Đô thị ngập khi lượng nước đổ về một khu vực trong một khoảng thời gian vượt quá tổng khả năng thấm, chứa và thoát của khu vực đó. Ba nhóm nguyên nhân chính là: cường độ mưa vượt mức thiết kế của hệ thống thoát nước; bề mặt bị bê tông hoá khiến nước chảy tràn nhanh và nhiều hơn; và nơi thoát cuối cùng như sông, kênh, biển bị dâng cao do triều cường hoặc lũ, trong khi nền đất ở nhiều nơi đang lún xuống.
Vì có nhiều nguyên nhân chồng lên nhau, không có giải pháp đơn lẻ nào chấm dứt được ngập. Làm cống to hơn giúp được với mưa thường nhưng vô ích nếu cửa xả bị triều chặn; trồng thêm cây và làm hồ chứa giúp giảm đỉnh lũ nhưng không đủ cho trận mưa cực đoan.
Bài này giải thích từng cơ chế bằng ngôn ngữ thuỷ văn đô thị, kèm một phép tính đơn giản mà kỹ sư dùng hằng ngày, các hiểu lầm phổ biến và một khung tự đánh giá nguy cơ ngập cho một khu đất hay khu đô thị.
Ngập là bài toán cân bằng nước theo thời gian
Hãy hình dung một lưu vực đô thị như chiếc bồn có vòi vào và lỗ thoát. Vòi vào là mưa, cộng thêm nước từ vùng cao hơn chảy về. Nước có thể đi ba ngả: thấm xuống đất, được giữ lại trên bề mặt và trong hồ, hoặc thoát qua cống, kênh ra sông. Ngập xảy ra khi tốc độ nước vào lớn hơn tổng tốc độ của ba ngả còn lại đủ lâu để nước tích lên mặt đường.
Điểm then chốt là cường độ mưa quan trọng hơn tổng lượng mưa. Một trận mưa 100 mm rải đều trong 24 giờ có thể không gây ngập, trong khi 80 mm dồn trong một giờ làm ngập sâu nhiều tuyến phố. Kỹ sư thoát nước làm việc với các đường cong cường độ – thời gian – tần suất (IDF), cho biết với một chu kỳ lặp lại nhất định, cường độ mưa trung bình là bao nhiêu trong 10 phút, 30 phút, 60 phút.
Khái niệm thứ hai là thời gian tập trung nước: thời gian để giọt mưa ở điểm xa nhất của lưu vực chảy tới cửa cống đang xét. Lưu vực đô thị bê tông hoá có thời gian tập trung ngắn hơn hẳn so với đồng ruộng, vì nước không bị giữ lại trên mặt đất mà chảy thẳng vào rãnh. Thời gian tập trung ngắn nghĩa là đỉnh lưu lượng đến nhanh và cao hơn, đúng vào lúc cường độ mưa ngắn hạn mạnh nhất. Đó là lý do có những trận mưa chỉ chừng nửa giờ cũng đủ biến đường phố thành sông.
Bê tông hoá thay đổi dòng chảy ra sao: một phép tính của kỹ sư
Với lưu vực nhỏ, kỹ sư thường dùng công thức thuận lý (rational method) để ước tính lưu lượng đỉnh: Q = C × i × A / 360, trong đó Q là lưu lượng (m³/s), C là hệ số dòng chảy, i là cường độ mưa (mm/h) ứng với thời gian tập trung, A là diện tích lưu vực (ha). Hệ số C cho biết bao nhiêu phần nước mưa biến thành dòng chảy mặt. Các khoảng giá trị điển hình trong sổ tay thiết kế như sau:
| Loại bề mặt | Hệ số dòng chảy C thường dùng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Mái nhà, đường nhựa, sân bê tông | khoảng 0,70–0,95 | Gần như toàn bộ nước chảy tràn |
| Phố nhà ống mật độ cao | khoảng 0,70–0,90 | Rất ít đất trống thấm nước |
| Khu dân cư có sân vườn | khoảng 0,30–0,50 | Phụ thuộc tỷ lệ đất trống |
| Bãi cỏ, công viên | khoảng 0,05–0,35 | Thấp với đất cát, cao với đất sét và dốc |
| Ruộng lúa, đất ngập nước | thấp, có khả năng trữ | Còn có tác dụng giữ nước như hồ chứa |
Ví dụ giả định: một khu đất 20 ha trước kia là ruộng và vườn, hệ số C khoảng 0,3. Sau khi xây khu đô thị kín đất, C tăng lên khoảng 0,8. Với cùng cường độ mưa 100 mm/h, lưu lượng đỉnh tăng từ khoảng 1,7 m³/s lên khoảng 4,4 m³/s, tức gấp hơn 2,5 lần, chưa kể thời gian tập trung ngắn hơn làm cường độ thiết kế còn cao hơn nữa. Nếu tuyến cống hạ lưu được thiết kế cho hiện trạng cũ, khu dân cư phía dưới sẽ ngập dù không ai thay đổi gì ở khu của họ. Đây là cơ chế thường gặp khi khu đô thị mới được tôn nền và xây kín cạnh khu dân cư cũ.
