hồ điều hòa mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật, vì vậy cần nghiên cứu về ảnh hưởng của hồ đến các hạng mục công trình trong hệ thống tiêu về mặt lưu lượng và kinh tế để chọn hình thức bố trí và quy mô hợp lý mang tính cần thiết

Đề tài: “Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho vùng

hỗn hợp nông nghiệp-đô thị ” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp thiết lập bài toán xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị

Để đạt mục tiêu trên, luận án giải quyết các nội dung sau:

1 Tổng quan về hồ điều hòa và ảnh hưởng của chúng đến hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị trên Thế giới và Việt Nam

Trang 16

2 Phân tích cơ sở khoa học và thực tiễn mối quan hệ ảnh hưởng của hồ điều hòa đến quy mô các hạng mục trong hệ thống tiêu Xây dựng phương pháp luận cho việc lựa chọn quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho vùng hỗn hợp nông nghiệp-đô thị

3 Ứng dụng phương pháp luận đã đề xuất để nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho hệ thống tiêu khu vực phía Tây thành phố Hà Nội

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý của hồ điều hoà để giảm chi phí ĐTXD hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, áp dụng cho khu vực phía Tây TP Hà Nội

Do đó luận án giới hạn phạm vi và đối tượng nghiên cứu như sau:

Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, áp dụng

cụ thể cho hệ thống tiêu khu vực phía Tây thành phố Hà Nội

Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi nghiên cứu của luận án là quy mô và hình thức bố trí của hồ điều hòa trong

hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị

- Nghiên cứu giới hạn trong điều kiện mặt bằng, loại hình, độ dốc các tuyến kênh, vị trí, loại hình các công trình đã được xác định

- Không xét đến nước thải hay chất lượng nước

- Không xét đến các chi phí khác như: chi phí vận hành, bảo dưỡng, bảo trì của hệ thống tiêu

- Không xét các hồ nhỏ cục bộ mà chỉ nghiên cứu các hồ trên diện tích dọc các kênh chính có chức năng điều tiết nước, hình thức hồ bên kênh

- Vùng nghiên cứu ứng dụng là phía Tây thành phố Hà Nội

4 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận

4.1 Cách tiếp cận

- Tiếp cận hệ thống: nghiên cứu được thực hiện theo hướng tiếp cận một cách hệ thống từ hiện tượng (ảnh hưởng của HĐH đến chi phí đầu tư xây dựng của từng hạng

Trang 17

mục đến toàn hệ thống tiêu) đến việc xây dựng phương pháp luận và áp dụng vào thực tiễn (một hệ thống/vùng cụ thể)

- Kế thừa các công trình nghiên cứu đã có Việc kế thừa được thực hiện trên cơ sở kết quả các công trình nghiên cứu đã có Đặc biệt là việc sử dụng tài liệu thiết kế của 21 công trình trạm bơm trong khu vực để xây dựng quan hệ hồi quy giữa chi phí và lưu lượng sử dụng trong xây dựng hàm mục tiêu

4.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu tương tự Bao gồm các kết quả nghiên cứu về thoát nước đô thị, hồ điều hòa, tiêu nông nghiệp, các kết quả tính toán thiết kế các hệ thống tiêu nông nghiệp - đô thị Tổng hợp tìm hướng giải quyết cho đề tài

- Phương pháp mô hình, mô phỏng: Ứng dụng mô hình hồ chứa mặt ruộng mô phỏng phần diện tích đất nông nghiệp và kết nối với mô hình SWMM 5.0 để mô phỏng quá trình thủy văn, thủy lực diện tích đô thị và toàn hệ thống tiêu ứng với các kịch bản về quy mô và hình thức bố trí hồ điều hoà

- Phương pháp phân tích hệ thống và tối ưu hóa: Để xác định các kịch bản bố trí hồ điều hòa hợp lý về quy mô và hình thức bố trí

- Phương pháp thống kê: Sử dụng trong xây dựng hàm hồi quy, hàm mục tiêu, xử lý tính toán thủy văn

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học: Luận án cung cấp được phương pháp luận khoa học cho việc xác

định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho vùng hỗn hợp nông nghiệp -

đô thị

Ý nghĩa thực tiễn: Luận án đề xuất được tỷ lệ diện tích và hình thức bố trí hợp lý hồ

điều hoà cho khu vực phía Tây Hà Nội trong điều kiện khu vực này đang trong quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa Kết quả này có thể làm dùng tham khảo trong quy hoạch hồ điều hòa cho các khu vực phía Tây thành phố Hà Nội và các khu vực khác có điều kiện tương tự

Trang 18

6 Những đóng góp mới của luận án

1) Luận án cung cấp phương pháp khoa học thiết lập và giải bài toán xác định quy mô

và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng của hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị Phương pháp mới này gồm: Thiết lập bài toán; Xây dựng hàm mục tiêu; Xác định các thành phần trong hàm mục tiêu; Giải bài toán tối ưu; Đề xuất phương án chọn Phương pháp mới khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương pháp cũ là rất hạn chế về số lượng các phương án tính toán Do vậy phương án đề xuất hợp lý hơn rất nhiều

2) Luận án đã áp dụng thành công phương pháp mới này cho một lưu vực cụ thể - lưu vực phía Tây Hà Nội trong điều kiện lưu vực này đang trong quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa Trên cơ sở ứng dụng mô hình SWMM 5.0, luận án đã tiến hành phân tích đánh giá trên 500 trường hợp từ hồ tập trung tại công trình đầu mối đến hồ phân tán tại kênh chính và phân tán tại kênh nhánh, kết quả cho thấy: i) Đối với lưu vực này, tỷ lệ diện tích hồ điều hòa hợp lý dao động từ 2% đến 3,82% tùy thuộc vào hai yếu tố: (1) hình thức bố trí hồ tập trung tại đầu mối hay hồ bố trí phân tán trên kênh (Hồ càng phân tán thì tỷ lệ càng lớn) (2) Chi phí đền bù giải phóng mặt bằng (chi phí đền bù giải phóng mặt bằng càng lớn thì tỷ lệ diện tích hồ điều hòa càng nhỏ và ngược lại) ii) Trong cùng một tỷ lệ diện tích, hồ càng phân tán chi phí đầu tư xây dựng càng giảm và ngược lại Kết quả này (lần đầu tiên) đã chứng minh được (bằng số liệu cụ thể) tính hiệu quả của phương châm “rải nước, chôn nước” của ngành thủy lợi đề ra

Các kết quả trên đây có thể tham khảo và áp dụng cho các lưu vực tương tự khác

7 Bố cục của luận án

Luận án được trình bày trong 3 chương chính như sau:

Chương 1 Tổng quan về hồ điều hòa, ảnh hưởng của hồ điều hòa đến hệ thống tiêu

cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị

Chương 2 Phương pháp luận và công cụ nghiên cứu

Chương 3 Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho

lưu vực thoát nước phía Tây thành phố Hà Nội

Trang 20

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA, ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ

Hệ thống có nhiệm vụ tiêu đồng thời cho diện tích nông nghiệp và đô thị được gọi là

hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị Trên phạm vi cả nước, nhiều hệ thống được thiết kế ban đầu chỉ tiêu cho diện tích đất nông nghiệp sau đó chuyển sang tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị do các đô thị mới xây dựng trong lưu vực phụ trách của hệ thống Trong khi những hệ thống được thiết kế tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị thì do mở rộng đô thị khiến tỷ trọng diện tích đất đô thị ngày càng tăng và diện tích đất nông nghiệp thu hẹp lại Các hệ thống tiêu như trên trở lên quá tải, gây ngập úng do sự gia tăng quá lớn về lưu lượng và tổng lượng cần tiêu Chi phí đầu tư xây dựng gồm chi phí xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị và chi phí giải phóng mặt bằng để xây dựng một hạng mục công trình trong hệ thống hay toàn hệ thống

