Tải bản đầy đủ (.pdf) (98 trang)

Bài giảng quản lý ngập lụt đô thị chương 3 và 4

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.4 MB, 98 trang )

Chương 3:
QU

N LÝ NG

P L

T TRONG
QU

N



NG

P

L

T

TRONG

THOÁTNƯỚCĐÔTHỊ

TS.Nguy

nMaiĐăng
Bộ mônThủyvăn&Tàinguyênnước
Vi



n Th

y văn, Môi tr
ườ
ng & Bi
ế
n đ

i khí h

u
Vi

n

Th

y

văn,

Môi

tr
ườ
ng

&


Bi
ế
n

đ

i

khí

h

u

Gi

i thi

u
Gi

i

thi

u

Việckiểm
soát
tiêu

thoát
nước đôthị liên quan
Việc

kiểm

soát
tiêu

thoát

nước

đô

thị

liên

quan

đến quản lý khu vực đô thị để kiểm soát các
tác động của

tông
hóa và để tránh kênh
tác

động


của


tông

hóa



để

tránh

kênh

mương hóa.
M

t s

khái ni

m v

qu

n lý lũ
M

t


s

khái

ni

m

v

qu

n




• Giảmnhẹ lũ(floodalleviation): làgiảiphápđể giảmnhẹ (relieveor
iti t ) h


h h




m
iti
ga

t
e
)
n
h

ng

n
h

h
ư

ngx

uc

a

.
• Kiểmsoátlũ(Floodcontrol):
– Làsử dụngcáckỹ thuậtđể thayđổicácđặctínhvậtlýcủalũ,gồm
các công trình đi

u khi

n đ
ượ
c xây d


ng trên sông
các

công

trình

đi

u

khi

n

đ
ượ
c

xây

d

ng

trên

sông
.

– Quảnlýdòngchảylũvàomộtkhuvựccũngnhư xả rangoàiđể giữ
cholũxuấthiệnnhỏ nhất(returnperiod,extent) ho ặcxuấthiệnt ại
thờiđiểm(moment) quyhoạchvàtrong
thờigian(period) quyhoạch.

• B

ovệ lũ(floodprotection):
– Làbảovệ để chốnglạinhữngảnhhưởnggâythiệthạicủalũ.
– Baogồmcả kiểmsoátlũvàbảovệ conngườivàcáctàisản.Dođó
b

o v

lũ r

ng h
ơ
n ki

m soát lũ
b

o

v



r


ng

h
ơ
n

ki

m

soát


.
• Quảnlýlũ(floodmanagement): làtổ chứccácgiảiphápđốiphó
vớicácvấnđề liênquanđếnlũ.
3.1. Tác động của phát triển đô thị
êò ầ à

l
ê
n v
ò
ng tu

n ho
à
n nư


c

Phát triển đôthị làm thay đổithảmthựcvật, ảnh
Phát

triển

đô

thị

làm

thay

đổi

thảm

thực

vật,

ảnh

hưởng đến các yếu tố của vòng tuần hoàn nước tự
nhiên theo các hình thức khác nhau:
– Các mái nhà, đường phố, các khu vực trải nhựa và
hàng hiên làm cho mặt đất không thấm nước;
N

ước
trước đây
được
thấm
xuống
bây giờ
ch

y
thông

N
ước

trước

đây

được
thấm

xuống

bây

giờ

ch

y


thông

qua các cống rãnh,tăng dòng chảy bề mặt.
– Lượng dòngchảy trướckiachảytừ từ qua bề mặt đất
và được giữ lại bởi trêncác thảm thực vật, bâygiờ do
đô thị hóa nên chảy qua cáckênh, đòi hỏi phải có mặt
c

t r

ng có s

c ch

a l

n
hơn.
c

t

r

ng



s


c

ch

a

l

n
hơn.
Hình 3.1. Các đặc điểm cân bằng nước trong một lưu
vực đô thị
(
OECD, 1986
)
()
3.1. Tác động của phát triển đô thị
êò ầ à ớ
(
ế
)
l
ê
n v
ò
ng tu

