CHƯƠNG 5: GIẢI PHÁP THU GOM, XỬ LÝ NƯỚC MƯA CHẢY TRÀN
5.1 Biện pháp công trình
5.1.1 Xây dựng mô hình mái xanh (Green Roof)
Mái xanh là lớp phủ thực vật được trồng ở trên mái có tác dụng giữ và hấp thụ lại một phần nước mưa, qua đó giảm được lưu lượng nước mưa có nguy cơ chảy tràn trên mặt đất. Bên cạnh đó, lớp phủ thực vật này sẽ phát huy khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt từ ánh nắng mặt trời và qua đó giúp điều hòa nhiệt độ của các công trình nhà ở, tòa nhà cao tầng, …
Khi có mưa, lớp đất trồng cây sẽ giúp hấp thu và giữ nước mưa, vừa có thể tận dụng nước mưa để giúp cây xanh phát triển, vừa giúp tiết kiệm nước tưới tiêu, không cần phải đầu tư nhiều vào hệ thống thu và lưu trữ nước mưa. Về mặt đô thị, mái nhà phủ cây xanh sẽ đem lại vẻ đẹp cho cảnh quan đô thị, góp phần đưa thiên nhiên gần lại với con người. Các cây này còn có tác dụng làm trong sạch bầu không khí, hấp thu tiếng ồn, tạo ra một môi trường sống tốt hơn cho mọi người.
Các mái xanh là những công cụ rất quan trọng để ngăn ngừa lũ lụt gây ra bởi những trận mưa kéo dài. Tuỳ thuộc vào hệ thống mái xanh và độ sâu của lớp môi trường sinh trưởng mà nước mưa chảy tràn có thể giảm đáng kể. Phần lớn lượng nước này sẽ tuần hoàn trở về trong chu kỳ tự nhiên thông qua sự bốc hơi của lớp phủ thực vật trên mái. Lượng nước mưa còn lại sẽ được lọc và thoát đi một cách từ từ, giúp giảm bớt áp lực đối với hệ thống thoát nước trong suốt cả năm, đặc biệt là vào những thời kỳ cao điểm của mùa mưa.
32 Hình 5.1. Giải pháp trồng cây trên mái bê tông
(Nguồn: Greenmore, 2018) Chú thích (Greenmore, 2018):
1. RC Floor slab: Lớp bê tông chính là sàn bê tông tầng thượng của nhà.
2. Waterproofing: Lớp chống thấm để nước không thấm xuống tầng dưới nhà.
3. Protection: Lớp vữa bảo vệ.
4. VersiCell: Vỉ thoát nước & chống ngập úng mái sân vườn. Được làm bằng nhựa cứng, chịu tải trọng cao, có ngàm âm dương theo cả hai chiều ngang và đứng nên dễ dàng lắp trên bề mặt sàn và tường.
5. Geotextile: Lớp vải địa kỹ thuật là một loại chất liệu được chế tạo từ những sản phẩm phụ của dầu mỏ, có sức chịu kéo, độ dãn, độ bền cao, có tính thấm, khi sử dụng lót trong đất nó có khả năng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước, ngăn cho tầng đất, cát phía trên không rơi xuống các lỗ thoát nước của VersiCell gây nghẽn hệ thống thoát nước.
6. Sand: Lớp cát sông lọc lại phần đất sét, ngăn không cho đất sét bịt kín các lỗ thoát nước của vải địa kỹ thuật, giúp thoát nước tốt hơn.
7. Soil: Lớp đất trồng, tùy theo nhu cầu trồng loại cây gì thì lớp đất này sẽ dày hay mỏng.
8. Big trees: Lớp cây trồng tuỳ vào điều kiện khí hậu, ánh sáng và thiết kế sân vườn để sử dụng cây trồng phù hợp.
33 9. Drain pipe: Ống thoát nước.
