Nghiên cứu đã ứng dụng Mô hình SWMM để mô phỏng quá trình sản sinh dòng chảy từ mưa và quá trình tiêu thoát nước mưa trên lưu vực, từ đó đề xuất các giải pháp giảm ngập. Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp hồ điều hòa có tính hiệu quả hơn so với giải pháp cải tạo mặt phủ đô thị.
Bài báo khoa học Mô mức độ ngập đề xuất giải pháp thoát nước chống ngập cho khu vực Văn Thánh – thành phố Hồ Chí Minh Hồng Thị Tố Nữ1*, Đoàn Thanh Vũ1, Lê Văn Phùng1, Cấn Thu Văn1 Trường Đại học Tài nguyên Môi trường TP.HCM; nu.htt@hcmunre.edu.vn; dtvu@hcmunre.edu.vn; phunglv@hcmunre.edu.vn; ctvan@hcmunre.edu.vn * Tác giả liên hệ: nu.htt@hcmunre.edu.vn; Tel.: +84–908817694 Ban Biên tập nhận bài: 05/7/2020; Ngày phản biện xong: 10/8/2020; Ngày đăng: 25/8/2020 Tóm tắt: Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) xác định trung tâm kinh tế, trung tâm giao dịch quốc tế du lịch nước ta với q trình thị hóa nhanh kéo theo nhiều hệ lụy sở hạ tầng, vấn đề ngập lụt thị vấn đề nhức nhối Lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè thuộc quận TP.HCM nơi có mức độ ngập cao Nghiên cứu ứng dụng Mơ hình SWMM để mơ q trình sản sinh dịng chảy từ mưa q trình tiêu nước mưa lưu vực, từ đề xuất giải pháp giảm ngập Kết nghiên cứu cho thấy giải pháp hồ điều hịa có tính hiệu so với giải pháp cải tạo mặt phủ đô thị Các kịch cho thấy với 186 diện tích hồ điều hịa xóa ngập cho khu vực Văn Thánh thuộc lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè Từ khóa: Ngập lụt thị Thành phố Hồ Chí Minh; Mơ hình SWMM Mở đầu Với vị trí địa lý điều kiện tự nhiên tương đối thuận lợi, TP.HCM xác định trung tâm kinh tế, trung tâm giao dịch quốc tế du lịch nước ta đầu mối giao thông thuận lợi để giao lưu khu vực phía nam, nước quốc tế Song cịn tồn nhiều bất cập, mà bất cập lớn tình trạng ngập, lụt thành phố Nhiều năm qua, TP.HCM đầu tư nhiều tiền công sức cho vấn đề như: nâng cấp hệ thống nước thành phố, khơi thơng hệ thống kênh rạch, góp phần nước làm đẹp, mơi trường thành phố Song, thực tế tình trạng ngập lụt lan rộng Nhiều năm qua, cơng trình xây dựng chủ yếu nâng cốt xây dựng lên hàng mét để họ sợ tình trạng ngập lụt khó cho việc kinh doanh… thực tế tạo tình trạng thị đổ nước vào thị kia, thị ngăn cản việc nước xảy tình trạng “càng chống ngập” [1] Xét điều kiện địa hình: Nhìn chung, TP.HCM có địa hình tương đối phẳng thấp với số gị triền phía Tây–Bắc Đơng–Bắc, độ cao mặt đất có xu hướng giảm dần từ phía Tây–Bắc phía Nam Đơng Nam Khu vực có dạng gị triền lượn sóng phân bố lớn huyện: Củ Chi, Hóc Mơn, phía bắc quận Thủ Đức, quận 9, phía bắc huyện Bình Chánh Cao độ từ 4–10 m chiếm khoảng 19% tổng diện tích; vùng có độ cao 10m chiếm 11% tổng diện tích Khu vực địa hình dạng thấp phân bổ nội thành phố, phần đất huyện Hóc Mơn, quận Thủ Đức nằm dọc theo sơng Sài Gịn phần phía nam huyện Bình Chánh Cao độ thay đổi từ 2–4 m chiếm khoảng 15% diện tích Khu vực địa hình dạng trũng thấp tạo thành vệt kéo dài từ phía nam huyện Củ Chi (xã Thảo Mỹ, Tam Tân vòng phía tây từ Bình Chánh (dọc kênh An Hạ, Lê Minh Xuân, Tân Nhật, đến phía nam huyện Nhà Bè, Cần Giờ đơng nam huyện Bình Phước, huyện Bình Chánh) Cao độ từ 0–2 m chiếm khoảng từ 55% diện tích đất (cao độ Quốc gia) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 13 Xét điều kiện thủy văn: Nằm vùng lưu vực hệ thống sơng Đồng Nai–Sài Gịn, chế độ thủy văn–thủy lực kênh rạch, sơng ngịi khơng chịu ảnh hưởng địa hình thành phố (phần lớn thấp m) chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều biển Đơng mà cịn chịu tác động rõ nét việc khai thác hồ bậc