Sụt lún và triều cường: khi cửa thoát bị chặn
Ở các đô thị đồng bằng ven biển, ngập không chỉ do mưa. Nước trong cống chảy được nhờ chênh lệch cao độ giữa mặt đường và nơi xả. Khi mực nước sông, kênh dâng cao do triều cường, chênh lệch này thu hẹp hoặc đảo ngược: nước không những không thoát ra mà còn theo cống tràn ngược vào phố. Đây là lý do một số khu vực ở TP.HCM, Cần Thơ ngập vào những ngày triều cường dù trời không mưa.
Sụt lún đất làm vấn đề trầm trọng hơn theo thời gian. Nền đất ở đồng bằng sông Cửu Long và vùng TP.HCM phần lớn là trầm tích trẻ, mềm, dễ nén. Khai thác nước ngầm làm giảm áp lực nước trong các tầng chứa, khiến lớp đất sét phía trên bị nén lại; tải trọng công trình và việc tôn nền cũng góp phần. Nhiều nghiên cứu đo bằng radar vệ tinh và mốc trắc địa đã ghi nhận tốc độ lún ở một số khu vực của các đô thị này cao hơn đáng kể tốc độ nước biển dâng. Con số cụ thể khác nhau theo vị trí và phương pháp đo, nên bạn nên đọc từ các công bố khoa học gốc thay vì con số lan truyền.
Điều quan trọng về mặt chính sách là sụt lún gần như không đảo ngược được. Khi một lớp sét đã bị nén, việc ngừng khai thác nước ngầm chỉ làm chậm hoặc dừng lún, không nâng nền trở lại. Vì vậy hạn chế khai thác nước ngầm, chuyển sang nguồn nước mặt, là biện pháp chống ngập dài hạn dù nó không giống một công trình thoát nước nào.
Cống được thiết kế cho mưa nào, và vì sao mưa lớn hơn vẫn sẽ ngập
Không hệ thống thoát nước nào được thiết kế để không bao giờ ngập. Kỹ sư chọn một chu kỳ lặp lại thiết kế: cống cấp nhỏ trong khu dân cư thường được tính cho mưa có chu kỳ vài năm, các tuyến chính và kênh trục cho chu kỳ dài hơn. Chu kỳ 5 năm nghĩa là xác suất trận mưa vượt mức đó xảy ra trong một năm bất kỳ là khoảng 20%, không phải năm năm mới có một lần. Trong vòng 20 năm, xác suất gặp ít nhất một trận vượt thiết kế chu kỳ 5 năm là rất cao.
Lựa chọn chu kỳ là đánh đổi kinh tế. Tăng chu kỳ thiết kế từ 2 lên 10 năm làm kích thước cống, trạm bơm tăng đáng kể, trong khi lợi ích chỉ thể hiện trong vài trận mưa hiếm. Vì vậy cách tiếp cận hiện đại chia làm hai tầng: hệ thống nhỏ (cống, rãnh) xử lý mưa thường xuyên, và hệ thống lớn (đường phố, công viên trũng, quảng trường được thiết kế để ngập tạm thời) dẫn nước mưa cực đoan theo lối an toàn, tránh vào nhà dân.
Biến đổi khí hậu thêm một lớp phức tạp. Các đường cong IDF được xây từ dữ liệu quá khứ; nếu cường độ mưa ngắn hạn cực đoan tăng lên như các báo cáo của IPCC đánh giá là có khả năng ở nhiều vùng, hệ thống thiết kế theo dữ liệu cũ sẽ ngập thường xuyên hơn mức dự tính. Nhiều thành phố đã bắt đầu cộng thêm hệ số an toàn khí hậu vào cường độ mưa thiết kế.