5.1.2 Xây dựng mô hình trồng cây bên cạnh cống thoát nước
Để ngăn chặn nguy cơ ô nhiễm từ nước mưa chảy tràn cuốn theo các loại hóa chất vào cống rãnh, ta tiến hành trồng một lớp cỏ vetiver bên cạnh để hấp thụ một phần các chất ô nhiễm, bên cạnh đó giúp giảm đáng kể tải lượng bùn cặn tích tụ trong cống, qua đó góp phần làm thông thoáng dòng chảy và hạn chế được việc tắt nghẽn cống. Nhờ đó hạn chế được chi phí nhân công để nạo vét bùn đáy và chi phí bão dưỡng hệ thống cống thoát nước.
Hình 5.2. Mô hình trồng cỏ Vetiver bên trên cống thoát nước ở Oceanside, California (Nguồn: Alberson and Klein, 2008)
Hình 5.3. Quá trình phát triển của cỏ Vetiver từ tháng 4 đến tháng 9 năm 2008 (Nguồn: Alberson and Klein, 2008)
Hình 5.3 và 5.4 cho thấy khả năng thích nghi và phát triển tốt của cỏ Vetiver. Với đặc trưng có bộ rễ phát triển to, dài nên chúng có khả năng hấp thụ tốt các chất ô nhiễm để tích lũy vào trong sinh khối. Với mô hình trồng cỏ này, chúng ta vừa xử lý được một lượng chất ô nhiễm
34 có trong nước mưa chảy tràn, lại vừa thuận lợi trong việc bảo dưỡng hệ thống thoát nước này chỉ bằng việc cắt bỏ những nhánh lá cỏ mọc quá dài hoặc tiến hành thay mới cỏ Vetiver.
Hình 5.4. Bộ rễ phát triển nhanh của cỏ Vetiver (Nguồn: Alberson and Klein, 2008)
Bảng 5.3. Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm của mô hình trồng cỏ Vetiver
Chỉ tiêu Đầu vào Đầu ra Hiệu suất loại bỏ
(%)
pH 8,07 8,7 -
TSS (mg/l) 84,63 12,4 85,35
TKN (mg/l) 10,4 9,07 12,83
Phosphat (mg/l) 2,07 0,63 69,66
Cd (mg/l) 0,39 0,19 52,16
Cu (mg/l) 0,57 0,12 79,15
Pb (mg/l) 0,38 0,01 98,19
Zn (mg/l) 0,75 0,16 78,22
Hg (mg/l) 0,007 0,002 71,43
Tổng Coliform (MPN/100ml)
1.600.000 875.000 45,31
Nguồn: Alberson and Klein, 2008.
35
5.1.3 Thiết kế bãi đất trồng thực vật kết hợp với bể ngầm trữ nước mưa
Chúng ta sẽ tận dụng những bãi đất trống hoặc trồng cỏ nhưng khô hạn và cần tưới nước vào mùa khô để duy trì màu xanh. Tại đây, chúng ta đào lớp đất này lên và tiến hành đặt các bể
‘Module Ellipse Tank’ với cấu trúc là hình hộp rỗng được bọc một lớp lót chống thấm HDPE với mục đích hạn chế việc thấm nước ra ngoài và trữ lại nhiều nhất có thể lượng nước nước mưa để tái sử dụng. Tiếp theo, bề mặt bên trên của bể sẽ được trồng một lớp cỏ Vetiver. Đặc điểm của loại cỏ này là có khả năng thích nghi tốt với nhiều môi trường khác nhau (đất ngập nước, đất mặn, đất phèn, đất khô hạn trong thời gian dài, …). Đặc biệt, cỏ Vetiver cũng có khả năng ngăn ngừa xói lở, rửa trôi do mưa lớn chảy tràn bề mặt.