thang thượng lưu tương lai hồ chứa Trị An, Dầu Tiếng, Thác Mơ… Hệ thống sông rạch chằng chịt với tổng chiều dài 7.955 km; tổng diện tích mặt nước chiếm 16%; mật độ dịng chảy trung bình 3,80 km2… Như phần địa hình thấp trũng có độ cao 02 m mặt nước chiếm 61% diện tích tự nhiên, lại nằm vùng cửa sơng với nhiều cơng trình điều tiết lớn thượng nguồn nên nguy ngập úng lớn [1] Về lượng mưa: Tổng lượng mưa trung bình TP.HCM cao từ 1800 mm đến 2700 mm, tập trung vào tháng từ tháng đến tháng 11 chiếm tới 90% lượng mưa Về chế độ thủy văn: Do năm có mùa mùa mưa mùa khơ nên chế độ dịng chảy hệ thống sơng Sài Gịn sơng Đồng Nai hình thành chế độ dòng chảy tương ứng Đồng thời tác động biển Đông nên sông rạch vùng nội thành TP.HCM chịu ảnh hưởng triều cách mạnh mẽ quanh năm Triều cường vào mùa Xuân (các tháng 10,11,12,1 dương lịch) thời kỳ tăng cường dòng lũ mùa mưa địa bàn nội thành nên triều cường thường kéo dài từ tháng đến tháng dương lịch [1, 2] Về tình hình lún sụt TP.HCM: Qua tổng hợp kết đo kiểm mốc độ cao khu vực TP.HCM tỉnh đồng sông Cửu Long năm 2014, 2015 Cục đồ đo đạc đồ Việt Nam thuộc Bộ Tài nguyên Môi trường cho thấy khu vực TP.HCM diễn với tốc độ lún lớn 10cm vịng 10 năm quận Bình Chánh, nam quận Bình Tân, quận 8, quận 7, đông quận 12, tây quận Thủ Đức, bắc huyện Nhà Bè với tổng diện tích 239 km2 Cá biệt có nơi lún tới 73 cm/10 năm, từ năm 2005–2015 (Tại mốc sân Trung tâm văn hóa Thể dục Thể thao phường An Lạc quận Bình Tân; 44 cm/10 năm (mốc sân Trung tâm Y tế Bình Chánh, xã Tân Túc huyện Bình Chánh [1,3] Qua nghiên cứu tình hình điều kiện khí hậu, thủy văn khu vực TP.HCM; kết quan trắc tượng lún sụt, kịch nước biển dâng Việt Nam; nói cuối kỷ này, tồn vùng đất có độ cao nhỏ m TP.HCM có nguy ngập nước phần diện tích xây dựng khơng thuận lợi chiếm tới 60–70% tổng diện tích tự nhiên TP.HCM Nhiều khu vực TP.HCM có mặt đất tự nhiên thấp khoảng 75% diện tích có cao độ m, lại nằm vùng ảnh hưởng mạnh thủy triều biển Đơng, nên hồn tồn bị ngập gặp đỉnh triều cao Do biến đổi khí hậu, nước biển ngày dâng cao mà hậu tăng nguy gây ngập cho khu vực TP.HCM, tần suất mức độ [4] Đặc biệt, trận siêu mưa vừa qua ngày 25 tháng 11 năm 2018, ảnh hưởng bão số (USAGI) địa bàn Thành phố xuất mưa từ lúc 07giờ 00 đến 15giờ 00 phút bắt đầu xuất mưa to diện rộng kết hợp với triều lên Vũ lượng mưa lớn đo 401 mm (trạm Tân Sơn Hòa), đỉnh triều đo trạm Phú An +1,29 m (vào lúc 18 30 phút) Trong đó, tần suất thiết kế cống TP.HCM đến năm 2020: Vũ lượng thiết kế với chu kỳ tràn cống tuyến cống cấp mưa 75,88 mm; tuyến cống cấp mưa 85,36 mm; kênh, rạch cấp 95,91 mm giờ; đỉnh triều thiết kế +1,32 m) Từ thực tế cho thấy, ngập úng nặng TP.HCM không xẩy trường hợp tổ hợp bất lợi “lũ cao + triều cường + mưa lớn”, mà cịn xẩy trường hợp lũ+triều bình thường gặp siêu mưa có lượng mưa ngấp nghé vượt xa lượng mưa thiết kế hệ thống cống thoát nước độ thị thành phố (200 mm/trận vài giờ) [4] Phương pháp nghiên cứu 2.1 Lưu vực nghiên cứu Tình trạng ngập nước TP.HCM nói chung lưu vưc Nhiêu Lộc–Thị Nghè vấn đề quan tâm cấp quyền nhân dân Lưu vực Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 14 Nhiêu Lộc–Thị Nghè khu vực có địa hình mặt đất tự nhiên thấp khu vực bị ngập thường xuyên, mùa khô ngập triều cường, mùa mưa ngập mưa lớn mưa kết hợp với triều Riêng khu vực quận Bình Thạnh, quận nằm Lưu vực rạch Văn Thánh, phía cuối lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè tình trạng ngập lụt xảy nguy kịch nhất, có phận địa hình thấp trũng tiếp giáp với vùng có địa hình cao hơn, với diện tích ngập lụt triều cường