1.1.2 Chức năng của hồ điều hòa

Hồ điều hòa trong đô thị hoặc trong hệ thống tiêu nông nghiệp thường đồng thời thực hiện nhiều chức năng như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, trữ nước phục vụ tưới và

sử dụng nước cho mục đích khác, nuôi thủy sản, cải thiện vi khí hậu, tạo sinh thái môi trường tốt, văn hóa tín ngưỡng… Mỗi hồ có một chức năng chính, khi phân loại theo chức năng chính của hồ được:

Trang 21

- Hồ điều tiết nước mưa giảm ngập úng (detention ponds) là hồ có dung tích dùng để trữ một phần hay toàn bộ lượng nước mưa từ các khu vực lân cận chảy đến, nhằm giảm lưu lượng đỉnh của hệ thống thoát nước mưa, giảm ngập úng Các hồ như: Hồ Yên Sở, hồ Định Công, hồ Linh Đàm, hồ Đống Đa… tại Hà Nội Hồ An Biên, hồ Phương Lưu, hồ Tiên Nga… tại Hải Phòng Hồ Truyền Thống, hồ Đầm Bét (hồ Đò) tại Nam Định là các HĐH nước mưa, giảm ngập úng

- Hồ có chức năng chính là tạo cảnh quan, vui chơi giải trí thường được xây dựng trong các công viên, khu đô thị mới Hồ đóng vai trò là công trình kiến trúc, được thiết kế xây dựng nhằm tạo cảnh quan đẹp, tăng giá trị thẩm mỹ cho hồ và khu vực xung quanh hồ Thông thường, hồ luôn duy trì mực nước ở độ cao nhất định và giữ gìn chất lượng nước tốt nhằm đảm bảo khai thác tốt nhất cho các hoạt động văn hóa thể thao và cảnh quan Tuy nhiên, hồ vẫn có thể tham gia điều tiết nước mưa với dung tích nhất định và tham gia trữ nước để sử dụng cho các mục đích khác Tại Hà Nội có hồ trong công viên Hòa Bình, công viên Lê Nin, hồ Trúc Bạch, hồ xung quanh thành cổ Bắc Ninh, hồ trong khu giải trí Đầm Sen thuộc Thành phố Hồ Chí Minh…

- Hồ có nhiệm vụ chính là xử lý môi trường thường bố trí trong khu xử lý nước thải, hoặc vùng trũng tự nhiên có nhiệm vụ thu nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp và

xử lý nước thải đó bằng hình thức tự làm sạch của hệ thủy sinh trong hồ Các hồ dạng này gồm: hồ trong trạm xử lý nước thải Yên Sở, hồ xử lý nước thải Bình Hưng Hòa tại thành phố Hồ Chí Minh…

- Hồ nuôi trồng thủy sản thường tận dụng diện tích đất thấp trũng trong vùng sản xuất nông nghiệp, mực nước trong hồ được duy trì thấp hơn bờ một khoảng an toàn chống tràn khi gặp mưa lớn và đủ độ sâu cho nuôi trồng thủy sản Khi gặp mưa lớn

có thể tận dụng khoảng an toàn cho mục đích trữ nước mưa, nhưng chỉ trữ lượng mưa rơi trực tiếp trên diện tích mặt hồ Như vậy lưu lượng trong kênh đã giảm do toàn bộ lượng nước mưa rơi xuống hồ không tham gia hình thành dòng chảy ngay tại thời điểm đó mà được xả ra khi mực nước và lưu lượng kênh giảm xuống

- Hồ với các chức năng khác như tôn giáo, tín ngưỡng Như hồ Gươm tại Hà Nội

Trang 22

Tuy vậy, trong nghiên cứu này khái niệm hồ điều hòa (gọi tắt là HĐH) chỉ tập

trung xem xét hồ với chức năng điều tiết nước mưa giảm ngập úng

1.2 Tổng quan về sử dụng hồ điều hòa

Đến những thập kỷ gần đây, sự phát triển kinh tế và bùng nổ dân số yêu cầu mở rộng

đô thị cổ và hình thành các đô thị mới tạo ra áp lực lớn về thoát nước mưa, môi trường, không gian cho vui chơi giải trí cho đô thị và vùng nông nghiệp lân cận Vai trò của

hồ trong việc trữ nước mưa giảm ngập úng, sử dụng làm nơi vui chơi giải trí và cải thiện môi trường được khẳng định Khi trận mưa có cường độ lớn xuất hiện thường xuyên hơn đòi hỏi các hồ tự nhiên cần được bảo vệ và xây dựng thêm các hồ nhân tạo, ngoài ra sử dụng các vùng đất thấp trũng như những hồ trữ nước tạm thời

Hồ trong đô thị được sử dụng cho mục đích trữ nước mưa giảm ngập úng [1], hồ có vai trò tạo cảnh quan môi trường, xử lý môi trường [2], tăng thấm bổ sung cho nước ngầm [3], vui chơi giải trí Hồ tại các vùng nông nghiệp ven đô thị có mục đích chính

là điều tiết nước mưa giảm ngập úng cho đô thị và vùng nông nghiệp, trữ nước tưới, nuôi trồng thủy sản [4] Thực tế, tùy vào điều kiện khí hậu, điều kiện thủy văn, văn hóa và tín ngưỡng mà mục đích chính của hồ có thể khác nhau

Trước hết, hồ tự nhiên trên thế giới phân bố ngẫu nhiên không đồng đều, số lượng và diện tích hồ phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất và khí hậu Trong khi đó, hồ nhân tạo được hình thành do con người xây dựng Diện tích đất thấp trũng ven đô sử dụng trữ nước mưa tạm thời được xem như các HĐH [5] Sự phân bố và tình hình sử

Trang 23

dụng HĐH xem xét tại một số quốc gia thuộc các châu lục khác nhau để thấy sự khác nhau

Châu Mỹ có lượng mưa tương đối lớn (trung bình trên 2000mm/năm) và có băng tuyết vào mùa đông, điều kiện khí hậu thuận lợi cho sự hình thành hồ tự nhiên Trong đó, Canada có trên 31 000 hồ tự nhiên, chiếm trên 9% diện tích tự nhiên của đất nước và chiếm 60% tổng số hồ nước trên thế giới [6] Các hồ rải rác tự nhiên trong đô thị và ngoài đô thị, số còn lại chủ yếu phân bố tại thung lũng Bên cạnh là nước Mỹ có trên

250 hồ nước ngọt có diện tích trên 10 dặm vuông và hàng nghìn hồ nhỏ, trong đó: 100

hồ tại bang Alaska, 100 hồ tại Minnesota, Wisconsin, Michigan, New York và Maine [7] Thành phố New York nằm ven biển nên việc thoát ra biển dễ dàng, các hồ trong thành phố chủ yếu trong các công viên với mục đích tạo cảnh quan và vui chơi giải trí như: Manhattan (central Park), Corana Park, Weequahic Park Các HĐH ở các thành phố như NewYord, Oasington DC chiếm tỷ lệ dao động từ 1,7% đến 5,3% Việc tham giảm ngập úng của các HĐH là rất hữu hiệu, nhờ vậy hệ thống thoát nước mưa nước của các thành phố được giảm nhỏ [8]

Châu Âu có lượng mưa từ 500mm đến 1500mm mỗi năm Tại Pháp xây dựng HĐH cho mục đích giảm ngập úng tại các thành phố trở nên phổ biến từ những năm 1960 [9] Một ví dụ cụ thể của phương pháp này là khu vực quận Saine-Saint-Denis (nội thành Paris) Toàn quận có diện tích là 236 km2 với dân số 1.350.000 người Năm

