Trận mưa rào kỷ lục năm 2011 tại Copenhagen gây thiệt hại hơn 1,2 tỷ euro, buộc Đan Mạch phải đưa ra một quyết định mang tính bước ngoặt: Tái thiết toàn bộ quy hoạch hạ tầng đô thị. Từ bài học đắt giá đó, quốc gia Bắc Âu này đã tiên phong chuyển dịch sang mô hình đô thị thích ứng thông qua các kiến trúc xanh dựa vào thiên nhiên như công viên giữ nước Enghave Park, tối ưu hóa kinh tế tuần hoàn với nhà máy biến rác thành năng lượng CopenHill, đồng thời ứng dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số và phần mềm MIKE của Viện Thủy văn Đan Mạch (DHI) để dự báo thiên tai theo thời gian thực. Sự kết hợp giữa hạ tầng xanh hiện đại và nền tảng dự báo số hóa giúp Đan Mạch chủ động trong việc thích ứng với thời tiết và thiên tai.
Thiên tai lịch sử năm 2011 và bước ngoặt tư duy quy hoạch hạ tầng đô thị
Tháng 7/2011, Thủ đô Copenhagen của Đan Mạch từng trải qua đợt thiên tai nặng nề. Một trận mưa lớn kỷ lục xuất hiện bất ngờ trong chưa đầy hai giờ đồng hồ đã trút xuống lượng nước mưa vượt quá 150 mm, tương đương với tổng lượng mưa của cả nhiều tháng gộp lại.
Hiện tượng thời tiết cực đoan với tần suất xuất hiện ước tính nghìn năm một lần tại quốc gia này đã làm vỡ trận hoàn toàn hệ thống thoát nước ngầm truyền thống của thủ đô. Toàn bộ các khu phố trung tâm, đường hầm giao thông, tầng hầm nhà dân, hệ thống đường sắt và thậm chí các cơ sở y tế thiết yếu bị ngập sâu trong biển nước.
Tổng thiệt hại kinh tế được các công ty bảo hiểm và chính quyền đô thị thống kê vượt quá 1,2 tỷ euro. Trận thiên tai này không chỉ bộc lộ sự dễ tổn thương nghiêm trọng của các đô thị hiện đại trước sự thất thường của biến đổi khí hậu, mà còn trở thành hồi chuông thức tỉnh buộc chính quyền và giới chuyên gia Đan Mạch phải thay đổi triệt để phương thức ứng phó.
Bà Simone Falcon, Trưởng phòng Báo chí của tổ chức State of Green, chia sẻ rằng, sự cố ngập lụt năm 2011 chính là cột mốc lịch sử khởi đầu cho một làn sóng cải cách quy hoạch đô thị quy mô quốc gia. Ngay sau sự cố, Quốc hội và Chính phủ Đan Mạch đã ban hành quy định mang tính bắt buộc, yêu cầu 100% các đô thị và chính quyền địa phương trên toàn quốc phải xây dựng và thực thi Kế hoạch thích ứng với biến đổi khí hậu.
Tư duy quy hoạch hạ tầng đã chuyển dịch từ phương pháp dẫn nước ngầm thụ động bằng đường ống cống bê-tông sang phương pháp quản lý nước bề mặt chủ động thông qua các giải pháp hoàn toàn “thiên nhiên”. Thay vì tìm cách thoát nước mưa ra khỏi thành phố một cách nhanh nhất qua đường ống ngầm, các đô thị Đan Mạch lựa chọn cách “chung sống an toàn” với nước, biến nước mưa thành tài nguyên và tận dụng các không gian công cộng làm bồn chứa nước tạm thời.
Trận mưa lớn kỷ lục năm 2011 là đòn bẩy bắt buộc toàn bộ 100% các đô thị Đan Mạch phải lập kế hoạch thích ứng khí hậu. Chúng tôi nhận ra rằng không một hệ thống cống ngầm bê-tông nào đủ sức chứa hết lượng nước mưa trút xuống một cách tầm tã, vì vậy giải pháp duy nhất là quy hoạch lại bề mặt đô thị để nước có không gian tự nhiên lắng đọng và thẩm thấu.
Bà Simone Falcon, Trưởng phòng Báo chí, State of Green.
