TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SINH THÁI

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ MẶT KỸ THUẬT SINH THÁI GIẢM NHẸ TÁC ĐỘNG NGẬP ÚNG DO MƯA

2.2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SINH THÁI

2.2.1. Định nghĩa

Kỹ thuật sinh tháilà một nghiên cứu tích hợp hệ sinh thái và kỹ thuật, liên quan đến việc giám sát thiết kế và xây dựng các hệ sinh thái.

Theo Mitsch 1996, thiết kế hệ sinh thái bền vững được tích hợp xã hội loài người với môi trường tự nhiên của nó vì lợi ích của cả hai.

2.2.2. Ứng dụng - Trong nông nghiệp.

- Trong đất ngập nước kiến tạo.

- Trong du lịch.

- Trong công nghiệp.

- Trong đô thị.

2.2.3. Phạm vi ứng dụng

Trong thực tế, nhiều lĩnh vực: nông nghiệp, du lịch, công nghiệp, đô thị,… đã ứng dụng các kỹ thuật sinh thái với phạm vi nhƣ sau:

- Thiết kế hệ thống sinh thái như là một thay thế giảm sự can thiệp của con người và tiêu tốn năng lượng ví dụ như áp dụng đất ngập nước kiến tạo cho hệ thống xử lý nước thải.

- Phục hồi các hệ sinh thái bị suy thoái và giảm sự tác động của con người.

- Quản lý, sử dụng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.

- Sự tích hợp xã hội và hệ sinh thái trong việc xây dựng một môi trường sinh thái, ví dụ như trong cảnh quan kiến trúc, quy hoạch đô thị và làm vườn đô thị.

2.2.4 Ưu và nhược điểm

* Ưu điểm:

Tiết kiệm nguồn năng lƣợng. Lƣợng chất thải phát sinh là nhỏ nhất.

Các lợi ích khác từ việc sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguyên vật liệu đầu vào.

Phục hồi và thiết lập các hệ sinh thái theo hướng bền vững, tăng tính đa dạng về mặt sinh học.

Tạo môi trường sống thân thiện giữa con người với thiên nhiên.

* Nhược điểm:

Phụ thuộc vào bối cảnh, địa điểm, văn hóa, kinh tế, chính trị của từng quốc gia nên chƣa có chuẩn mực chung cho các quốc gia khi áp dụng kỹ thuật sinh thái.

Các nguồn năng lượng thay thế thường là loãng hơn không đáp ứng nhu cầu hiện tại do đó phải đầu tƣ công nghệ mới.

Việc sử dụng các vật liệu tái chế, tái sử dụng chƣa mang tính phổ thông.

Chƣa đƣợc quna tâm đúng mức của cơ quan có thẩm quyền.

Sự bùng nổ dân số.

1.3. KỸ THUẬT SINH THÁI ĐÔ THỊ

Nguyên tắc của đô thị sinh thái là xâm phạm ít nhất đến môi trường tự nhiên, đa dạng hóa việc sử dụng đất, chức năng đô thị và các hoạt động khác của con người. Trong điều kiện có thể, cố gắng giữ cho hệ thống đô thị đƣợc khép kín và tự cân bằng, giữ cho sự phát triển dân số đô thị và tiềm năng của môi trường được cân bằng một cách tối ưu.

Quá trình đô thị hóa thành phố đã làm giảm sự điều tiết tự nhiên của bề mặt lưu vực.

Đối với nội thành, phần lớn đất đai đƣợc bê tông hoá, nhựa hoá xây dựng nhà, công xưởng, đường sá. Do vậy, khi mưa xuống, hầu như toàn bộ mưa đều tập trung thành dòng chảy (đường trở thành sông cũng chính vì vậy), không thể thấm xuống đất để giảm bớt lượng dòng chảy tập trung, quá trình lưu giữ tự nhiên dòng chảy bằng các thảm thực vật và đất bị mất đi, và thay vào đó là những bề mặt phủ không thấm nước như mái nhà, bê tông, đường nhựa, làm tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt (Sơ đồ 1.8.a).

Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change- IPCC) cũng nhấn mạnh những tác động lớn tới cấp nước do các hiện tượng thời tiết cực đoan như là kết quả của biến đổi khí hậu. Các công trình khai thác và xử lý nước thường được xây dựng bên cạnh các dòng sông và đây là hệ thống cơ sở hạ tầng đầu tiên chịu tác động của lũ úng. Hệ thống điện và máy bơm rõ ràng sẽ bị tác động. Lũ úng ven sông với vận tốc dòng chảy cao cũng làm ảnh hưởng đến hệ thống đường ống [19].

