0

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________

PHẠM MẠNH CỔN

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC KHU VỰC
NỘI THÀNH HÀ NỘI
Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Mã số: 62440303
(DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2014
1

không khổ, thấp tối tăm, muôn vật hết sức tươi tốt phồn thịnh Xem khắp nước Việt, đó là nơi
thắng địa, thực là chỗ tụ hội quan yếu của bốn phương, đúng là nơi thượng đô kinh sư mãi muôn
đời”.
Nằm ở vị trí từ 20°53' đến 21°23' độ vĩ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ kinh Đông, được che
chắn ở phía Bắc-Đông Bắc bởi dãy Tam Đảo và ở phía Tây bằng dãy núi Ba Vì - Tản Viên, Hà Nội ở
trọn trong vùng tam giác châu thổ sông Hồng, là một trong những vựa lúa của nước Việt từ hàng ngàn
năm nay và là trung tâm địa chính trị của nước Việt Nam.
1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
Cùng với bề dày lịch sử phát triển giữ nước và dựng nước nghìn năm văn hiến, Hà Nội đã thay
đổi diện mạo một cách cơ bản trong những năm đầu của thế kỷ 21 với số dân của thành phố lên hơn
6 triệu người, trong đó có hơn 1,5 triệu dân và công nhân viên chức đang sống và làm việc trong khu
vực nội thành của Hà Nội với mật độ có thể nói rất cao. Trong khi trung bình của Hà Nội là 1.979
người/km², thì mật độ dân số của quận Đống Đa lên tới 35.341 người/km².
Trong bối cảnh hội nhập và mở cửa, cùng với mật độ dân số tập trung cao và xu hướng tăng
nhanh về mặt cơ học, sự phát triển của Hà Nội nói chung trong việc mở rộng các đô thị ngoại vi và
quá trình bê tông hóa của nội đô Hà Nội nói riêng đã tự thân gây nên tình trạng mất cân bằng trầm
trọng về môi trường nước cho Thủ Đô.
Chỉ từ đẩu năm 2008 đến giữa năm 2010, đã có 223 dự án nhà cao tầng (từ 9 tầng trở lên) được
UBND thành phố Hà Nội phê duyệt cho đầu tư. Điều này giải thích một phần lý do tăng dân số bốn
quận nội thành Hà Nội cũ trước năm 1995, từ khoảng 80 vạn người lên tới 1,2 triệu tại nội thành hiện
nay. Trong khi đó, hầu như không có quy hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống hạ tầng kỹ thuật và hệ
thống hạ tầng xã hội v.v. . Điều này được coi là một trong những nguyên nhân cơ bản làm cho môi
trường nội thành xuống cấp, bị ô nhiễm nặng nề.
Thực tế đã chỉ ra rằng, dù đã có rất nhiều tiến bộ với các kế hoạch cải tạo mạng lưới tiêu thoát
nước ngắn, trung và dài hạn, cho đến thời điểm này, khu vực nội đô của Hà Nội vẫn luôn bị đe dọa
hàng năm bởi úng ngập mỗi khi có bão và mưa. Sau dự án thoát nước giai đoạn I với các công trình
đầu mối được cải tạo nhằm mục đích thoát nước mưa với lượng mưa 172mm/2ngày, tình trạng úng
ngập của nội đô Hà Nội vẫn có nhiều diễn tiến phức tạp, khó kiểm soát và diễn ra nhiều lần hàng
năm.
Bên cạnh việc úng ngập chưa được kiểm soát, tình trạng ô nhiễm môi trường nước của nội đô

