Thành phố bọt biển (sponge city) là cách tiếp cận quản lý nước mưa trong đó đô thị được thiết kế để thấm, giữ, trữ, làm sạch và tái sử dụng nước mưa ngay tại nơi nó rơi xuống, thay vì dồn toàn bộ vào cống để thoát đi nhanh nhất có thể. Công cụ chính là hạ tầng xanh: vườn mưa, mương sinh thái, mặt lát thấm, mái xanh, hồ điều hoà và đất ngập nước nhân tạo.
Thuật ngữ này được Trung Quốc đưa thành chương trình quốc gia từ giữa thập niên 2010, nhưng nguyên lý của nó đã có tên khác ở nhiều nước: phát triển tác động thấp (LID) ở Mỹ, thiết kế đô thị nhạy cảm với nước (WSUD) ở Úc, hệ thống thoát nước bền vững (SuDS) ở Anh.
Điều cần hiểu ngay từ đầu: thành phố bọt biển xử lý tốt các trận mưa thường xuyên và vừa phải, giảm đỉnh lũ và ô nhiễm, nhưng không thay thế được hệ thống thoát nước truyền thống trước mưa cực đoan. Bài này trình bày nguyên lý, công cụ, cách tính sơ bộ, kinh nghiệm quốc tế và điều kiện áp dụng ở đô thị Việt Nam.
Nguồn gốc khái niệm và những người họ hàng
Ở Trung Quốc, khái niệm "thành phố bọt biển" được nêu trong các chỉ đạo về đô thị hoá năm 2013, sau đó Bộ Nhà ở và Phát triển Đô thị – Nông thôn ban hành hướng dẫn kỹ thuật năm 2014. Hai đợt thí điểm năm 2015 và 2016 chọn tổng cộng 30 thành phố. Mục tiêu thường được dẫn là khoảng 20% diện tích đô thị vào năm 2020 và khoảng 80% vào năm 2030 đạt yêu cầu giữ lại, sử dụng tại chỗ khoảng 70% lượng nước mưa. Kiến trúc sư cảnh quan Yu Kongjian thường được nhắc tới như một trong những người cổ vũ mạnh mẽ cho tư tưởng này qua các công trình công viên thấm nước.
Các khái niệm họ hàng ra đời sớm hơn. Ở Mỹ, LID được phát triển từ thập niên 1990, gắn với các hướng dẫn của hạt Prince George, bang Maryland. Ở Úc, WSUD được phát triển ở Melbourne và Perth từ cùng thời kỳ, nhấn mạnh tích hợp chu trình nước vào thiết kế đô thị. Ở Anh, SuDS trở thành khuôn khổ chuẩn cho thoát nước dự án mới. Singapore triển khai chương trình ABC Waters từ năm 2006, biến kênh bê tông thành dòng chảy tự nhiên hoá có công viên hai bên.
Điểm chung của tất cả là đảo ngược triết lý thoát nước thế kỷ 20. Triết lý cũ coi nước mưa là thứ cần loại bỏ nhanh nhất; triết lý mới coi nó là tài nguyên cần giữ lại, và coi việc thoát nhanh là nguyên nhân làm đỉnh lũ hạ lưu cao hơn, ô nhiễm sông nặng hơn và nước ngầm cạn đi.
