Sau mỗi trận mưa lớn, nhiều con đường trong thành phố nhanh chóng biến thành những dòng sông tạm thời. Nhưng mưa lớn chỉ là phần nổi của tảng băng. Đằng sau hiện tượng ngập lụt đô thị là sự cộng hưởng của nhiều yếu tố: biến đổi khí hậu, bê tông hóa bề mặt đất, hạ tầng thoát nước quá tải và cả sự thay đổi trong cấu trúc đô thị. Khi những yếu tố này cùng lúc tác động, khả năng thoát nước của thành phố nhanh chóng bị phá vỡ, khiến ngập úng trở thành vấn đề ngày càng phổ biến tại các đô thị hiện đại.
Hiện tượng thời tiết cực đoan làm gia tăng đột biến cường độ giáng thủy
Trong nhiều đô thị hiện nay, các trận mưa lớn không còn diễn ra theo quy luật quen thuộc. Thay vào đó, mưa thường xuất hiện đột ngột, kéo dài trong thời gian ngắn nhưng lượng nước trút xuống lại cực kỳ lớn. Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng khiến tình trạng ngập lụt đô thị ngày càng nghiêm trọng.
Theo các nghiên cứu trong lĩnh vực Khí tượng học và Khoa học khí hậu, khi nhiệt độ toàn cầu tăng lên, bầu khí quyển ấm hơn sẽ giữ được nhiều hơi nước hơn. Hiện tượng này liên quan trực tiếp đến Chu trình nước trong tự nhiên. Khi lượng hơi nước tích tụ đủ lớn, các đợt mưa sẽ xảy ra với cường độ mạnh hơn và tập trung trong khoảng thời gian ngắn. Kết quả là tần suất của các trận mưa cực đoan, hay còn gọi là Pluvial Flooding (ngập lụt do mưa lớn), đã tăng đáng kể trong nhiều thập kỷ gần đây.
Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn khi phần lớn hệ thống thoát nước đô thị được thiết kế dựa trên dữ liệu khí hậu lịch sử. Các hệ thống cống rãnh này thường chỉ đáp ứng được lượng mưa ở mức trung bình của vài chục năm trước. Khi một trận mưa cực đoan xảy ra, khối lượng nước khổng lồ đổ xuống trong thời gian ngắn sẽ nhanh chóng vượt quá khả năng tải của hệ thống thoát nước.
Khi đó, nước mưa không kịp thoát ra sông hoặc kênh rạch. Thay vào đó, nó tích tụ trên bề mặt đường phố, khu dân cư và các khu vực trũng thấp. Đây chính là cơ chế phổ biến dẫn đến tình trạng ngập úng đô thị tại nhiều thành phố lớn hiện nay.
Xem thêm: Thực trạng ngập lụt đô thị ở các thành phố lớn Việt Nam
Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị làm biến đổi vi khí hậu và kích hoạt mưa cực đoan
Bên cạnh tác động của Biến đổi khí hậu, chính cấu trúc của các thành phố hiện đại cũng góp phần làm gia tăng nguy cơ ngập lụt đô thị. Hiện tượng này được các nhà khoa học gọi là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Khi xảy ra, khu vực trung tâm thành phố thường nóng hơn đáng kể so với vùng ngoại ô. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể làm thay đổi hoàn toàn mô hình vi khí hậu và lượng mưa trong đô thị.
Quá trình này thường diễn ra theo bốn bước rõ ràng.
Bước 1: Tích tụ nhiệt lượng
Trong nhiều thành phố, cây xanh và mặt nước dần bị thay thế bởi bê tông, kính và nhựa đường. Các vật liệu này hấp thụ nhiệt mạnh từ bức xạ mặt trời. Đồng thời, nhiệt thải từ giao thông, máy lạnh và hoạt động công nghiệp tiếp tục làm tăng nhiệt độ bề mặt đô thị. Đây là cơ chế chính hình thành hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.
Bước 2: Hình thành dòng đối lưu mạnh
Khi nhiệt độ khu vực lõi đô thị cao hơn vùng ven, không khí nóng bắt đầu bốc lên. Quá trình này tạo ra các dòng đối lưu mạnh trong khí quyển, một hiện tượng được nghiên cứu sâu trong lĩnh vực Khí tượng học.