1997, người ta đã xây dựng một vài HĐH với dung tích trữ mỗi hồ là 800.000 m3, trước năm 2005 đã xây dựng 19 hồ với dung tích mỗi hồ trên 959.000m3 [10] Do lượng mưa trung bình nhiều năm tại Paris là 585mm (nguồn: internet “statistics canada”), do thành phố lâu đời nên việc xây dựng hồ trong vùng lõi gặp nhiều khó khăn, thay vào đó là hệ thống đường ống thoát nước khổng lồ tổng chiều dài hơn 2300

km Trong khi đó tại Anh, theo luật Anh khi phát triển một khu đô thị, yêu cầu bắt buộc là phải duy trì một lưu lượng lớn nhất (peak flow) dưới một mức an toàn cho sự phát triển đô thị hóa khu vực trong tương lai Vấn đề này chỉ đạt được một cách hiệu quả khi tiến hành trữ lũ bằng các HĐH Đối với các tiểu lưu vực có tổng lượng lũ nhỏ hơn 25.000 m3, hệ thống thoát lũ phải được thiết kế với trận lũ có độ lặp lại là 150 năm Đối với các tiểu lưu vực có tổng lượng lũ lớn hơn 25.000 m3, hệ thống thoát lũ phải

Trang 24

được thiết kế với các trận lũ lớn nhất đo được Luật Xây dựng của Anh quy định rõ, khi phát triển khu đô thị, tỷ lệ HĐH tối thiểu phải đạt tối thiểu từ 3% so với tổng diện tích khu vực đô thị [11]

Châu Á: Theo Xingqi Zhang (2012), Trung Quốc có lượng mưa không lớn, các thành phố lớn như Bắc Kinh, Thượng Hải, Nam Kinh đều có tỷ lệ HĐH (tự nhiên và nhân tạo) dao động từ 1,7% đến 3,2% Các hồ đã góp phần giảm cho các thành phố này từ 25% đến 45% tổng lưu lượng đỉnh do mưa của các thành phố này [12] Tại Sri Lanka, theo Cục Thủy lợi Sri Lanka, các khu đất ngập nước ven thuộc thủ đô Colombo đóng vai trò như một khu HĐH Hiện tại, trong số 1.200 ha đất ngập nước, có 399 ha là hồ

ao và 800 ha là ruộng lúa Các khu đất này là khu trữ cho 85 km2 diện tích nội đô thành phố Colombo Tỷ lệ diện tích khu trữ (tính cả phần ruộng lúa) là 14,1% Theo đánh giá của hãng Nipon Koei 1992, toàn bộ diên tích đất ngập nước có thể cắt giảm được 132,2m3/s dòng chảy đỉnh cho thành phố Colombo Nhờ vậy, trong mùa mưa, toàn bộ nội đô thành phố hầu như không bị ngập úng [13] Trong khi Nhật có lượng mưa tương đối lớn 1.563mm (nguồn: internet “statistics canada”), hệ thống thoát nước mưa hiện đại với đường ống ngầm rộng lớn và hồ khô bố trí chìm trong lòng đất, đăc biệt có nhiều hồ khô (dry detention ponds) kết hợp với công viên hoặc sân chơi Nhật

đã áp dụng nhiều phương pháp giảm dòng chảy từ nguồn bằng biện pháp tăng thấm, trồng cây, trữ nước tại các gia đình

1.2.2 Trong nước

1.2.2.1 Vai trò điều tiết nước mưa của hồ điều hòa

* Sự hình thành hồ và tỷ lệ hồ tại một số thành phố

Phân loại theo nguồn gốc hình thành thì có 9 nhóm hồ chính bao gồm hồ kiến tạo, hồ

từ các hoạt động của núi lửa, hồ do lở đất, hồ do các hoạt động của băng, hồ hòa tan,

hồ do các hoạt động của sông, hồ do gió tạo, hồ do các hoạt động của đường bờ, hồ có nguồn gốc hữu cơ [14]

Ở Việt Nam, hồ được hình thành từ 2 yếu tố chính là hồ tự nhiên và hồ nhân tạo Hồ tự nhiên hình thành do quá trình biến đổi địa chất khu vực, các kiến tạo dòng sông mà có

Trang 25

như hồ Hoàn Kiếm, Hồ Tây Hồ nhân tạo được hình thành do con người tạo ra nhằm đáp ứng nhu cầu hồ điều hoà nước mưa, tiếp nhận nước thải, dự trữ nguồn nước cho các mục đích khác hoặc các nhu cầu về vui chơi giải trí, tạo cảnh quan môi trường [14] Bảng 1.1 Bảng thống kê diện tích hồ, tỷ lệ hồ trên diện tích đô thị tại một số đô thị lớn

Tỷ lệ hồ/diện tích TP (%)

* Vai trò điều tiết nước mưa của hồ trong hệ thống tiêu

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa hàng năm tương đối lớn nhưng chủ yếu tập trung vào những tháng mùa mưa Những trận mưa cường độ lớn và tổng

Trang 26

lượng lớn thường gây ra ngập úng, các hồ tự nhiên và hồ nhân tạo phát huy tốt vai trò điều tiết giảm ngập úng bên cạnh những nhiệm vụ khác của hồ

Hồ điều hòa là một hạng mục công trình quan trọng trong hệ thống tiêu, hồ tham gia trữ một lượng nước mưa làm giảm lưu lượng đỉnh cho công trình sau vị trí kết nối với

hồ và tăng dòng chảy cho hệ thống bằng việc hồ tháo nước khi mực nước tại vị trí kết nối với hồ giảm xuống thấp hơn mực nước trong hồ Như vậy HĐH làm giảm quy mô công trình phía sau hồ, trực tiếp nâng cao hiệu quả tiêu thoát, ngoài ra hồ còn làm giảm độ sâu ngập và thời gian ngập hạn chế sự phá hoại cơ sở hạ tầng do ngập úng…

1.2.2.2 Sự phân bố hồ điều hòa

Vị trí và dung tích HĐH ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng hồ Thực tế có nhiều hồ

có dung tích lớn nhưng hiệu quả điều tiết không lớn, như hồ Tây tại Hà Nội, bên cạnh

đó có những hồ có dung tích nhỏ nhưng hiệu quả điều tiết và hiệu quả khác rất cao như

hồ Thành Công, hồ Đống Đa… thuộc Hà Nội

Các hồ có dung tích lớn thường là hồ tự nhiên như hồ Tây thuộc Hà Nội, hồ Ba Bể tại Bắc Cạn, hồ Đầm Mai tại Phú Thọ, hồ Tràm tại Đà Nẵng, hồ Bàu Trũng tại Vũng Tàu, [14] Hồ có nguồn gốc tự nhiên phân bố rải rác, chủ yếu tại những vị trí có địa hình thấp trũng

Hồ nhân tạo có dung tích lớn xây dựng với mục đích điều tiết lũ, phát điện và trữ nước như hồ Yên Lập tại Quảng Ninh, hồ Núi Cốc tại Thái Nguyên, hồ Hòa Bình tại Hòa Bình Còn các hồ vừa và nhỏ như hồ Hòa Bình trong công viên Hòa Bình, hồ Văn Quán tại Hà Nội, hồ Quần Ngựa tại Hải Phòng, hồ Đầm Cả thuộc công viên Văn Lang tại Việt Trì, hồ Phú Sơn tại Thanh Hóa Hồ nhân tạo trong đô thị chủ yếu nằm trong các công viên và một số ít xem kẽ trong khu dân cư Đối với vùng ngoài đô thị hồ được xây dựng mới trong các trang trại, hoặc hồ tạo ra do lấy đất đắp đê, tôn tạo khu dân cư lân cận, hồ cho nuôi trồng thủy sản, hồ cho mục đích tín ngưỡng

Các hồ tự nhiên được hình thành do quá trình kiến tạo địa chất, xói mòn của dòng chảy, tại vị trí có địa hình thấp trũng hoặc những hồ sừng trâu hình thành do dòng chảy của sông ngòi Hình dạng và độ sâu của loại hồ này rất phong phú phụ thuộc vào địa chất

Trang 27

và tác động hình thành hồ Hồ phân bố tự nhiên không bị chi phối của con người nhưng hoạt động của con người có thể thay đổi các yếu tố tự nhiên của hồ như độ sâu

do bồi lắng hay xói lở, chất lượng nước, diện tích mặt hồ…

Nhận thấy tác dụng to lớn của hồ đối với đời sống con người nên nhiều hồ nhân tạo đã được xây dựng, vị trí và quy mô do sự xắp xếp của người quy hoạch Các hồ nhân tạo

có hình dạng và kích thước tùy thuộc vào mục đích sử dụng chính: nửa hình tròn với

hồ trước đình hoặc chùa, hình chữ nhật với hồ nuôi trồng thủy sản hoặc trữ nước cho nông nghiệp, hình phức tạp khi mục đích tạo cảnh quan và vui chơi giải trí

