Hai khu phố cùng ngập sau một buổi chiều. Ở khu thứ nhất, nước rút sau hai giờ, khi mưa dứt. Ở khu thứ hai, nước lên dù trời chỉ mưa nhẹ, và rút vào lúc nửa đêm, đúng lúc triều xuống. Người đọc báo thấy hai tin “phố lại ngập”. Người làm hạ tầng thấy hai bệnh khác nhau, cần hai phác đồ khác nhau.
Chẩn đoán đúng nguyên nhân là bước bị bỏ qua nhiều nhất khi bàn về chống ngập, dù nó quyết định mọi thứ phía sau.
Bốn nguồn nước gây ngập
| Nguồn | Dấu hiệu nhận biết | Hướng giải pháp chính |
|---|---|---|
| Mưa cường độ cao | Ngập nhanh trong và ngay sau cơn mưa lớn, rút sau vài giờ; điểm ngập là chỗ trũng cục bộ, cửa thu nước | Tăng năng lực thu và dẫn, giữ nước tại chỗ, hồ điều hoà |
| Triều cường | Ngập theo lịch triều, kể cả khi không mưa; nước trào ngược từ cửa xả, miệng cống | Van ngăn triều, đê bao, trạm bơm, nâng cốt |
| Lũ sông | Ngập theo mùa, kéo dài nhiều ngày, liên quan mưa ở thượng nguồn | Hành lang thoát lũ, không gian cho sông, quy hoạch tránh vùng trũng |
| Lún nền | Điểm ngập mở rộng dần qua các năm, nơi trước không ngập nay ngập | Kiểm soát khai thác nước ngầm, quan trắc lún, điều chỉnh cốt thiết kế |
Trong thực tế, các nguồn thường chồng lên nhau: mưa lớn trùng triều cường là kịch bản xấu nhất vì cống không xả ra được đúng lúc cần xả nhất.
Chẩn đoán từ quan sát
Không cần mô hình phức tạp để có phỏng đoán ban đầu tốt. Ghi chép một mùa mưa với các cột: ngày giờ ngập, ngày giờ rút, lượng mưa (từ trạm khí tượng gần nhất), mực triều cùng thời điểm (từ bảng triều), độ sâu ngập ở một điểm cố định. Sau vài chục lần ghi, quy luật thường hiện ra:
- Nếu độ sâu ngập tương quan với lượng mưa trong một giờ, nguồn chính là mưa.
- Nếu ngập xảy ra vào những ngày triều cao dù mưa nhỏ, nguồn chính là triều.
- Nếu ngập ở cùng lượng mưa ngày càng sâu qua các năm, nghi vấn lún hoặc cống bị bồi lắng, lấn chiếm.
Tính lưu lượng nước mưa bằng phương pháp hợp lý
Với lưu vực nhỏ trong đô thị, công thức cơ bản trong giáo trình quốc tế là phương pháp hợp lý (rational method). Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước trong nước có cách tính riêng, nhưng cùng nguyên lý: lưu lượng tỷ lệ với hệ số dòng chảy, cường độ mưa và diện tích.
Q = C × i × A ÷ 360
Trong đó Q là lưu lượng đỉnh (m³/s), C là hệ số dòng chảy (không đơn vị), i là cường độ mưa tính toán (mm/giờ) ứng với thời gian tập trung nước của lưu vực và chu kỳ lặp lại thiết kế, A là diện tích lưu vực (ha).
Hệ số dòng chảy tham khảo
| Bề mặt | Hệ số C thường gặp |
|---|---|
| Mái nhà | 0,75 – 0,95 |
| Mặt đường nhựa, bê tông | 0,70 – 0,95 |
| Gạch lát có mạch hở | 0,50 – 0,70 |
| Bãi cỏ đất cát, dốc thoải | 0,05 – 0,20 |
| Công viên nhiều cây | 0,10 – 0,25 |
Ví dụ: cùng lưu vực, hai mức bê tông hoá
Lưu vực 20 ha, cường độ mưa thiết kế 100 mm/giờ.
- Trước đô thị hoá, phần lớn là ruộng vườn, C bình quân khoảng 0,35: Q = 0,35 × 100 × 20 ÷ 360 ≈ 1,9 m³/s.
- Sau đô thị hoá, mái và đường chiếm đa số, C bình quân khoảng 0,80: Q = 0,80 × 100 × 20 ÷ 360 ≈ 4,4 m³/s.
