Hà Nội, TP HCM và nhiều đô thị Việt Nam có một đặc điểm rất đáng lưu ý. Phần lớn không nằm dưới mực nước biển trên toàn bộ địa bàn, lại có hệ thống sông ngòi, kênh rạch và các hướng thoát nước tự nhiên tương đối lớn.
Thế nhưng chỉ sau một trận mưa lớn, nhiều khu vực vẫn có thể nhanh chóng ngập sâu.
Điều đó cho thấy vấn đề không chỉ nằm ở chuyện thành phố thấp hay cao, cũng không đơn giản là thiếu cống. Vấn đề căn bản hơn là chúng ta vẫn đang dựa quá nhiều vào khả năng tự chảy của nước theo trọng lực, trong khi điều kiện đô thị hiện đại đã thay đổi rất nhanh.
Đô thị hóa làm tăng diện tích bê tông hóa, giảm bề mặt thấm nước, thay đổi địa hình tự nhiên, gia tăng lưu lượng nước mặt và làm nhiều khu vực không còn đủ chênh cao để thoát nước nhanh.
Cùng lúc đó, nền đất tại một số nơi có thể tiếp tục lún, trong khi mực nước sông và triều có những thời điểm rất cao. Khi đó, dù hệ thống cống phía trong có đủ khả năng thu nước, nước vẫn có thể bị "kẹt" ở phía hạ lưu.
Vì vậy, cần thử đặt lại bài toán:
Một hướng có thể nghiên cứu là xây dựng hệ thống thoát nước đô thị chủ động nhiều tầng, trong đó tầng đầu tiên không phải là một mạng cống khổng lồ dẫn toàn bộ nước về một nơi, mà là mạng lưới nhiều điểm thu nước và các trạm bơm hút tăng áp phân tán.
Nước từ mặt đường, vỉa hè và các khu vực thấp được thu vào các điểm thu nước. Ngay tại những vị trí này cần bố trí song chắn rác, giỏ lọc hoặc cơ cấu giữ rác thô để ngăn túi nilon, chai nhựa, lá cây, cành nhỏ và các vật thể lớn đi sâu vào đường ống.
Đây là một chi tiết rất quan trọng. Hệ thống bơm hiện đại không thể vận hành ổn định nếu rác đô thị được hút trực tiếp vào máy bơm. Vì vậy, nguyên tắc phải là giữ rác trước khi rác trở thành sự cố thủy lực.
Có thể tổ chức lọc rác theo nhiều tầng. Tại miệng thu nước giữ những loại rác lớn. Trước bơm hút có thể có lưới hoặc giỏ lọc thứ cấp. Tại hố gom tiếp tục có cơ cấu thu gom rác nổi và cặn thô. Cuối cùng, trước cửa xả ra sông cần có song chắn rác hoặc lưới chắn cuối, nhằm bảo đảm nước xả ra môi trường về cơ bản không mang theo rác thô.
Mục tiêu ở đây không phải biến hệ thống thoát nước mưa thành nhà máy xử lý nước thải. Mục tiêu trước hết là không để hệ thống chống ngập đồng thời trở thành hệ thống đưa rác đô thị trực tiếp xuống sông.
Sau khi nước đi qua tầng lọc ban đầu, bơm hút tăng áp chủ động hút và đưa nước theo các tuyến ống về hố gom trung tâm của từng khu vực.
Như vậy, chuỗi thứ nhất là: Mặt đường → Điểm thu nước → Lọc rác thô → Hố thu → Bơm hút tăng áp → Tuyến ống → Hố gom.
Hố gom đóng vai trò như một "bể trung chuyển" của khu vực. Tại đây có cảm biến mực nước và hệ thống điều khiển tự động. Hố gom cũng có thể được thiết kế để tiếp tục giữ rác nổi, cặn và vật liệu thô còn sót lại, tạo điều kiện cho việc vệ sinh định kỳ.
Đây chính là tầng thứ hai và cũng là điểm quan trọng nhất của mô hình.
Từ hố gom, nước không chỉ được đưa ra sông bằng một máy bơm duy nhất. Có thể thiết kế hai đến ba hệ thống bơm ra sông độc lập hoặc phối hợp, tùy quy mô và yêu cầu của từng khu vực.
Bơm số 1 có thể là tuyến vận hành chính, hoạt động khi lượng nước vượt khả năng thoát tự nhiên.
Bơm số 2 được đưa vào khi lưu lượng tăng cao, đồng thời đóng vai trò dự phòng khi hệ thống thứ nhất gặp sự cố.
Bơm số 3 có thể được thiết kế như tuyến công suất lớn dành cho những trận mưa cực đoan hoặc tình huống đặc biệt, đồng thời tạo thêm dự phòng cho toàn hệ thống.
Như vậy, toàn bộ kiến trúc có thể trở thành:
Điểm thu nước → Lọc rác → Bơm hút tăng áp → Hố gom → Bơm ra sông số 1, số 2, số 3 → Lọc rác cuối → Van chống trào → Cửa xả.