lên tới 30–50% diện tích tự nhiên Tình trạng ngập úng ảnh hưởng nhiều đến mặt kinh tế, xã hội môi trường khu vực thêm vào tình hình ngập diễn biến ngày xấu [5] Lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè thuộc khu vực trung tâm kinh tế, trị văn hóa thành phố Hồ Chí Minh, với diện tích 3630 nằm địa bàn quận (quận 1, 3, 10, Phú Nhuận, Tân Bình, Bình Thạnh Gò Vấp), số dân sống lưu vực lên tới 1,2 triệu người Rạch Văn Thánh thuộc kênh Nhiêu Lộc–Thị Nghè chiều dài khoảng 2000 m, chiều rộng Rạch khoảng 15–30m Lưu vực rạch Văn Thánh nằm phía Đơng Bắc, ven sơng Sài Gịn, phía cuối lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè (quận Bình Thạnh) với diện tích khoảng 200 ha, tình trạng ngập lụt xảy lưu vực nguy kịch nhất, với diện tích ngập lụt triều cường lên tới 30–50% diện tích tự nhiên (Hình 1) Hình Khu vực Văn Thánh thuộc lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè 2.2 Phương pháp nghiên cứu Các tốn khoa học–kỹ thuật thường giải theo ba phương pháp: phương pháp quan sát–đo đạc thực tế, phương pháp mơ hình vật lý phương pháp mơ hình tốn Đối với tốn nước thị này, phương pháp mơ hình vật lý khó khăn phức tạp, khơng muốn nói khơng thể Vì luận văn, sử dụng phương pháp mơ hình tốn số (mơ hình PC SWMM) kết hợp với liệu quan sát–đo đạc thực tế Đã có báo cáo, nghiên cứu: Báo cáo đặc biệt hữu ích sử dụng SWMM khu vực đô thị với đặc điểm tương tự kênh Tân Hóa–Lị Gốm Đồng thời trình bày lại lượng mưa phân tích thủy văn khác chi tiết phương pháp luận dòng chảy, sử dụng cho việc áp dụng mơ hình SWMM TP.HCM [6]; Mơ hình tính Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 15 tốn nước mưa cho thị chịu ảnh hưởng thủy triều [7], báo cáo tính tốn nước mưa cho đô thị chịu ảnh hưởng thủy triều mơ hình có sẵn–mơ hình SWMM Bên cạnh, tác giả trình bày số khía cạnh thủy văn đô thị, chủ yếu theo quan điểm Âu–Mỹ; Nghiên cứu phương pháp phân vùng ngập thoát nước đô thị nội thành TP.HCM [8] Nghiên cứu trạng tình hình ngập nước thị (vị trí địa lý, địa hình, dân số, hệ thống nước, tính chất mặt đệm ảnh hưởng đến hình thành dịng chảy, nhận định yếu tố mặt đệm) Đồng thời đưa mơ hình tính tốn thủy lực hệ kênh rạch khu vực nội thành TP.HCM (mơ hình tốn, phương pháp giải); Nghiên cứu, báo cáo Quy hoạch thủy lợi phục vụ tìm kiếm giải pháp chống ngập lụt cho TP.HCM [9] Trên sở phân tích nguyên nhân trạng ngập TP.HCM lũ, mưa tổ hợp chúng, nghiên cứu đề xuất biện pháp kiểm soát lũ, kiểm soát triều nhằm giải tốn chống úng ngập cho tồn thành phố điều kiện có lũ lớn thượng lưu nước biển dâng tương lai từ đề xuất giải pháp Hiện có nhiều mơ hình khác nghiên cứu, ứng dụng phát triển để phục vụ việc mô đề xuất giải pháp chống ngập thị giới, phải kể đến: mơ hình tốn như: Pervious and impervious runoff in urban catchments Mưa độ sâu lớp nước chảy tràn kiểm tra cho 763 trận bão 26 lưu vực đô thị 12 quốc gia Có 17 lưu vực có bề mặt khơng thấm nhân tố đóng góp cho dịng chảy mặt [10]; Nghiên cứu GIS (Hệ thống thông tin địa lý) nay, dự án thuộc khu vực Tweed vùng biển bắc New South Wales Nội dung tập trung vào vấn đề quản lý thoát nước kết hợp với mơ hình thủy lực cho phép mơ động lực học hệ thống nước tương ứng với trường hợp dòng chảy mặt mưa [11] Những nghiên cứu thủy văn trình mưa–dòng chảy mặt cung cấp sở cho việc ước lượng thiết kế dịng chảy hệ thống nước thị Hệ thống mà kiểm sốt lũ, chuyển tải bùn tải chất ô nhiễm Bài báo phát thảo lý thuyết q trình mưa–dịng chảy mặt định rõ phát triển mơ hình thực tiễn sử dụng cho việc tính tốn mơ hình [12]; Mơ hình nước thị nhiều cấp [10] Nghiên cứu