6. CẤU TRÚC BÁO CÁO
3.3.4.Tổng hợp các nguyên nhân gây ngập
Nguyên nhân & cơ chế gây úng ngập cho
Thành phố Hồ Chí Minh Mưa TH U Ỷ TR I Ề U Bi Ể N Đ ÔN G
Cấp 4 Cấp 3 Cấp 2 Cấp 1: Sông/Kênh: NL-TN, TH-LG Cấp 4 Cấp 3 Cấp 4 3.4. PHÂN TÍCH CƠ CHẾ THUỶ LỰC ÚNG, NGẬP: [4], [7], [9], [10], [12], [13], [14], [17], [18], [19], [20], [21], [22]
Chế độ chảy trọng lực (nước chảy chỗ trũng) và dòng chảy không ổn định là nguyên lý được áp dụng để phân tích cơ chế thuỷ lực úng, ngập ở TP.HCM. Tuy nhiên cần phân biệt cơ chế thuỷ lực úng do mưa, cơ chế thuỷ lực ngập do triều và cơ chế úng- ngập do tổ hợp hai yếu tố mưa và triều trong các vùng đất thấp (+1,5 m MSL).
Giải pháp chống ngập đã thực hiện nhằm cải tạo và lắp đặt hệ thống thoát nước (Hình 3.12); xây dựng cống kiểm soát triều tại các cửa rạch nối với sông Sài Gòn: cống Nhiêu Lộc –Thị Nghè , Rạch Lăng, Bình Triệu v.v.; lắp đặt van ngăn triều, nâng cao mặt đường, nạo vét kênh trục v.v.
Nguồn: Quy hoạch tổng thể thoát nước TP.HCM đến 2020, JICA, 1998-2000 Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống thoát nước cho khu vực nội thành
Sơ đồ Hình 3.12 chỉ vận hành tốt khi hệ thống tiêu thoát nước liên thông (không bị tắc), đủ năng lực thoát nước mưa, nước thải. Sơ đồ này sẽ thuận lợi hơn với điều kiện địa hình cao (> 2,0 m MSL), chế độ thuỷ lực dòng chảy trọng lực. Tuy nhiên phần lớn diện tích (khoảng 50%) khu vực TP.HCM là những nơi có địa hình trũng, thấp (<1,5 m MSL), lại bằng phẳng, bị ảnh hưởng cùng lúc bởi chế độ thuỷ văn, thuỷ lực của hệ thống sông miền núi (chảy trọng lực) và thuỷ triều biển Đông (hai chiều) hình thành chế độ thuỷ lực dòng chảy không ổn định. Dưới đây sẽ phân tích cơ chế thuỷ lực điển hình.
3.4.1. Cơ chế thuỷ lực úng do mưa:[3], [4], [7], [9], [10]
3.4.1.1. Nước mưa tập trung từ các nguồn:
Từ mái các công trình kiến trúc chảy vào hệ thống đường ống thu nước mưa đổ vào các hố ga dọc hai bên đường chảy vào hệ thống đường ống thoát nước các cấp 3, cấp 2, cấp 1 nhập vào trục kênh tiêu chính nối sông Sài Gòn
Từ mặt thoáng tự do trên các vỉa hè, mặt đường và kể cả một số hộ dân có mái hứng nước đổ trực tiếp xuống đường. Tổ hợp đó tập trung vào cửa thu nước đổ xuống hố ga, rồi chảy theo đường ống (xem sơ đồ thoát nước Hình 3.12 trên đây).
Dòng chảy qua cửa thu nước áp dụng công thức dòng chảy qua đập tràn tự do có lưới chắn rác được phân ra hai vùng có cao độ địa hình khác nhau:
Nơi có cao độ ngưỡng tràn > +1,5 m MSL (lấy cao độ mực nước trạm thuỷ văn Phú An, sông Sài Gòn làm chuẩn), không bị ảnh hưởng của thuỷ triều thì cơ chế thuỷ lực dòng chảy qua cửa thu nước (chảy tự do qua ngưỡng tràn) áp dụng theo lý thuyết thuỷ lực dòng chảy trọng lực.