1.2.2.3 Khả năng điều tiết nước mưa

Hiệu quả điều tiết nước mưa của hồ điều hòa phụ thuộc vào vị trí, địa hình, dung tích trữ thực tế, kết nối giữa hồ và kênh… Ngoài ra, việc sử dụng hồ điều hòa trữ nước mưa khác nhau ở những đô thị, hệ thống tiêu có đặc điểm nguồn nước khác nhau

* Những hệ thống tiêu vùng ven biển

Đặc trưng các hệ thống tiêu vùng ven biển là địa hình lưu vực thấp, khá bằng phẳng và ảnh hưởng của thủy triều Các đô thị ven biển như: Hải Phòng, Đà Nẵng, Thành phố

Hồ Chí Minh… đều có chung đặc điểm là tỷ lệ diện tích HĐH nhỏ, hệ thống kênh rạch chằng chịt, các kênh và sông chảy trong thành phố có mặt cắt lớn và chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều

- Thành phố Hải Phòng: Số lượng HĐH trong thành phố (10 hồ), chủ yếu là các hồ vừa và nhỏ, phân bố rải rác tự nhiên Các hồ đều được sử dụng để điều hoà nước mưa và chứa nước thải Phần lớn hồ có độ sâu trung bình từ 1,0 - 1,5m, dung tích tham gia điều hòa nước mưa nhỏ thường chỉ chiếm 1/3 dung tích hồ Thực tế, hiệu quả điều tiết của các hồ này chưa cao vì công trình nối tiếp giữa hồ và hệ thống kênh thoát nước chưa đủ khẩu độ, mực nước hồ thường xuyên duy trình ở mức cao cho mục đích vui chơi giải trí, tạo cảnh quan…làm giảm dung tích điều tiết nước mưa Hải phòng có hệ thống kênh rạch chằng chịt, diện tích kênh rạch chiếm trên 10% diện tích tự nhiên của nội thành nếu tính cả đoạn sông Cửa Cấm chảy qua thành phố Hiện trạng ngập úng theo báo cáo của Công ty thoát nước Hải Phòng,

Trang 28

các trận mưa với tần suất 2 năm (chu kì xuất hiện mưa bão trung bình), diện tích ngập úng tại các khu vực phố và ngõ hẻm là 20-40cm với thời gian ngập úng từ 4-6 giờ Các trận mưa bão với tần suất 5 năm, diện tích ngập úng tại các khu vực phố

và ngõ hẻm là 30-50cm với thời gian ngập úng từ 1-3 giờ [16]

- Đà Nẵng, khu vực thành phố có 30 hồ với tổng diện tích là 180ha, các hồ chủ yếu phân bố vùng ven đô thị và một số trong công viên hoặc xen kẽ trong khu dân cư

Do đặc điểm đô thị chải dài dọc bờ biển nên việc thoát nước mưa dựa vào thủy triều thuận lợi Vai trò điều tiết nước mưa của các hồ trong nội đô không đáng kể, nhưng các hồ ngoại thành phố đón nước mưa từ vùng núi phía Tây chảy xuống làm giảm đáng kể đỉnh lưu lượng dòng chảy đi qua thành phố tránh ngập úng cục bộ, tạm thời [14]

- Thành phố Hồ Chí Minh bên cạnh sông Sài Gòn và gần biển nên chịu ảnh hưởng lớn của thủy triều Các HĐH trữ nước trong đô thị không nhiều, tổng diện tích hồ chỉ chiếm nhỏ hơn 2% tổng diện tích tự nhiên, chủ yếu là hồ tự nhiên phân bố rải rác Đặc điểm địa hình có cao độ thấp, kênh rạch nhiều, các kênh rạch trong nội đô

có chiều rộng tương đối lớn nên hệ thống kênh rạch xem như các HĐH nước mưa, nước thủy triều Nếu kể cả các kênh rạch, diện tích tham gia điều tiết là 7,9% so với tổng diện tích tự nhiên của toàn thành phố Nghiên cứu của Lê Sâm (2010) chỉ

ra rằng vai trò chống ngập cho thành phố Hồ Chí Minh là hệ thống sông, kênh rạch

vì tổng lượng nước trữ được tương đối lớn, ngoài ra vùng diện tích đất thấp trũng ngoại thành cũng đóng vai trò như các HĐH Nhưng hiện nay do quá trình phát triển nhanh đô thị đã san lấp các vùng trũng, ngầm hóa bằng ống cống bê tông các tuyến kênh tiêu, cộng với tình trạng lấn chiếm lòng hồ, lòng hồ bị bồi lắng làm cho tình trạng ngập úng tăng lên và thêm trầm trọng Chỉ tính sơ bộ từ năm 1996 đến

2008 đã có trên 100 kênh rạch lớn nhỏ bị san lấp và lấn chiếm với tổng diện tích khoảng 4.000 ha Ngoài ra, còn biến trên 16.500 ha đất nông nghiệp, ao hồ, vùng trũng thành đất xây dựng, điều này đã làm mất đi khoảng 14.000 ha mặt nước tự nhiên (trung tâm điều tra TP Hồ Chí Minh 2009) [17]

Do tỷ lệ diện tích HĐH nhỏ khiến dung tích trữ nước thấp hơn nhiều so với nhu cầu thực tế nên vai trò của HĐH trong việc trữ nước mưa và nước dâng của thủy triểu

Trang 29

nhằm giảm ngập úng trong các hệ thống tiêu hiện tại là không đáng kể Vì vậy, trong quan lý vận hành hiện tại các hệ thống tiêu đã tận dụng chân triều để tiêu và sử dụng dung tích của hệ thống kênh rạch như hồ điều hòa tự nhiên

có công trình điều tiết… Vai trò điều tiết của HDDH cũng khác nhau giữa các đô thị, các hệ thống tiêu:

- Thành phố Hà Nội: có trên 110 hồ trong khu vực nội thành nhưng hiện tại có khoảng 30 hồ tham gia điều tiết nước mưa, hầu hết các hồ là tự nhiên và phân bố rải rác khắp trên toàn thành phố [15] Khi phân chia các hồ theo vị trí lưu vực tiêu thoát và cao độ, có thể chia các hồ thành 03 nhóm: đầu nguồn, giữa nguồn và cuối nguồn của hệ thống thoát nước mưa Đối với hệ thống thoát nước mưa lưu vực sông Tô Lịch, các nhóm hồ này bao gồm:

o Nhóm hồ điều tiết khu vực đầu nguồn: Là các hồ ở vị trí cao, đầu hệ thống thoát nước mưa Nhóm này bao gồm Hồ Tây và hồ Trúc Bạch với tổng diện tích mặt hồ là 589 ha (trong đó Hồ Tây 567 ha, hồ Trúc Bạch 22 ha) có nhiệm vụ điều hòa trực tiếp cho diện tích lưu vực 930 ha (bao gồm cả diện tích mặt hồ và diện tích thu nước quanh hồ)

o Nhóm hồ điều tiết khu vực giữa nguồn của hệ thống thoát nước mưa sông

Tô Lịch: Nhóm này bao gồm hồ loại vừa và nhỏ nằm rải rác ở các lưu vực sông Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, tổng diện tích mặt nước là 131,7 ha Hầu hết các hồ là tự nhiên và một số hồ nhân tạo kết hợp với công viên

Trang 30

o Nhóm hồ điều tiết khu vực cuối nguồn: Nhóm hồ này bao gồm 3 hồ lớn: Hồ Yên Sở (137ha), Hồ Linh Đàm (76ha), Hồ Định Công (19,2ha)