sử dụng hệ thống nước kép, mạng lưới kênh hở phía mặt đường, hệ thống cống kín phía để giảm lưu lượng đỉnh hệ thống Đặc biệt mơ hình nghiên cứu thấy mối quan hệ thủy động lực dòng chảy mạng mạng [5] Ngồi ra, mơ hình sử dụng rộng rãi mơ hình Storm (Storage, Treatment, Overflow, Runoff Model), mơ hình HEC–HMS, mơ hình TOPMODEL, mơ hình Mouse, mơ hình MIKE Urban, Trong nghiên cứu ứng dụng mơ hình PC.SWMM để mơ mức độ ngập đề xuất giải pháp cho tiểu lưu vực rạch Văn Thánh thuộc lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình SWMM SWMM (Storm Water Management Model) xây dựng hai trường đại học San Phansico Florida (Mỹ) quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) xây dựng từ năm 1971–1999 để mô chất lượng nước lưu vực nước thị tính tốn q trình chảy tràn từ lưu vực phận đến cửa nhận nước Mơ hình quản lý nước mưa SWMM mơ hình tốn học tồn diện, dùng để mơ khối lượng tính chất dịng chảy thị mưa hệ thống cống nước thải chung Mọi vấn đề thuỷ văn đô thị chu kỳ chất lượng mô phỏng, bao gồm dòng chảy mặt dòng chảy ngầm, vận chuyển qua mạng lưới hệ thống tiêu thoát nước, hồ chứa khu xử lý Mơ hình bao gồm khối sau: (1) Khối “dịng chảy” (Runoff block) tính tốn dịng chảy mặt ngầm dựa biểu đồ trình mưa (và/hoặc tuyết tan) hàng năm, điều kiện ban đầu sử dụng đất địa hình; (2) Khối “truyền tải” (Transport block) tính tốn truyền tải vật chất hệ thống nước thải; (3) Khối “chảy hệ thống” (Extran block) diễn tốn thủy lực dịng chảy phức tạp cống, kênh…; (4) Khối “Trữ/xử lý“ (Strorage/Treatment block) Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 16 biểu thị cơng trình tích nước ao hồ…và cơng trình xử lý nước thải, đồng thời mơ tả ảnh hưởng thiết bị điều khiển dựa lưu lượng chất lượng ước toán chi phí thực hiện; (5) Khối “nhận nước” (Receiving block) Mơi trường tiếp nhận (Hình 2) Hình Các thành phần hệ thống mô SWMM Modul EXTRAN, module SWMM, mơ hình tính tốn thủy lực dịng chảy hệ thống lịng dẫn hở và/hay kín Module nhận liệu thủy văn vị trí nút ấn định trước từ module trước (ví dụ module RUNOFF) và/hay từ liệu người sử dụng nhập trực tiếp Hệ phương trình đạo hàm riêng cho hệ thống dòng chảy cống nước xuất phát từ hệ phương trình dịng khơng ổn định 1D Saint–Venant a Phương trình liên tục dịng khơng ổn định: A A V (1) V A 0 t x x Trong A diện tích mặt cắt ngang; V lưu tốc trung bình mặt cắt ngang dịng chảy; x khoảng cách dọc theo lòng dẫn; t thời gian Gọi Q lưu lượng dòng chảy: V = Q/A (2) Thay (2) vào (1), tìm được: A Q (3) 0 t x b Phương trình động lượng dịng khơng ổn định: S f So h V V V x g x g t (4) Trong Sf độ dốc thủy lực; So độ dốc đáy; g gia tốc trọng trường Từ (2) (4), tìm được: Q (Q / A) H gA gAS f t x x (5) Trong H = z + h cột nước đo áp (z cao độ đáy, h chiều sâu nước); Độ dốc đáy So = dz/dx bao hàm gradient H Ta có phương trình động lượng dùng ống phương trình liên tục Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 dùng nút Như động lượng bảo toàn ống liên tục nút Phương trình động lượng kết hợp với phương trình liên tục dạng sau: Q A A H gAS f 2V V gA 0 t t x x Trong (10), độ dốc thủy lực xác định nhờ biểu thức Manning: n2 Sf QV AR / 17 (6) (7) Trong n hệ số nhám Manning; R bán kính thủy lực Dấu giá trị tuyệt đối (7) làm cho Sf đại lượng có hướng bảo đảm lực ma sát ln ln ngược chiều dịng chảy Như phương trình cuối để giải là: Q gn A A H / Q V 2V V gA 0 t R t x x (8) Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn với sơ đồ áp dụng vào phương trình (12), sau số biến đổi ta nhận phương trình rời rạc sau đây: Qt t A A2 A1 Qt 2V t t V t L t gn H H1 