Nơi địa hình thấp hơn cao độ +1,5 m MSL cơ chế thuỷ lực tại cửa thu nước là sự giao thoa giữa triều và mưa tạo nên trạng thái úng-ngập (xem Mục 3.3.2)
3.4.1.2.Ảnh hưởng của mưa tại chổ:
+ Lượng mưa: các đặc trưng mưa cường độ cao, thời gian kéo dài sẽ gây ngập
+ Các yếu tố mặt đệm:
tính chất của lưu vực: khả năng thấm, tính tập trung nước, điền trũng;
địa hình;
hệ thống thoát nước: kênh rạch, đường ống
+ Lượng mưa rơi trên một lưu vực sẽ trải qua ba giai đoạn chính:
làm ẩm bề mặt và các thiết bị tại đó
một phần sẽ hình thành dòng chảy mặt cho đến các điểm thu nước (hố ga, miệng cống, sông suối..)
Khi mưa rơi xuống lưu vực thoát nước sẽ hình thành dòng chảy mặt. Dòng chảy mặt này sẽ tập trung nhanh chóng và phụ thuộc vào bề mặt thấm của lưu vực thoát nước, nếu:
+ Bề mặt không thấm nước thì thời gian đó là khoảng 5 phút + Bề mặt đất thấm nước thì sau 20 – 30 phút
Lượng nước chảy tràn này bắt đầu đỗ về các điểm thu nước một cách nhanh chóng. Nếu các điểm thu nước này hoạt động tốt, (không bị tắt ngẽn do rác, cát.. và do người dân cố tình làm tắc ngẽn như bịt miệng hố ga lại) thì nước thoát nhanh chóng. Tuy nhiên ở TPHCM hiện nay do quá trình đô thị hóa quá nhanh. Điển hình là sự phát triển mạnh mẽ về phía Nam TP, nơi mà nền đất yếu, trũng và thấp hoặc sự lấn chiếm (phát triển tự phát) dọc hai bờ sông Sài Gòn về phía thượng lưu đã khiến cho hàng chục ngàn ha diện tích chứa nước biến mất.
Việc đô thị hóa vùng ven đô, vốn trước kia sử dụng cho mục đích nông nghiệp, cũng là tác nhân dẫn tới ngập theo 2 cách: trưới hết, do diện tích hồ, ao và kênh, rạch bị san lấp tăng lên khiến cho khả năng chứa nước tại chỗ của khu vực này giảm xuống; sau đó, tỷ lệ diện tích bề mặt tự nhiên giảm xuống trong khi diện tích đất bị bê tông hóa tăng lên khiến cho lượng nước chảy bề mặt gia tăng vì không thấm được vào lòng đất.
Nguồn: Hoàng Huệ, Phan Đình Khôi, Nguyễn Việt Anh, 2007, Mạng lưới thoát nước [7]
Việc gia tăng diện tích bề mặt bị bê tông hóa không chỉ làm gia tăng lượng nước mưa chảy trên bề mặt (vì không thể thấm xuống lòng đất) mà còn làm giảm lượng nước ngầm và gây lún cho đô thị. Diện tích bề mặt thấm tự nhiên không còn nữa, thế vào đó là những con đường được bê tông hóa hoàn toàn. Chính vì thế làm gia tăng dòng chảy tràn trên bề mặt (Hình 3.13).
Trong khi đó thì hệ thống thoát nước quá tải, không đồng bộ, vẫn còn nhiều nơi chưa lắp đặt, đường ống thì bị bồi lấp (Hình 3.14), miệng hố ga bị bịt lại, hư hỏng (Hình 3.15) hoặc có những sai sót về kỹ thuật trong thiết kế và thi công.
Nguồn: Ảnh do tác giả chụp tại Q. Gò Vấp, 2013
Hình 3.14: Đường ống thoát nước bị rác thải bồi lấp
Nguồn: Ảnh của tác giả chụp tại quận Gò Vấp, 2013
Hình 3.15: Cửa thu nước mưa bị rác thải hoặc người dân bịt lại làm tắc nghẽn dòng chảy.