Nếu tất cả ba nhóm hồ trên cùng tham gia điều hoà thì một lượng nước khá lớn được trữ lại không tham gia dòng chảy trên các sông, đường cống và kênh dẫn Nhưng hầu hết các HĐH tại Hà Nội đều liên kết trực tiếp với hệ thống thoát nước mưa bằng đường cống hoặc kênh dẫn mà không có cống điều tiết nên dòng chảy vào, ra khỏi hồ

tự nhiên và không được kiểm soát Việc vận hành hệ thống hồ phải thông qua vận hành hệ thống thoát nước mưa, không thể tiến hành vận hành đơn lẻ từng hồ trong hệ thống [15] Trên thực tế nhóm hồ đầu nguồn có dung tích điều tiết nước lớn nhưng phát huy tác dụng kém do nằm ở địa hình cao, diện tích phụ trách nhỏ hơn nhiều so với khả năng của hồ Nhóm hồ giữa nguồn có tác dụng tốt về mặt lý thuyết xong trên thực tế do bị bồi lắng, công trình nối tiếp giữa hồ và hệ thống kênh không tốt nên không phát huy hết khả năng Nhóm hồ cuối nguồn chỉ tham gia điều tiết giảm tải cho công trình đầu mối [15]

Khu vực phía Tây Hà Nội đang trong quá trình đô thị hóa, diện tích đất nông nghiệp thu hẹp dần thay vào đó là đô thị, nhu cầu tiêu tăng lên do giảm diện tích trữ nước tạm thời (ruộng lúa) Mặc dù một vài đô thị đã bố trí hồ với tỷ lệ diện tích rất nhỏ từ 1% đến 3%, nhưng mục đích chính của hồ là tạo cảnh quan và là điểm vui chơi cho khu đô thị đó nên không có chức năng trữ nước mưa giảm ngập úng cho vùng đó và vùng lân cận Các đô thị có HĐH: khu đô thị An Khánh, khu đô thị Dương Nội, khu đô thị Nam Thăng Long… Bên cạnh đó cũng có nhiều khu đô thị không xây dựng HĐH như khu

đô thị Mỹ Đình, khu đô thị La Khê… Khi mưa lớn nước không thoát kịp nên chảy tràn trên mặt đường gây ngập úng trong khu đô thị và vùng lân cận Hệ thống tiêu hiện tại trở lên quá tải và gây tràn bờ, như tràn bờ sông Cầu Ngà tháng 8 năm 2013

- Thành phố Nam Định: có hệ thống nhiều hồ phân bố trên phạm vi rộng, tổng diện tích khoảng 70,34ha so với diện tích toàn thành phố là 4 632ha chiếm khoảng 1,52% (theo Niên giám thống kê TP Nam Định tháng 12/2006) Tuy nhiên thành phố Nam định có địa hình thấp, khả năng tiêu nước ra các sông lớn không tốt Một

số hồ hiện tại vẫn có khả năng điều tiết nước mưa và nước thải như: Hồ Vị Xuyên,

Trang 31

Năng Tĩnh và An Trạch, các hồ khác hầu như không có chức năng điều tiết, chỉ sử dụng để nuôi thả cá [14]

- Thành phố Hải Dương có diện tích tự nhiên thành phố là 7.138,60 ha (năm 2009), thành phố có 15 HĐH phân bố rải rác Tổng diện tích HĐH và những vùng trũng dọc đê sông Hồng, dọc sông Bắc Hưng Hải tham gia trữ nước mưa chiếm xấp xỉ 1% diện tích tự nhiên của đô thị Do phân bố tự nhiên của các hồ lớn như hồ Bạch Đằng, hồ Hòa Bình và hồ Bình Minh…ở vùng trũng, gần công trình đầu mối tiêu, các hồ nhỏ nằm trên các tuyến nhánh của hệ thống tiêu Trong thực tế vận hành hệ thống tiêu nước mưa thì chỉ có các hồ lớn thực sự tham gia điều tiết nước mưa, còn các hồ nhỏ chủ yếu được sử dụng cho mục đích tạo cảnh quan Diện tích HĐH rất nhỏ so với tổng diện tích thành phố nên ảnh hưởng điều tiết nước mưa cho hệ thống là không đáng kể và tình trạng ngập úng vẫn xảy ra thường xuyên và có xu hướng ngày càng nghiêm trọng

- Thành phố Hưng Yên có 03 HĐH lớn nước mưa là hồ Nam Hòa (12,7ha), hồ An

Vũ 1 (10,7ha) và hồ An Vũ 2 (13,9ha), và nhiều hồ ao nhỏ tự nhiên nằm rải rác, tổng diện tích HĐH khoảng 50ha chiếm 1,07% diện tích tự nhiên của khu vực nội thành phố Hưng Yên Cả 03 hồ lớn đều nằm phía thượng lưu theo hướng dòng chảy tiêu thoát chung của thành phố và các hồ gần nhau làm giảm hiệu quả điều tiết do không tận dụng hết khả năng trữ của hồ Khả năng điều hòa nước mưa chủ yếu do các hồ lớn đảm nhiệm, các hồ nhỏ có dung tích trữ không đáng kể và kém kết nối với hệ thống tiêu thành phố nên khó phát huy hiệu quả Thực tế sử dụng các

hồ lớn kết hợp nhiệm vụ là tạo cảnh quan và điều tiết nước, các hồ vừa và nhỏ chủ yếu thực hiện một nhiệm vụ là tạo cảnh quan hoặc dùng cho nuôi cá Ngập úng xảy

ra thường xuyên và trên nhiều điểm của thành phố khi lượng mưa lớn hơn 100mm, vai trò của HĐH chỉ thể hiện rõ đối với những trận mưa nhỏ, đối với những trận mưa lớn thì hiệu quả giảm úng ngập không đáng kể do dung tích điều hòa nhỏ

- Thành phố Bắc Ninh tính đến năm 2010 điều chỉnh địa giới thành phố Bắc Ninh gồm 13 phường và 06 xã với diện tích tự nhiên 8.028ha Với diện tích được điều chỉnh thì vùng đô thị lõi đã hoàn thiện hạ tầng đô thị chiếm khoảng 50%, diện tích còn lại đang trong giai đoạn đô thị hóa Nếu chỉ tính trong vùng lõi gồm 9 phường

Trang 32

và 01 xã thì gồm các hồ lớn là hồ Đồng Trầm (20ha), hồ Thành Cổ (10ha), hồ Thị Cầu (18ha); hồ ga (2ha); hồ Văn Miếu (11ha), khu vùng trũng dọc đường quốc lộ 1b thuộc phường Đáp Cầu và phường Thị Cầu (40ha), ngoài ra các hồ loại nhỏ có diện tích nhỏ hơn 2ha phân bố rải rác Các hồ có diện tích lớn là những hồ tự nhiên, phân bố tại cuối hệ thống tiêu và dưới chân đồi Tỷ lệ diện tích HĐH khoảng 105ha trên tổng diện tích đô thị vùng lõi 2.334 ha là 4,5% Trong phần diện tích mở rộng của thành phố Bắc Ninh đang xây dựng được thiết kế mặt nước HĐH và kênh hở chiếm xấp xỉ 5% diện tích tự nhiên Địa hình khu vực thành phố Bắc Ninh có sự khác biệt lớn về cao độ do trong vùng có đồi thấp và đồng bằng, nước mưa từ các đồi tập trung nhanh nên thường dưới chân các đồi có bố trí HĐH Các hồ ven đồi phát huy tốt hiệu quả điều tiết nước mưa, cắt lưu lượng đỉnh và ngăn nước tràn vào khu vực dân cư xung quanh Diện tích vùng lõi của đô thị nằm trên các quả đồi bị san, sườn đồi thoải nên có địa hình cao khiến tình trạng ngập úng ít xảy ra Do vùng mở rộng có cao độ thấp nên tình trạng ngập úng thường xuyên xảy ra đối với những trận mưa lớn Các HĐH đã phát huy tốt vai trò điều tiết nước mưa trong hệ thống thoát nước thành phố Bắc Ninh, tỷ trọng diện tích HĐH so với diện tích lưu vực tiêu ở tương đối lớn so với các đô thị ở đồng bằng Bắc Bộ Với diện tích HĐH hiện tại chưa thể đáp ứng với những trận mưa lớn và cực lớn như năm 1969, 1979

và 2008

Hầu hết HĐH trong hệ thống tiêu vùng đồng bằng phát huy tốt vai trò trữ nước mưa giảm ngập úng, hiệu quả điều tiết của hồ ở các đô thị khác nhau do tỷ lệ diện tích hồ khác nhau nên ảnh hưởng đến khả năng điều tiết thực tế Để không xảy ra ngập úng thì các đô thị có tỷ lệ diện tích HĐH lớn như Hà Nội, Bắc Ninh…sẽ chịu được những trận mưa có cường độ và tổng lượng lớn hơn so với các thành phố có tỷ lệ diện tích hồ nhỏ như Hải Dương, Hưng Yên…