Không nhất thiết cả ba hệ thống bơm phải hoạt động cùng lúc. Hệ thống điều khiển có thể căn cứ vào mực nước trong hố gom, lượng mưa, lưu lượng nước và mực nước phía sông để quyết định cần vận hành một, hai hay cả ba tuyến.
Tại cửa xả, cần đặc biệt chú ý đến van một chiều và cơ cấu chống trào ngược. Khi mực nước sông thấp, nước có thể được xả ra thuận lợi. Khi mực nước sông dâng cao hoặc có triều, cửa chống trào và van một chiều hạn chế nước từ bên ngoài quay ngược vào hệ thống.
Như vậy, cửa xả không đơn thuần là một cái "miệng cống" dẫn ra sông mà trở thành một trạm kiểm soát cuối cùng, gồm cơ cấu chống trào, kiểm soát dòng xả và lọc rác thô.
Từ góc độ môi trường, điều này tạo ra một lợi ích kép. Hệ thống vừa phải giải quyết nhanh nước mưa trong đô thị, vừa hạn chế tối đa việc đưa rác thô xuống sông. Rác được giữ lại tại các điểm thu, hố gom hoặc trạm xả để thu gom và xử lý theo quy trình riêng.
Đây là một nguyên tắc rất đơn giản nhưng cần được đưa ngay vào thiết kế ban đầu:
Nước có thể đi nhanh, nhưng rác không được đi theo nước. Điều này cũng giúp bảo vệ chính hệ thống bơm. Rác thô ít đi vào đường ống thì nguy cơ kẹt bơm, tắc van và giảm tiết diện đường ống cũng giảm theo.
Đây là tư duy rất khác với việc chỉ xây dựng một tuyến cống ngày càng lớn.
Một tuyến cống trọng lực càng lớn vẫn phụ thuộc vào cao độ và khả năng tiếp nhận ở cuối tuyến. Trong khi đó, hệ thống bơm cưỡng bức có thể chủ động tạo chênh áp để đưa nước qua những đoạn mà trọng lực không còn đủ khả năng.
Tất nhiên, điều này không có nghĩa phải xóa bỏ hệ thống cống hiện hữu. Ngược lại, mạng trọng lực vẫn nên được giữ lại làm tầng nền, bởi trong điều kiện bình thường đây vẫn là phương thức đơn giản và tiết kiệm năng lượng.
Điểm thay đổi là khi mưa lớn, hệ thống không còn hoàn toàn phụ thuộc vào nó.
Có thể hình thành một mô hình nhiều tầng.
Tầng thứ nhất là mạng thu và thoát trọng lực, tiếp nhận nước trong điều kiện bình thường.
Tầng thứ hai là hệ thống bơm hút tăng áp phân tán, chủ động thu nước tại những điểm thấp và đưa nước nhanh về các hố gom khu vực.
Tầng thứ ba là hệ thống bơm cưỡng bức từ hố gom ra sông, gồm hai hoặc ba tuyến bơm để tăng công suất, phân tải và dự phòng.
Tầng thứ tư là kiểm soát đầu ra, gồm lọc rác cuối, van một chiều, cửa chống trào và cửa xả được thiết kế phù hợp với mực nước sông và thủy triều.
Các van một chiều được bố trí trên những tuyến thích hợp để hạn chế nước từ phía sông hoặc từ các đoạn mạng có áp lực cao trào ngược vào đô thị. Ở khu vực chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều, có thể kết hợp thêm cửa chống triều và điều khiển theo mực nước sông.
Nước ngập sâu khoảng một mét ở khu vực phố Cầu Cốc phường Tây Mỗ. Ảnh: Hoàng Giang
Điểm đáng chú ý của mô hình này là không nhất thiết phải xây dựng một hồ điều hòa khổng lồ ở mọi khu vực.
Hố gom trong mô hình này không nhất thiết phải là hồ điều hòa lớn. Nó là một bể trung chuyển có dung tích vừa đủ, nhằm tách quá trình "thu nước" khỏi quá trình "bơm nước ra sông". Khi cần, có thể bổ sung thêm các không gian chứa tạm phân tán để giảm áp lực cho hệ thống trong những phút cao điểm.
Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với những đô thị đã hình thành lâu đời như Hà Nội và TP HCM. Quỹ đất trong đô thị rất đắt đỏ, việc giải phóng mặt bằng để xây dựng những hồ điều hòa cực lớn không phải lúc nào cũng khả thi.
Trong khi đó, một mạng lưới điểm thu nước, lọc rác, trạm bơm hút tăng áp, hố gom, trạm bơm ra sông có thể được triển khai theo từng khu vực.
