Các giải pháp thoát nước mưa đô thị

Quản lý nước mưa trong đô thị là các nỗ lực thu gom nước mưa chảy từ các mái nhà, mặt sân bãi, đường phố, công viên, sau đó đưa nước về các nguồn tiếp nhận. Khi nước mưa thấm vào đất, nó được lọc qua đất để bổ sung nước cho tầng chứa nước ngầm. Mặt khác, có một lượng nước mưa chảy trên bề mặt qua các kênh mương, cống rãnh. Mặc dù nước mưa nhìn chung sạch hơn nước thải sinh hoạt, nhưng nó cũng không hoàn toàn sạch. Vào những thời điểm bắt đầu các cơn mưa, nước mưa mang theo các tạp chất ô nhiễm trên mặt đất như bùn, rác thải, vi khuẩn… Trong hệ thống cống chung, với một cơn mưa lớn có cường độ mạnh thì việc tách lượng nước bẩn ra khỏi nước mưa có lẽ là biện pháp đơn giản nhất cần thực hiện thông qua các giếng tách. Mặt khác, bề mặt đất đô thị có tỷ lệ mặt phủ không thấm nước như mái nhà, sân bê tông, đường nhựa, gạch lát… là khá cao, cho nên quản lý nước mưa đô thị hiện nay về chủ yếu vẫn là quản lý dòng nước chảy bề mặt.

Theo cách tiếp cận cổ điển trong quản lý nước mưa là cố gắng xây các mương cống kích thước lớn để thoát nước nhanh. Tuy nhiên, điều này lại không dễ thực hiện tại những nơi có mật độ xây dựng lớn, ít ao hồ tự nhiên, có nguồn tiếp nhận nước ở xa, trong khi hệ thống hạ tầng thoát nước mưa như mương, đường cống, khả năng tự chảy, khả năng bơm tiêu úng, cao độ san nền…có nhiều hạn chế. Nhìn chung, tình trạng ngập úng tại các đô thị hiện nay vẫn đang xảy ra khi xuất hiện các trận mưa lớn.

Vòng tuần hoàn nước mưa trong tự nhiên (Hình 1) cho thấy một phần lớn lượng nước mưa được thấm xuống đất và lượng nước này sẽ bổ cập cho tầng chứa nước ngầm, sau đó chảy ra sông, hồ.

Trên thực tế thì trong vòng tuần hoàn nước mưa tại các đô thị hiện nay chỉ có một phần nhỏ thấm xuống đất. Một phần lớn nước chảy tràn trên mặt đất, hoặc được thu vào hệ thống mương cống, sau đó chảy ra sông hồ. Theo Tiêu chuẩn thiết kế hiện nay (TCVN 7957:2008), cũng tương tự như trong các tài liệu quốc tế khác, với bề mặt bê tông hoặc nhựa đường (mặt phủ kín không thấm nước) thì lượng nước mưa chảy trên bề mặt có thể tới 70-90%. Đối với mặt đất tự nhiên, lượng nước mưa thấm xuống đất có thể đạt tới 50-60%. Tỷ lệ này cho thấy khi mặt đất đô thị bị phủ kín bởi đường xá, sân bê tông, nhà cửa thì phần lớn nước mưa không thể bổ cập được cho tầng chứa nước ngầm dưới mặt đất, và kết quả là lượng nước ngầm dưới đất ngày càng cạn kiệt (Hình 2). Số liệu quan trắc tại các giếng khoan tại Hà Nội: so với những năm 90 của thế kỷ trước, công suất khai thác chỉ đạt 68-89% thiết kế ban đầu và mực nước ngầm đang bị hạ thấp nghiêm trọng với 0.3-0.8m/năm, tại các giếng cách xa sông Hồng.

Phương pháp tiếp cận mới trong quản lý nước mưa đô thị là nhằm tái lập một vòng tuần hoàn nước giống như trong tự nhiên, nghĩa là lưu nước mưa lại trên các công trình chứa, trong một thời gian nhất định, sau đó cho nước mưa chảy dần ra nguồn tiếp nhận. Bằng cách này, lưu lượng nước thoát không cần quá ồ ạt có thể gây quá tải cho hệ thống thoát nước. Các công trình chứa lưu giữ nước mưa là các hồ điều hòa, kênh mương, hầm chứa hoặc một số giải pháp khác. Các công trình này còn giúp tạo ra cảnh quan đẹp cho một đô thị sinh thái (Hình 3).

Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số giải pháp có thể áp dụng trong việc quản lý tổng hợp nước mưa đô thị, được thu thập từ các thông tin trong nước và trên thế giới:

Hồ điều hòa

Hồ điều hòa cần có dung tích đủ lớn với dung tích nước lưu lại với thời gian từ 2 đến 4 tuần dành cho một lưu vực thoát nước. Nước sau đó được tự chảy hoặc được bơm ra sông suối và hạ dần mực nước trong hồ đến mức thiết kế để có thể tiếp nhận nước từ những trận mưa tiếp theo (Hình 4). Ngoài chức năng điều hòa kiểm soát lũ lụt, hồ còn dùng để dự trữ nước phục vụ cho những mục đích khác như tưới cây, rửa đường. Đáy hồ bằng đất cho phép nước được thấm xuống và bổ sung cho tầng chứa nước ngầm. Chất lượng nước trong hồ có thể được cải thiện nhờ quá trình sơ lắng (Parkingson et al. 2010). Biện pháp dễ dàng nhất có thể làm đối với các hồ hiện hữu, là nạo vét tăng dung tích chứa, cải tạo hệ thống bơm và các cửa phai điều tiết. Tuy nhiên, nếu cần xây dựng các hồ điều hòa mới thì các đô thị hiện đang gặp khó khăn về quy hoạch quỹ đất, vì các hồ này cần có diện tích tương đối lớn.