n ho
à

n nư

c
(
ti
ế
p
)
• Đô thị hóa làm thay đổi vòng tuần hoàn nước như
sau:
–Giảm thấm vào lòng đất.
– Lượng không thấm vẫn còn trên bề mặt, làm tăng dòng
hả bề ặt
c
hả
y
bề
m
ặt
.
– Thêm vào đó, từ khi cống thoát nước mưa được xây dựng
cho các dòng chảy mặt, làm tăng vậntốc và giảmthời gian
ch

y truy

n
Đ

nh lũ

cũng
cao
hơn theo thời
gian
Đỉnh

ch

y

truy

n
.
Đ

nh


cũng

cao

hơn

theo

thời

gian

.
Đỉnh


trung bình có thể tăng lên sáu hoặc bảy lần.
– Trong lưu vực sông Belém ở Curitiba, Brazil, với diện tích
thoát nước 42 km
2
và khu v

c khôn
g
thấm nước chiếm
ầ ổ
ự g
60%, dòng chảy lũ trung bình tăng sáu l

n với sự thay đ

i
từ nông thôn sang đô thị như hiện nay.
Hình 3.2. Tác động của đô thị hóa (Schueler, 1987)
Gi

l

i trên lá
a.ThayđổicânBằngnướctrướcvàsaukhiđôthị hóa
Bốcthoáthơi
Gi


l

i

trên



cây,thâncâ y
Bốcthoáthơi
Dòng
Dòn
g
chả
y

Dòng

chảymặt
g
y
mặt
Dòngchảy
át

t
Dòngchảyngầm
Dòngchảysát
mặt

Dòngchảyngầm
s
át
m

t
b.Thayđổidòngchảymặt
Trướckhiđôthị hóa
Saukhiđôthị hóa
Đỉnhlớn Đỉnhcaohơn
vàlênnhanh,
xu

ng nhanh
Đỉnhnhỏ
xu

ng

nhanh
g
(m3/s)
Tổnglượng
tăng lên
Đỉnhthấphơnvà
lênxuốngtừ từ
ưulượn
g
tăng


lên
Dòngchảy
nềncaohơn
Sườn
xuống
thoải
L
Thờigian(h)
3.1. Tác động của phát triển đô thị
êò ầ à ớ
(
ế
)
l
ê
n v
ò
ng tu

n ho
à
n nư

c
(
ti
ế
p
)

• Dolư

n
g
thấm
g
iảm
,
m

c nước n
g
ầmcó xu hướn
g

g
iảm

g
g ,

g
gg
do thiếu nước bổ cập (chủ yếu khi diện tích đô thị phát
triển rộng), do đó làm giảm dòng chảy ngầm.
T hiê đ


ớ àhệ thố th át ớ bị ò


T
uyn
hiê
n
đ
ư

ng

ng nư

c v
à

hệ

thố
ng
th
o
át


c
bị
r
ò

rỉ có thể cung cấp mộtphầnnướcmặtcho các tầng nước
ngầm.

•Việc thay thế thảm phủ thựcvậttự nhiên làm giảm sự
bốc thoáthơi:
V
ì
bề mặtkhuđôthị không giữ lạinướcnhư lớpphủ thực
vật
nên không

V
ì

bề

mặt

khu

đô

thị

không

giữ

lại

nước

như


lớp

phủ

thực

vật
nên

không

chophépthấmqualácâyvàbề mặtđất.
– Mặcdù làbề mặt khu đô thị trong thành phố nóng lên có thể gây ra sự
bốc hơi lớn hơn từ các tr

n mưa nhỏ.

c.Phảnứngcủađịahìnhđếndòngchảy
Trướckhiđôthị hóa
Phạmvingậplụt
Mựcnướcsôngmùakiệt
Saukhiđôthị hóa
Phạmvingậplụttănglên
Mựcnướcsôngmùakiệthạ thấphơn
Hình 3.3. Dòng chảy lũ trung bình như là một hàm của diện tích
tiê
th át
ớ tkh đôthị
ủ C itib

tiê
u
th
o
át


c
t
rong
kh
u vực
đô

thị
c

a
C
ur
itib
a
3.2.Tác động môi trường lên hệ sinh
á ủ
th
á
i th

y sinh
•Với sự phát triển đô thị, các yếu tố docon người gâyraxuấthiệntrên

các lưuvực sông và ảnh hưởng đếnmôitrường
Chúng
ta thảo
các

lưu

vực

sông



ảnh

hưởng

đến

môi

trường
.
Chúng

ta

thảo

luận về một số vấn đề chính dưới đây:

• Nhiệt độ tăng:

Các bề m

t thấm hấ
p
th

m

t
p
hần năn
g


n
g
m

t trời và tăn
g
nhi

t

ặ p ụ ộ p g ợ g ặ g ệ
độ môi trường xung quanh, tạo ra các

c đảo nhiệt ở trung tâm của khu

vực đô thị, nơi mà các bề mặt chủ yếu là bê tông và nhựa đường.
–Nhựa đường, do màu sắc của nó, hấp thụ nhiệt nhiều hơn so với các
bề mặt tự nhiên hoặc bê tông.
ề ổ ố ố

Khi b

mặt có tu

i thọ, nó trở nên t

i màu hơn, do đó, tăng s

lượng
hoặc bức xạ mặt trời hấp thụ được.
–Sự gia tăng nhiệt độ bề mặt này làm tăng bức xạ nhiệt vào môi trường,
do đó, tạo ra nhiều nhiệt hơn.
ổ ể

Nhiệt độ tăng cũng tạo ra dòng không khí th

i lên có th

tăng lượng
mưa. Silvera (1997) chứng minh rằng các khu vực trung tâm của Porto
Alegre có lượng mưa cao hơn so với xung quanh, gắn với xu hướng đô
thị hóa.
3.2.Tác động củamôi trường lên hệ
á ủ
(

ế
)
sinh th
á
i th

y sinh
(
ti
ế
p
)
• Tăng trầm tích và các chất rắn: Trong quá trình phát triển đô thị, trên
lưuvựccósự gia tăng đáng kể trầm tích do những
v

t li

u
để xây dựng
lưu

vực



sự

gia


tăng

đáng

kể

trầm

tích

do

những

v

t

li

u

để

xây

dựng
,
thudọnmặtbằng,đàoxúcvàsanlấp để phát triển nhà ở mới, làm đường
phố, đại lộ, đường cao tốc…

Trầmtích(sediments):
– là các chất được dòng chảy vận chuyển và cuối cùng được tích tụ thành lớp
trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như biển, hồ, sông, suối.
Quá trình trầm tích là m

t
q
uá trình tích t

và hình thành các chất c

n lơ lửn
g

ể ầ
ộ q ụ ặ g
đ

tạo nên các lớp tr

m tích.
–Các trầm tích cũng được gió và các tảng băng vận chuyển đi. Các sa mạc,
hoang thổ là các ví dụ về trầm tích do gió tạo ra. Các vụ sụp đổ do trọng lực
cũng tạo ra các trầm tích đá như các khu vực carxtơ
(Karst).
ồ ể ầ


Ao, h


, bi

n, sông tích lũy các lớp tr

m tích theo thời gian. Các tr

m tích đá
có thể chứa hóa thạch. Các trầm tích cũng là nơi tạo ra các nhiên liệu hóa
thạch như than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ.
•Các h


q
uả môi trườn
g
chính khi sản sinh trầm tích:
ệ q g
– Làmxói mòn bề mặt, dẫn đến các khu vực bị xuống cấp nghiêm
trọng.
• Hình 3.5 và hình 3.6 cho thấ
y
tác đ

n
g
của xói mòn trên bề m

t khu đô th



y ộ g ặ ị
không được bảo vệ:nó cho thấy sự xói mòn bởi sự gia tăng dòng chảy từ
hệ thống thoát nước thượng nguồn. Sự gia tăng về năng lượng và chất
lượng của dòng chảy có thể sinh ra các khe có thể sâu đến 30m và rộng
50m tron
g
vùn
g
đất dễ b

nứt;
gg ị
– Làmtắc nghẽn các đoạn kênh thoát nước, do đó giảm khả năng
thoát n
ướ
c
củacácđường ống ở đôthị sông và hồ
thoát

n
ướ
c
của

các

đường

ống




đô

thị
,
sông



hồ
.
• Đầm phá Pampulha (Belo Horizonte) là một ví dụ về một hồ nước đô thị đã
bị tắc. Vì nó rất rộng và nông, trong mùa khô dòng Diluvio ở Porto Alegre đã
lắng đọng trầm tích từ lưu vực vào kênh, dẫn đến sự tăng trưởng của các
l ih ậ àiả l l dò hả hờii ll
l
oạ
i
t
h
ực v

t v
à
g
iả
m
l
ưu

l
ượng

ng c
hả
y trong t
hời
g
i
an
l
ũ
l
ụt.