Bước 3: Tăng cường quá trình ngưng tụ
Khi khối không khí nóng và ẩm bay lên cao, hơi nước trong đó nhanh chóng ngưng tụ. Quá trình này có thể làm tăng cường sự hình thành mây dông và các hệ thống mưa đối lưu cường độ lớn.
Bước 4: Mưa cực đoan xảy ra cục bộ
Kết quả cuối cùng là các trận mưa lớn có thể hình thành ngay trên bầu trời nội đô. Những cơn mưa này thường đến rất nhanh và tập trung trong một khu vực nhỏ. Khi lượng nước đổ xuống vượt quá năng lực của hệ thống thoát nước, nguy cơ ngập úng đô thị sẽ tăng mạnh.
Mực nước biển dâng làm suy yếu cơ chế thoát nước bằng trọng lực
Đối với các đô thị ven biển, mực nước biển dâng đang trở thành một nguyên nhân quan trọng gây ra ngập lụt đô thị. Hiện tượng này gắn trực tiếp với Biến đổi khí hậu, khi băng ở hai cực tan chảy và nước biển giãn nở do nhiệt độ đại dương tăng lên. Hai quá trình này làm mực nước biển toàn cầu tăng dần theo thời gian.
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, các số liệu quan trắc cho thấy mực nước biển đã tăng trung bình khoảng 3 mm mỗi năm trong giai đoạn 1993 – 2008. Theo nhiều mô hình dự báo trong lĩnh vực Hải dương học và Khoa học khí hậu, mực nước này có thể tăng thêm khoảng 200 – 250 mm vào năm 2050 nếu xu hướng hiện nay tiếp tục.
Sự thay đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến nguyên lý vận hành của hệ thống thoát nước đô thị. Phần lớn mạng lưới cống rãnh tại các thành phố ven biển hoạt động dựa trên Thoát nước bằng trọng lực. Nước mưa trong đô thị sẽ chảy tự nhiên ra sông, kênh hoặc biển nhờ sự chênh lệch cao độ.
Tuy nhiên, khi mực nước sông hoặc triều cường dâng cao hơn cao trình của hệ thống cống, các van ngăn triều buộc phải đóng lại để tránh hiện tượng Xâm nhập mặn và nước sông chảy ngược vào nội đô. Khi đó, dòng thoát nước bị chặn lại.
Hệ quả rất rõ ràng. Nước mưa rơi xuống thành phố không thể thoát ra ngoài theo cơ chế tự nhiên. Nó bị giữ lại trong hệ thống cống và nhanh chóng tràn lên mặt đường, gây ra ngập úng đô thị. Đây chính là lý do vì sao nhiều thành phố ven biển ngày càng dễ bị ngập, ngay cả khi lượng mưa không quá lớn.
Bê tông hóa làm gia tăng bề mặt không thấm và dòng chảy mặt
Một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra ngập lụt đô thị là sự gia tăng nhanh chóng của các bề mặt không thấm nước trong quá trình đô thị hóa. Sự khác biệt giữa môi trường tự nhiên và môi trường đô thị nằm chủ yếu ở vật liệu bao phủ bề mặt đất.
Trong môi trường tự nhiên, đất, rễ cây và thảm thực vật hoạt động như một hệ thống hấp thụ nước tự nhiên. Lớp đất tơi xốp cho phép nước mưa thấm dần xuống tầng đất sâu thông qua quá trình Thấm nước. Đồng thời, thảm thực vật giúp giữ lại một phần lượng mưa và làm chậm dòng chảy. Nhờ đó, lượng nước chảy trên bề mặt đất được giảm đáng kể.
Ngược lại, trong các khu đô thị hiện đại, bề mặt đất thường bị phủ kín bởi bê tông, nhựa đường và các công trình xây dựng. Quá trình Đô thị hóa này tạo ra nhiều bề mặt không thấm, khiến nước mưa gần như không thể thấm xuống đất.