Hiểu lầm phổ biến và thực tế về chống ngập
Hiểu lầm: ngập là do cống bị rác làm tắc. Rác làm giảm khả năng thoát cục bộ và cần xử lý, nhưng ở nhiều điểm ngập kinh niên, nguyên nhân chính là cao độ nền thấp, triều cường hoặc lưu lượng vượt thiết kế. Vớt rác không giải quyết được những nguyên nhân đó.
Hiểu lầm: chỉ cần cống to hơn. Cống to dẫn nước nhanh hơn xuống hạ lưu, có thể làm ngập nặng hơn ở nơi thấp hơn nếu sông, kênh tiếp nhận không đủ sức chứa. Thoát nước phải được thiết kế theo cả lưu vực, không theo từng tuyến phố.
Hiểu lầm: tôn cao nền là xong. Tôn nền một công trình hay một khu đô thị giúp chính nó khô ráo nhưng đẩy nước sang xung quanh và làm mất dung tích trữ nước tự nhiên. Khi mọi người cùng tôn nền, cả khu cũ thành vùng trũng.
Hiểu lầm: siêu dự án chống ngập sẽ giải quyết dứt điểm. Công trình lớn như cống ngăn triều, trạm bơm công suất lớn là cần thiết cho rủi ro triều và lũ sông, nhưng hiệu quả phụ thuộc vào hệ thống cống cấp dưới và vận hành đồng bộ. Không có công trình đơn lẻ nào xử lý được cả mưa cục bộ, triều cường và sụt lún cùng lúc.
Thực tế: giải pháp hiệu quả là tổ hợp. Các thành phố quản lý ngập tốt thường kết hợp kiểm soát nguồn (giữ nước tại chỗ), hạ tầng xám (cống, hồ ngầm, trạm bơm), quy hoạch cao độ nền thống nhất, hạn chế khai thác nước ngầm và hệ thống cảnh báo cho người dân.
Hạ tầng xám ở quy mô lớn: hầm chứa, cống bao, trạm bơm
Ở những đô thị không còn đất làm hồ trên mặt, giải pháp là đưa dung tích chứa xuống lòng đất. Kênh xả ngầm vùng ngoại ô Tokyo, hoàn thành năm 2006, gồm các giếng đứng khổng lồ nối với một đường hầm dài hàng chục ki-lô-mét và một bể điều áp lớn, thu nước lũ từ các sông nhỏ rồi bơm ra sông Edo. Nhiều thành phố châu Âu và Bắc Mỹ xây các đường hầm trữ nước mưa để giảm tràn cống chung xuống sông.
Cống bao là tuyến cống lớn chạy dọc bờ sông, hồ, thu nước thải và nước mưa đợt đầu trước khi xả, vừa chống ô nhiễm vừa điều tiết. Trạm bơm cần thiết ở những lưu vực có cao độ thấp hơn mực nước tiếp nhận. Cống ngăn triều đóng khi triều lên để nước sông không tràn vào kênh nội đô, mở khi triều xuống để thoát nước.
Nhược điểm chung của hạ tầng xám là chi phí đầu tư lớn, cần vận hành chính xác và tiêu thụ năng lượng; khi một khâu hỏng, hệ thống có thể thất bại cùng lúc. Vì vậy xu hướng chung là dùng hạ tầng xám cho phần rủi ro lớn và tập trung, còn giữ nước tại chỗ bằng hạ tầng xanh cho phần mưa thường xuyên phân tán. Cách tiếp cận thứ hai được trình bày kỹ trong khái niệm thành phố bọt biển.
Tự đánh giá nguy cơ ngập cho một khu đất hoặc khu đô thị
Trước khi mua nhà, thuê văn phòng hay thẩm định một dự án, bạn có thể đi qua các câu hỏi sau, hầu hết trả lời được bằng quan sát và hỏi cư dân:
- Cao độ tương đối: khu đất cao hay thấp hơn các tuyến đường và khu xung quanh? Đường vừa được nâng cốt gần đây là dấu hiệu nhà hai bên đã trở thành chỗ trũng.