Bà Monica Magnussen, Trưởng phòng Đối ngoại thuộc Sở Khí hậu và phát triển đô thị thành phố Copenhagen, nhấn mạnh rằng, Copenhagen đã cụ thể hóa định hướng này bằng Kế hoạch ứng phó mưa lớn cực đoan với hơn 300 dự án hạ tầng và triển khai xuyên suốt ba thập kỷ. Thành phố đã đầu tư hàng tỷ euro để nâng cấp hạ tầng đô thị theo hướng đa năng, kết hợp hài hòa giữa công trình thủy lợi chống ngập và không gian sinh hoạt cộng đồng. Sự chuyển dịch tư duy từ ứng phó thụ động sang chủ động kiến tạo hạ tầng xanh đã giúp Copenhagen không chỉ bảo vệ an toàn tuyệt đối cho người dân trước các trận bão lớn tiếp theo mà còn nâng cao đáng kể chất lượng sống và giá trị sinh thái đô thị.
Kế hoạch ứng phó mưa lớn cực đoan của Copenhagen không dựa vào việc đập bỏ hạ tầng cũ để xây mới hoàn toàn, mà là sự lồng ghép thông minh giữa các hành lang thoát nước bề mặt, các con đường được hạ thấp lòng đường để làm dòng chảy tạm thời, cùng hệ thống công viên hạ tầng xanh. Sự phối hợp chặt chẽ giữa chính quyền đô thị, các tập đoàn kiến trúc và công ty cấp thoát nước đã biến Copenhagen thành một “phòng thí nghiệm” về kiến trúc thích ứng với biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu.
Công viên Enghave và triết lý kiến trúc cảnh quan giữ nước mưa đa năng
Công viên Enghave tại quận Vesterbro của thủ đô Copenhagen là một trong những minh chứng điển hình và thành công nhất thế giới về mô hình kiến trúc công viên thích ứng với biến đổi khí hậu.
Được thiết kế ban đầu vào năm 1928 bởi kiến trúc sư danh tiếng Arne Jacobsen theo phong cách tân cổ điển, công viên lịch sử gần một thế kỷ này đã được cải tạo hoàn toàn nhờ bản thiết kế sáng tạo của Tập đoàn kiến trúc Arkitema phối hợp cùng các đơn vị tư vấn kỹ thuật.
Dự án biến một công viên công cộng truyền thống thành một hệ thống chứa và thoát nước mưa thông minh có sức chứa lên tới 22.600 mét khối nước trong các trận mưa lớn cực đoan, tương đương với thể tích của chín bể bơi tiêu chuẩn Olympic.
Ông Christian Eugenius Kuczynski, Kiến trúc sư kiêm Chuyên gia tại Tập đoàn Arkitema, cho biết, thách thức lớn nhất của dự án là làm sao giữ nguyên vẹn giá trị di sản lịch sử và cảnh quan kiến trúc cổ kính của công viên, đồng thời tích hợp vào đó một hạ tầng kỹ thuật thủy lợi phức tạp.
Đội ngũ kiến trúc sư đã giải bài toán này bằng cách xây dựng một bức tường bê tông bao quanh toàn bộ ranh giới công viên với chiều cao chính xác 85cm. Trong điều kiện thời tiết bình thường, bức tường đóng vai trò như chỗ ngồi nghỉ chân và lối đi dạo cho người dân.
Tuy nhiên, khi xảy ra mưa lớn vượt ngưỡng, hệ thống van đóng tự động tại các lối vào sẽ kích hoạt, biến toàn bộ lòng công viên thành một hồ chứa nước khổng lồ để ngăn chặn nước tràn vào các khu dân cư lân cận.
Công viên Enghave được thiết kế theo nguyên tắc đa dụng và linh hoạt. Trong ngày nắng, đây là công viên thể thao, sân trượt ván và vườn hoa phục vụ sinh hoạt cộng đồng. Nhưng khi cơn bão đổ bộ, các không gian này “hạ thấp xuống”, hàng tường rào dựng lên, để chứa toàn bộ 22.600 mét khối nước mưa, bảo vệ an toàn tuyệt đối cho quận Vesterbro trước nguy cơ ngập lụt.
Ông Christian Eugenius Kuczynski, Kiến trúc sư, Chuyên gia, Tập đoàn Arkitema.
Cấu trúc bên trong công viên Enghave được phân tầng cao độ thông minh để hứng nước theo từng cấp độ mưa. Sân bóng rổ và sân trượt ván được thiết kế chìm sâu dưới mặt đất sẽ là nơi hứng đợt nước mưa đầu tiên.