Khi khả năng hấp thụ tự nhiên bị mất đi, phần lớn nước mưa sẽ chảy trực tiếp trên bề mặt đường phố. Hiện tượng này được gọi là dòng chảy mặt trong lĩnh vực Thủy văn học.
Trong các thành phố lớn, lượng nước chảy mặt có thể tăng lên rất nhanh sau một trận mưa. Nước trượt trên bề mặt nhựa đường và bê tông với tốc độ cao, nhanh chóng dồn vào các miệng cống thoát nước. Khi khối lượng nước vượt quá khả năng tiếp nhận của hệ thống thoát nước, nước sẽ tràn ngược lên bề mặt, gây ra ngập úng đô thị chỉ trong thời gian rất ngắn.
Sự quá tải của hệ thống hạ tầng thoát nước ngầm
Bên dưới các tuyến đường đô thị là một mạng lưới hạ tầng kỹ thuật ngầm phức tạp. Hệ thống này bao gồm cống thoát nước, đường ống nước thải và các công trình kiểm soát dòng chảy. Khi hệ thống này xuống cấp hoặc hoạt động kém hiệu quả, nguy cơ ngập lụt đô thị sẽ tăng mạnh.
Nhiều tuyến cống trong các thành phố lớn được xây dựng từ nhiều thập kỷ trước. Chúng được thiết kế dựa trên quy mô dân số và lượng nước thải thấp hơn rất nhiều so với hiện nay. Khi tốc độ Đô thị hóa và gia tăng dân số diễn ra nhanh, lượng nước thải sinh hoạt cùng với nước mưa tăng lên đáng kể. Điều này khiến hệ thống cống nhanh chóng rơi vào tình trạng quá tải.
Trong nhiều khu vực đô thị, rác thải sinh hoạt, bùn đất và trầm tích dễ dàng tích tụ trong lòng cống. Quá trình Bồi lắng này làm thu hẹp tiết diện dòng chảy của hệ thống thoát nước. Khi mưa lớn xảy ra, lưu lượng nước không thể di chuyển nhanh qua các đường ống bị tắc nghẽn, dẫn đến tình trạng nước tràn ngược lên mặt đường.
Một đặc điểm phổ biến tại nhiều đô thị ở Việt Nam là việc sử dụng chung đường ống cho cả nước mưa và nước thải sinh hoạt. Trong lĩnh vực Kỹ thuật môi trường, mô hình này được gọi là Combined Sewer System. Khi mưa lớn xảy ra, nước mưa từ bề mặt đô thị và nước thải sinh hoạt cùng chảy vào một hệ thống cống duy nhất.
Sự kết hợp này làm tăng nhanh lưu lượng trong đường ống. Khi công suất thiết kế bị vượt quá, hệ thống thoát nước không thể xử lý kịp dòng chảy. Kết quả là nước bị dồn ứ, thậm chí trào ngược lên bề mặt đường phố, gây ra ngập úng đô thị và ô nhiễm môi trường.
Xung đột quy hoạch và sự biến mất của các hệ sinh thái trữ nước tự nhiên
Một nguyên nhân quan trọng khác dẫn đến ngập lụt đô thị là sự suy giảm của các hệ sinh thái tự nhiên trong quá trình phát triển đô thị. Nhiều thành phố đã mở rộng quá nhanh, trong khi quy hoạch không bảo vệ đầy đủ các khu vực trữ nước tự nhiên.
Trong môi trường tự nhiên, ao hồ, đầm lầy và kênh rạch đóng vai trò như những hồ điều hòa tự nhiên. Các khu vực này giúp lưu trữ một phần lượng nước mưa trong thời gian ngắn và làm chậm dòng chảy về sông hoặc biển. Trong lĩnh vực Thủy văn học và Sinh thái học đô thị, những khu vực này được xem là các vùng đệm sinh thái quan trọng cho hệ thống thoát nước tự nhiên.
Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa đã khiến nhiều khu vực trũng thấp bị san lấp để xây dựng khu dân cư, khu thương mại và các dự án bất động sản. Khi các ao hồ và đầm lầy biến mất, khả năng lưu trữ nước tự nhiên của đô thị cũng giảm mạnh.