1 4/3 gAt R V L (9) Trong Qt+t Qt lưu lượng cuối đầu thời đoạn t; V , A, R trung bình có gia trọng giá trị tương ứng hai đầu ống vào thời điểm t; (A/t) t đạo hàm theo thời gian A từ bước thời gian trước Các ẩn số (13) Qt+t , H2 H1 Các đại lượng V , A, R có quan hệ với Q H Do đó, ta cần có phương trình liên hệ Q H Đó phương trình liên tục nút: H/t = Q/As (10) hay dạng sai phân: Ht+t = Ht + Qt t /Ast (11) Với As diện tích mặt thống nút Các phương trình (9) (11) giải liên tiếp nhằm xác định lưu lượng ống cột nước nút cho bước thời gian t Ưu điểm phương pháp sai phân hữu hạn theo sơ đồ đơn giản, dễ lập trình máy tính có nhược điểm bị hạn chế bước thời gian Để bảo đảm ổn định lời giải số, bước thời gian t phải thỏa mãn điều kiện Courant sau đây: * Đối với ống: t L / (gD)1/2 (12) Trong D chiều sâu tối đa ống Vế phải (16) thời gian cần cho sóng động lực truyền chiều dài L ống Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 18 * Đối với nút: t 0,1 As Hmax / Q (13) Trong Hmax độ dâng lớn mặt nước bước thời gian; Q tổng lưu lượng thực chảy vào nút Bước thời gian t chọn giá trị nhỏ hai giá trị cho (12) (13) Theo kinh nghiệm, t = 15–30 giây thích hợp Kết thảo luận 3.1 Mô ngập lụt trạng 3.1.1 Cơ sở liệu a Biên mực nước: Dao động mực nước theo triều gán nút 135, giao rạch Nhiêu Lộc–Thị Nghè với sơng Sài Gịn mơ hình triều tiêu tính tốn mơ hình tổng thể ứng với mực nước sơng Sài Gịn trạm Phú An tương ứng với tần suất thiết kế 10% (Hình 3) 1.5 M Ự C N Ư Ớ C (m ) 0.5 -0.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -1 -1.5 Giờ Hình Quá trình mực nước triều đặc trưng ngày 28/10/2007 Hình Biểu đồ mưa thiết kế b Mơ hình mưa thiết kế: Mơ hình mưa sử dụng tính tốn lấy theo trạm Tân Sơn Nhất với chu kỳ tràn cống lặp lại năm (Hình 4) c Các thơng số khác: Lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè có tổng diện tích khoảng 3630 chảy qua quận (1, 3, 10, Tân Bình, Phú Nhuận, Gị Vấp, Bình Thạnh) Độ dốc địa hình tiểu lưu vực lưu vực xác định trực tiếp đồ số hóa lưu vực Tỉ lệ phần khơng thấm so với tổng diện tích ước tính theo cấu sử dụng đất lâu dài 55–85% Giả thiết bỏ qua bốc thời đoạn tính tốn ngắn Các số liệu mặt cắt tuyến kênh rạch lấy theo dự án vệ sinh môi trường Nhiêu Lộc–Thị Nghè Cao độ mặt đất lấy theo cao độ tự nhiên xác định đồ số hóa, nhiên vùng trũng thấp, cao độ mặt đất giả định cao độ san tối thiểu +2m (theo định số 752/QĐ–TTg Thủ Tướng Chính Phủ ngày 19/06/2001 việc phê duyệt Quy Hoạch tổng thể hệ thống thoát nước TP HCM đến năm 2020) Hệ thống cống thoát nước: Rạch Văn Thánh thuộc kênh Nhiêu Lộc–Thị Nghè nằm phía cuối kênh, tình trạng ngập úng xảy lưu vực rạch Văn Thánh xảy thường xuyên nghiêm trọng triều lên, mưa xuống đặc biệt mưa triều kết hợp Bên cạnh Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 19 địa hình lưu vực tương đối thấp chịu ảnh hưởng sơng Sài Gịn lưu vực xung quanh Do đó, để giải tốn ngập cho lưu vực ta cần giải phương diện tổng thể cụ thể tính cho tồn lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè Toàn lưu vực sơ đồ hóa thành 220 nút, 119 tiểu lưu vực, 221 tuyến cống với biên mực nước gán nút 135 (giao kênh Nhiêu Lộc–Thị Nghè với sơng Sài Gịn) Với sơ đồ trạng sau (hình 5) Hình Sơ đồ thủy lực phương án trạng 3.1.2 Kết hiệu chỉnh, kiểm định mô hình Dùng phương án trạng để kiệm nghiệm mơ hình cách so sánh điểm ngập có từ việc mơ mơ hình với điểm ngập từ khảo sát thực tế Sau tiến hành mô lưu vực mơ hình PC SWMM kết tính tốn cho thấy với kích thước kênh, cống trạng, dịng chảy mặt đất hình thành khắp nơi lưu vực tràn khu vực trũng thấp