Nếu lượng mưa tiếp tục tăng mạnh, khu vực hồ nước trung tâm, sân khấu ngoài trời và vườn hồng lịch sử sẽ tiếp tục ngập nước theo đúng kịch bản đã tính toán trước. Toàn bộ lượng nước mưa thu gom tại đây sẽ được lọc qua hệ thống sinh học tự nhiên gồm các lớp cát, sỏi và thực vật thủy sinh trước khi được bơm xả từ từ ra kênh rạch thành phố hoặc tái sử dụng cho việc tưới cây và vệ sinh đường phố.
Ý tưởng biến hạ tầng chống ngập thành không gian sinh hoạt văn hóa xã hội của Arkitema đã trở thành bài học kinh nghiệm cho các đô thị ven biển đang tìm kiếm giải pháp thích ứng bền vững.
Điểm đặc sắc trong thiết kế của Tập đoàn Arkitema là việc duy trì tính gắn kết cộng đồng và giá trị sử dụng quanh năm cho công trình. Công viên không bao giờ bị bỏ hoang hay đóng cửa hoàn toàn. Ngay cả sau các trận mưa lớn, nhờ hệ thống bơm thoát nước công suất cao và các bề mặt vật liệu thấm nước nhanh, công viên Enghave chỉ mất vài giờ đồng hồ để rút sạch nước và trả lại mặt bằng khô ráo cho trẻ em vui chơi, người dân tập thể dục hay tản bộ.
CopenHill, hệ thống sưởi ấm khu vực và hạ tầng xanh
Bên cạnh giải pháp chống ngập đô thị, thành phố Copenhagen còn khẳng định vị thế dẫn dắt toàn cầu trong việc tối ưu hóa kinh tế tuần hoàn và quản lý tài nguyên năng lượng. Nhà máy biến rác thành năng lượng CopenHill, hay còn gọi là Amager Bakke, là một ví dụ điển hình cho mô hình hợp nhất giữa công nghệ xử lý chất thải sinh hoạt, sản xuất năng lượng sạch và kiến trúc đô thị nhân văn.
Ông Morten Hjortkjaer, Giám đốc Sản phẩm tại Copenhagen Offshore Partners (CIP), chia sẻ rằng CopenHill không đơn thuần là một cơ sở công nghiệp xử lý rác thải, mà đã trở thành một biểu tượng kiến trúc và du lịch xanh độc đáo của Đan Mạch.
Mái nhà công trình do tập đoàn kiến trúc BIG thiết kế thành một dốc nhân tạo phủ cỏ sinh học dài 400 mét, tạo thành sân chơi cho người dân trượt cỏ quanh năm, tích hợp tường leo núi nhân tạo cao nhất thế giới và đường chạy bộ xanh. Bên trong công trình, công nghệ đốt rác hiện đại xử lý hơn 440.000 tấn rác thải sinh hoạt mỗi năm, chuyển hóa thành 400.000 MWh nhiệt năng sưởi ấm và 100.000 MWh điện năng sạch. Hệ thống lọc khói thải tân tiến loại bỏ 95% lượng khí độc hại NOx và SO2, chỉ xả ra hơi nước tinh khiết.
CopenHill chứng minh rằng hạ tầng xử lý rác thải không nhất thiết phải là những khu vực ô nhiễm bị đẩy ra xa đô thị. Bằng việc áp dụng công nghệ lọc khí thải tiên tiến nhất thế giới và thiết kế sáng tạo, chúng tôi biến nhà máy phát điện từ rác thành một công viên thể thao giải trí ngay sát trung tâm thành phố, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu trung hòa carbon.
Ông Morten Hjortkjaer, Giám đốc Sản phẩm tại Copenhagen Offshore Partners (CIP).
Bà Monica Magnussen, Trưởng phòng Đối ngoại thuộc Bộ Khí hậu và Phát triển đô thị thành phố Copenhagen bổ sung rằng 99% nhu cầu sưởi ấm của toàn thành phố Copenhagen hiện nay được đáp ứng bởi mạng lưới sưởi ấm dài hơn 1.500km kết nối khép kín.
Thành phố đang tích cực thu hồi nhiệt thừa từ các cơ sở công nghiệp, trung tâm dữ liệu và nhà máy xử lý nước thải, đồng thời lắp đặt các hệ thống bơm nhiệt công nghiệp lớn công suất 300 MW và nồi hơi điện 550 MW. Nguồn nhiệt này được lưu trữ trong các hồ chứa nước nóng khổng lồ dưới lòng đất để điều hòa nguồn cung trong những tháng mùa đông khắt nghiệt.