Bộ công cụ hạ tầng xanh và chức năng của từng loại
Các hướng dẫn của Trung Quốc tóm nguyên lý thành sáu động từ: thấm, chậm, trữ, sạch, dùng, xả. Mỗi công cụ đảm nhận một hoặc vài chức năng:
| Công cụ | Cách hoạt động | Chức năng chính | Điều kiện phù hợp |
|---|---|---|---|
| Vườn mưa (bioretention) | Bồn trũng trồng cây trên lớp đất lọc và đá, nhận nước từ mái và đường | Giữ, lọc, thấm | Khu dân cư, dải phân cách, sân trường |
| Mương sinh thái (bioswale) | Rãnh nông có cỏ dẫn nước chậm dọc đường | Chậm, lọc | Dọc đường, bãi đỗ xe |
| Mặt lát thấm | Gạch hoặc bê tông rỗng cho nước đi xuống lớp đá dự trữ | Thấm, giảm dòng chảy mặt | Vỉa hè, bãi đỗ, đường nội bộ tải nhẹ |
| Mái xanh | Lớp cây và giá thể trên mái giữ một phần nước mưa | Giữ, làm chậm, làm mát | Mái bằng chịu tải được |
| Hồ điều hoà, ao giữ nước | Mặt nước có dung tích dao động, đầy khi mưa và rút dần | Trữ, điều tiết đỉnh | Khu đô thị có đất mở |
| Đất ngập nước nhân tạo | Bãi trồng cây thuỷ sinh xử lý nước trước khi vào sông, hồ | Làm sạch | Cửa xả, ven sông |
| Bể thu nước mưa | Bồn chứa nước mái để tưới cây, xả bồn cầu | Dùng, giảm khối lượng xả | Công trình công cộng, nhà ở |
Một thiết kế tốt không chọn một công cụ mà xếp chúng thành chuỗi: mái xanh và bể chứa trên công trình, vườn mưa và mặt lát thấm ở tầng đường phố, hồ điều hoà và đất ngập nước ở tầng khu vực. Nước đi qua chuỗi này chậm dần và sạch dần trước khi tới sông.
Tính sơ bộ: cần bao nhiêu dung tích để giữ nước tại chỗ
Các tiêu chuẩn bọt biển thường đặt mục tiêu theo tỷ lệ kiểm soát tổng lượng dòng chảy năm: phần trăm lượng mưa cả năm được giữ lại, không xả thẳng vào cống. Từ chuỗi số liệu mưa ngày nhiều năm, người ta tìm ra độ sâu mưa thiết kế tương ứng: những trận mưa có lượng dưới mức đó được giữ toàn bộ, trận lớn hơn chỉ giữ được phần đầu.
Phép tính đơn giản như sau, ví dụ giả định: một khu đất 1 ha (10.000 m²) với mục tiêu giữ độ sâu mưa 25 mm. Thể tích cần giữ xấp xỉ bằng độ sâu nhân diện tích nhân hệ số dòng chảy trung bình. Với hệ số 0,8 cho khu xây kín, thể tích là 0,025 × 10.000 × 0,8 = 200 m³. Nếu dùng vườn mưa có độ sâu chứa hiệu dụng khoảng 0,3 m (gồm lớp nước đọng trên mặt và lỗ rỗng trong lớp đá), bạn cần khoảng 650–700 m² vườn mưa, tức chừng 7% diện tích khu đất. Nếu thay một phần mái bằng mái xanh và bãi đỗ bằng mặt lát thấm, hệ số dòng chảy giảm và diện tích vườn mưa cần thiết cũng giảm.
Phép tính này cho thấy hai điều. Một là thành phố bọt biển cần đất: không thể đạt mục tiêu chỉ bằng vài chậu cây. Hai là nó được thiết kế cho mưa phổ biến, tính bằng vài chục mi-li-mét, không phải trận mưa 150–200 mm trong vài giờ. Vì vậy thiết kế phải luôn có đường tràn an toàn dẫn phần vượt quá vào hệ thống thoát truyền thống.
Kinh nghiệm quốc tế: điều làm được và điều chưa
Copenhagen sau trận mưa năm 2011. Ngày 2/7/2011, một trận mưa cực đoan gây ngập diện rộng và thiệt hại lớn cho Copenhagen. Thành phố lập Kế hoạch Mưa Cực đoan (Cloudburst Plan) năm sau đó, kết hợp đường phố được thiết kế để dẫn nước như kênh tạm thời, công viên trũng chứa nước và đường hầm. Bài học là bọt biển và hạ tầng xám được thiết kế cùng nhau theo lưu vực.