Những dòng chảy này thường bị ô nhiễm do rác, bùn đất và các chất bẩn khác rửa trôi từ mặt đường dẫn đến bít đường ống tiêu thoát nước làm cho tình trạng tiêu thoát nước khó khăn. Lượng nước và cường độ dòng chảy tăng tạo nên sự xói mòn và lắng bùn cặn gây nên nhiều kênh rạch bị san lấp làm mất thể tích trữ nước. Tất cả những yếu tố này gây những tác động xấu đến môi trường, úng ngập, ảnh hưởng đến môi trường và hệ sinh thái dưới nước. Như IPCC đã nhấn mạnh, vấn đề vệ sinh môi trường chính ở đây là hệ thống cơ sở hạ tầng với vai trò quyết định mức độ ô nhiễm của nước lũ/úng đem theo phân, một mối nguy hại đáng kể do các dịch bệnh kèm theo [10].

Các hệ thống thoát nước truyền thống thường được thiết kế để vận chuyển nước mưa ra khỏi nơi phát sinh càng nhanh càng tốt. Chi phí cho xây dựng và vận hành, bảo dƣỡng các đường cống thoát nước thường rất lớn, trong khi công suất của chúng lại chỉ có giới hạn và không dễ nâng cấp. Cách làm này dẫn đến nguy cơ ngập úng, xói mòn đất và ô nhiễm ở vùng hạ lưu tăng. Việc dẫn dòng chảy bề mặt đi xa và thải còn làm mất khả năng bổ cấp tại chỗ cho các tầng nước ngầm quý giá.

Hướng giải quyết đối với bài toán tiêu thoát nước thành phố Hồ Chí Minh không chỉ dừng lại về mặt kỹ thuật đơn thuần mà là bài toán 3E gồm: kết hợp bài toán kỹ thuật (Engineering), bài toán môi trường (Environment), và bài toán kinh tế (Economic). Cách tiếp cận cho hướng giải quyết trên là hướng tới việc duy trì những đặc thù tự nhiên của dòng chảy về dung lượng, cường độ và chất lượng; kiểm soát tối đa dòng chảy từ nguồn, giảm thiểu tối đa những khu vực tiêu thoát nước trực tiếp, lưu giữ nước tại chỗ và cho thấm xuống đất, đồng thời kiểm soát ô nhiễm. Đây chính là cơ sở tiếp cận của SUDS (Sustainable Drainage System) trong nghiên cứu giảm nhẹ tác động của ngập úng do mƣa gây ra.

Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững SUDS là chậm trên diện rộng, để tránh lượng nước mưa tập trung lớn trên bề mặt trong thời gian ngắn. Tiết diện cống sẽ khó có thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, úng nhà. Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa, kết hợp các biện pháp gia tăng bề mặt thấm và chứa nước một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy được tập trung chậm. Sử dụng các hồ điều hòa trên diện tích thu gom và truyền dẫn nước mưa để lưu giữ nước là một cách làm phổ biến (Sơ đồ 1.8.b). Bên cạnh đó, gia tăng diện tích bề mặt thấm của thành phố, để tăng cường cho nước mưa thấm tự nhiên xuống đất qua các thảm cỏ xanh, đồng thời cải tạo cảnh quan và điều hòa tiểu khí hậu (Sơ đồ 1.8.c).

Trong trường hợp khả năng kiểm soát dòng chảy tại chỗ bị hạn chế, thì có thể phân tán dòng chảy theo các lưu vực nhỏ, dẫn nước đi bằng những giải pháp như sử dụng kênh mương hở và nông, lưu giữ nước mưa trong những hồ chứa và cho thấm xuống đất ở những khu vực thích hợp. Để ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm, có thể áp dụng những giải pháp xử lý tại chỗ trong bãi đất thấm, hồ lắng, bãi lọc trồng cây...

Hình 5. Nguyên tắc thoát nước bề mặt bền vững (a) Dòng chảy tập trung do bề mặt phủ đô thị bị thay đổi;

(b) Trở về dòng chảy tự nhiên ban đầu nhờ các giải pháp làm chậm dòng chảy bề măt;

(c) Giảm lưu lượng nước cần thoát nhờ các giải pháp làm chậm dòng chảy và thấm.