Copenhagen cũng đang tiên phong thử nghiệm lắp đặt hệ thống thu hồi và lưu trữ carbon ngay tại ống khói nhà máy CopenHill nhằm triệt tiêu hoàn toàn lượng CO2 phát thải.
Đi đôi với hạ tầng năng lượng tuần hoàn, công trình xanh UN City tại quận Nordhavn cũng thiết lập tiêu chuẩn mới về tiết kiệm năng lượng. Tòa nhà đạt chứng nhận LEED Platinum này sử dụng hơn 1.400 tấm pin năng lượng mặt trời trên mái, áp dụng hệ thống làm mát bằng nước biển tự nhiên và thu gom 100% nước mưa trên mái để phục vụ hệ thống xả rửa vệ sinh, giúp giảm hơn 60% lượng năng lượng tiêu thụ so với các tòa nhà văn phòng truyền thống.
LEED Platinum là cấp độ chứng nhận cao nhất trong Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng và môi trường LEED do Hội đồng Công trình Xanh Hoa Kỳ (USGBC) phát triển. Để đạt được tiêu chuẩn này, công trình phải tích lũy tối thiểu 80 trên tổng số 110 điểm nhờ đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về tiết kiệm năng lượng, tối ưu hóa nguồn nước, giảm thiểu khí thải carbon và sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường. Đây được xem là biểu tượng toàn cầu cho sự xuất sắc trong thiết kế, vận hành bền vững, giúp tối ưu hóa chi phí vận hành dài hạn và bảo vệ sức khỏe người sử dụng.
Công nghệ bản sao kỹ thuật số và phần mềm MIKE trong quản lý thiên tai
Nếu các công viên thích ứng và nhà máy tuần hoàn đóng vai trò là hạ tầng cứng trên mặt đất, thì các công cụ dự báo số hóa chính là bộ não điều khiển giúp đô thị chủ động ứng phó với thiên tai.
Viện Thủy văn Đan Mạch (DHI), có trụ sở chính tại Hørsholm, là tổ chức nghiên cứu độc lập hàng đầu thế giới chuyên về thủy năng, khí tượng hải văn và kỹ thuật tài nguyên nước.
Ông Jakob Lychener, Kỹ sư cao cấp Tin học thủy văn kiêm Điều phối viên chương trình nghiên cứu tại DHI, cho biết viện đã phát triển bộ phần mềm MIKE nổi tiếng toàn cầu bao gồm các mô hình MIKE 21, MIKE HYDRO và MIKE URBAN.
Đây là hệ thống công cụ mô phỏng số hóa có khả năng tái lập chi tiết các dòng chảy sông, ngập lụt đô thị, lan truyền ô nhiễm và động lực học vùng ven biển. Bằng cách tích hợp dữ liệu khí tượng vệ tinh thời gian thực, mô hình dòng chảy mưa-dòng chảy và mạng lưới cảm biến đo đạc mặt đất, phần mềm MIKE tạo ra các bản sao kỹ thuật số của toàn bộ lưu vực sông hoặc hệ thống thoát nước đô thị.
Công nghệ bản sao kỹ thuật số cho phép chúng tôi mô phỏng chính xác kịch bản ngập lụt đô thị cách nhiều giờ đồng hồ trước khi cơn bão đổ bộ. Hệ thống tự động phân tích hàng triệu dòng dữ liệu để đưa ra cảnh báo sớm về các điểm ngập úng cục bộ, giúp chính quyền điều phối van xả nước và sơ tán người dân kịp thời nhằm giảm thiểu tối đa thiệt hại.
Ông Jakob Lychener, Kỹ sư cao cấp Tin học Thủy văn, DHI.
Ông Pietro Danilo Tomaselli, Kỹ sư Thủy lợi tại DHI, cho biết tập đoàn này sở hữu một bể tạo sóng kích thước 30m nhân 20m kết hợp cùng hệ thống máy tạo gió khổng lồ gồm 125 động cơ điện điều khiển độc lập có khả năng tái tạo chính xác những trận bão bão biển hung dữ nhất.
DHI kết hợp các thí nghiệm mô hình vật lý tại một hệ thống phòng thí nghiệm mô phỏng đại dương thu nhỏ FloatLab với các phần mềm mô phỏng số hóa để kiểm định độ an toàn của cấu trúc công trình ven biển, đê chắn sóng và móng tuabin gió nổi.
