Gần đây, sự gia tăng của diện tích không thấm nước trên lưu vực đã ảnh hưởng lớn đến lưu lương và chat lượng dòng chảy nước mặt đô thị. Trong thời kỳ không có mưa, tải lượng ô nhiễm như chất lơ lửng (TSS), chất dinh dưỡng, kim loại nặng được tích lũy trên bề mặt lưu vực. Khi lượng mưa rơi xuống, dòng chảy mặt sẽ cuốn theo lượng chất ô nhiễm tích lũy trên diện tích không thấm vào nguồn tiếp nhận, gây suy giảm chất lượng nước của nguồn tiếp nhận. Phần lớn tải lượng chất ô nhiễm từ bề mặt không thấm được cuốn trôi vào nguồn tiếp nhận từ các trận mưa có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn 2 năm. Trong chất ô nhiễm của dòng chảy nước mưa, chất lơ lửng được xem là một thành phần quan trọng gây nên sự suy giảm chất lượng nước nguồn, làm tăng độ đục, tăng chi phí xử lý của trạm xử lý, giảm lượng cá và suy giảm hệ sinh thái của môi trường nước.

Để giảm thiểu ảnh hưởng của dòng chảy nước mưa tới suy giảm chất lượng nguồn nước, các công trình thoát nước bên vững (giải pháp kiểm soát lưu lượng và tải lượng ô nhiễm của dòng chảy nước mưa tại nguồn - LID-Low-Impact Drainage-Supported Development) được xem là công cụ hiệu quả trong việc loại bỏ chất ô nhiễm của dòng chảy nước mưa thông qua quá trình trữ, hấp thụ, thấm, phân hủy, bay hơi và trao đổi ion. LID là các công trình kiểm soát lưu lượng và chất lượng nước mưa tại nơi sinh ra chúng. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy ô chứa sinh học có thể giảm TSS từ 60% đến 96%. Hiệu quả loại bỏ TSS của vật liệu lát thấm nước có thể đạt từ 47% đến 67%. Hiệu quả loại bỏ TSS của các loại kết cấu mái nhà xanh từ 64% đến 83% đã đánh giá ảnh hưởng của chu kì lặp lại, thời gian mưa và vị trí đỉnh mưa của mô hình mưa thiết kế tới hiệu quả giảm tải lượng TSS của 7 kịch bản LID khác nhau. Ở Việt Nam, đánh giá hiệu quả giảm TSS của các phương án quy hoạch tối ưu các công trình LID đã được thực hiện bởi Đặng Minh Hải. Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu quả kiểm soát TSS của các công trình LID riêng lẻ hoặc tổ hợp khi thay đổi các đặc trưng của mô hình mưa thiết kế vẫn chưa được thực hiện.

Sông Cầu Bây (Ảnh minh họa - Nguồn Internet)

Vùng nghiên cứu thuộc huyện Gia Lâm, TP. Hà Nội, có diện tích là 5553 ha. Địa hình có hướng dốc từ Tây Bắc đến Đông Nam. Cao độ địa hình thay đổi từ +7,2 m đến + 3,2 m. Khí hậu của khu vực là nhiệt đới gió mùa. Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 4, màu mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80% lượng mưa của cả năm. Nước mưa và nước thải của khu vực được đổ ra sông Cầu Bây, sau đó đổ vào sông Bắc Hưng Hải tại cống Xuân Thụy. Sông Cầu Bây có chiều dài là 12,7 km, chiều rộng biến đổi từ 10m đến 32m. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng đã làm gia tăng diện tích không thấm nước trong lưu vực sông Cầu Bây. Điều này đã giảm tập trung dòng chảy, tăng lưu lượng dòng chảy đỉnh và tải lượng ô nhiễm đổ vào hệ thống thoát nước, gây suy giảm nghiêm trọng đến chất lượng nước của sông Cầu Bẩy. Mô hình SWMM là mô hình thủy văn thủy lực bán phân bố. Dòng chảy trên các tiểu lưu vực được mô phỏng theo mô hình hồ chứa phi tuyến. Dòng chảy trong hệ thống tuyền dẫn được diễn toán theo phương trình Saint – Venant 1 chiều cho dòng chảy không ổn định biến đổi chậm.

Nghiên cứu này sử dụng mô hình SWMM để đánh giá ảnh hưởng của các đặc trưng của mô hình mưa thiết kế gồm chu kỳ lặp lại, thời gian mưa và đỉnh mưa tới hiệu quả giảm tải lượng TSS của 7 phương án LID trong khu vực quận Long Biên, Hà Nội. 7 phương án LID được tổ hợp từ các công trình LID gồm mái nhà xanh, vật liệu lát thấm nước và hộp trồng cây. Một số kết luận được rút ra như sau: Khi chu kỳ lặp lại tăng lên thì hiệu quả giảm TSS của các phương án sử dụng mái nhà xanh và/hoặc vật liệu lát thấm nước không đổi hoặc giảm 1%. Trong khi đó, mức độ giảm hiệu quả giảm TSS của 4 phương án LID có sử dụng hộp trồng cây khi P tăng từ 2 năm đến 100 năm thì gần như nhau, giao động từ 4% đến 5%. Hiệu quả giảm TSS thay đổi không đáng kể khi thời đoạn mưa tăng lên. Ngoại trừ có sự tăng trưởng nhẹ Es từ 6% lên 7% trong phương án L2, còn lại Es hầu như không thay đổi trong các phương án LID khác. Khi vị trí đỉnh mưa dịch chuyển từ đầu trận về giữa trận thì hiệu quả giảm TSS của các phương án LID giảm từ 2% đến 3%. Khi đỉnh mưa dịch chuyển từ giữa trận về cuối trận thì hiệu quả giảm TSS của các phương án LID sử dụng hộp trồng cây có hiệu quả giảm TSS cao hơn so với chỉ sử dụng mái nhà xanh hoặc/ và vật liệu lát thấm nước.