Trầm tích man
g
theo chất ô nhiễm
g
â
y
nhiễm bẩn nước mưa.
g gy
Hình 3 6 Sự xói mòn củakhuvực đôthị
Hình

3
.
6
.

Sự

xói

mòn

của

khu

vực

đô

thị

không được bảo vệ lớpthảmphủ
(Campana, 2004)
Hình 3.5. Sự xói mòn của khu vực đô thị không
được bảo vệ bởilớpthảmphủ (Campana, 2004)
• Cản tr

dòn
g
chả
y
: Dòn
g
chả
y

có thể b

cản trở bởi
g y
g y ị
phần san lấp mặt bằng của các cây cầu và các cọc,
thiếu cống rãnh và các loại vật cản kết hợp với nhau
cùng với ống dẫnbị tắc
cùng

với

ống

dẫn

bị

tắc
.
•Một số ví dụ của sự tắc nghẽn dòng chảy:
– Rácthảirắn cản trở dòng chảy: sự sản sinh chất rắn bên cạnh việc giảm
ả ả ở ố ể ể
lưu lượng dòng ch

y còn c

n tr

việc duy trì hệ th


ng đô thị đ

ki

m
soát dòng chảy tại địa phương. Hình 3.7 minh họa các hệ thống bị cản
trở bởi các chất rắn và các đường ống đi qua cống;

Rác th

i
rắn trong hệ thống lưutrữ
:Khilưuvựcbị đôthị hoá và đất đầm

Rác

th

i

rắn

trong

hệ

thống

lưu


trữ
:

Khi

lưu

vực

bị

đô

thị

hoá



đất

đầm

cố kết, thì có ít trầm tích được sản sinh (Hình 3.4), nhưng sau đó vấn
đề khác phát sinh – sinh ra rácthải. Rácthải cản trở sự thoát nước
nhiều hơn, do đó tạo ra các điều kiện môi trường rất nghèo nàn.
–Vấn đề này chỉ giảm thiểu tối đa bằng cách thường xuyên thu gom rác
thải và giáo dục người dân cùng với mức xử phạt nặng đối với hành vi
vi phạm. Hình 3.8 cho thấy số lượng rácthảiđô thị trong hệ thống thoát

nướcCóthể thấyphần nhiềulànhựavớilượng lớn chai lọ và túi xách
nước
.


thể

thấy
,
phần

nhiều



nhựa
,
với

lượng

lớn

chai

lọ



túi


xách

siêu thị;
Hình 3.8. Rác thải tích tụ trong
hệ thống thoát nước
Hình 3 7 Các vậtcảnvàrácthải
Hình

3
.
7
.
Các

vật

cản



rác

thải

trong hệ thống thoát nước

Thiếubi

n

p

p
tíchh

p
tron
g
bảo trì h

thốn
g


pp

p g
ệ g
thoát nước:
• Trong hệ thống thoát nước các vấn đề khác nhau có
thể xả
y
ra với dòn
g
nước chả
y
bình thườn
g
, là kết
q

uả
ế ố
y g y g q
của sự thi
ế
u biện pháp bảo trì hệ th

ng thoát nước và
thiết kế thiếu sót không tính đến sự tắc nghẽn của các
mặt cắt rất nông và chỉ có một lỗ duy nhất (hình 3.9);
Cảntrở dòng chảybởi các tòa nhà
và các nguy c
ơ

