Các thành phố ven biển lâu đời hơn như Philadelphia, New York và Boston có nguy cơ bị ngập do nước thải chưa qua xử lý trong lũ lụt. Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Drexel, người nghiên cứu quản lý nước mưa đô thị, một phần do thiết kế hệ thống thoát nước kết hợp và một phần do mực nước biển dâng, các thành phố này có thể phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng sức khỏe cộng đồng ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu cũng gây ra lượng mưa cực đoan hơn. .
Theo các nhà nghiên cứu của Đại học Drexel, các thành phố có hệ thống thoát nước chung, như Camden, New Jersey, đang phải đối mặt với mối đe dọa bổ sung mỗi khi lũ lụt, và những sự kiện này có thể sớm trở nên trầm trọng hơn do tác động của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cao. Tín dụng: Đại học Drexel
Nhóm gần đây đã công bố nghiên cứu mô hình hóa mức độ tiềm tàng của vấn đề ở một khu vực của thành phố ven biển Camden, New Jersey và tính hiệu quả của một biện pháp can thiệp được đề xuất để giúp bảo vệ các cộng đồng này.
Một vấn đề phức hợp
Bắt đầu từ năm 1855, nhiều cộng đồng ven biển của Mỹ được thiết kế với hệ thống thoát nước kết hợp. Trong các hệ thống này, nước mưa và nước thải được thu gom bằng cùng một đường ống. Ban đầu, những đường ống này thải ra sông suối; sau đó chúng được chuyển tới các cơ sở xử lý nước thải.
Nhưng các đường ống chỉ có thể truyền một lượng dòng chảy nhất định. Trong các sự kiện thời tiết ẩm ướt, để tránh làm ngập các nhà máy xử lý nước thải, một phần dòng chảy vẫn tràn vào các vùng nước tự nhiên thông qua các đặc điểm được gọi là tràn cống kết hợp—hay CSO.
Trong khi Đạo luật Nước sạch và Kiểm soát Ô nhiễm Liên bang đã thúc đẩy các cộng đồng nâng cấp cơ sở hạ tầng và thực hiện các bước nhằm hạn chế các CSO, thì biến đổi khí hậu lại mang đến một khía cạnh hoàn toàn mới cho thách thức tuân thủ quy định này.
Khi mực nước trong vùng tiếp nhận cao, các cửa lật CSO vốn thường ngăn nước sông chảy ngược vào đường ống thoát nước không thể mở dễ dàng được. Nếu các van xả này không mở hoàn toàn, nước thải tổng hợp tạo ra trong thời tiết ẩm ướt có thể chảy ngược vào hệ thống, thậm chí tràn ra đường hoặc vào tầng hầm của người dân.
Khi biến đổi khí hậu gây ra nhiều mưa lớn và mực nước sông dâng cao, vấn đề sẽ trở nên tồi tệ hơn và không thể giảm thiểu bằng các phương pháp quản lý nước mưa thông thường.
Franco Montalto, Tiến sĩ, giáo sư tại Đại học Kỹ thuật, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Biến đổi khí hậu đang khiến vấn đề vốn đã khó khăn lại càng trở nên khó khăn hơn”. “Sự kết hợp giữa mực nước biển dâng và lượng mưa tăng cường đặc biệt khó khăn đối với các nhà quản lý nước mưa đô thị vì điều đó có nghĩa là hệ thống thoát nước chung đang được nạp từ cả hai phía. Trong nhiều trường hợp, nước không có nơi nào để chảy mà phải chảy ra ngoài đường.” tạo ra những rủi ro về môi trường và sức khỏe."
Nhóm của Montalto đã làm việc chặt chẽ với Cơ quan Tiện ích Đô thị Quận Camden (CCMUA) để nghiên cứu các giải pháp tiềm năng cho vấn đề này.
Đang tìm kiếm một câu trả lời tốt hơn
Trong nghiên cứu của họ, mới được công bố trên Tạp chí Mô hình Quản lý Nước, nhóm đã báo cáo về kết quả của các mô hình thủy văn và thủy lực chi tiết của họ về lũ lụt và tràn cống kết hợp ở khu vực Cramer Hill của Camden. Đây là một phần dễ bị lũ lụt của thành phố nằm rất gần điểm CSO lớn nhất ở phía Đông của Sông Delaware.
Sau khi hiệu chỉnh mô hình của mình theo các điều kiện lịch sử, họ sử dụng chúng để mô phỏng lũ lụt và các CSO sẽ thay đổi như thế nào trong tương lai khi khí hậu thay đổi. Các mô hình tương tự cũng đang được sử dụng để đánh giá hiệu quả tiềm năng của các giải pháp khái niệm khác nhau.