* Những hệ thống tiêu vùng trung du và cao nguyên

Đặc trưng địa hình của vùng trung du và cao nguyên có độ dốc lớn nên nước mưa tập trung nhanh trên bề mặt lưu vực và trên sông, suối Do hầu hết các đô thị thường xây dựng trên các sườn dốc thoải nên khi găp mưa lớn có thể xuất hiện nước mưa chảy tràn trên mặt đường do cống bị đầy xảy ra trong thời gian mưa, ngập úng chủ yếu xảy

Trang 33

ra ở diện tích dọc sông suối cuối sườn dốc Như vậy hồ trong đô thị có vai trò chủ yếu

là tạo cảnh quan và trữ nước cho sinh hoạt, tưới cây… Tại các thung lũng có địa hình lòng chảo thì việc ngập úng xảy ra thường xuyên, độ ngập sâu và thời gian ngập ngắn

- Tỉnh Thái Nguyên có hồ Xương Rồng, hồ Cống Ngựa Hồ Cống Ngựa có diện tích 23.000m2 Cả hai hồ điều hòa đều có dung tích nhỏ và được sử dụng cho mục đích vui chơi giải trí.[14]

- Thành phố Việt Trì có một số hồ đầm với diện tích 124,8ha chiếm 1,9% diện tích toàn thành phố bao gồm hồ Đầm Cả có diện tích 4,39ha, hồ Đồng Trầm, đặc biệt

có hồ Đầm Mai rộng tới 20ha, hồ Đầm Nước (thuộc xã Chu Hoá), hồ Làng Bồng (Thuỵ Vân) Tại khu vực Đền Hùng có hồ Lạc Long Quân có diện tích 5,5ha, hồ

Gò Công 1,5ha, hồ Khuôn Muồi Tại khu vực trung tâm thành phố Việt Trì có hồ Trầm Vàng, Hồ Tiên Cát, Hồ Gò Thị, Hồ Tiền Phong, Hồ Lò Đá, Hồ Làng Cả, Hồ Đầm Cả (Công viên Văn Lang), Hồ Quế Hương, Hồ Đồng Gia, Hồ Đập 82 Diện tích của các hồ ở TP Việt Trì Hầu hết các hồ có chức năng chính là tạo cảnh quan, môi trường sinh thái [14]

- Thành phố Đà Lạt hiện có rất nhiều hồ với tổng diện tích mặt nước vào khoảng 350ha, dung tích chứa nước tối đa vào khoảng 15 triệu m3, nhưng vai trò chính của

hồ là du lịch, vui chơi giải trí và tạo môi trường sinh thái [14]

- Thành phố Ban Mê Thuột chưa có hệ thống hồ điều hoà [14]

1.2.2.4 Môi trường sinh thái

Bên cạnh vai trò trữ nước giảm ngập úng hồ còn có vai trò to lớn về môi trường sinh thái như xử lý nước thải, cải thiện vi khí hậu, bổ sung lượng nước ngầm, duy trì quần thể động vật dưới nước và thực vật ven hồ

Hầu hết hệ thống thoát nước đô thị của Việt Nam là thoát nước chung nước mưa và nước thải, như vậy các hồ thường xuyên tiếp nhận nước thải sinh hoạt Nhờ vào khả năng tự làm sạch của nước, của các vi sinh vật và thực vật trong hồ đã góp phần xử lý nước thải làm cho nước hồ sạch hơn [14] Thực tế, hầu như toàn bộ các hồ trong đô thị đều phải thực hiện nhiệm vụ tự làm sạch nước thải sinh hoạt của nhân dân sinh sống

Trang 34

quanh hồ thải xuống Các hồ ven đô thị vừa tiếp nhận một phần nước thài từ hệ thống thoát nước thành phố và chất thải trong quá trình sản xuất nông nghiệp hay chất thải trong quá trình nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi gia súc, gia cầm Khi hồ tiếp nhận nồng

độ chất thải dưới ngưỡng tự làm sạch thì môi trường nước sẽ được cải thiện, nhưng khi nồng độ chất thải vượt quá ngưỡng tự làm sạch của hồ thì nước hồ không còn khả năng tự làm sạch mà sẽ tích tụ chất thải làm tăng sự ô nhiễm cho môi trường không khí và môi trường nước trong hồ

Nước thấm qua đáy hồ bổ sung đáng kể vào tầng nước ngầm và mặt nước rộng tạo ra

sự thoáng mát cho không gian phía trên mặt hồ Mực nước hồ luôn được duy trì đảm bảo độ sâu cho hệ sinh thái dưới nước hồ phát triển, một số hồ có những động thực vật quý hiếm như rùa ở hồ Hoàn Kiếm

Vấn đề môi trường của hồ ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của nhân dân sinh sống quanh hồ nên luôn được sự quan tâm của nhân dân và chính quyền địa phương

1.2.2.5 Lợi ích khác về giải trí, thể thao, văn hóa

Việt Nam có bề dày truyền thống văn hóa gắn với các ao, hồ như “cây đa, bến nước, sân đình” thì các hồ tự nhiên hay nhân tạo trong đô thị hoặc ngoài đô thị luôn mang theo những giá trị văn hóa, tín ngưỡng nhất định, như hồ Hoàn Kiếm gắn với sự tích gươm thần,

Người dân sử dụng bờ hồ làm đường đi dạo, nơi tập thể dục buổi sáng, lòng hồ để bơi,

du thuyền

Khi quy hoạch tổng thể một khu đô thị mới, hồ được xem là công trình kiến trúc trung tâm tạo điểm nhấn về cảnh quan, sinh thái cho vùng Lý do trên khiến các đô thị mới

đã giành một phần diện tích đất cho xây dựng hồ, vai trò của hồ tạo diện mạo mới cho

đô thị làm giá trị kinh tế đất nhà ven hồ và bù đắp cho phần kinh phí xây dựng hồ Hơn nữa, mặt nước hồ còn sử dụng cho du lịch, giải trí … tăng hiệu ích kinh tế

Đối với vùng sản xuất nông nghiệp thì hồ có vai trò to lớn trong việc trữ nước cho tưới

về mùa khô và điều tiết nước giảm ngập về mùa mưa Ngoài ra hồ còn mang lại lợi

Trang 35

nhuận từ nguồn lợi thủy sản, cây trồng trên bờ hồ và chăn thả gia súc gia cầm, như mô hình VAC (vườn ao chuồng)

1.2.3 Nhận xét

1.2.3.1 Thế giới

Hồ được sử dụng đa mục đích từ khi con người sống quần cư thành làng xã, loài người lấy nước sinh hoạt từ hồ, đánh bắt cá và nhiều mục đích khác Sử dụng HĐH cho mục đích chống ngập tại các đô thị đã thực hiện rộng rãi từ những năm 60 của thế kỷ 20 tại các nước có nền kinh tế phát triển Các nước này duy trì tốt hồ tự nhiên và xây dựng mới các hình thức HĐH, xây dựng đường hầm thoát nước với kích thước khổng lồ có vai trò vừa như kênh và vừa như HĐH Nhưng tại các nước có nền kinh tế đang phát triển thì hồ chưa được quan tâm đúng mức nên có chiều hướng giảm diện tích do xâm lấn, giảm dung tích do bồi lắng

