Hồ điều hoà chống ngập bằng cách tạm giữ nước mưa lúc cống và sông không kịp tiêu, rồi thả dần ra khi mưa đã ngớt. Sức chống ngập của một hồ không nằm ở diện tích mặt nước mà ở dung tích điều hoà: phần thể tích giữa mực nước thấp nhất được phép hạ và mực nước cao nhất được phép dâng. Hồ to mà luôn đầy nước thì gần như không đỡ được giọt mưa nào.
Vì vậy câu hỏi đúng về một hồ điều hoà không phải "hồ rộng bao nhiêu" mà là "trước cơn mưa, hồ còn trống bao nhiêu mét khối". Bài này giải thích hồ được tính toán, xây và vận hành ra sao, kèm vài phép tính đơn giản mà học sinh cấp hai làm được.
Hồ điều hoà làm việc theo nguyên lý nào
Hãy hình dung một chiếc chậu đặt dưới vòi nước, đáy chậu có một lỗ thoát nhỏ. Khi vòi mở mạnh hơn lỗ thoát, nước dâng trong chậu. Khi vòi khoá lại, chậu rút dần qua lỗ. Chậu không làm giảm tổng lượng nước, nó chỉ làm bẹt đỉnh lũ: thay vì một dòng ào ạt trong 30 phút, cống phía sau nhận một dòng vừa phải kéo dài vài giờ.
Trong đô thị, "vòi nước" là dòng chảy từ mái nhà, mặt đường, sân bãi đổ về sau một trận mưa to. "Lỗ thoát" là cống dẫn ra sông hoặc trạm bơm. Nếu không có hồ, mọi lượng nước đó phải đi qua cống cùng một lúc; cống thiết kế cho mưa thông thường sẽ đầy ống, nước trào ngược lên hố ga và phố ngập. Có hồ ở giữa, đỉnh dòng chảy bị chặt bớt nên cống và trạm bơm chỉ cần đủ sức cho phần còn lại.
Hai kiểu đặt hồ trong mạng thoát nước
- Hồ nối tiếp (trên dòng): cống hoặc mương chảy thẳng qua hồ. Đơn giản, nhưng hồ nhận cả nước bẩn ngày thường nếu khu vực dùng cống chung.
- Hồ song song (ngoài dòng): nước chỉ tràn vào hồ qua một ngưỡng khi dòng chảy vượt mức nào đó. Ngày nắng hồ giữ được nước sạch hơn, chỉ "mở cửa" khi mưa lớn.
Tính dung tích: một phép nhân đơn giản
Dung tích điều hoà xấp xỉ bằng diện tích mặt hồ nhân với biên độ mực nước cho phép. Một hồ rộng 10 ha (100.000 m²), được phép dâng từ cốt thấp lên cốt cao 1 m, giữ được khoảng 100.000 m³.
Lượng nước mà lưu vực đổ về thì tính bằng lượng mưa nhân diện tích nhân hệ số dòng chảy. Hệ số này cho biết bao nhiêu phần nước mưa chảy tràn thay vì thấm xuống đất: mái tôn, đường nhựa gần 0,9; bãi cỏ chỉ khoảng 0,1 đến 0,3.
| Ví dụ | Số liệu | Kết quả |
|---|---|---|
| Lưu vực khu phố | 100 ha, hệ số dòng chảy 0,8 | Mỗi mm mưa sinh khoảng 800 m³ nước chảy tràn |
| Trận mưa 100 mm | 100 × 800 m³ | Khoảng 80.000 m³ cần đi đâu đó |
| Hồ 10 ha, biên độ 1 m | 100.000 m² × 1 m | Đủ giữ trọn lượng trên nếu hồ đã hạ sẵn |
| Cùng hồ, chỉ hạ được 0,3 m | 100.000 m² × 0,3 m | Giữ 30.000 m³, phần còn lại dồn lên phố |
Ví dụ trên bỏ qua lượng nước cống vẫn tiêu đi trong lúc mưa, nên thực tế hồ không cần giữ trọn 80.000 m³. Nhưng nó cho thấy điều cốt lõi: mỗi 10 cm mực nước hạ trước cơn mưa trên một hồ 10 ha là 10.000 m³ chỗ chứa, tương đương bốn bể bơi tiêu chuẩn Olympic.