Tất cả điều này làm cho hệ thống thoát nước vận hành không trơn tru, gây tắc ngẽn thủy lực dòng chảy làm cho nước thoát không kịp và dềnh lên gây úng, ngập. Bên cạnh đó, những kênh rạch nhỏ và trung bình như Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Tham Lương – Bến Cát, Tân Hóa - Lò Gốm, Tàu Hủ - Bến Nghé… là những nơi nhận nước của các cống thoát nước cấp 2, đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với khả năng thoát nước mưa trên lưu vực. Mực nước trên hệ thống kênh rạch nhỏ của thành phố lại chịu tác động bởi cường độ mưa tại chỗ tạo ra và lưu lượng nước từ mạng cấp 2 đổ vào (chưa kể đến mực nước triều cường).
Mặt khác khi quá trình đô thị hóa diễn ra cũng là lúc lòng dẫn của các con kênh bị thu hẹp do lấn chiếm cùng với độ sâu bị giảm đi do rác thải và bồi lắng làm cho khả năng thoát nước của các lòng dẫn nhỏ đã giảm đi đáng kể so với tình trạng nguyên thủy của chúng. Khi kênh rạch nhỏ không đủ khả năng thoát nước, mực nước sẽ dâng cao đáng kể dẫn đến những tác động dây chuyền đối với toàn bộ hệ thống cống thoát nước nối vào chúng và điều hiển nhiên là gây ra úng ngập cho TP.HCM.
Nguồn: Trung tâm chống ngập TP.HCM
3.4.2. Cơ chế ngập do triều [1], [4], [9], [12], [14], [15]. [16], [17], [18], [19]
Do tính đặc thù về điều kiện thiên nhiên là vùng nhiệt đới – gió mùa, chịu tác động mạnh mẽ của chế độ bán nhật triều biển Đông nên các yếu tố này có ảnh hưởng rất lớn đến tình hình ngập và thoát nước ở TP.HCM. Ảnh hưởng ngập có thể từ 2 tác động: trực tiếp và gián tiếp.
3.4.2.1.Trực tiếp gây ngập:
Theo lý thuyết dòng triều, mực nước thượng lưu (sông Sài Gòn so với cửa biển hoặc mực nước trong các trục tiêu so với sông Sài Gòn) tỷ lệ nghịch với chiều rộng sông, nhưng tỷ lệ thuận với dòng triều. Điều này giải thích mực nước tại Phú An cao hơn so với trước đây khi chưa xây dựng các đê dọc sông. Trong các kênh trục tiêu như Nhiêu Lộc Thị Nghè, Tàu Hũ- Bến Nghé những nơi mà toàn bộ diện tích bãi bồi ven kênh bị san lấp, chiều rộng kênh bị giảm đi rất nhiều, trong khi kênh được nạo vét sâu hơn nên dòng chiều (năng lượng triều) tăng lên truyền vào các hệ thống đường ống gây ngập những khu vực địa hình thấp. Hiệu ứng ngập này thường xuất hiện trong mùa khô lúc triều cường.
Một số nơi nước tràn qua đê bao, bờ bao dọc các kênh, rạch, sông Sài Gòn, như các quận 2, 6,7, 8, 9, Bình Chánh, Nhà Bè và Thủ Đức. Điển hình là ngày 5/12/2013, triều cường đạt đỉnh 1,62m MSL tại trạm thuỷ văn Phú An, trên sông Sài Gòn, nước tràn qua đỉnh phá vỡ đoạn bờ bao thuộc khu phố 8, Phường Hiệp Bình Chánh, Quận Thủ Đức đã gây ngập nhiều nơi, làm hơn 100 hộ dân phải phai đi sơ tán tá túc nơi khác (Hình 3.17).