Khu vực nào ngập thường xuyên thì ưu tiên xây dựng trước. Khu vực nào có địa hình thuận lợi thì tiếp tục sử dụng trọng lực. Các trạm mới có thể được kết nối dần với hệ thống cống hiện hữu.
Quan trọng hơn, hệ thống này có thể vận hành theo thời gian thực.
Cảm biến biết mực nước tại từng điểm. Cảm biến biết hố gom đang đầy đến đâu. Hệ thống biết mực nước sông đang cao hay thấp. Khi mưa bắt đầu, bơm hút tăng áp hoạt động. Khi hố gom tăng đến ngưỡng thứ nhất, một tuyến bơm ra sông hoạt động. Khi nước tiếp tục dâng, tuyến thứ hai được kích hoạt. Khi xảy ra mưa cực đoan, tuyến thứ ba có thể tham gia.
Đồng thời, hệ thống phải theo dõi tình trạng của các lưới chắn rác và giỏ lọc. Nếu rác tích tụ làm giảm khả năng thu nước, cảnh báo phải được gửi về trung tâm vận hành để xử lý. Đây là điều kiện quan trọng để tránh tình trạng máy bơm rất mạnh nhưng nước vẫn không vào được hệ thống vì cửa thu đã bị rác bịt kín.
Như vậy, công suất thoát nước không còn là một con số cố định duy nhất, mà có thể được điều chỉnh theo tình trạng thực tế.
Đương nhiên, đây không phải một giải pháp đơn giản chỉ cần đặt vài máy bơm là xong. Đây là một bài toán thủy lực và hạ tầng rất lớn. Phải tính chính xác lưu lượng thiết kế, cột áp, đường kính và chiều dài đường ống, tổn thất áp lực, khả năng hút, khả năng chống tắc nghẽn, bùn rác, nguồn điện, máy phát dự phòng, bảo trì, điều khiển tự động và năng lực tiếp nhận của sông.
Đặc biệt, cần phân biệt rõ bơm hút tăng áp về hố gom với bơm cưỡng bức từ hố gom ra sông. Hai tầng này có chức năng khác nhau và không nên gộp thành một hệ thống duy nhất.
Tầng đầu tiên giải quyết bài toán thu và tập trung nước nhanh.
Tầng thứ hai giải quyết bài toán đưa khối lượng nước đã tập trung ra khỏi đô thị.
Tầng kiểm soát cuối cùng giải quyết thêm một bài toán rất quan trọng, đưa nước ra sông nhưng giữ lại rác thô.
Chính sự tách tầng này tạo ra khả năng mở rộng và dự phòng. Một khu vực có thể có nhiều điểm hút nhưng chỉ cần một hố gom lớn. Một hố gom có thể kết nối với hai hoặc ba tuyến bơm ra sông. Khi một tuyến cần bảo trì, các tuyến còn lại vẫn có thể duy trì một phần năng lực thoát nước.
Đây là tư duy của một hệ thống hạ tầng có dự phòng, thay vì đặt toàn bộ thành công của hệ thống vào một tuyến cống hoặc một cửa xả duy nhất.
Tất nhiên, hồ điều hòa và các giải pháp tăng khả năng thấm nước vẫn có giá trị. Nhưng chúng nên được xem là những thành phần bổ trợ trong một hệ thống tổng thể, chứ không nhất thiết phải là câu trả lời duy nhất cho bài toán ngập đô thị.
Điều cần thay đổi trước tiên có lẽ là tư duy thiết kế. Không chỉ hỏi nước sẽ tự chảy đi đâu, mà phải hỏi chúng ta có thể chủ động đưa nước đi đâu, bằng tốc độ nào, qua bao nhiêu tầng dự phòng và làm thế nào để nước ra sông mà không kéo theo rác đô thị.
Đô thị Việt Nam có thể vẫn sử dụng trọng lực làm nền tảng. Nhưng tại những nơi trọng lực không còn đủ hiệu quả, chúng ta có thể bổ sung một hệ thống chủ động gồm:
Thu nước → Lọc rác → Hút tăng áp → Gom tập trung → Bơm cưỡng bức → Lọc rác cuối → Chống trào → Xả ra sông.
Nếu cần công suất lớn hơn, hệ thống bơm ra sông có thể phát triển thành hai hoặc ba tuyến độc lập, thay vì phụ thuộc vào một máy bơm duy nhất.
Đó có thể là một hướng đáng nghiên cứu cho các đô thị Việt Nam: không nhất thiết cứ chống ngập bằng cách xây cống ngày càng lớn và hồ ngày càng rộng, mà có thể xây dựng một mạng lưới thoát nước chủ động, phân tán, nhiều tầng, có dự phòng, tự điều chỉnh theo diễn biến mưa và mực nước, đồng thời kiểm soát rác ngay trên đường nước ra sông.
Từ thoát nước bằng trọng lực chuyển sang quản trị dòng nước chủ động có thể là một thay đổi quan trọng trong tư duy hạ tầng đô thị.
Lam Ngọc