Nghiên cứu tiến hành trên cả hai phương diện của hệ thống cân bằng nước; cân bằng về lượng-
tức nghiên cứu về úng ngập trong mùa mưa bão và quan hệ cân bằng chất- tức nghiên cứu về ô nhiễm
nước mặt tại một số thủy vực đặc trưng.
Nội dung nghiên cứu:
Các nội dung của nghiên cứu được xác định như sau:
1. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cân bằng nước; những vấn đề úng ngập và ô nhiễm
nước mặt vùng nội đô Hà Nội và tương tự theo luận điểm hệ thống cân bằng nước
2. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ nghiên cứu hệ thống cân bằng nước nội đô Hà
Nội.
3. Nghiên cứu mất cân bằng (MCB) về lượng của hệ thống với ứng dụng của công cụ mô
phỏng. Nghiên cứu điểm về ô nhiễm nước mặt tại một số thủy vực đặc trưng trong quan
hệ lượng và chất trên quan điểm hệ thống cân bằng nước.
4. Nghiên cứu mối liên quan giữa MCB hệ thống và úng ngập; trên cơ sở đó, đề xuất các bộ
giải pháp.
4. Những đóng góp mới của nghiên cứu:
- Luận án làm sáng tỏ luận điểm về hệ thống cân bằng nước và hệ thống cân bằng nước nội đô Hà
Nội. Việc đưa ra khái niệm về hệ thống cân bằng nước cho hệ thống tiêu thoát nước nội đô trong
mối liên quan hữu cơ giữa hiện tượng úng ngập và ô nhiễm là một tính mới về lý luận.
- Nghiên cứu tập hợp và xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu (CSDL) trong các giai đoạn phát triển của
nội đô; bộ CSDL này được tổ chức có hệ thống và số hóa mang tính ứng dụng cao, có thể phục vụ
cho công tác quản lý, xử lý và dự báo úng ngập cho thủ đô Hà Nội hiện tại và tương lai, là một
đóng góp mới.
- Từ bộ CSDL chuẩn, áp dụng nghiên cứu mô hình mô phỏng động trong thời gian thực tế theo
hướng hệ thống cân bằng động; luận án cũng chỉ ra được các mối liên hệ mang tính qui luật liên
quan đến tình trạng úng ngập, các điểm phát úng, mất cân bằng cục bộ và hệ thống.
4

- Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp kỹ thuật trên quan điểm xử lý tính chất mất cân bằng của hệ
thống cấn bằng nước nội đô để cải thiện tình trạng úng ngập và góp phần quản lý môi trường
nước cho Hà Nội.

thống cân bằng nước. Một số kết quả phân tích một tính chất môi trường nước trong mùa lũ ở một số
thủy vực điển hình đã làm rõ hơn về tính đồng nhất tương đối phổ biến chất lượng nước mùa lũ tại các
điểm lấy mẫu cho thấy quan hệ giữ chất và lượng trong hệ thống cân bằng môi trường nước. Tiếp theo
luận án phân tích các kịch bản và đề xuất giải pháp xử lý úng ngập cho nội đô.
Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị của luận án. 5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC;
HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC THỦ ĐÔ HÀ NỘI VÀ KHU VỰC NỘI ĐÔ;
CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG
1.1. Tổng quan về các hệ thống cân bằng nƣớc.
Sự tồn tại của một hệ thống nước luôn phục vụ cho một mục đích cụ thể; đó có thể là một hệ
thống nước tự nhiên, hình thành và tự cân bằng vận hành trong những điều kiện tự nhiên, thí dụ như
các hệ thống sông, hồ tự nhiên trong các hoạt động phục vụ giao thông thủy và tưới tiêu phục vụ nông
nghiệp; nhiều hệ thống nước khác được nghiên cứu có thể là các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt
cho một thành phố, một khu dân cư v.v
Cân bằng của các hệ thống nước đó chính là các quá trình từ nghiên cứu lý thuyết đến các
phương pháp tác động vào hệ thống để tìm ra được qui luật chi phối, nhằm làm cho các hệ thống đó
đạt được một (hay nhiều) mục đích tối ưu trong mục đích tồn tại và vận hành.
Có nhiều cách để diễn đạt về cân bằng của các hệ thống nước mà một trong số đó là biểu
thức dưới đây:


=

+












: Lượng nước chảy thoát trên bề mặt (runoff) tại ngày i






: Lượng nước thoát bốc hơi tại ngày i






: Lượng nước thấm vào từ vùng biên








1.2.1. Hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước của nội đô Hà Nội

Hình 1-18: Hệ thống cân bằng nước nội đô nằm trong lưu vực Tô Lịch

Hình 1-19: Sơ đồ hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội
Lưu vực sông Tô Lịch có 4 con sông có cùng chức năng thoát nước thải và nước mưa chính
cho toàn bộ khu vực nội đô:
+ Lưu vực sông Tô Lịch, lấy sông Tô Lịch có chiều dài 7.036m làm chủ thể, diện tích
khoảng 7759 ha được chia thành 7 tiểu lưu vực nhỏ là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Hoàng Liệt, Yên
Sở và hồ Tây gồm toàn bộ các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, một phần các
quận Thanh Xuân, Hoàng Mai, Cầu Giấy.
Các tiểu lưu vực thoát nước trong lưu vực sông Tô Lịch được hình thành theo điều kiện tự
nhiên và theo các trục sông nhỏ trong nội thành gồm các sông Tô Lịch, Lừ, Sét và Kim Ngưu. Nước
thải và nước úng được thoát ra đập Thanh Liệt là chính, song tùy thuộc vào mực nước tại sông Nhuệ
mà nước thoát úng (kể cả nước úng tại sông Nhuệ) được thoát qua hướng trạm bơm Yên Sở.