gây ngập kéo dài nhiều nơi Kết mô so sánh với thực tế gọi phương án trạng Kết thể hình Dựa vào kết trên, ta so sánh số điểm ngập từ khảo sát thực tế trùng với kết từ việc chạy mơ hình (32) với số điểm ngập có chạy mơ hình (50), tỉ lệ mô thành công mơ hình khoảng 64% Với hệ số Nash thực đo mô 32 điểm ngập đạt 0,96 Với kết hiệu chỉnh trạng, cho thấy mô hình có khả tái tình hình ngập lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 20 Thời gian ngập thực tế (phút) 350 y = 0.9454x + 5.8705 R² = 0.9488 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 350 Thời gian ngập mô (phút) Hình Biểu đồ so sánh node ngập mô thực tế 3.4 Mô giải pháp thoát nước chống ngập Nghiên cứu thiết lập vận hành cống kiểm soát triểu Nhiêu Lộc–Thị Nghè ứng với kịch sau: – Kịch tăng diện tích bề mặt thấm cho lưu vực; – Kịch xây dựng hồ điều hòa phân tán 3.4.1 Giải pháp cải tạo mặt phủ đô thị Nước mưa rơi xuống đất chia làm ba thành phần chính: phần ngấm xuống đất bổ sung cho nguồn nước ngầm, phần bốc lên tạo thành mây, phần lại tạo thành dịng chảy chảy vào hệ thống nước mưa Việc thị hóa–bê tơng hóa–Thành phố Hồ Chí Minh làm giảm đáng kể bề mặt thấm lưu vực, làm thay đổi hệ số dịng chảy góp phần làm tăng dịng chảy tràn tình trạng ngập lưu vực Do đó, tăng diện tích bề mặt thấm nhằm giảm thiểu tình hình ngập cho lưu vực, đồng thời bổ sung trữ lượng cho nước ngầm giải pháp cần xem xét Cụ thể nghiên cứu tiến hành giảm diện tích phần khơng thấm với trường hợp 85%, 75%, 65%, 55%, 45%, 35%, 25% ảnh hưởng biến đổi khí hậu dự kiến mưa tăng 0,8mm/năm, triều tăng 1cm/năm theo thời gian biểu kiến – Dữ liệu mực nước triều tính toán cho năm 2019, 2029, 2039, 2049 2059; – Dữ liệu mưa thiết kế dự kiến 180 phút – năm – bước thời gian 15 phút (Bảng 1) Kết mô mối tương quan phần trăm diện tích khơng thấm số điểm ngập ứng với năm hình hình Bảng Bảng mơ hình mưa thiết kế dự kiến ứng với biến đổi khí hậu Giờ Mơ hình mưa thiết kế dự kiến ứng với biến đổi khí hậu 2019 2029 2039 2049 2059 12:00 20.1 21.7 23.3 24.9 26.4 12:15 35.9 38.8 41.6 44.5 47.3 12:30 12.6 13.6 14.6 15.6 16.6 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 Mơ hình mưa thiết kế dự kiến ứng với biến đổi khí hậu 2019 2029 2039 2049 2059 12:45 8.6 9.3 9.9 10.6 11.3 13:00 5.3 5.7 6.2 6.6 7.0 13:15 5.3 5.7 6.2 6.6 7.0 13:30 3.1 3.4 3.6 3.9 4.1 13:45 3.1 3.4 3.6 3.9 4.1 14:00 1.7 1.9 2.0 2.1 2.3 14:15 1.7 1.9 2.0 2.1 2.3 14:30 1.7 1.9 2.0 2.1 2.3 14:45 1.7 1.9 2.0 2.1 2.3 4500 4000 0.85 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.25 T h ời g ian n g ập Số đ iểm n g ập Giờ 50 45 40 35 30 25 20 15 10 2019 21 3500 0.85 3000 0.75 0.65 2500 0.55 2000 0.45 1500 0.35 1000 0.25 500 2029 2039 2049 2059 Năm Hình Diễn biến số điểm ngập trường hợp thay đổi % thấm 2019 2029 2039 2049 2059 Năm Hình Diễn biến số thời gian ngập trường hợp thay đổi % thấm Thấy giải pháp cải tạo mặt phủ thị (tăng phần diện tích thấm) có tác dụng định việc giảm thiểu tình trạng tải cống tương lai vũ lượng mưa tăng dần theo thời gian Tuy nhiên thực tế giải pháp không mang lại hiệu cao, thời gian ngập số điểm ngập giảm không thay đổi mặt phủ đô thị ta tiến hành quy hoạch đô thị đến 25% diện tích khơng thấm Bên cạnh, Thành phố Hồ Chí Minh nói chung lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè nói riêng việc giảm diện tích khơng thấm cách đáng kể (25%) không khả thi không thực 3.4.2 Giải pháp hồ điều hòa Sau đánh giá thực trạng tiêu thoát nước, nghiên cứu kế họach phát triển hệ thống liệu, nghiên cứu tiến hành quy họach xây dựng hồ điều hòa cho lưu vực Ngồi chức góp