"CCMUA đã làm việc chăm chỉ trong nhiều năm để giảm bất công về môi trường ở Camden", Montalto cho biết. "CCMUA đã làm việc để giảm mùi hôi từ nhà máy xử lý nước thải và giảm tần suất và ô nhiễm liên quan đến CSO. Thật thú vị khi được làm việc với họ ngay bây giờ để phát triển các giải pháp cũng có thể giảm lũ lụt và giúp các khu phố của Camden có khả năng chống chịu tốt hơn với biến đổi khí hậu. Mô hình của chúng tôi sẽ hỗ trợ CCMUA khi phát triển các chiến lược cơ sở hạ tầng đa chức năng".
Mô hình của Drexel là duy nhất vì nó là mô hình "tất cả các đường ống" được xây dựng bằng cách lắp ráp nhiều tập dữ liệu không gian địa lý khác nhau thành một mô hình máy tính. Điều này cho phép nhóm mô phỏng dòng nước mưa chảy qua hầu như mọi bề mặt, lưu vực thu nước và đường ống trong khu vực.
Để kiểm tra tính chính xác của chương trình mô hình hóa, các nhà nghiên cứu đã so sánh dự đoán của mô hình về lưu lượng xả tràn cống kết hợp hàng năm với hồ sơ CCMUA. Mô hình lũ lụt mô phỏng được so sánh với ảnh lũ lụt thực tế do nhóm nghiên cứu chụp trong các cơn bão vào mùa hè năm 2021.
Montalto cho biết: “Điều quan trọng là phải thực hiện quy trình xác nhận kỹ lưỡng vì chúng tôi sẽ dựa vào mô hình này để mô phỏng các điều kiện cơ sở hạ tầng và khí hậu trong tương lai”. "Không phải mọi đô thị đều ghi lại tất cả dữ liệu cần thiết để xây dựng một mô hình hoàn chỉnh, vì vậy một phần của nghiên cứu này cho thấy rằng quy trình đặc biệt mà chúng tôi phát triển có thể xác thực mô hình của chúng tôi một cách đáng tin cậy mà không cần một số dữ liệu mà nó thường yêu cầu."
Dự kiến những thách thức trong tương lai
Nhóm của Montalto đã sử dụng mô hình đã được xác thực để mô phỏng những gì sẽ xảy ra nếu lượng mưa tăng tới 30% và mực nước biển dâng tới 1,8 mét. Họ đã mô phỏng từng thay đổi khí hậu này một cách độc lập và cùng nhau.
Mô hình dự đoán rằng lượng mưa tăng sẽ dẫn đến lượng nước tràn bờ cao hơn 21–66% so với lượng nước tràn bờ hàng năm hiện tại. Và mặc dù mỗi kịch bản mực nước biển dâng đều dẫn đến việc giảm số lượng các sự kiện tràn bờ và lượng nước tràn bờ hàng năm, thời gian ngập lụt tăng lên theo từng yếu tố kết hợp.
Kiểm tra một lý thuyết
Một chiến lược quan trọng mà Camden đang xem xét để giải quyết những thách thức trong quản lý nước của Cramer Hill liên quan đến việc chuyển nước mưa ở thượng nguồn ra khỏi hệ thống thoát nước của nó. Với chương trình mô hình hóa của Drexel, chính quyền thành phố cuối cùng đã có thể thử nghiệm ý tưởng này.
Được mệnh danh là "sự ngắt kết nối Pennsylvania", đề xuất này nhằm chuyển hướng nước mưa được tạo ra ở thị trấn Pennsauken, New Jersey, ngay phía đông bắc Camden, cách xa hệ thống thoát nước kết hợp của Cramer Hill thông qua một trạm bơm trung gian.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc ngắt kết nối sẽ giúp ích trong mọi kịch bản khí hậu trong tương lai. Tuy nhiên, ngay cả khi ngắt kết nối, tác động của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng vẫn dẫn đến sự gia tăng số lượng các sự kiện lũ lụt; và sự gia tăng đáng kể thời gian lũ lụt trong điều kiện mực nước biển dâng.
Thiết lập một khóa học mới
Nhìn chung, kết quả cho thấy lượng mưa tăng lên do biến đổi khí hậu sẽ gây ra tình trạng tràn cống tổng hợp nhiều hơn. Và mực nước biển dâng cao sẽ khiến các hệ thống này khó xả nước vào các vùng nước gần đó hơn. Khoảng 40 triệu người hiện đang sống trong các khu vực có hệ thống thoát nước chung, vì vậy đây vừa là vấn đề cấp bách vừa có thể ảnh hưởng đến một số lượng đáng kể người dân trên khắp đất nước.
Nhóm của Montalto có kế hoạch tiếp tục cải tiến mô hình Cramer Hill khi họ thu thập thông tin về dòng nước chảy qua mạng lưới thoát nước và lũ lụt bề mặt. Họ cũng sẽ mô hình hóa các biện pháp can thiệp cơ sở hạ tầng khác để quản lý nước mưa.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