Sự phân bố các hồ không đồng đều trên thế giới, tỷ lệ diện tích hồ (tự nhiên và nhân tạo) trên tổng diện tích tự nhiên là khác nhau giữa các đô thị và giữa các châu lục, số lượng và diện tích HĐH quyết định nhiều do lượng mưa và điều kiện địa chất Trong

đó, tại các nước có lượng mưa lớn sẽ có tỷ lệ diện tích hồ lớn hơn và ngược lại

1.2.3.2 Trong nước

Hồ điều hòa trong khu đô thị đồng thời thực hiện nhiều vai trò như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, tạo cảnh quan, sinh thái, vui chơi giải trí… xong mỗi hồ có một chức năng chính Các hồ có dung tích điều tiết vừa và lớn tham gia điều tiết, các hồ nhỏ và

hồ tạo cảnh quan hay vui chơi giải trí có tham gia điều tiết với dung tích không đáng

kể Trong vài thập kỷ gần đây, diện tích hồ đang bị thu hẹp do lấn chiếm, do xây dựng

cơ sở hạ tầng, dung tích điều tiết giảm do bồi lắng… làm gia tăng tình trạng ngập úng Gần đây, HĐH được chính quyền và nhân dân quan tâm nhiều hơn bằng các hành động cụ thể như hàng loạt các dự án nạo vét, kè chống lấn chiếm hồ…

HĐH trong vùng tiêu nông nghiệp gồm hồ, đầm trước công trình đầu mối tiêu và các

hồ tự nhiên phân bố rải rác trong lưu vực tiêu, các khu vực thấp trũng thường xuyên

Trang 36

trữ nước đóng vai trò như HĐH, hồ nhân tạo phục vụ nuôi trồng thủy sản Các hồ này phát huy tốt hiệu quả điều tiết nước mưa nhờ quy trình vận hành tiêu nước đệm Ngoài

ra, ruộng lúa cũng có thể trữ nước đến một độ sâu và trong một thời gian nhất định theo độ chịu ngập của lúa mà không làm giảm năng suất Như vậy với vùng sản xuất nông nghiệp có thể thực hiện tốt “rải nước” và “chôn nước” tại các hồ và tại ruộng lúa nhằm giảm lưu lượng đỉnh trong hệ thống tiêu

Nhìn chung, HĐH trong hệ thống tiêu nước cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị có

tỷ lệ diện tích nhỏ (từ 1% đến 5%), phần lớn hồ tự nhiên phân bố rải rác Một số HĐH

sử dụng chưa hiệu quả với các lý do như sau:

- Hồ phân bố không hợp lý trong hệ thống tiêu làm giảm khả năng điều tiết, như hồ Tây tại Hà Nội có khả năng điều tiết lớn nhưng phụ trách lưu vực nhỏ nên không sử dụng hết dung tích điều tiết

- Tỷ lệ diện tích hồ trên diện tích đô thị còn rất nhỏ ở một số thành phố như Hải Phòng, Thanh Hóa, TP Hồ Chí Minh, Hải Dương dung tích trữ nhỏ nên vai trò điều tiết nước không đáng kể

- Dung tích điều tiết thực tế của các hồ giảm do bị lấn chiếm, bồi lấp hoặc sử dụng cho mục đích khác [14]

- Kết nối giữa hồ và hệ thống tiêu kém khiến khả năng điều tiết của hồ giảm

- Vận hành hồ chưa khoa học do mực nước hồ duy trì ở mức cao đã làm giảm dung tích trữ nước mưa, không có công trình điều tiết và khi có công trình điều tiết nhưng quy trình đóng mở chưa hợp lý nên nước và ra khỏi hồ tự do làm giảm hiệu quả cắt đỉnh lưu lượng

1.3 Tổng quan các nghiên cứu về hồ điều hòa

1.3.1 Trên thế giới

Kiểm soát ngập úng tại các đô thị đang trở nên ngày một thách thức đối với các đô thị đang phát triển [18] Trong điều kiện biến đổi khí hậu, tình hình càng nghiêm trọng

Trang 37

hơn [19] [20] Thực tế ngập úng tại các đô thị đã gây nhiều tổn thất cả về kinh tế và nhân mạng đối với nhiều đô thị trên thế giới

Tình hình ngày một nghiêm trọng hơn khi đô thị hóa và công nghiệp hóa làm thay đổi

cơ cấu sử dụng đất đã phát sinh nhiều tác động tiêu cực như thay đổi chu trình thủy văn, dòng chảy gây nên hạn hán và úng ngập, ô nhiễm môi trường [21] [22] [23] [24] [25] Trong các tác động tiêu cực đó, việc thay đổi chế độ thủy văn làm gia tăng úng ngập tại các đô thị là tác động nghiêm trọng nhất [26] [27] Vì vậy, kiểm soát ngập úng, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai tại các đô thị đang trở thành một trong những chủ đề nóng trong những năm gần đây [28] [29] Thực tế cho thấy việc tiếp cận kiểm soát ngập úng tại các đô thị trong điều kiện biến đổi khí hậu và sự gia tăng nhanh chóng công nghiệp hóa, đô thị hóa theo phương thức truyền thống như hiện nay đang trở nên không hiệu quả [30] [31] [32] [33] Việc tiếp cận theo phương pháp truyền thống (theo

mô hình đầu những năm 70 của thế kỷ 20) bằng việc thoát ngay lập tức toàn bộ lượng nước cần tiêu đang cho thấy không hiệu quả cả về kỹ thuật lẫn kinh tế Trái lại, với việc trữ lại một phần hay toàn bộ lượng nước mưa và tiêu thoát sau đó hay sử dụng cho các mục đích khác nhau đang là các ưu tiên nghiên cứu trên thế giới hiện nay [34] Hiện tại việc kiểm soát dòng chảy ngay từ đầu nguồn bằng việc trữ lại lượng nước này tại các bể chứa là một trong những cách tiếp cận rất hiệu quả tại các nước phát triển [35] [36]

Tiếp cận này cũng đã được Xingqi Zhang nghiên cứu tại thành phố Namninh, Trung Quốc [12] [37] Để giảm ngập úng cho thành phố, cần thiết phải giảm dòng chảy mặt ngay từ đầu nguồn thông qua việc trữ lại một phần lượng nước mưa để sử dụng cho các mục đích khác nhau Tiềm năng về lợi ích của biện pháp trữ nước từ đầu nguồn sinh thủy ngoài việc trữ nước cho việc sử dụng tổng hợp còn có lợi ích không nhỏ về việc giảm ngập úng, giảm áp lực của hệ thống thoát nước đô thị, giảm sự hủy hoại của các công trình hạ tầng do dòng chảy tràn mặt cũng được nhiều tác giả ghi nhận [38] [39] [22] Việc điều tiết ngập úng ngay từ nguồn còn được quan tâm nghiên cứu thông qua việc sử dụng mái nhà trồng cây xanh, thân thiện môi trường như là một giải pháp

có tính thực tiễn để trợ giúp cho kiểu sử dụng nước một cách thông minh [40]

Trang 38

Một tiếp cận theo hướng phân tán các HĐH cũng được nghiên cứu bằng phương pháp

mô hình vật lý trong phòng thí nghiệm [41] Mục đích nhằm nghiên cứu hiệu quả trữ nước của chuỗi các bể chứa dọc tuyến tránh ngập úng so sánh với hồ chứa tập trung có cùng quy mô Kết quả cho thấy việc phân tán các HĐH cho kết quả tốt hơn là hồ tập trung do tăng khả năng thấm, khả năng trữ nước của các hồ phân tán

P Kaini et al [42] bằng phương pháp mô phỏng thủy lực – thủy văn cho vùng Silver Creek Watershed, Illinois, Mỹ có diện tích lưu vực 1.189 km2, với 200 phương án hồ rải rác trong hệ thống, sử dụng thuật toán Genetic Algorithm để chọn tổ hợp hồ tối ưu, hàm mục tiêu của nghiên cứu là lưu lượng nước lớn nhất ngày chảy qua mặt cắt sông cuối cùng là nhỏ nhất Kết quả cho thấy lưu lượng đỉnh bình quân ngày phụ thuộc vào quy mô và vị trí của HĐH Lưu lượng đỉnh đạt giá trị nhỏ nhất khi quy mô hồ đạt giá trị 5,6% (giá trị lớn nhất có thể bố trí) trên tổng diện tích lưu vực