Trường hợp ngập triều trên đây mô tả cơ chế thuỷ lực chảy tràn tự do (chảy trọng lực) khi chênh lệch mực nước ngoài sông lớn hơn cao độ trong khu dân cư trũng. Khi đó có thể áp dụng công thức tình lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng:
Q = m.b 2g H32. (10) Trong đó:
m: hệ số lưu lượng; b (m): chiều rộng tràn;
g (m/s2): gia tốc trọng trường; H (m): cột nước tràn.
Nguồn: Ảnh Quang Khải
Hình 3.17: Các lực lượng khẩn trương gia cố lại đoạn bờ bao bị bể tại khu phố 8, P hường Hiệp Bình Chánh, Quận Thủ Đức, ngày 5/12/2013
Khi mực nước trong đồng và ngoài sông bằng nhau sẽ xuất hiện cơ chế thuỷ lực trao đổi nước giữa các ô chứa và sông. Lúc này chế độ thuỷ lực tuân theo lý thuyết dòng không ổn định ảnh hưởng bởi thuỷ triều. Do đó phương trình Saint Vernant (1871) được ứng dụng để mô phỏng chế độ thuỷ lực dòng không ổn định (xem Mục 2.2.4 Phương pháp mô hình toán).
Mức độ và thời gian ngập phụ thuộc vào mức nước triều hằng ngày, chu kỳ triều âm lịch trong tháng, mùa triều cường trong năm và cao trình đất nền, sự cân đối tình hình ngập (mức ngập, thời gian ngập).
Cao trình đất thường bị ngập trực tiếp là < + 1,4 m MSL từng đợt trong ngày. Các khu vực đô thị thành lập từ đất ruộng (nâng nền, nằm ven các sông,kênh, rạch); cao trình từ +1.0 - +1.4m thường có mức ngập lên cao đến 0.4m với thời gian 2 lần/ngày của 2 đợt triều cường /tháng mỗi đợt từ 3-7 ngày.
Tùy cao trình để có thời gian từ 1 – 3 giờ / đợt. Đối với đất nông nghiệp cao trình đất ruộng thường từ + 0,4 m - +1,2 m MSL nên tình hình ngập khá thường xuyên trong năm .
3.4.2.2.Gây ngập gián tiếp:
Vì dòng chảy trong sông và kênh rạch ở Tp. Hồ Chí Minh là dòng chảy hai chiều, gây bất lợi cho tiêu nước và là nguyên nhân của hiện tượng dềnh ứ, ngập úng. Triều gây ngập gián tiếp là vì phần lớn các cửa thoát nước ra kênh ở Tp. Hồ Chí Minh đều nằm dưới mực nước triều cao, khi triều lên nước trong kênh chảy ngược vào cống gây nên sự dồn ứ nước, làm giảm khả năng tiêu thoát nước của đường ống (Hình 3.18). Ảnh hưởng lớn nhất là vùng tiếp giáp giữa vùng cao và vùng thấp, trũng có cao trình từ +1,4m - +2,5m MSL nằm ven theo các sông, kênh, rạch.
Hình 3.18: Sơđồ mô tả dao động mực nước triều ảnh hướng tới hệ thống tiêu
thoát nước.
Một khía cạnh khác có thể do việc sai sót trong thiết kế. Khi mạng lưới hoạt động bình thường không ảnh hưởng triều cường phương trình viết như sau (Hình 3.19):
Hình 3.19: Phân bố lưu lượng trong đường ống
Đối với các đô thị ảnh hưởng triều cường sẽ có lượng nước chảy ngược vào khi triều cường lên, khi đó phương trình sẽ là (Hình 3.20):
Q1 = Q2 + Q3 + Qt
Hình 3.20: Phân bố lưu lượng trong đường ống
Ứng với các bảng tính toán thiết kế thông thường không mô tả được trường hợp triều cường. Nhưng thực tế, người thiết kế lại tính với các bảng tính này mà không quan tâm tới Qt, có lẽ chính điều này đã làm cho các đô thị hiện nay gặp nhiều vấn đề về ngập lụt.