Quảng trường nước ở Rotterdam. Quảng trường Benthemplein hoàn thành năm 2013 là không gian công cộng có các bậc trũng: ngày khô là sân chơi và chỗ ngồi, mưa lớn thì thành bể chứa tạm. Mô hình này giải quyết vấn đề thiếu đất bằng cách cho một mảnh đất đảm nhận hai chức năng.
Chương trình ABC Waters của Singapore. Thay vì mở rộng kênh bê tông, Singapore tự nhiên hoá một số đoạn kênh và sông trong công viên, như công viên Bishan – Ang Mo Kio, nơi kênh bê tông thẳng được thay bằng dòng sông uốn lượn có bờ cỏ. Dự án vừa tăng khả năng chứa nước vừa tạo không gian công cộng.
Giới hạn hiện ra ở Trung Quốc. Trận mưa cực đoan ở Trịnh Châu tháng 7/2021, thành phố đã đầu tư vào các hạng mục bọt biển, gây ngập nghiêm trọng. Nhiều chuyên gia nhấn mạnh rằng sự cố này không chứng minh bọt biển vô dụng, mà cho thấy nó không được thiết kế cho cường độ mưa như vậy và cần đi kèm hệ thống cảnh báo, sơ tán và hạ tầng lớn.
Giới hạn kỹ thuật thường bị bỏ qua
Đất thấm kém và nước ngầm nông. Thấm là chức năng nghe hấp dẫn nhất nhưng phụ thuộc hoàn toàn vào địa chất. Ở đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long, nhiều nơi có lớp sét gần mặt đất và mực nước ngầm chỉ cách mặt đất một đến hai mét, mùa mưa còn nông hơn. Khi đó vườn mưa không thấm xuống được, nước đọng lâu, và chức năng thực sự chỉ còn là giữ và trữ tạm thời.
Bảo trì. Mặt lát thấm bị bùn đất lấp lỗ rỗng sau vài năm nếu không hút vệ sinh định kỳ. Vườn mưa cần thay lớp phủ, cắt tỉa, kiểm tra cửa tràn. Nhiều dự án đẹp trong năm đầu rồi xuống cấp vì không có đơn vị và ngân sách bảo trì rõ ràng.
Ô nhiễm và sức khoẻ. Nước mưa đợt đầu từ đường phố mang dầu mỡ, kim loại nặng; cho thấm xuống ở khu vực có giếng nước ngầm sinh hoạt cần thận trọng. Nước đọng quá 48–72 giờ có thể thành nơi muỗi sinh sản, nên thiết kế phải bảo đảm thời gian rút nước hợp lý.
Đo hiệu quả. Nhiều báo cáo thí điểm chỉ thống kê diện tích đã thi công, ít đo lưu lượng thực tế trước và sau. Đây là khoảng trống bằng chứng: hiệu quả ở quy mô công trình đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu, nhưng hiệu quả ở quy mô cả thành phố trước các trận mưa lớn vẫn đang được nghiên cứu.
Áp dụng cho đô thị Việt Nam: một trình tự hợp lý
Với điều kiện đất thấp, mưa nhiệt đới cường độ cao và đô thị dày đặc, nguyên lý bọt biển nên được điều chỉnh, nhấn mạnh giữ và trữ hơn là thấm:
- Giữ những gì còn lại: ao, hồ, kênh rạch, ruộng trũng ven đô là dung tích trữ nước tự nhiên rẻ nhất. Mỗi mét vuông mặt nước bị lấp là dung tích phải xây lại bằng bê tông với giá cao hơn nhiều.
- Quy định tại nguồn cho dự án mới: yêu cầu khu đô thị và công trình lớn giữ lại một thể tích nước mưa tối thiểu trên mỗi hecta, hoặc không làm tăng lưu lượng đỉnh so với hiện trạng trước xây dựng.