Cản

trở

dòng

chảy

bởi

các

tòa

nhà



các

nguy

c
ơ
hiểmhọachocáctòanhàđó:
• phát triển đô thị có xu hướng chiếm lĩnh các khu vực
của dòng chảytự nhiên do dư thừanướcmưachừa
của

dòng

chảy

tự

nhiên

do



thừa

nước

mưa
,

chừa

lại không gian nhỏ cho việcthoátnước, và đến lượt nó
dẫn đến các nguy cơ cho người dân và các khu vực
thượng nguồn (hình 3.10)
Hình 3.9. Các vật cản trở dòng chảy trên các kênh
• Xâydựngnhàở vùn
g

g
sườn đồi có nguy cơ
tiềmẩn:

Sự định cư ở các sườn
đồi ở các thành phố là
một trong những nguyên
một

trong

những

nguyên

nhân chính gây ra chết
người trong mùa mưa do
sạtlở đấtbởi dòng chảy
sạt

lở


đất

bởi

dòng

chảy

nước mưa mạnh trên đất
có độ ổn định thấp, những

nơi mà c

u trúc tự nhiên
bị phá hoại do quá trình
đôthị hóa không kiểm
Hình 3.11. Định cư trên các khu vực
có nguy cơ
đô

thị

hóa

không

kiểm

soát (Hình 3.11).

•Chất lượng nước mưa:
– Nước mưa không hề có chất
l tốth ới ớ ả từ
l
ượng
tốt

h
ơn so v
ới


c x


từ

hệ thống xử lý thứ cấp.
– Có nhiều chất lơ lửng trong dòng
chảy nước mưa hơn trong một hệ

th

ng thoát nước không được xử
lý. Lượng chất lơ lửng này đáng
kể hơn ở giai đoạn đầu của lũ lụt.

Hình 3.12 minh h

a m


t mẫu
ọ ộ
nước mưa theo hình thức của một
đồng hồ.
–Khi mưa bắt đầu, có một nồng độ
thấpchấtlơ lửng sau đónồng độ
thấp

chất



lửng
,
sau

đó

nồng

độ

tăng lên và sau một thời gian nó
giảm xuống rõ rệt.
– Nói chung, 95% chất lơ lửng tập
trung ở 25 mm nướcmưa đầu
trung




25

mm

nước

mưa

đầu

tiên. Biểu đồ ô nhiễm cho một khu
vực đô thị sau một thời gian khô
hạn có đỉnh nồng độ trước đỉnh
củabiểu đồ thuỷ vănchothấy
Hình 3.12. Các mẫu chất lượng
nướcmưaLọ màu nâu (ở góc 9
của

biểu

đồ

thuỷ

văn
,
cho

thấy


rằng nồng độ ban đầu là cao, mặc
dù dòng chảy nhỏ.
nước

mưa
.
Lọ

màu

nâu

(ở

góc

9

giờ) tương ứng với lúc mưa bắt
đầu lớn.
• Nhiễm bẩn tầng nước ngầm:
Cá ê hâ hí h ủ hiễ bẩ átầ ớ

c nguy
ê
n n

n c


n
h
c

a n
hiễ
m
bẩ
n c
á
c
tầ
ng nư

c
ngầm ở đô thị như sau:

Vệ sinh các bãi rác làm nhiễm bẩn các tần
g
nước n
g
ầm qua quá
g g
trình mưa tự nhiên và thấm.
– Các bãi chôn lấp không nên bố trí tại các khu vực tụ nước; nếu
có thể khu vực có độ thẩm thấu thấp nên được lựa chọn.
–Các ảnh hưởng của ô nhiễm nước ngầm cần được kiểm tra khi
chọn vị trí cho các bãi chôn lấp rác.

H

ầu
h
ết

các

t
h
à
nh
p
h



Br
a
zil x

n
ước

t
h

i v
ào

bể


tự
h
oạ
i. H


ầu ếtcáct à p ố ở a ả ướct ả ào bể tự oạ ệ
thống này có xu hướng gây ô nhiễm phần trên của tầng nước
ngầm. Ô nhiễm này có thể làm tổn hại đến cấp nước đô thị khi
có sự liên thông giữa các tầng nước ngầm bởi sự thấm và các
giếng khoan không chính xác.
–Hệ thống thoát nước mưa có thể gây ô nhiễm mặt đất bởi lượng
bị thất thoát trong lưu thông và thông qua các đoạn tắc nghẽn
của hệ thống khiến nước ô nhiễm thoát ra khỏi hệ thống ống
dẫn.
3.3.Quản lý thoát nước vĩ mô vàcác
á ộ
kè h
t
á
c đ