Việc kết hợp kiểm chứng vật lý và mô hình hóa kỹ thuật số giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định đầu tư chính xác, bảo đảm tính bền vững lâu dài cho hạ tầng đô thị ven biển.
Năng lực tích hợp giữa dữ liệu đo đạc thực tế và thuật toán mô phỏng của DHI cho phép dự báo chính xác diễn biến ngập lụt theo từng giờ. Các bản sao kỹ thuật số này đóng vai trò như những công cụ hỗ trợ ra quyết định thông minh, giúp các nhà quy hoạch đô thị thử nghiệm hàng trăm kịch bản quy hoạch khác nhau trên máy tính trước khi bỏ vốn xây dựng công trình thực tế.
Việt Nam, đặc biệt là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, được đánh giá là một trong những vùng lãnh thổ chịu ảnh hưởng nặng nề nhất thế giới bởi biến đổi khí hậu, nước biển dâng, sụt lún đất và hiện tượng xâm nhập mặn.
Trước những thách thức nghiêm trọng này, công nghệ dự báo kỹ thuật số của Đan Mạch đã được chuyển giao và ứng dụng thực tế tại Việt Nam thông qua các chương trình hợp tác quốc tế kéo dài nhiều thập kỷ.
Ông Jakob Lychener cho biết DHI đã có kinh nghiệm tiến hành hợp tác lâu dài với Ủy ban Sông Mekong Việt Nam và Ủy ban Sông Mekong Quốc tế (MRC) để xây dựng hệ thống dự báo lũ lụt và hỗ trợ ra quyết định cho toàn bộ lưu vực sông Mekong.
Nền tảng phần mềm MIKE được tùy chỉnh để tích hợp dữ liệu thủy văn từ chuỗi các đập thủy điện thượng nguồn, kết hợp dữ liệu triều cường ngập mặn. Hệ thống có khả năng đưa ra dự báo sớm về diễn biến hạn hán, lũ lụt và ranh giới xâm nhập mặn sâu vào trong từ 60-80km lục địa một cách chính xác theo thời gian thực cho từng nhánh sông và kênh rạch tại Đồng bằng sông Cửu Long.
Đồng bằng sông Cửu Long đối mặt với thách thức kép từ biến đổi khí hậu toàn cầu và các tác động thủy điện thượng nguồn. Bằng việc xây dựng bản sao kỹ thuật số cho lưu vực sông Mekong, chúng tôi giúp các cơ quan quản lý Việt Nam chủ động dự báo chính xác diễn biến xâm nhập mặn trước nhiều ngày, phục vụ công tác đóng mở cống xả, bảo vệ nguồn nước ngọt cho nông nghiệp và sinh hoạt.
Ông Jakob Lychener, Kỹ sư cao cấp Tin học Thủy văn, DHI.
Cựu Đại sứ Đan Mạch tại Việt Nam Nicolai Prytz (nhiệm kỳ 2022–2026) nhấn mạnh Đồng bằng sông Cửu Long là vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm, giữ vai trò quan trọng đối với an ninh lương thực của Việt Nam. Tuy nhiên, khu vực này đang chịu nhiều sức ép từ sạt lở bờ sông, sụt lún đất do khai thác nước ngầm quá mức và tình trạng nước biển dâng.
Theo đó, việc ứng dụng các giải pháp khoa học và công nghệ tiên tiến, trong đó có hệ thống cảnh báo sớm của DHI, có thể hỗ trợ chính quyền và người dân chủ động điều chỉnh phương thức canh tác, nâng cao khả năng ứng phó với thiên tai và giảm thiểu thiệt hại.
Kinh nghiệm của Đan Mạch trong phát triển hạ tầng xanh, kinh tế tuần hoàn và ứng dụng công nghệ số, từ công viên Enghave đến mô hình CopenHill và các giải pháp mô phỏng, dự báo MIKE của DHI, có thể cung cấp những bài học tham khảo thiết thực cho các quốc gia đang phát triển, trong đó có Việt Nam, hướng tới phát triển an toàn, bền vững và thực hiện mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.
(Hết)
Đọc thêm:
Bài 1: Điện gió ngoài khơi và hạ tầng năng lượng tái tạo quy mô lớn
Bài 2: Giải pháp sinh học, động lực mới cho nông nghiệp xanh và năng lượng sinh học
Bài 3: Xanh hóa hàng hải và giao thông đô thị hướng tới Net Zero
BÀI VÀ ẢNH: MINH DUY