Hình 5.5. Hình dạng và cấu trúc bể Module Ellipse Tank (Nguồn: SLSC, 2018a)
Các Module Ellipse Tank chứa nước này được thiết kế dạng khối rỗng, gồm nhiều mảnh ghép lại với nhau thành khối, được sản xuất bằng vật liệu nhựa tái chế có trọng lượng nhẹ, kích thước linh hoạt. Nhờ đó, làm tăng đáng kể khối lượng nước mưa tối đa có thể lưu trữ, tiết kiệm khối lượng đất đào đắp, vận chuyển. Bên cạnh đó, việc thiết kế theo module và khả năng xếp chồng lớp tạo ra bất kỳ hình dạng và kích thước của cấu trúc phù hợp với điều kiện mặt bằng khu đất và nâng cao hiệu quả sử dụng diện tích đất (vừa trồng cây tạo cảnh quan, điều hòa vi khí hậu trong khu vực, vừa có khả năng thoát nước và trữ nước dùng cho nhiều mục đích khác nhau).
36 Bảng 5.4. Các thông số kỹ thuật của Module Ellipse Tank
Thông số Tiêu chuẩn sử dụng Kích thước và yêu cầu vật liệu
Kích thước
Quarter tank (30,4 Lít) R: 200mm x D: 715mm x C: 240mm Haft tank (68,6 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 240mm Single tank (125,9 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 440mm Double tank (245,9 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 860mm Triple tank (366,1 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 1280mm
Quad tank (486,3 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 1700mm Penta tank (606,3 Lít) R: 400mm x D: 715mm x C: 2120mm Vùng rỗng
bên trong - 95%
Vật liệu - Màu đen, 85% nhựa tái chế + 15% phụ gia
Độ bền - Không bị ảnh hưởng bởi hóa chất, vi khuẩn,
nấm mốc
Nhiệt độ - Từ -10oC đến 75oC
Nguồn: SLSC, 2018a.
Hình 5.6. Các kích thước của Module Ellipse Tank (Nguồn: SLSC, 2018a)
* Nguyên lý hoạt động của mô hình bãi đất trồng thực vật kết hợp bể ngầm trữ nước mưa:
Khi trời mưa, nước mưa thấm qua lớp thực vật bề mặt (cỏ Vetiver), chảy xuống bể ngầm bên dưới và được trữ lại trong bể. Nếu mưa quá lớn, mực nước sẽ dâng cao trong khu đất đặt bể và tạo nên bãi đất ngập nước nhân tạo (vẫn thích hợp với sự
37 phát triển của cỏ Vetiver so với các loại cây khác sẽ không chịu được ngập úng kéo dài). Nhờ cơ chế trữ nước này, giúp giảm được một lượng nước mưa chảy tràn, vừa giảm việc lãng phí nguồn nước vừa giảm nguy cơ nước mưa cuốn theo đất đá, chất ô nhiễm xuống cống, tích tụ bùn đáy làm tắc nghẽn cống. Bên cạnh đó, lớp phủ thực vật này còn có tác dụng hấp thụ một số chất ô nhiễm trong nước mưa như:
TKN, Phosphat, TSS, các muối kim loại hòa tan như: Pb, Hg, Cd, Cu, Zn cũng như khử được một số loại nông dược tồn lưu trong đất (thuốc bảo vệ thực vật).
Vào mùa khô, lượng nước được trữ sẵn trong các bể ngầm lúc này sẽ phát huy tác dụng, bằng cách bơm lên sử dụng cho các mục đích tưới cây, rửa xe, … thông qua một đường ống bơm từ bể ngầm. Bằng cách sử dụng nguồn nước lưu trữ này, có thể giải quyết được một phần nhu cầu dùng nước vào mùa khô.
Sau khoảng thời gian 4-6 tháng, cỏ phát triển cao từ 1-1,5 m, có thể tiến hành cắt bớt các nhánh cỏ để tận dụng làm thức ăn cho gia súc, vật liệu làm thủ công mỹ nghệ như đan, lát, …
Hình 5.7. Tiến hành lắp đặt mô hình bể ngầm trữ nước mưa (Nguồn: SLSC, 2018a)
5.1.4 Giải pháp “Vỉ trồng cỏ Nero Pave”
Mục tiêu: Tận dụng các bãi đất trống vừa làm nơi đỗ xe, vừa là nơi giúp tiêu thoát một lượng nước mưa chảy tràn.