7 Hình 1-20: Vị trí một số hồ trong nội đô Hà Nội
Chỉ tính riêng trên địa bàn nội thành Hà Nội từ năm 1986 đến năm 1996, diện tích mặt nước
đã giảm 64,49% (không kể hồ Tây. Nguồn: đề tài cấp nhà nước KHCN 07.11, 1998).
Tổng diện tích ao hồ là 21,8 km
2
, trong đó lớn nhất là nhóm hồ Yên Sở (830,4 ha), hồ Tây
(567 ha).
Dự án thoát nước Hà Nội giai đoạn 1 đã xây dựng cụm hồ điều hoà đầu mối Yên Sở phục vụ
trạm bơm nước mưa Yên Sở công suất là 90m3/s. Cụm hồ điều hòa này gồm 5 hồ được nối thông với
nhau, tổng thể tích các hồ là 4.083m

1.3 Ô nhiễm của Lƣu vực Nhuệ Đáy và khu vực nội đô-Mất cân bằng chất
1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước sông
Chất lượng nước của 2 sông Nhuệ - Đáy đã được cảnh báo ở mức độ từ ô nhiễm trung bình đến
ô nhiễm nặng, nặng nhất là đoạn từ Cống Thần, Đồng Quan chảy về phía Hà Đông. Theo dự báo của
Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, tải lượng ô nhiễm vào lưu vực sông Nhuệ từ đập Thanh Liệt đã
tăng lên gần 16% trong khoảng thời gian từ 2005 đến 2010.
Hệ thống sông thuộc khu vực nội thành như sông Tô Lịch, sông Lừ , sông Sét, sông Kim Ngưu
có mức độ ô nhiễm ngày càng tăng. đặc biệt là ô nhiễm các chất hữu cơ. Hàm lượng BOD, COD,
coliform đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần: hàm lượng BOD vượt Quy chuẩn từ 2,67 ÷ 6
lần, hàm lượng COD vượt Quy chuẩn từ 1,79 ÷ 4,99 lần; hàm lượng coliform vượt Quy chuẩn từ
1.867 ÷ 9.067 lần.
1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm nguồn nước hồ
Tại nội đô Hà Nội, tình trạng nước thải được xả trực tiếp vào hồ không qua xử lý đã làm giảm
chất lượng nước hồ.
9

Tại các hồ khu vực trung tâm thành phố Hà Nội, hàm lượng BOD, COD đều vượt tiêu chuẩn
cho phép (TCVN 5942:1995-Cột B). Hàm lượng BOD đo được dao động từ 29 ÷ 136 mg/l, vượt tiêu
chuẩn cho phép 1,16 ÷ 5,44 lần, trong đó các hồ có hàm lượng BOD cao gồm hồ Đống Đa (113,2 ÷
121,4 mg/l), Ba Mẫu (112 ÷ 136 mg/l), hồ Phương Liệt (107,4 ÷ 113,2 mg/l), hồ Thành Công (89 ÷ 95
mg/l).
Tất cả các hồ đều có chỉ tiêu coliform vượt tiêu chuẩn cho phép rất lớn (từ 11 ÷ 240 lần so với
TCVN). Trong đó, hồ Giảng Võ, hồ Đống Đa, hồ Định Công, hồ Ba Mẫu có hàm lượng coliform rất
lớn.

1.4 Tổng quan về công cụ mô phỏng
1.4.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng
Khoa học hiện đại đang giới thiệu nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn đề có tính “động” như
vấn đề của hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội. Tuy nhiên, phải thấy rằng tính phức tạp và độ khó
của bài toán phải giải quyết cho hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội là phức tạp và đòi hỏi những