phần giảm thiểu ngập lụt, hồ điều hòa cải tạo cảnh quan, môi trường, điểm vui chơi người dân vùng Trong tương lai không xa, mà nguồn nước hạn chế, hồ điều hịa cịn có thêm nhiệm vụ cung cấp nước cho đời sống sản xuất Các tiêu chí chọn vị trí hồ điều hịa xem xét cao độ, dòng chảy, dân cư cơng trình xung quanh Với tiêu chí nghiên cứu tiến hành quy hoạch bố trí hồ điều hịa tính thử dần ảnh hưởng mưa triều theo thời gian ứng với quy hoạch đô thị Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 22 Ví dụ điển trường hợp 85% khơng thấm ứng với năm 2059 nghiên cứu bố trí 12 hồ điều hịa, có tận dụng hồ Văn Thánh hồ điều tiết nước (Bảng 2, Hình 9) Bảng Bảng kích thước hồ trường hợp 85% không thấm năm 2059 STT Rộng (m) Dài (m) Sâu (m) Diện tích hồ (ha) 200 440 1.0 8.8 500 840 1.0 42 100 270 1.0 2.7 300 550 1.0 16.5 300 520 1.0 15.6 250 460 1.0 11.5 200 290 1.0 5.8 500 890 1.0 44.5 300 490 1.0 14.7 10 200 360 1.0 7.2 11 200 450 1.0 12 200 410 1.0 8.2 Tổng cộng 186.5 Hình Sơ đồ vị trí hồ điều hịa trường hợp 85% năm 2059 Sau bố trí nghiên cứu tiến hành mơ tính thử dần thể tích hồ hết ngập hoàn toàn cho lưu vực theo quy hoạch đô thị ảnh hưởng biến đổi khí hậu (mưa triều tăng dự kiến với thời điểm), kết thể hình 10, hình 11 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 Hình 10 Diễn biến số điểm ngập theo V hồ trường hợp 85% không thấm 23 Hình 11 Diễn biến thời gian ngập theo V hồ trường hợp 85% khơng thấm Bảng Diện tích hồ cần thiết để xóa ngập V hồ Năm Đơn vị 85% % 75% % 65% % 55% % 2019 1.720 62 1.610 58 1.277 46 1.090 40 2029 2.269 82 2.053 75 1.694 62 1.542 56 2039 3.597 131 3.059 111 2.617 95 2.407 87 2049 4.989 181 4.649 169 4.216 153 3.739 136 2059 5.115 186 4.963 180 4.384 159 4.176 152 Qua kết nghiên cứu thấy hồ điều tiết giải pháp mang lại hiệu cao, với 186 (trường hợp bất lợi nhất) xóa ngập hồn tồn cho lưu vực 186 diện tích khơng nhỏ so với tổng diện tích lưu vực chiếm khoảng 5% khơng đáng kể so với hiệu mà mang lại Ứng với thời điểm xác định theo quy hoạch thị nghiên cứu có diện tích hồ cần thiết để xóa ngập cho lưu vực Kết luận Mơ hình SWMM sử dụng để mơ chất lượng nước lưu vực nước thị tính tốn q trình chảy tràn từ lưu vực phận đến cửa nhận nước Hơn mơ hình quản lý nước mưa SWMM mơ hình tốn học tồn diện, dùng để mơ khối lượng tính chất dịng chảy thị mưa hệ thống cống thoát nước thải chung Mọi vấn đề thuỷ văn đô thị chu kỳ chất lượng mơ phỏng, bao gồm dịng chảy mặt dòng chảy ngầm, vận chuyển qua mạng lưới hệ thống tiêu thoát nước, hồ chứa khu xử lý Nghiên cứu ứng dụng cho khu vực Văn Thánh thuộc lưu vực Nhiêu Lộc–Thị Nghè với kết mô trạng mức tốt Trên sở nghiên cứu sử dụng thơng số để tính toán cho kịch giảm ngập cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc– Thị Nghè hoạt động ứng với giải pháp cải tạo mặt phủ đô thị xây dựng hồ điều hòa Kết cho thấy giải pháp hồ điều hịa có tính hiệu so với giải pháp cải tạo mặt phủ thị Tuy nhiên phương án có mặt trái Vì để có phương án tối ưu khu vực Văn Thánh cần có thêm nghiên cứu đánh giá chuyên sâu khác để hiệu kinh tế xã hội Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 24 Đóng góp tác giả: Xây dựng ý tưởng nghiên cứu: H.T.T.N; Đ.T.T; L.V.P; C.T.V; Lựa chọn phương pháp nghiên cứu: H.T.T.N.; Xử lý số liệu: H.T.T.N; Đ.T.V; L.V.P; Mơ hình hóa: H.T.T.N; Phân tích kết quả: H.T.T.N, C.T.V; Chỉnh sửa báo: H.T.T.N, C.T.V Lời cam đoan: Tập thể tác giả cam đoan báo cơng trình nghiên cứu tập thể tác giả, chưa công bố đâu, không chép từ nghiên cứu trước đây; tranh chấp lợi ích nhóm tác giả Tài liệu tham khảo Sở Quy hoạch – Kiến trúc TPHCM Giải pháp hạn chế tình trạng ngập lụt TP.HCM tình hình biến đổi khí hậu tương lai 2017 Trang online: https://qhkt.hochiminhcity.gov.vn/do–thi–xanh/giai–phap–han–che–tinh–trang– ngap–lut–tai–tphcm–va–tinh–hinh–bien–doi–khi–hau–trong–tuong–lai–1031.html Dũng, Đ.