Các khu vực đô thị luôn hiện diện một số rủi ro lũ úng khi mƣa lớn xảy ra. Nhà cửa, đường phố, cơ sở hạ tầng và những khu vực bê tông hóa khác ngăn chặn nước mưa thấm xuống mặt đất và do vậy tạo ra nước chảy tràn nhiều hơn. Mưa lớn và kéo dài lâu ngày tạo ra một lượng rất lớn nước chảy tràn bề mặt, và có thể dễ dàng làm ngập hệ thống thoát nước. Ở các đô thị được quản lý tốt, vấn đề này hiếm khi xảy ra vì cơ sở hạ tầng thoát nước được xây dựng tốt với các phương pháp bổ sung để bảo vệ chống lại lũ úng – ví dụ việc sử dụng các công viên và không gian mở để thích ứng với lũ úng bất thường.

Kỹ thuật sinh thái đã được các nước phát triển trên thế giới áp dụng rộng rãi và được phát triển thành các khái niệm BMPs (Best Managament Practices), SUDS (Sustainable Urban Drainage System), BIOECODS (Hệ thống thoát nước sinh thái), … Những kỹ thuật trên được ứng dụng trong việc quy hoạch xây dựng đô thị bền vững; quản lý tích hợp lưu vực sông; xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm phân tán do nước mưa chảy tràn qua các vùng đô thị, nông nghiệp. Hiện nay, kỹ thuật sinh thái đƣợc áp dụng để cải tạo lại các khu vực quy hoạch thiếu bền vững trước đây. Ở Châu Á, một số quốc gia như Nhật Bản,

Malaysia, Thái Lan, Hong Kong, Campuchia cũng đã áp dụng các giải pháp này trong việc kiểm soát nguồn nước mưa giúp hạn chế quá trình ngập úng cục bộ, tái sử dụng nước mưa.

Hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Anh, Thụy Sỹ, Hà Lan, Đức,… từ những thập niên 70, 80. Tại Hội nghị thƣợng đỉnh về Trái Đất (Rio de Janeiro năm 1992), khái niệm SUDS đã nhận đƣợc sự đồng thuận của cộng đồng quốc tế nhƣ là một phần của chiến lƣợc phát triển bền vững. Trong những năm gần đây, Malaysia, Trung Quốc, Thái Lan và Singapore đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng SUDS. Các giải pháp SUDS tập trung vào việc giảm thiểu dòng chảy tràn bề mặt, do đó làm giảm đỉnh lũ gây ra các trận ngập úng do mƣa bằng nhiều giải pháp kỹ thuật mềm - kỹ thuật sinh thái. Đây là một giải pháp kỹ thuật, bao gồm một hệ thống tích hợp các công cụ: bể chứa nước mưa từ mái nhà, bề mặt/vỉa hè thấm, ao khô, ao lưu giữ, mương thấm lọc thực vật, mương thực vật, chắn lọc sinh học, đất ngập nước, … nhằm làm gia tăng khả năng lưu trữ và khả năng làm sạch của hệ sinh thái tự nhiên trong việc giảm thiểu ngập úng, cải thiện chất lượng môi trường, bổ cấp nước ngầm và làm hài hòa cảnh quan đô thị.

Mục tiêu của SUDS:

– Phòng chống ngập úng, lún sụt cơ sở hạ tầng;

– Bổ cập nguồn nước ngầm;

– Giảm thiểu ô nhiễm môi trường;

– Xanh hóa đô thị

2.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

Các khu vực đô thị luôn hiện diện một số rủi ro lũ lụt khi mƣa lớn xảy ra. Nhà cửa, đường phố, cơ sở hạ tầng và những khu vực bê tông hóa khác ngăn chặn nước mưa thấm xuống mặt đất và do vậy tạo ra nước chảy tràn nhiều hơn. Mưa lớn và kéo dài lâu ngày tạo ra một lượng rất lớn nước chảy tràn bề mặt, và có thể dễ dàng làm ngập hệ thống thoát nước.

Ở các đô thị được quản lý tốt, vấn đề này hiếm khi xảy ra vì cơ sở hạ tầng thoát nước được xây dựng tốt với các phương pháp bổ sung để bảo vệ chống lại lũ lụt – ví dụ việc sử dụng các công viên và không gian mở để thích ứng với lũ lụt bất thường.

Kỹ thuật sinh thái đã được các nước phát triển trên thế giới áp dụng rộng rãi và được phát triển thành các khái niệm BMPs (Best Managament Practices), SUDS (Sustainable Drainage System), BIOECODS (Hệ thống thoát nước sinh thái), … Những kỹ thuật trên được ứng dụng trong việc quy hoạch xây dựng đô thị bền vững; quản lý tích hợp lưu vực sông; xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm phân tán do nước mưa chảy tràn qua các vùng đô thị, nông nghiệp.