38 Hình 5.8. Mô hình bãi đậu xe kết hợp Vỉ trồng cỏ Nero Pave
(Nguồn: SLSC, 2018b)
Thông thường, bề mặt các bãi đỗ xe thường cấu tạo hoàn toàn bằng bề mặt bê tông tráng xi măng, điều này giúp đảm bảo khả năng chịu tải cao đối với các loại xe có tải trọng lớn.
Tuy nhiên, đây cũng chính là “điều kiện thuận lợi” để nước mưa chảy tràn cuốn theo các lớp bụi, cát trên bề mặt trôi xuống cống thoát nước. Do đó, nếu kết hợp sử dụng Nero Pave để làm lớp lót nền đặt bên trên bề mặt bê tông có thể giải quyết được vấn đề thoát nước, vừa kết hợp trồng cỏ tạo mảng xanh sân bãi, tạo nên các bề mặt thân thiện môi trường và mang tính thẩm mỹ cao.
Mỗi vỉ trồng cỏ Nero Pave có kích thước 500x600x50 mm, với cấu trúc dạng tổ ong có khả năng chịu tải cao đến 225 tấn/m2, cho phép các loại xe ô tô, xe bus, xe tải trọng trung bình lưu thông và dừng đỗ. Đặc biệt Nero Pave có bề mặt thoáng 90% và độ rỗng bên trong lên đến 95% nên tạo điều kiện thuận lợi cho cỏ phát triển mạnh, tăng cường khả năng thẩm thấu nước, có thể sử dụng để bổ cập nguồn nước ngầm. Ngoài ra, với trọng lượng nhẹ nên việc thi công lắp đặt dễ dàng, nhanh chóng và thích hợp với các bề mặt không bằng phẳng (SLSC, 2018b).
39 Bảng 5.5. Các thông số kỹ thuật của Nero Pave
Thông số Tiêu chuẩn sử
dụng Kích thước và yêu cầu vật liệu Kích thước - Rộng: 500mm x Dài: 600mm x Cao: 50mm
Bề mặt thoáng - >90%
Vùng rỗng bên
trong - 95%
Vật liệu - 90% nhựa tái chế + 10% phụ gia
Màu sắc - Đen
Độ bền - Không bị ảnh hưởng bởi hóa chất, vi khuẩn nấm mốc, vi khuẩn nhựa đường, …
Nhiệt độ - Từ -10oC đến 85oC
Cường độ nén ASTM D1612 225 t/m2
Tốc độ dòng chảy ASTM D4716 >23,5 lít/m.s @1% gradient
Nguồn: SLSC, 2018b.
5.1.5 Giải pháp hệ thống thoát nước sinh thái
Thông thường, hệ thống cống bê tông dọc các trục đường dẫn nước thẳng ra các cửa xả được sử dụng rộng rãi trong thiết kế cảnh quan đô thị, là giải pháp chính để thoát nước mưa. Tuy nhiên, hệ thống này đòi hỏi phải thường xuyên bảo trì (nạo vét bùn đáy, khơi thông dòng nước, trục vớt rác dưới cống, …), đặc biệt là vào mùa mưa khi áp lực nước đổ về vượt quá sức chứa của chúng. Để giải quyết vấn đề trên, chúng ta có thể thi công lắp đặt bổ sung một hệ thống thoát nước tự nhiên bằng cách lưu trữ và thấm nước từ từ xuống lớp đất bên dưới bằng các bể Module Ellipse Tank bọc trong lớp vải địa kỹ thuật chôn ngầm dưới lòng đất.
Lớp đất bên trên sẽ tiến hành trồng cỏ Vetiver hoặc các loại thực vật phù hợp. Qua đó, có thể trực tiếp bổ cập cho nguồn nước ngầm một lượng nước mưa đã được loại bỏ trầm tích, các chất ô nhiễm thông qua cơ chế thấm lọc tự nhiên của lớp phủ thực vật.
40 Hình 5.9. Mô hình hệ thống thoát nước sinh thái
(Nguồn: SLSC, 2018c)
Hình 5.10. Thi công lắp đặt hệ thống thoát nước sinh thái (Nguồn: SLSC, 2018c)