Đ.; Anh, N.N.; Hà, Đ.T Đánh giá biến động tài nguyên nước lưu vực sông Đồng Nai vùng phụ cận Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi Mơi trường 2014, 47, 1–9 Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam (Bộ Tài nguyên Môi trường) Báo cáo tình hình sụt lún khu vực TP.HCM ĐBSCL, 2016 Trang online: https://baotainguyenmoitruong.vn/bao–cao–tinh–hinh–sut–lun–khu–vuc–tp–hcm– va–dbscl–246240.html Trường, T.V Nhìn lại tốn ngập lụt Thành phố Hồ Chí Minh, 2018 Trang online: https://ashui.com/mag/tuongtac/phanbien/14844–nhin–lai–bai–toan–ngap–lut– thanh–pho–ho–chi–minh.html Nữ, H.T.T Nghiên cứu giải pháp thoát nước chống ngập cho lưu vực rạch Văn Thánh Thành phố Hồ Chí Minh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đại học Bách Khoa TP.HCM, 2010 Dresser, C.; McKee International Nghiên cứu khả thi thiết kế sơ dự án Thoát nước Tp.HCM Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè Tài liệu báo cáo kết nghiên cứu giai đoạn thiết kế khả thi thuộc dự án Thoát nước TP.HCM lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè, 1999 Điềm, N.V.; Sơn, H.T Mơ hình tính tốn nước mưa cho thị vùng bị ảnh hưởng thủy triều Trường đại học Bách Khoa TP HCM, 2002 Hiếu, T.V Nghiên cứu phương pháp phân vùng ngập nước thị nội thành TP.HCM (2000–2002) Báo cáo tổng kết đề tài Phân viện Khí tượng Thủy văn BĐKH Vấn, T.C Quy hoạch thủy lợi phục vụ tìm kiếm giải pháp chống ngập lụt cho TP Hồ Chí Minh Sở Nơng nghiệp Phát triển nông thôn TP.HCM, 2008 10 Boyd, J.M.; Bufill, M.C.; Knee, R.M Pervious and impervious runoff in urban catchments Hydrol Sci J 1993, 38, 463–478 11 Zhou, Q.; Yang, X.; Melville, M.D A GIS network model for sugarcane field drainage management (1996), School of Geography, University of New South Wales Sydney 2052, Australia Proceedings of 8th Australasian Remote Sensing Conference, 25–29 March 1996, Canberra, 1996, 2, 366–372 12 O’Loughlin, G.; Huber, W.; Chocat, B (1996), Rainfal – runoff process and modeling J Hydraul Res 1996, 34, 733–751 Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 716, 12-25; doi:10.36335/VNJHM.2020(716).12-25 25 Calculation of current flooding level and solutions to flooding prevention in Van Thanh area – Ho Chi Minh City Hoang Thi To Nu1*, Can Thu Van1 HCMC University of Natural Resources and Environment; nu.htt@hcmunre.edu.vn; ctvan@hcmunre.edu.vn Abstract: Ho Chi Minh City (HCMC) is defined as an economic center, an international trading, and tourism center of Vietnam With the rapid urbanization process which has many negative impacts on infrastructure, the urban flooding in the city is one of the most painful problems in recent years Nhieu Loc–Thi Nghe basin which spread over districts of Ho Chi Minh City is one of the places where the depth of flooding is high This study applied the SWMM model to simulate the process of producing rainwater runoff and stormwater drainage in the basin, thereby proposing solutions to reduce flooding The research results show that water regulation is more effective than the solution to improve the urban surface The scenarios show that with 186 of the reservoir area, it is possible to eradicate the flooding in Van Thanh area of Nhieu Loc–Thi Nghe basin Keywords: Urban flooding in Ho Chi Minh City; SWMM model