Hiện nay, kỹ thuật sinh thái đƣợc áp dụng để cải tạo lại các khu vực quy hoạch thiếu bền vững trước đây. Ở Châu Á, một số quốc gia như Nhật Bản, Malaysia, Thái Lan, Hong Kong, Campuchia cũng đã áp dụng các giải pháp này trong việc kiểm soát nguồn nước mưa giúp hạn chế quá trình ngập úng cục bộ, tái sử dụng nước mưa.

Hệ thống thoát nước bền vững (SUDS) được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Anh, Thụy Sỹ, Hà Lan, Đức … từ những thập niên 70, 80. Trong những năm gần đây, Malaysia, Trung Quốc, Thái Lan và Singapore đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng SUDS. Các giải pháp SUDS tập trung vào việc giảm thiểu dòng chảy tràn bề mặt, do đó làm giảm đỉnh lũ gây ra các trận ngập lụt do mƣa bằng nhiều giải pháp kỹ thuật mềm - kỹ thuật sinh thái. Đây là một giải pháp kỹ thuật, bao gồm một hệ thống tích hợp các công cụ: bể chứa nước mưa từ mái nhà, bề mặt/vỉa hè thấm, ao khô, ao lưu giữ, mương thấm lọc thực vật, mương thực vật, chắn lọc sinh học, đất ngập nước, … nhằm làm gia tăng khả năng lưu trữ và khả năng làm sạch của hệ sinh thái tự nhiên trong việc giảm thiểu ngập lụt, cải thiện chất lượng môi trường, bổ cấp nước ngầm và làm hài hòa cảnh quan đô thị.

2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẠI VIỆT NAM

Tại Việt Nam, việc ứng dụng các kỹ thuật sinh thái nhằm giảm thiểu các tác động do quá trình đô thị hóa, thích ứng với biến đổi khí hậu bước đầu đã được nghiên cứu, tiêu biểu là một số công trình nghiên cứu nhƣ:

- “Nghiên cứu kỹ thuật sinh thái xây dựng hệ thống tiêu thoát nước đô thị bền vững (SUDS- Sustainable Urban Drainage System) góp phần phòng chống ngập úng, lún sụt và

ô nhiễm ở Tp. Hồ Chí Minh" của Đoàn Cảnh (2008) đã tiếp cận theo quan điểm quản lý cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng cũng nhƣ tiện ích cho cộng đồng và nhiều nghiên cứu khác.

- “Phân bố các đặc trưng mưa liên quan đến vấn đề thoát nước, ô nhiễm môi trường và các giải pháp chống ngập trên địa bàn Tp.H CM" của Phan Văn Hoặc (2000), "Ứng dụng GIS trong phân vùng ngập và thoát nước mưa đô thị nội thành Tp.HCM".

- "Cơ sở phân vùng ngập úng và tiêu thoát nước mưa Tp.HCM" của TrươngVăn Hiếu (2003 - 2004) chủ yếu là tập trung vào đặc trưng chế độ mưa, chất lượng nước mưa, phân bố tài nguyên nước mưa; liên quan đến việc xây dựng các giải pháp quản lý nước mƣa đô thị tối ƣu.

Ngoài những nghiên cứu có tính định hướng về quy hoạch nêu trên, kỹ thuật sinh thái đƣợc đánh giá là một trong những giải pháp mang lại hiệu quả cao trong xử lý các vấn đề môi trường do quá trình đô thị hóa, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, là một trong những cách góp phần bảo tồn các hệ sinh thái. Những năm gần đây, Việt Nam nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến sử dụng kỹ thuật sinh thái trong xử lý ô nhiễm môi trường, cụ thể như sau:

- Giải pháp "cánh đồng tưới" và "cánh đồng lọc" trong xử lý nước thải (Ngô Hoàng Văn, 2010): dựa theo cơ chế xử lý nước thải trong đất. Khi tưới nước thải lên mặt đất, nước thải sẽ thấm vào lòng đất và được đất giữ lại, chuyển hóa các chất bẩn. Quá trình lọc qua đất, các hạt keo và chất lơ lửng sẽ đƣợc giữ lại ở lớp trên cùng, sau đó sẽ tạo ra lớp màng sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ có trong đất, ngoài ra còn có thể giữ lại một hàm lƣợng các chất kim loại nặng nhƣ Hg, Cu, Cd ...

- Và một số nghiên cứu ứng dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm cũng đã đƣợc triển khai và đạt kết quả nhất định: sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải chăn nuôi (Bùi Xuân An, 2013), thử nghiệm một số loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng (Pd, Cd) trong bùn thải kênh rạch ở Tp.HCM (Vũ Mạnh, 2013), sử dụng mô hình “đảo nổi sinh học” để xử lý ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt (Mai Tuấn Anh- Đoàn Thanh Vũ, 2014)