- Thiết kế không gian đa năng: công viên, sân trường, sân thể thao, bãi đỗ xe được hạ thấp có kiểm soát để chứa nước tạm khi mưa lớn.
- Tận dụng đường phố khi cải tạo: mỗi lần đào vỉa hè, nâng cấp đường là cơ hội lắp dải cây xanh nhận nước và mặt lát thấm ở chỗ phù hợp địa chất.
- Khảo sát địa chất và nước ngầm trước khi chọn công cụ: không mặc định vườn mưa sẽ thấm.
- Lập kế hoạch bảo trì và đo lường ngay từ đầu: ai chịu trách nhiệm, ngân sách bao nhiêu, đo lưu lượng ở đâu.
Trình tự này đặt bọt biển vào đúng vị trí: một tầng trong hệ thống quản lý nước mưa nhiều tầng, chứ không phải lời hứa chấm dứt ngập.
Câu hỏi thường gặp
Thành phố bọt biển có chấm dứt được ngập không?
Không, nếu hiểu ngập là mọi trận mưa. Bọt biển giảm tần suất ngập nhẹ, giảm đỉnh lũ và ô nhiễm từ các trận mưa phổ biến. Với mưa cực đoan vượt xa độ sâu thiết kế, phần nước dư vẫn phải đi qua cống, kênh, trạm bơm và các lối tràn an toàn. Hiểu sai điểm này dẫn tới kỳ vọng quá mức và thất vọng khi có trận mưa lớn.
Mặt lát thấm có dùng được cho đường xe tải nặng không?
Thường không khuyến nghị. Mặt lát thấm phù hợp với vỉa hè, bãi đỗ xe con, đường nội bộ tải nhẹ. Với tải trọng nặng và lưu lượng xe lớn, kết cấu dễ hư và bị bít lỗ rỗng nhanh hơn. Đường chính nên dùng mặt đường thông thường kết hợp mương sinh thái hoặc vườn mưa ở dải bên.
Mái xanh giữ được bao nhiêu nước mưa?
Phụ thuộc độ dày giá thể, loại cây và độ ẩm trước trận mưa. Mái xanh mỏng giữ được phần đáng kể của các trận mưa nhỏ nhưng nhanh chóng bão hoà với mưa lớn. Lợi ích chính của nó là làm chậm dòng chảy và làm mát mái, nên thường được tính như một phần của chuỗi chứ không phải giải pháp duy nhất.
Hồ điều hoà khác hồ cảnh quan thế nào?
Hồ điều hoà được thiết kế với dung tích dao động: mực nước bình thường được giữ thấp hơn bờ một khoảng để khi mưa lớn có chỗ chứa, rồi rút dần qua cửa xả có kiểm soát. Hồ cảnh quan giữ mực nước gần bờ để đẹp nên hầu như không còn dung tích chứa thêm. Nhiều hồ đô thị được gọi là điều hoà nhưng vận hành như hồ cảnh quan.
Chi phí hạ tầng xanh có rẻ hơn hạ tầng xám không?
Không phải lúc nào cũng rẻ hơn ở chi phí xây dựng, nhưng nhiều phân tích chi phí vòng đời cho thấy nó cạnh tranh khi tính cả lợi ích phụ như làm mát, không gian công cộng, cải thiện chất lượng nước. Điểm yếu là chi phí bảo trì phân tán và dễ bị bỏ sót trong ngân sách.
Hộ gia đình có thể làm gì theo nguyên lý bọt biển?
Có thể giữ một phần sân đất hoặc lát gạch có khe cỏ thay vì đổ bê tông kín, dẫn ống xối mái vào bồn cây hoặc bể chứa để tưới, và không lấp rãnh thoát nước chung trước nhà. Từng hộ đóng góp nhỏ, nhưng cộng lại trên cả khu phố có thể giảm đáng kể lượng nước dồn ra cống trong các trận mưa thường.