lượng nước sông Nhuệ-sông Đáy" của Trần Hồng Thái Lê Vũ Việt Phong, Phạm Văn Hải, Tuyển tập
báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 (Viện KH KTTV&MT).
1.5 Luận điểm nghiên cứu
Hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội chạy từ trung tâm nội đô ra ngoại vi theo hình nan
quạt. Tại đây, những đường tiêu thoát chủ đạo được hình thành như những chiếc nan mà ta có thể
định nghĩa đó là các mối liên kết theo chiều dọc của hệ thống (longitudinal). Trong khi đó, hệ thống
cống từ các tiểu lưu vực của nội đô được kết nối vào hệ thống chủ đạo nan quạt này như những vòng
cung, nhiều lớp từ trong ra ngoài mà ta có thể gọi là các mối liên kết theo phƣơng ngang (tranversal).
Luận điểm nghiên cứu của luận án được xác định như sau:
Luận điểm
Hệ thống thoát nước nội đô Hà Nội với các yếu tố cấu thành, gồm toàn bộ sông, hồ, mương hở
và kín, cống ngầm tiêu thoát chính theo chiều dọc từ trung tâm nội đô ra các sông tiêu, cùng với các
tuyến cống ngang, v.v., iên kết động với nhau, tạo ra một hệ thống cân bằng nước chung. Liên kết
giữa hệ thống cân bằng nước nội đô với hệ thống bên ngoài được thực hiện bởi các quá trình vận
hành của hệ thống cống Thịnh Liệt và trạm bơm Yên Sở; bên trong hệ thống cân bằng nước nội đô, do
hậu quả của lịch sử xây dựng đã có thể hình thành các hệ thống cục bộ bị khống chế bởi các điểm nút
cân bằng.
Tình trạng úng ngập khu vực nội đô có thể là kết quả của hai nguyên nhân:
a. Mất cân bằng giữa hệ thống thoát nước nội đô với hệ thống nước bên ngoài
b. Mất cân bằng cục bộ xảy ra trong nội tại của hệ thống; tình trạng MCB này mang tính động,
là kết quả của những hiện tượng MCB dọc, MCB liên kết giữa các tuyến dọc và các tuyến
ngang, MCB liên kết giữa cống và hồ điều hòa, giữa cống và sông tiêu từ nội đô ra bên
ngoài, v.v Đã tồn tại những điểm nút MCB mà tại đó, sự liên kết khu vực trong trạng thái
MCB động bị phá vỡ, trực tiếp gây nên tình trạng MCB cục bộ, dẫn đến MCB mamg tính hệ
thống.
c. Mô hình hóa hệ thống cân bằng nước là giải pháp hiệu quả để phát hiện các yếu tố chủ đạo,
quyết định đến tính cân bằng động của hệ thống thông qua các qui trình vận hành động tại
các điểm nút mất cân bằng cục bộ giữa các phụ hệ, là cơ sở khoa học cho việc giải quyết bài
toán úng ngập của nội đô Hà Nội.

quá trình mô phỏng và phân tích:
- Số liệu mưa trạm Láng 1961-2013-Trung Tâm KT TV Quốc Gia
- Số liệu các điểm ngập úng, 2008, 2012, 2013-Cty TNHH MTV thoát nước Hà Nội
- Ảnh chụp vê tinh khu vực ngập lụt thành phố Hà Nội (7/11/2008)
- Số liệu vết lũ trận lụt Hà Nội 31/10/2008-05/1/2008-PGS TS Nguyễn Tiền Giang, ĐH KHTN,
ĐHQGHN
- Các cơ sở số liệu ảnh
- Các nghiên cứu đã công bố về chất lượng nước mặt của lưu vực nội đô Hà Nội
2.2 Công cụ nghiên cứu mô phỏng hệ thống cân bằng nƣớc

1. Mô hình MIKE 11: Mô phỏng dòng chảy một chiều trong hệ thống mạng song, kênh hở,
trong đó có thể tích hợp các mô đun riêng của mô hình mưa dòng chảy, mô đun chất
lượng nước, mô đun dự báo lũ,…
2. Mô đun MIKE 21: Mô phỏng dòng chảy 2 chiều tràn trên bề mặt lưu vực hoặc trong các
thủy vực (hồ, cửa sông, biển) và tính toán trường thủy động lực (sóng, thủy triều, dòng
chảy, mực nước v.v )
3. Mô đun MIKE URBAN trong đó có bao gồm MIKE MOUSE, SWMM, CS chủ yếu mô
phòng dòng chảy trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị
4. Mô đun MIKE FLOOD kết nối các mô đun về dòng chảy 1D với 2D, nối dòng chảy trong
kênh và cống ngầm với dòng chảy tràn bề mặt,… Hình 2-1: Liên kết các module của MIKE
12 Hình 2-17; 2-19. Kết nối MIKE 1D với MIKE 2D và tương tác trường CSDL

2.3 Xây dựng bộ CSDL cho khu vực nghiên cứu
Bộ CSDL được xây dựng nhằm mục đích xây dựng mô hình ngập lụt cho khu vực nội thành

quả mô hình mô phỏng trận úng ngập nội đô Hà Nội trong các ngày 31/10-1/11/2008; (3) Kết quả mô
hình mô phỏng trận úng ngập nội đô Hà Nội trong các ngày 8-9/8/2013.
3.2. Kết quả mô phỏng mô hình ngập lụt khu vực nội đô Hà Nội
14