- Lịch sử ngập: hỏi cư dân lâu năm, tìm ảnh ngập trong các trận mưa lớn và đợt triều cường các năm trước. Dữ liệu lịch sử đáng tin hơn quảng cáo.
- Vị trí trong lưu vực: khu đất ở đầu, giữa hay cuối hướng chảy? Cuối lưu vực, gần cửa xả ra sông chịu tác động của cả mưa và triều.
- Ảnh hưởng triều: khu vực có ngập vào ngày triều cường không mưa không? Nếu có, nguy cơ sẽ tăng dần theo sụt lún và nước biển dâng.
- Thay đổi xung quanh: có khu đô thị mới tôn nền, lấp ao hồ, kênh rạch ở gần không? Mất dung tích chứa ở thượng lưu sẽ dồn nước về phía bạn.
- Quy hoạch thoát nước: đồ án quy hoạch có trạm bơm, hồ điều hoà, tuyến cống chính đã được đầu tư hay chỉ trên giấy?
Sáu câu hỏi này không thay thế một mô hình thuỷ lực chuyên nghiệp, nhưng đủ để nhận diện phần lớn khu đất có rủi ro ngập cao trước khi bỏ tiền.
Câu hỏi thường gặp
Mưa chu kỳ 100 năm có nghĩa là 100 năm mới xảy ra một lần?
Không. Nó có nghĩa là xác suất trận mưa đạt hoặc vượt mức đó trong một năm bất kỳ là 1%. Hai trận như vậy có thể xảy ra trong hai năm liên tiếp. Ngoài ra, nếu khí hậu thay đổi, khái niệm chu kỳ tính từ dữ liệu quá khứ cũng thay đổi theo, và mức mưa trước đây ứng với 100 năm có thể trở nên thường xuyên hơn.
Vì sao có nơi trời không mưa vẫn ngập?
Thường do triều cường hoặc lũ từ thượng nguồn làm mực nước sông, kênh cao hơn cao độ mặt đường hoặc cao hơn miệng cống. Nước tràn qua bờ hoặc chảy ngược theo cống vào khu dân cư. Giải pháp cho loại ngập này là đê bao, cống ngăn triều, van một chiều và nâng cao độ, khác với ngập do mưa.
Có nên cấm khai thác nước ngầm ở đô thị bị lún?
Hạn chế khai thác nước ngầm, nhất là các giếng công nghiệp lớn và tầng sâu, là biện pháp được các nghiên cứu khuyến nghị. Kinh nghiệm Tokyo và Bangkok cho thấy kiểm soát khai thác kết hợp cấp nước mặt thay thế đã làm chậm đáng kể tốc độ lún. Điều kiện tiên quyết là phải có đủ nguồn nước sạch thay thế cho người dân và doanh nghiệp.
Hệ thống cống chung và cống riêng khác nhau ra sao về ngập?
Cống chung dẫn cả nước thải và nước mưa trong một đường ống; khi mưa lớn, cống quá tải và xả hỗn hợp chưa xử lý ra sông hoặc tràn lên phố. Cống riêng tách hai dòng, giúp nhà máy xử lý nước thải ổn định hơn. Đổi sang cống riêng rất tốn kém ở khu đã xây kín, nên nhiều nơi dùng cống bao và bể chứa để giảm tràn.
Ứng dụng bản đồ ngập có đáng tin không?
Phụ thuộc vào nguồn dữ liệu. Các lớp ngập do cơ quan quản lý thoát nước hoặc nhóm nghiên cứu công bố dựa trên mô hình thuỷ lực và quan trắc thường đáng tin hơn bản đồ cộng đồng đánh dấu. Dù vậy, mô hình nào cũng phản ánh giả định về mưa và cao độ tại thời điểm lập, nên cần kết hợp với quan sát thực tế.
Mất bao lâu để một khu đô thị lớn giảm đáng kể ngập?
Thường tính bằng thập kỷ, vì hệ thống thoát nước phải được cải tạo theo cả lưu vực, đi kèm thay đổi về quy hoạch cao độ, kiểm soát nước ngầm và thói quen xây dựng. Các thành phố được dẫn như hình mẫu đều đầu tư liên tục qua nhiều nhiệm kỳ quản lý, không có lời giải nhanh.