ng

mt
h
eo
• 3.3.1. Quản lý thoát nước đô thị
ể ế
Sự ki


m soát dòng chảy đô thị hiện nay đã được thi
ế
t lập trên
cơ sở không chính xác, gây thiệt hại nghiêm trọng đến người
dân. Những tác động tiêu cực gây ra chủ yếu bởi hai nguyên
nhân
:
nhân
:
– Nguyên tắc thiết kế hệ thống thoát nước:
•hệ thống thoát nước đô thị đã được phát triển trên cơ sở các nguyên
tắc sai lầm là hệ thống thoát nước tốt nhất là hệ thống mang nước dư
thừarờikhỏivị trí ban đầucủa nó càng nhanh càng tốt
thừa

rời

khỏi

vị

trí

ban

đầu

của




càng

nhanh

càng

tốt
.
– Đánh giá và kiểm soát trong các đoạn:
•thiết kế thoát nước tầm vi mô làm tăng lưu lượng và chuyển tất cả
lượng nước xuống hạ lưu. Trong thoát nước ở tầm vĩ mô, thoát nước
đôthị có xu hướng bị kiểm soát bởisự kênh mương hóa ở các khu vực
đô

thị



xu

hướng

bị

kiểm

soát


bởi

sự

kênh

mương

hóa



các

khu

vực

trọng điểm. Loại giải pháp này dựa trên quan điểm cụ thể của một khu
vực của lưu vực, mà không tính đến những hệ quả cho các khu vực
khác hoặc các khía cạnh khác trong việc định cư ở đô thị. Kênh mương
hóa ở các khu vực trọng điểm chỉ chuyển lũ lụt từ nơi này đến nơi khác
tl
t
rong
l
ưu vực.
•Kết hợp hai loại lỗi này trong quản lý vi mô đã tác động
đế th át ớ tầ ĩ ô ủ áthàhhố ả
đế

n
th
o
át


c
tầ
m v
ĩ
m
ô
c

a c
á
c
thà
n
h
p
hố
, x

y ra
theo trình tự sau:
– Giai đoạn 1: lưu vực bắt đầu được đô thị hoá một cách rộng rãi, với mật
ấ ắ
độ cao hơn ở hạ lưu, lũ lụt xu


t hiện trong lòng tự nhiên tại các nút th

t
cổ chai tự nhiên dọc theo dòng chảy (Hình 3.13);
– Giai đoạn 2: các biểu hiện kênh mương hóa đầu tiên được thấy ở hạ
lưudựatrênmức độ đôthị hóa hiệntại điều này làm tăng
quá trình
lưu
,
dựa

trên

mức

độ

đô

thị

hóa

hiện

tại
,
điều

này


làm

tăng

quá

trình

dòngchảyở hạ lưu, nhưng nó vẫn còn được chứa bởi khu vực lũ
thượng nguồn và bởi vì không phải toàn bộ lưu vực được xây dựng.
(Hình 3.13).
– Giai đoạn 3: khi mật độ gia tăng, áp lực từ công chúng khuyến khích
các nhà quản lý tiếp tục kênh mương hóa trên thượng lưu. Khi quá trình
hoàn thành, và thậm chí trước đó, lũ lụt trở lại hạ lưu, do sự gia tăng
của đỉnh

khi không có sự mở rộng nào là khả thi Thượng lưucó
của

đỉnh

,
khi

không



sự


mở

rộng

nào



khả

thi
.
Thượng

lưu



chức năng như lưu vực giảm lũ. Ở giai đoạn này, sự kênh mương hóa
chỉ đơn giản là chuyển lũ lụt về hạ lưu (hình 3.13). Không có nhiều
khôn
g

g
ian để mở rộn
g
các kênh mươn
g
hạ lưu, và các

g
iải pháp dựa
gg g g g
trên việc đào các con kênh sâu hơn, với chi phí rất cao (lên tới 50 triệu
đô la Mỹ / km, tùy thuộc vào đất nền, chiều rộng, lớp lát mặt, vv).

×