3.2.1 Kết quả mô phỏng mô hình của hệ thống cân bằng nước nội đô tại trận lụt 31/10/2008-
1/11/2008.

Hình 3-2 : Tình trạng úng ngập, thời điểm 7:00, 31/10/2008 toàn bộ bắc nội đô (Ba Đình, Đống Đa,
Hoàn Kiếm, Hai Bà Trưng).
Tại thời điểm 7h00 sáng, nước úng ngập sâu tại tất cả các tuyến phố của nội đô, phần lớn đạt
từ 0,3-0,5m, cá biệt có nơi ngập tới 0,6m như tại các khu vực hồ Ngọc Khánh, Đội Cấn đoạn tiếp giáp
Giang Văn Minh, Giảng Võ, Cát Linh, Nguyễn Khuyến và khu vực Trần Hưng Đạo và khu vực
trước ga Hà Nội…
Tại khu vực phía Nam của nội đô, đến 10h sáng ngày 30/8/2008, phần lớn các phố Tôn Đức
Thắng, Tây Sơn, Chùa Bộc, toàn tuyến phố Lê Duẩn dọc hồ Bảy Mẫu, Trần Khát Chân, Bạch Mai và
Minh Khai cũng bị ngập sâu.
Nghiên cứu trên bản đồ độ ngập sâu của các tuyến phố, chúng ta sẽ chỉ biết được một cách
định tính về việc các tuyến phố nội đô bị ngập với độ sâu bao nhiêu tại thời điểm nào. Tuy nhiên,
chúng ta không thể biết được việc úng ngập ấy đã diễn ra như thế nào? Nghiên cứu đã xác định rằng,
xác định được một cách định lượng quá trình úng ngập tại các tuyến phố là điều kiện quyết định để có
thể tiến xa hơn trong việc xác định được nguyên nhân gây úng ngập, để từ đó có thể đưa ra các giải
pháp hữu hiệu cho tình trạng úng ngập này.
3.2.2 Tính mất cân bằng (MCB) của hệ thống cân bằng nước nội đô ở một số tuyến phố trận úng
ngập 31/10/2008
Lúc 4h 00 ngày 31/8, trạng thái tại liên kết giao cắt mương hở Phan Kế Bính-Đội Cấn chưa bị
mất cân bằng. Do mương Phan Kế Bính hở, năng lực tiêu thoát nước lớn, nên tại thời điểm bắt đầu
mưa to, nước trong mương hở ngang với mực nước trong tuyến liên kết tới Đội Cấn.
0,3-0,4
Lý Thường Kiệt
9h45 AM
0,2-0,3
Nguyễn Khuyến
6h15 AM
0,3-0,4
Hai Bà Trưng
9h00 AM
0,2-0,3
Điện Biên Phủ
2h00 AM
0,3-0,4
Triệu Việt Vương
9h45 AM
0,2-0,3
16

Bạch Mai
4h00 AM
0,4-0,45
Giải Phóng
6h15 AM
0,4-0,5
Huỳnh Thúc Kháng-Thái
Hà
5h15 AM
0,5-0,6
Thái Hà-Tây Sơn
4h15 AM

kết mương Phan Kế Bính-Đội Cấn.
Lưu ý rằng tại thời điểm 8/8/2013, toàn tuyến mương Phan Kế Bính đã được bê tông hóa. Tuy
nhiên, nếu so sánh lượng mưa giữa hai đợt úng ngập 31/10/2008 (574mm/3ngày) và 172mm/ngày
trong ngày 8/8/2013 thì ta thấy rằng việc bê tông hóa làm cho lượng nước trong cống lên cao hơn so
với khi mương chưa bị bê tông hóa.
17 Hình 3-22: MCB tại liên kết Trần Bình Trọng-Nguyễn Du
3.2.3.1 Các điểm phát úng trong trận úng ngập sau bão số 6, 8/8/2013
Tổng hợp các điểm phát úng tại cơn bão số 6, trong ngày 8-9/8/2013 như sau: Đội Cấn (4);
Huỳnh Thúc Kháng (5); Thái Hà (1); Giang Văn Minh-Đội Cấn (1), Giảng Võ (3); Láng Hạ (3);
Nguyễn Lương Bằng (4); Tây Sơn (2); Chùa Bộc (4); Tôn Thất Tùng (phát úng sớm hơn); Nguyễn Du
(1); Trần Hưng Đạo (1); Trần Quốc Toản (2); Bạch Mai (4-phát úng sớm hơn và đã trở thành úng);
Minh Khai (4) v.v. Tổng cộng có tới khoảng 40 điểm phát úng; nếu mưa tiếp tục, các điểm này sẽ
tiềm tàng trở thành 40 úng ngập trong khu vực nội đô.