Một nghiên cứu khác [43] về tối ưu HĐH cho mục đích giảm ngập úng và phát điện trên khu vực nghiên cứu được lựa chọn là vùng Alcantara, một quận của thành phố của

Bồ Đào Nha Kết quả nghiên cứu cho thấy quy mô HĐH ảnh hưởng không chỉ đến mức độ ngập úng mà còn ảnh hưởng đến lượng điện năng được tạo thành ở hệ thống thoát nước mưa

Nghiên cứu [1] trên lưu vực thị trấn Golestan thuộc tỉnh Tehran, Iran, với diện tích vùng nghiên cứu 1000ha chia thành 22 lưu vực nhỏ, đây là vùng đồng bằng, mưa trong

mô phỏng có tần suất lập lại 50 năm Mục tiêu của nghiên cứu là giảm dòng chảy đỉnh

và giảm tổng dung tích của hồ (đồng nghĩa giảm chi phí xây dựng hồ) Nội dung nghiên cứu cho thay đổi số lượng HĐH và diện tích của chúng Kết quả mô phỏng tính toán chỉ ra rằng lưu lượng đỉnh có quan hệ tỷ lệ nghịch với dung tích hồ đồng thời có quan hệ nghịch với số lượng hồ, kết quả thể hiện trên đồ thị cũng cho thấy cùng dung tích hồ nhưng số lượng hồ lớn hơn thì lưu lượng đỉnh nhỏ hơn

Ưu thế của việc phân tán các HĐH cũng được khẳng định trong nghiên cứu so sánh hai phương án hồ phân tán và hồ tập trung [44], cho thấy tiềm năng cải thiện cả ba chỉ

số gồm năng lượng tiêu thụ, mức độ ngập và khả năng sử dụng nước mưa là rất khả quan ở phương án hồ phân tán

Trang 39

Quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa đã làm suy giảm bề mặt thấm nước, giảm độ nhám của lưu vực khiến thời gian tập trung dòng chảy rút ngắn và tăng lưu lượng đỉnh Trong trường hợp này, việc sử dụng các HĐH để không làm tăng lưu lượng đỉnh, giảm chi phí xây dựng hệ thống thoát nước đô thị đã được nghiên cứu [45] Điều này cho thấy việc tiếp cận theo hướng càng phân tán HĐH là xu thế tất yếu hiện nay trong việc thoát nước mưa tại các đô thị trên thế giới

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng các hệ thống thoát nước mưa theo phương pháp truyền thống sẽ chỉ làm tăng tổng mức đầu tư cho hệ thống [46] Vì vậy để hệ thống thoát nước mưa có tính chất bền vững, cần sử dụng hệ thống HĐH nhằm kiểm soát tốt hơn lưu lượng gây ngập úng của các đô thị [47] [48] [49] [50]

Dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu điển hình mô phỏng thủy lực – thủy văn trên lưu vực Yen-Shui thuộc miền nam Đài Loan, tính toán với một kịch bản bố trí HĐH phân tán trên lưu vực, kết quả cho thấy việc bố trí HĐH đã làm giảm ngập úng

bề mặt ứng với các tần suất mưa khác nhau từ 23% đến 44% [51]

Nghiên cứu khả năng triết giảm lưu lượng nước mưa ứng với các lượng mưa khác nhau được nghiên cứu điển hình trên một vùng nông thôn đang công nghiệp hóa với diện tích 7,98 ha trên tổng diện tích toàn vùng là 13,39 ha tại Changting phía Nam Trung Quốc Trong khu vực công nghiệp hóa được bố trí 0,45 ha (chiếm 3,42% diện tích toàn khu vực) diện tích HĐH Bằng phương pháp sử dụng mô hình thủy văn-thủy lực, tính toán cho các trường hợp mưa khác nhau, kết quả tính toán cho thấy khi trận mưa nhỏ hơn 135,5 mm, có thể triết giảm được 100% lượng dòng chảy Khi trận mưa ngày đạt giá trị 233,6 mm, lượng dòng chảy lớn nhất triết giảm được là 58% [37] Nghiên cứu diện tích ngập úng phụ thuộc vào HĐH và lượng mưa trên hệ thống tiêu cho lưu vực công viên công nghiệp Tainan thuộc Đài Loan Nội dung nghiên cứu với cùng một hệ thống tiêu cho 3 lượng mưa có tần suất lập lại khác nhau là 2 năm, 10 năm và 50 năm với hệ thống HĐH phân tán sẵn có trong hệ thống Kết quả nghiên cứu chỉ ra khi sử dụng HĐH thì diện tích bị ngập và độ sâu ngập giảm rõ rệt với một trận mưa cụ thể Mô phỏng thủy lực hệ thống kênh và HĐH cố định thì lượng mưa với tần

Trang 40

suất lập lại 50 năm cho diện tích ngập và độ sâu ngập lớn nhất và nhỏ nhất khi mô phỏng với tần suất mưa lập lại là 2 năm [12]

Cắt giảm lưu lượng đỉnh của hồ được nghiên cứu bằng lý thuyết, kết quả chỉ ra việc giảm lưu lượng đỉnh do nước được trữ tạm thời trong hồ Nghiên cứu hệ số triết giảm tính trên tỷ số giữa lưu lượng ra và lưu lượng vào, mối quan hệ giữa dung tích trữ lớn nhất và lưu lượng vào hồ Nội dung nghiên cứu đã chỉ ra các hàm quan hệ, các thông

số và sự phụ thuộc của các thông số này [52]

Bên cạnh những loại hồ truyền thống đã có nghiên cứu các loại hồ khác là hồ ướt (wet retention ponds) và hồ khô (dry retention ponds) [53] Nghiên cứu chỉ ra hồ ướt có 2 tác dụng là trữ nước mưa giảm ngập úng và xử lý nước thải, hồ ướt có thể là các loại

hồ truyền thống hoặc sử dụng các bãi cỏ, thực vật có địa hình thấp trũng để trữ nước tạm thời Hồ khô được thiết kế chỉ với một mục đích trữ nước tạm thời thông thường không quá 24 giờ, không có tác dụng xử lý môi trường, hồ cũng được sử dụng cho các mục đích khác Nghiên cứu cũng phân tích các ưu điểm và nhược điểm của 2 hình thức hồ trên về mặt môi trường và có lấy ví dụ của một số thành phố tại Mỹ

Tóm lại: Vấn đề ngập úng tại các thành phố trên thế giới đang ngày càng trở nên

nghiêm trọng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và tình trạng đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng đã làm trầm trọng hơn vấn đề thoát nước mưa đô thị và vùng nông nghiệp lân cận Nhiều nghiên cứu đã đi sâu ảnh hưởng của HĐH đến các vấn đề ngập úng, môi trường, cảnh quan Có thể tóm lược như sau:

- Một số nghiên cứu đã chỉ ra: việc tiếp cận thoát nước theo hướng thoát ngay lượng nước mưa là không hiệu quả cả về kỹ thuật lẫn hiệu quả kinh tế Để giải quyết vấn

đề này cần thiết phải trữ lại lượng nước mưa bằng các HĐH để sử dụng tổng hợp và thoát ra sau đó là rất hiệu quả cả về kỹ thuật lẫn kinh tế

- Hướng tiếp cận sử dụng các hình thức cắt giảm lưu lượng đỉnh tại nguồn bằng việc trữ nước (các HĐH bố trí phân tán theo hộ gia đình hay khu đô thị) hay tăng khả năng thấm đang được các nhà chuyên môn tập trung nghiên cứu Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy đây là hướng tiếp cận rất hiệu quả Hướng tiếp cận này làm

Định dạng
Số trang	177
Dung lượng	7,68 MB