Cấu tạo của một hồ điều hoà
Nhìn từ bờ, hồ điều hoà trông như hồ cảnh quan. Phần làm việc nằm ở những chỗ ít ai để ý:
- Cửa vào: miệng cống đổ vào hồ, thường có song chắn rác và hố lắng cát để bùn đất không lấp lòng hồ.
- Cửa ra có điều tiết: cống hoặc kênh dẫn nước từ hồ ra sông hay trạm bơm, có cửa van đóng mở được. Đây là "lỗ thoát" quyết định hồ rút nhanh hay chậm.
- Ngưỡng tràn sự cố: khi nước vượt cốt cao nhất, nước tràn qua một ngưỡng đã định hướng, tránh tràn tràn lan vào nhà dân.
- Kè bờ: giữ bờ không sạt khi mực nước lên xuống liên tục. Bờ thoải có thảm cỏ, bậc lên xuống vừa đẹp vừa an toàn hơn tường kè dựng đứng.
- Thước đo mực nước: cọc thuỷ chí hoặc cảm biến tự động gửi số liệu về trung tâm điều hành.
Cốt nước: ba con số người vận hành phải thuộc
- Mực nước thấp nhất: không hạ dưới mức này để giữ cảnh quan, giữ sinh vật trong hồ và không làm lộ đáy bốc mùi, không gây sạt chân kè.
- Mực nước thường xuyên: mức duy trì ngày nắng.
- Mực nước cao nhất cho phép: vượt mức này nước bắt đầu đe doạ đường ven hồ hoặc chảy ngược vào cống.
Vận hành trước, trong và sau trận mưa
Một hồ điều hoà tốt mà vận hành chậm thì cũng như không. Quy trình ở các đô thị lớn thường đi theo nhịp sau:
- Khi có dự báo mưa lớn: chủ động hạ mực nước hồ xuống gần mức thấp nhất bằng cách mở cửa ra hoặc chạy bơm. Ở Hà Nội, việc hạ mực nước các hồ và sông nội thành trước mùa mưa và trước các đợt mưa lớn là việc làm thường kỳ của đơn vị thoát nước.
- Trong mưa: hồ nhận nước, mực nước dâng. Người vận hành theo dõi tốc độ dâng và mực sông ngoài để quyết định mở cửa tự chảy hay chuyển sang bơm.
- Sau mưa: tháo dần nước về mức thường xuyên, sẵn sàng cho trận sau. Mùa mưa phía Bắc có khi hai trận cách nhau chưa đầy một ngày, hồ chưa kịp rút thì trận sau gần như rơi vào hồ đầy.
Hệ thống thoát nước nội thành Hà Nội là ví dụ dễ hình dung: nước từ các sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét dồn về cụm hồ điều hoà Yên Sở, rồi trạm bơm Yên Sở đẩy ra sông Hồng khi sông Hồng cao. Cụm hồ ở cuối dòng giúp trạm bơm có "bể đệm" thay vì phải đuổi theo từng đợt nước dồn.
Vì sao hồ đầy mà phố vẫn ngập
Người dân hay hỏi câu này sau mỗi trận mưa lớn. Có vài nguyên nhân kỹ thuật:
- Nước không tới được hồ: hồ nằm ở một lưu vực, phố ngập ở lưu vực khác, hoặc cống nối từ phố về hồ quá nhỏ, tắc rác. Hồ trống mà cống dẫn nghẽn thì vô ích.
- Hồ không được hạ trước: mưa đến bất ngờ, hoặc sông ngoài đang cao không xả được.
- Mưa vượt tần suất thiết kế: hồ và cống được tính cho một trận mưa có chu kỳ lặp lại nhất định; trận mưa cực đoan hơn thì phần dư phải chảy trên mặt đất.
- Hồ bị bồi lắng: bùn đất, rác tích nhiều năm làm nông lòng hồ, mất dần dung tích. Nạo vét định kỳ là việc tốn kém nhưng không thể bỏ.