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhiều khu vực trũng thấp ở phía Nam thành phố hoặc ven Sông Sài Gòn đã được chuyển đổi thành khu dân cư và khu đô thị mới. Quá trình này làm mất đi hàng nghìn hecta diện tích trữ nước tự nhiên.
Khi các vùng đệm sinh thái không còn, nước mưa không có nơi tạm giữ trước khi chảy ra sông. Thay vào đó, toàn bộ lượng nước nhanh chóng dồn vào hệ thống thoát nước đô thị. Khi lưu lượng vượt quá khả năng xử lý của hệ thống, nước sẽ tràn lên đường phố và khu dân cư, gây ra ngập úng đô thị.
Xem thêm: Tình trạng ngập lụt đô thị ở thành phố Hồ Chí Minh
Sụt lún bề mặt đô thị
Một nguyên nhân sâu xa nhưng rất nghiêm trọng của ngập lụt đô thị là hiện tượng Land Subsidence – hay sụt lún bề mặt đất. Hiện tượng này xảy ra khi nền đất của thành phố hạ thấp dần theo thời gian.
Để hiểu rõ cơ chế này, cần nhìn vào cách các đô thị khai thác tài nguyên dưới lòng đất.
Trong nhiều thành phố lớn, nhu cầu nước cho sinh hoạt và sản xuất rất cao. Để đáp ứng nhu cầu đó, các hệ thống giếng khoan liên tục khai thác Nước ngầm từ các tầng chứa nước sâu dưới lòng đất. Khi nước bị rút đi quá nhiều, cấu trúc đất mất dần áp lực nâng đỡ tự nhiên.
Khi các tầng chứa nước bị suy giảm, các lớp đất mềm phía trên bắt đầu nén lại. Quá trình này được nghiên cứu rộng rãi trong Địa chất công trình và Địa kỹ thuật. Ngoài ra, tải trọng lớn từ các tòa nhà cao tầng và hạ tầng đô thị cũng làm tăng áp lực lên nền đất, khiến quá trình sụt lún diễn ra nhanh hơn.
Khi mặt đất của thành phố hạ thấp, cao trình đô thị so với sông và biển cũng giảm theo. Điều này khiến nước mưa và nước triều dễ dàng tràn vào khu vực đô thị hơn. Hệ thống thoát nước vốn được thiết kế theo cao trình cũ nhanh chóng trở nên kém hiệu quả.
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhiều nghiên cứu cho thấy tốc độ sụt lún tại một số khu vực đang diễn ra nhanh hơn cả tốc độ Mực nước biển dâng. Sự kết hợp của hai yếu tố này tạo thành một rủi ro kép đối với các đô thị ven biển.
Khi nền đất tiếp tục hạ thấp, nguy cơ ngập úng đô thị sẽ gia tăng, ngay cả khi lượng mưa không thay đổi. Điều này khiến việc quản lý nước và quy hoạch hạ tầng trở nên khó khăn hơn trong tương lai.
Tóm lại, khi một con đường biến thành dòng sông sau cơn mưa, nguyên nhân không chỉ đến từ thời tiết. Ngập lụt đô thị là kết quả của nhiều yếu tố tác động cùng lúc. Trong đó có cả biến động tự nhiên và những hạn chế trong quá trình phát triển đô thị.
Vì vậy, giải quyết ngập lụt đô thị không thể chỉ dựa vào việc mở rộng cống thoát nước hoặc nâng cao mặt đường. Cách tiếp cận hiện đại trong quy hoạch đô thị và quản lý tài nguyên nước đang chuyển dần từ tư duy chống nước sang quản lý và thích nghi với nước.
Điều này bao gồm việc phát triển không gian xanh đô thị, sử dụng bề mặt thấm nước, xây dựng hồ điều hòa và phục hồi các hệ sinh thái tự nhiên như kênh rạch hoặc vùng trũng. Khi đô thị có thêm không gian để giữ và điều tiết nước, rủi ro ngập úng đô thị sẽ được giảm thiểu một cách bền vững.