Tại thời điểm này, các điểm phát úng đã trở thành các điểm úng ngập. Nhiều điểm ngập úng đã
đạt độ sâu 0,2-0,3m.
3.3 Các thảo luận về MCB của hệ thống cân bằng nƣớc và giải pháp khắc phục
3.3.1 Thảo luận về mất cân bằng lƣợng
MCB xảy ra tại các tuyến phố mà ở đó do những nguyên nhân không đồng bộ trong kết nối
của hệ thống cống tiêu thoát nước, có thể do thiết kế, có thể là kết quả của công việc xây dựng, làm
cho nước úng ngập không thể thoát được xuống những khu vực bên cạnh, dù ở khu vực đó vẫn đang
còn đủ năng lực chứa.
- Bê tông hóa-một trong những nguyên nhân dẫn đến mất cân bằng.
- Trường hợp của tuyến mương Hào Nam nối ra sông Tô Lịch.
Tại tuyến mương này, thời điểm sau bão số 6, 8/8/2013, do mương đã bị bê tông hóa như hình
3-29B dưới đây, dù tại thời điểm 10:00 AM, nước không bị đầy, song tới thời điểm 1:00 PM cùng
ngày, nước úng đã dâng đầy cống bê tông Hào Nam.

- Nghiên cứu đã xác định được các điểm nhạy cảm có thể gây nên úng ngập cho các khu phố
một cách cục bộ và dẫn đến úng ngập cho cả khu vực nhiều tuyến phố. Nghiên cứu về hệ
thống cân bằng nước nội đô đã chỉ ra đƣợc 30 điểm mất cân bằng của hệ thống nước nội đô
Hà Nội.
Từ đó, một kết luận quan trọng là: Việc xác định được các điểm mất cân bằng một cách chính
xác sẽ là chìa khóa để tiến đến giải pháp thoát úng ngập của hệ thống thoát nước nội đô Hà Nội.
Thảo luận về mất cân bằng liên kết giữa cống và hồ
Đây là tình trạng MCB khá phổ biến do có khá nhiều hồ nằm trong nội thành. Tuy nhiên, do
chủ đích xây các ngưỡng tràn tránh đổ mọi nước ô nhiễm ra hồ nên vô hình chung, chủ thuyết này đã
gây ra hiện tượng MCB cống-hồ.
Đó chính là nguyên nhân gây ra úng ngập cục bộ tại các lưu vực xung quanh hồ, mặc dù các
hồ còn đủ lớn, thậm chí dư thừa khả năng chứa nước úng cho các tiểu lưu vực xung quanh.
Khu vực Hồ Thuyền Quang, Hồ 7 Mẫu nằm ở vị trí trọng yếu tiêu nước ra sông Sét từ Hồ Bảy
Mẫu với cửa phai Nam Khang. Tại khu vực này, do có hồ rộng, diện tích bề mặt thông thoáng nên
19

tình trạng úng ngập có thể được giải quyết có kế hoạch hoặc được “lập trình”. Tuy nhiên, tình trạng
ngập úng vẫn thường xuyên xảy ra tại chính các phố cũ như Trần Hưng Đạo, Dã Tượng, khu Ga Hà
Nội, Hai Bà Trưng v.v. Câu hỏi đặt ra là: Vai trò điều tiết tại chỗ của hồ Bẩy Mẫu đóng vai trò nnư
thế nào đối với nhu cầu thoát úng ngập cho toàn bộ khu vực phía thượng lưu vừa nêu trên? Phân tích
kết quả mô phỏng tuyến phố Trần Bình Trọng ta thấy, tại mức 3,85 thì ở mức này, tuyến cống Trần
Bình Trọng đã ngập gần 1/2 lưu lượng của toàn tuyến. Như thế trạng thái MCB giữa cống đối với hồ
đã xảy ra, trước hết từ chủ thuyết xây những ngưỡng tràn tại các cửa phai để ngăn nước cống xả ô
nhiễm ra hồ.
Điều này cũng đã xảy ra một cách tương tự tại các liên kết Minh Khai và Trần Khát Chân ra
sông Kim Ngưu. Kết quả tình trạng úng ngập đã xảy ra do liên kết giữa cống/hồ điều hòa; cống/sông
tiêu làm cho vận hành động của hệ thống bị mất cân bằng.