Lưu lượng đỉnh tăng hơn gấp đôi mà không có giọt mưa nào thêm. Hơn nữa, bề mặt cứng làm nước tập trung nhanh hơn, thời gian tập trung ngắn lại, ứng với cường độ mưa tính toán lớn hơn, nên con số thực tế còn cao hơn. Cống thiết kế cho giai đoạn trước sẽ quá tải.
Chu kỳ lặp lại: không hệ thống nào chống được mọi cơn mưa
Cống được thiết kế cho một cơn mưa có chu kỳ lặp lại nhất định, ví dụ trung bình vài năm xảy ra một lần. Mưa lớn hơn mức đó, cống sẽ quá tải là điều đương nhiên. Thiết kế cho mưa trăm năm một lần bằng cống ngầm thì chi phí không tưởng.
Vì vậy tư duy hiện đại chia hai tầng: hệ thống chính (cống ngầm) xử lý mưa thường xuyên; hệ thống phụ (đường phố, quảng trường trũng, công viên, hồ) được thiết kế có chủ đích để dẫn và chứa nước khi mưa vượt thiết kế, sao cho nước đi theo đường đã định và không vào nhà.
Những giải pháp hay bị chọn sai
- Nâng đường ở khu dân cư hiện hữu: đường cao hơn nền nhà, nước từ đường đổ vào nhà. Người dân nâng nền, rồi đường lại nâng, vòng lặp tốn kém.
- Chỉ mở rộng cống khi nguồn là triều: cống to hơn chỉ đưa nước triều vào nhanh hơn nếu không có van ngăn.
- Trạm bơm không có hồ chứa đệm: bơm phải chạy theo đỉnh lưu lượng, công suất rất lớn; có hồ đệm thì bơm nhỏ chạy lâu hơn.
- San lấp ao hồ lấy đất xây dựng rồi đầu tư cống lớn để bù phần thể tích trữ đã mất.
Áp dụng: phân tích một điểm ngập
- Xác định ranh giới lưu vực đổ về điểm ngập bằng bản đồ địa hình hoặc cao độ đường.
- Đo diện tích, ước tỷ lệ mái, đường, cây xanh, mặt nước; tính C bình quân có trọng số.
- Tính Q cho vài cường độ mưa khác nhau.
- Tìm cống thoát tại điểm ngập, ước năng lực (theo đường kính và độ dốc, tra bảng thuỷ lực).
- So sánh Q với năng lực cống; kiểm tra cao độ cửa xả so với mực triều cao.
- Đề xuất tổ hợp: giảm C (mặt thấm, mái xanh), trữ tạm (hồ, bể ngầm), tăng thoát (cống), chặn triều (van), theo đúng nguồn đã chẩn đoán.
Bài phân tích này làm được trong vài ngày với dữ liệu công khai và một buổi thực địa. Nó dạy điều quan trọng nhất về ngập đô thị: con số C trong công thức là thứ quy hoạch sử dụng đất quyết định, trước khi kỹ sư thoát nước kịp vẽ đường cống nào.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên nhân gây ngập đô thị là gì?
Có bốn nguồn chính: mưa cường độ cao vượt năng lực cống, triều cường làm nước trào ngược, lũ sông dâng, và lún nền làm địa hình thấp dần. Thực tế thường nhiều nguồn chồng lên nhau.
Hệ số dòng chảy C là gì?
Là tỷ lệ lượng mưa trở thành dòng chảy mặt. Bề mặt cứng như mái và đường nhựa có C khoảng 0,7 đến 0,95, còn bãi cỏ và công viên chỉ khoảng 0,05 đến 0,25.
Vì sao bê tông hoá làm ngập nặng hơn?
Vì bề mặt cứng làm hệ số dòng chảy tăng và nước tập trung nhanh hơn, nên với cùng một cơn mưa, lưu lượng đỉnh chảy vào cống có thể tăng gấp đôi hoặc hơn.
Làm sao biết điểm ngập do mưa hay do triều?
Ghi chép thời điểm ngập và rút, đối chiếu với lượng mưa và bảng triều. Ngập theo cường độ mưa và rút khi dứt mưa là do mưa; ngập vào ngày triều cao dù mưa nhỏ là do triều.
Công thức tính lưu lượng nước mưa đơn giản là gì?
Phương pháp hợp lý Q = C × i × A ÷ 360, với Q là lưu lượng m³/s, C là hệ số dòng chảy, i là cường độ mưa mm/giờ và A là diện tích lưu vực tính bằng ha.