Hầm chứa nước mưa

Ngay từ những thập kỷ 60-70 thế kỷ trước, Nhật Bản đã ưu tiên ngân sách để xây dựng các hầm chưa nước mưa tại các thành phố lớn. Ở Tokyo, đường hầm chứa nước mưa là một công trình chống ngập điển hình có quy mô tầm cỡ lớn nhất thế giới, hoàn thành xây dựng vào năm 2016. Hệ thống bể ngầm này có không gian chứa nước cao tới 70m, hút và lưu trữ nước mưa từ các khu vực ngập lụt ở phía bắc thành phố, sau đó nước được thoát ra con sông lớn hơn ở phía hạ lưu (Hình 5).

Mái nhà xanh

Mái nhà xanh hay còn gọi là “vườn trên mái”, là một lớp thực vật mỏng có giá thể được trồng trên mái nhà bằng bê tông cốt thép. Mái nhà xanh giống như một bãi cỏ có thể lưu trữ nước mưa, nhất là khi có các trận mưa vừa và nhỏ. Nước mưa sau đó thoát chậm hơn vào hệ thống cống thu gom dưới mặt đất. Mái nhà xanh còn có lợi ích giúp cải thiện vi khí hậu, làm mát ngôi nhà tại các đô thị vùng nhiệt đới (Hình 6).

Vùng đất ngập nước kết hợp tái tạo nước ngầm

Các vùng đất ngập nước chứa nước mưa tự nhiên rất thích hợp với những thành phố có quỹ đất dồi dào. Ví dụ điển hình là tại Australia và Newzealand (Hình 7). Các bãi ngập nước này có thể được kết hợp với hệ thống các trạm bơm giếng khoan để phục hồi, tái tạo tầng chứa nước ngầm. Nước bề mặt được bơm ép với áp lực khoảng 1-2 Kg/cm2 để bổ sung nước cho tầng cuội sỏi. Vào mùa khô, nước ngầm được hút lên, được xử lý để phục vụ cho các mục đích khác nhau (Matt Hudson et al. City West Water. 2017). Đây là một giải pháp sáng tạo, dùng nước mưa bổ sung cho tầng chứa nước ngầm bằng máy bơm cưỡng bức (Hình 8).

Rãnh thấm

Rãnh thấm là những mương rãnh được đổ đá dăm cấp phối còn vách mương được lót vải địa kỹ thuật để tránh xói mòn. Nước mưa chảy vào mương, được thấm xuống đất và bổ cập cho nước ngầm. Các rãnh thấm có thể được xây dựng dọc theo đường quốc lộ. Tuy nhiên, rãnh thấm kiểu này cũng có nguy cơ bị chít tắc khi nước bề mặt có nhiều bùn cặn (Hình 9).

Vỉa hè – sân nền thấm nước

Vật liệu lát sân nền có độ rỗng thấm nước không phải là mới mẻ nhằm tăng lượng nước thấm xuống đất tại các sân nền, bãi đỗ xe, lối đi ngoài trời… Một số chủng loại gạch lát có tỷ lệ thấm nước đạt tới 8% là không hề nhỏ. Tuy nhiên, các vật liệu này vẫn còn một hạn chế là các lỗ rỗng có thể bị chít tắc do đất cát, bụi bẩn làm giảm hiệu quả thấm nước sau một thời gian sử dụng. Một số nghiên cứu gần đây đang đi theo hướng sản xuất ra các vật liệu xốp siêu thấm có lỗ nhỏ, cho nước chảy qua nhưng cặn bẩn bị giữ lại và bề mặt gạch lát cần được cọ rửa thường xuyên.

Thay cho lời kết luận

Các giải pháp kỹ thuật làm tăng lượng nước mưa lưu giữ hoặc thấm xuống đất thay vì phải chảy toàn bộ vào mương cống, từ đó giúp cho tầng chứa nước dưới mặt đất lưu trữ được nhiều nước hơn, giảm quá tải cho hệ thống thu gom, đạt hiệu quả cao trong việc chống ngập lụt cho các đô thị. Các giải pháp này đều có thể xem xét áp dụng, tùy theo nhu cầu đầu tư từ quy mô nhỏ cho từng nhà gia đình cho đến một khu vực dân cư rộng lớn trong đô thị. Cơ chế hoạt động đơn giản là tạo ra các miếng bọt biển có khả năng hút và lưu trữ nước mưa, vì thế nó còn được gọi là “Thành Phố Bọt Biển”.

Để bám sát các mục tiêu lớn như đã đề ra trong Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu giai đoạn đến năm 2050 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt (Số 896/QĐ-TTg /2022), các Kế hoạch phát triển toàn diện cho mỗi đô thị nên được thiết lập, trong đó bao gồm các giải pháp cụ thể về quản lý tổng hợp nước mưa như một nguồn tài nguyên nước, góp phần chống ngập úng và bảo vệ môi trường.