3.3.2 Kết quả và thảo luận về MCB chất, mối liên quan giữa MCB chất và MCB lƣợng.
3.3.2.1 Kết quả phân tích ô nhiễm

60 mg L
-1
. Sự khác biệt có ý nghĩa thông kê về chất lượng nước trong lũ và sau lũ cho thấy sự ánh
hưởng rõ nét của nước mưa đến chất lượng nước sông, hồ khu vực nội đô đã được nghiên cứu.
Phân tích tiêu chuẩn χ
2
đối với 2 kết quả phân tích trong lũ (mực nước cao) và sau lũ (mực
nước thấp) cho thấy chất lượng nước sông, hồ được cải thiện bởi sự hòa trộn với nước mưa. Sự khác
biệt này có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy >95%. Tính cấu trúc nhóm tương đồng của các điểm
quan trắc dọc theo sông cũng có sự thay đổi giữa 2 đợt (hai biểu đồ dưới đây):

Bảng 3-43: So sánh mức độ tương đồng, theo chuẩn thống kê MINITAB phiên bản 14.0,
nguồn và tư liệu của nghiên cứu
Theo đó, tính tương đồng về chất lượng nước ở các vị trí quan trắc có sự khác biệt đáng kể và
liên quan đến hoạt động tiếp nhận nguồn thải, hoạt động dân sinh khi nước cạn (hình trên-trái). Trong
trường do sự ảnh hưởng của nước lũ (hình trên-phải), mực nước sông dâng gây úng cục bộ tạo sự pha
loãng nước trong sông nên tính tương đồng về chất lượng giữa các điểm quan trắc cao và ít phụ thuộc
vào vị trí lấy mẫu trên các sông/hồ.
3.3.2.2 Quan hệ giữa MCB chất và MCB lượng của hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội
Những đánh giá về sự ô nhiễm nước mặt của khu vực nội đô kể trên sẽ chỉ là những đánh giá
mang tính thống kê thuần túy nếu nó không gắn liền với quá trình đánh giá về tính cân bằng động của
hệ thống thoát nước của nội đô hiện nay. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hệ thống hồ, cống và sông tiêu
nước là những yếu tố để liên kết giữa các phần tử cấu thành của hệ thống thoát nước. Khi không có
úng ngập, hệ thống gần như hoạt động ở trạng thái “tĩnh” trên quan điểm về lượng, đó cũng là lúc quá
trình mất cân bằng về chất xảy ra từ từ và sự mất cân bằng về lượng này được tích tụ và kết quả là làm
cho hệ thống thoát nước bị ô nhiễm dần trở nên ô nhiễm nghiêm trọng.
Như vậy, bên cạnh những quá trình động về mất cân bằng động trong các quá trình vận động
và tương tác thủy lực trong hệ thống thoát nước của nội đô Hà Nội thì cũng có một quá trình tương tác
động về sự ô nhiễm của hệ thống thoát nước nội đô Hà Nội mà ta có thể gọi đó là quá trình cân bằng
về chất của hệ thống thoát nước này.

sông), trước khi nước úng có thể xả tự do vào hồ.
Phần tiếp theo của luận án sẽ diễn giải về kết quả nghiên cứu về CB lượng và giải pháp cân
bằng cho hệ thống cân bằng nước nội đô Hà Nội; phần hồ phân tầng được trình bày tại phụ lục 4 của
luận án.
3.3 Các giải pháp cải thiện tình trạng ngập úng và chất lƣợng nƣớc của hệ thống cân bằng
nƣớc nội đô Hà Nội
Nghiên cứu không những chỉ ra mối quan hệ về MCB-úng ngập và cũng còn chỉ ra sự nhạy
cảm và những tác động mang tính động trong thời gian thực tế tại các nút MCB cục bộ mà kết quả là
hình thành úng ngập trên địa bàn liên quan đến nút MCB. Nghiên cứu đề xuất những thay đổi trong
cấu trúc của mạng lưới tiêu thoát như sau:
Hình3-43. kết quả thu thập và phân
tích COD tại một điểm lấy mẫu với 3 mức
nước khác nhau (cao-trong úng, trung
bình-sau úng và cạn-không mưa)

Hình 3-64. Biểu đồ quan hệ giữa
độ ô nhiễm và thời gian tích ô nhiễm

22

- Thay đổi nhằm nhằm đạt được vận hành cân bằng của các diễn tiến thủy động lực động trong
các liên kết giữa các cống ngầm của khu vực bị úng ngập.
- Thay đổi mối liên kết giữa cống ngầm và sông tiêu nhằm đạt được vận hành cân bằng trong
mối quan hệ thủy động lực cống-sông tiêu.
- Giảm thiểu yếu tố rủi ro gây mất cân bằng tại những tuyến cống trục.
Tổng hợp những thay đổi đó là cấu thành của một bộ giải pháp cho hệ thống cân bằng nước
nội đô Hà Nội.