Hiện nay triều cường có xu thế ngày càng tăng cao ? vì sao vậy? phải chăng do biến đổi khí hậu, nước biển dâng? Thực chất cho thấy mực nước biển ở Vũng Tàu không thay đổi nhiều. Do vậy mực nước triều tăng cao là do các nguyên nhân sau đây:
+ San lắp các vùng trũng từng là những nơi chứa lượng nước triều truyền vào; + Xây dựng các cống ngăn triều , ngăn mặn;
Tất cả điều này đã làm cho năng lượng triều sẽ truyền đi xa hơn và dồn nước trong lòng dẫn làm cho mực nước triều trên sông ngày càng cao và lan truyền vào hệ thống kênh rạch làm cho mực nước trong các kênh dâng cao và gây ra tình trạng ngập úng cho TP.HCM.
3.4.3. Cơ chế úng, ngập do tổ hợp mưa và triều vùng đất thấp [1],[14], [16]
Những nơi có cao độ địa hình < 1,5 m, sẽ xảy ra 2 trường hợp:
- Mực nước triều cao ngoài sông, kênh tràn qua bờ (hoặc vỡ đê) vào vùng đất trũng gây ngập gặp nước mưa dồn xuống tạo hiệu ứng úng-ngập. Cơ chế thuỷ lực chảy tràn tự do khi chênh lệch mực nước trong đồng và ngoài sông khá lớn. - Dòng triều trong sông, kênh, rạch dâng lên đỉnh, mực nước ngoài sông cao hơn khu đất thấp, nước sẽ chảy ngược qua hệ thống cống thoát nước gây ngập vùng đất trũng, lại trùng thời điểm mưa trút xuống tạo nên hiệu ứng úng-ngập. Khi đó cơ chế thuỷ lực dòng chảy qua cửa thu nước sẽ là chế độ chảy ngập, nước chảy trong ống cống theo chế độ chảy trong đường ống. Hiệu ứng này thường xuất hiện trong mùa mưa. Những khu trũng này thường bị úng-ngập nhanh hơn và kéo dài thời gian ngập hơn các vùng địa hình cao.
3.5. CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG NGẬP ĐÃ THỰC HIỆN: [11], [13], [17], [18], [19] [18], [19]
3.5.1. Thực hiện các dự án vốn vay ODA và ngân sách: [3], [11],[19]
Trong thập kỷ vừa qua, Lãnh đạo TP đã ưu tiên đầu tư giải quyết tình trạng úng ngập cho vùng nội ô trung tâm TP bằng phương thức kết hợp giữa dự án ODA và các dự án vốn ngân sách trong nước.
3.5.1.1.Thực hiện các dự án vốn vay ODA
Dự án ODA tập trung cải tạo các trục tiêu chính của 5 lưu vực tiêu thông qua biện pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở hạ tầng thoát nước mưa và nước thải (nạo vét kênh rạch các trục tiêu chính, xây dựng kè bảo vệ bờ, xây dựng hệ thống đầu mối tập trung nước mưa và nước thải dọc theo các trục tiêu chính, cải tạo và nâng cấp
hệ thống tiêu hiện hữu (lắp đặt đường ống thoát nước cấp I và cấp II), xây dựng đường giao thông hai bờ kè kết hợp thành công viên cây xanh và mạng lưới chiếu sáng vẻ hè, xây dựng trạm bơm và nhà máy xử lý nước thải v.v). Bốn dự án đầu tư trọng điểm vốn ODA bao gồm:
Dự án vệ sinh môi trường thành phố (lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè)
Dự án cải thiện môi trường nước thành phố (lưu vực Tàu Hũ - Bến Nghé – Kênh Đôi – Kênh Tẻ).
Dự án nâng cấp đô thị (lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm)
Dự án cải tạo kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật (lưu vực Tham Lương – Bến Cát – rạch Nước Lên) cũng được đưa vào nghiên cứu triển khai giai đoạn I.
3.5.1.2.Các dự án sử dụng vốn ngân sách:
Cải tạo và xây dựng hệ thống tiêu thoát nước cấp 3 kết nối với hệ thống tiêu của dự án ODA (cấp I và II).