- Hồ bị thu hẹp: nhiều ao hồ cũ đã bị san lấp để làm đường, xây nhà. Mỗi mét vuông mặt nước mất đi là mất một phần chỗ chứa mà không có gì bù lại.
Bài toán nước bẩn trong hồ
Phần lớn khu phố cũ ở các đô thị Việt Nam dùng cống chung: nước mưa và nước thải sinh hoạt chảy chung một đường. Hồ nằm trên đường cống đó sẽ nhận cả nước thải ngày nắng, dễ phú dưỡng, tảo nở, bốc mùi, cá chết hàng loạt vào đầu mùa nóng.
Cách xử lý phổ biến là xây cống bao quanh hồ: một đường ống thu nước thải chạy vòng theo bờ, dẫn thẳng về trạm xử lý, chỉ để nước mưa (đã pha loãng) tràn vào hồ khi mưa lớn. Hồ được cống bao thì nước trong hơn, nhưng cũng cần duy trì cửa tràn hoạt động đúng để chức năng chống ngập không bị mất.
Góc nhìn hôm nay
Hồ điều hoà giờ được thiết kế đa năng hơn: bờ thoải làm công viên, đường dạo; một số nơi làm bãi cỏ trũng bên cạnh hồ chính, ngày nắng là sân chơi, mưa to thì ngập tạm vài giờ. Quan niệm này gần với ý tưởng "thành phố bọt biển", nơi mặt nước và mảng xanh được tính như một phần của hạ tầng thoát nước chứ không chỉ để ngắm.
Nếu muốn tìm hiểu thêm, hãy để ý cọc đo mực nước ở hồ gần nhà và so mực nước trước, sau một trận mưa. Đồ án quy hoạch thoát nước của mỗi thành phố (công bố trên cổng thông tin của sở chuyên ngành) thường ghi rõ hồ nào là hồ điều hoà, cốt nước khống chế bao nhiêu. Sách giáo trình "Thoát nước đô thị" của các trường đại học xây dựng, thuỷ lợi có chương riêng về tính toán hồ điều hoà cho người muốn đọc sâu.
Còn ở cấp người dân, điều có ích nhất là đừng đổ rác, xà bần xuống hồ và cống: mỗi bao xà bần đổ trộm là một ít dung tích chống ngập mất đi vĩnh viễn.
Câu hỏi thường gặp
Hồ điều hoà là gì?
Hồ điều hoà là hồ được thiết kế để tạm chứa nước mưa khi cống và sông không kịp tiêu, rồi thả dần ra sau đó. Nó làm giảm đỉnh dòng chảy, giúp cống và trạm bơm phía sau không bị quá tải. Khác hồ cảnh quan, hồ điều hoà có mực nước thay đổi theo quy trình vận hành.
Vì sao phải hạ mực nước hồ trước khi mưa?
Phần chứa được nước mưa chỉ là khoảng trống giữa mực nước hiện tại và mực cao nhất cho phép. Hạ trước 10 cm trên hồ 10 ha là có thêm khoảng 10.000 m³ chỗ chứa. Nếu hồ đã đầy sẵn, nước mưa về sẽ tràn ngay lên phố.
Hồ điều hoà khác hồ cảnh quan thế nào?
Hồ cảnh quan giữ mực nước gần như cố định để ngắm. Hồ điều hoà có cửa vào, cửa ra có điều tiết, ngưỡng tràn và cốt nước khống chế, được vận hành để đón nước mưa. Nhiều hồ ở đô thị kiêm cả hai vai trò.
San lấp ao hồ có làm ngập nặng hơn không?
Có. Mỗi ao hồ bị lấp là mất một phần dung tích chứa nước mưa tự nhiên, trong khi mặt đất thay thế thường là bê tông, làm nước chảy tràn nhanh hơn. Vì vậy quy hoạch thoát nước thường quy định tỷ lệ mặt nước tối thiểu phải giữ lại.
Vì sao nước hồ điều hoà hay bốc mùi?
Ở khu dùng cống chung, nước thải sinh hoạt chảy vào hồ cả ngày nắng, gây phú dưỡng và tảo nở. Cách khắc phục là xây cống bao thu nước thải quanh hồ về trạm xử lý và nạo vét bùn đáy định kỳ.