Kich bản này đáp ứng các tiêu chí:
- Thay đổi hiện trạng ít nhất; tiết kiệm nhất cho đầu tư mới; đặc biệt,giảm thiểu khó khăn trong

càng sớm càng tốt. Vị trí: Nút 4129-4105
6. Giao cắt Quán Sứ-Lý Thường Kiệt : Mở rộng lên hai lần so với hiện nay, cụ thể là các đoạn
nút sau đây: 4444-4288; 4442-4070;3774-4059
7. Để đạt được tính cân bằng trong liên kết cống/sông tại Minh Khai-Kim Ngưu, nghiên cứu mặt
cắt dọc tuyến Từ Giải Phóng -Minh Khai ra tới Kim Ngưu, cần phải tăng từ cống tròn 0,8 -
1,000 m lên tối thiểu 2x(2x1,25)-tức 2 cống có kích thước 2x1,25m. Vị trí: Mở từ nút 4538-
4562
23

8. Mở rộng cống dọc Trường Chinh, đoạn từ giao cắt Tôn Thất Tùng từ 0,6m và đoạn 1,m lên
3x1,m ra đến sông Lừ để giải quyết tình trạng MCB cho lưu vực Tôn Thất Tùng, Chùa Bộc…
9. Mở rộng tuyến cống dọc tuyến Hồ Đắc Di lên 1,5m
10. Mở rộng tuyến cống dọc tuyến Đặng Văn Ngữ lên 1,5m
11. Mở rộng liên kết các tuyến Đặng Văn Ngữ ra đê La Thành lên 2x1,5m
Cải thiện tình trạng úng ngập tổng thể tại nội đô với kịch bản 11 nút MCB
Các so sánh độ ngập úng theo mô phỏng mưa như trận lụt 2008 giữa có kịch bản và không có
kịch bản: Hình 3-54; 3-55: Sự khác biệt là rất lớn giữa trái (trước khi can thiệp 2008) với phải ( kịch bản
11 điểm) tại 9:00 ngày “31/10/2008” Hình 3-56; 3-57. So sánh giữa trái (nguyên thủy 2008) với phải (2008 có kịch bản), tại 10:00
ngày 31/10/2008

3.3.2 Kịch bản 11 nút MCB mở rộng
Kịch bản này bao gồm một số cải thiện thoát úng tại các hướng sau:
- Tuyến nối Trần Bình Trọng ra hồ Bảy Mẫu; vì cao độ nền không cho phép nâng cấp cống to
hơn, do đó nghiên cứu đề xuất cải thiện thoát nước ra hồ Bảy Mẫu bằng cách mở rộng thiết

thống cân bằng nước đã chỉ ra các quá trình MCB đã xẩy ra khi nào, ở đâu và như thế nào.
Luận án đã phát hiện được các “ điểm phát úng” khác nhau trong mạng lưới tiêu thoát nước
nội đô, trên cơ sở đó, chỉ ra các nút (vị trí) tiềm năng gây ngập úng, gây nên úng ngập từ cục
bộ đến tổng thể cho nội đô Hà Nội.
3. Giải pháp thoát úng ngập cho nội đô Hà Nội
Trên cơ sở nghiên cứu về MCB, nghiên cứu đã bước đầu đề xuất hai bộ giải pháp 11 và 29
nút MCB để xứ lý tình trạng úng ngập của nội đô Hà Nội.
Tư tưởng chủ đạo để xây dựng bộ giải pháp 9 điểm là việc xét các nút MCB nhạy cảm và quan
trọng, cũng như tính khả thi của giải pháp. Với giải pháp 11 nút MCB, nội đô Hà Nội có thể
chịu được các trận mưa như trong 2 ngày 8/8-9/8/2013, song với vũ lượng > 350mm/2 ngày.
Bộ giải pháp 29 nút MCB có thể giúp nội đô Hà Nội chịu được các trận mưa như trong 2 ngày
31/10-1/11/2008, song với vũ lượng > 600mm/3 ngày.
4. Kết luận về học thuật
Hệ thống cân bằng nước (HTCBN) là một khái niệm mới trong cách tiếp cận nghiên cứu về
một hệ thống nước với những điều kiện cần và đủ nhằm đưa hệ thống đó đạt được trạng thái
cân bằng trong vận hành, qua đó làm cho hệ thống đó thỏa mãn mục đích đã được thiết kế,
hiệu quả.

KIẾN NGHỊ

1. Lý luận khoa học
Trong tương lai, các nghiên cứu khác có thể làm sáng tỏ hơn nữa về hướng nghiên cứu
HTCBN cho các vùng nội đô và tương tự với các qui mô và điều kiện khác nhau. Mô phỏng
nghiên cứu về mất cân bằng chất.
2. Đề xuất mang tính thực tiễn