Trạm bơm tiêu thoát nước đô thị: bơm nước mưa ra sông hoạt động ra sao

Trạm bơm tiêu thoát nước đô thị dùng máy bơm công suất lớn đẩy nước mưa từ hệ thống cống, kênh nội thành ra sông lớn khi mực nước sông cao hơn mực nước trong thành phố, lúc nước không thể tự chảy ra. Khi sông ngoài thấp, cửa cống mở để nước tự chảy, trạm bơm nghỉ. Nói gọn: trạm bơm là "lá phổi phụ" cho thành phố nằm thấp hơn dòng sông bên cạnh vào mùa lũ.

Nhiều thành phố đồng bằng như Hà Nội có mặt đất nội thành thấp hơn mực sông Hồng mùa lũ vài mét. Không có bơm, nước mưa trong đê chỉ có đường thoát là chờ sông rút, có khi mất nhiều ngày.

Khi nào nước tự chảy, khi nào phải bơm

Nước chỉ chảy từ cao xuống thấp. Một thành phố có hai mực nước cần so: mực nước trong đồng (kênh, hồ, cống nội thành) và mực nước ngoài sông. Từ đó có ba tình huống:

Điểm hay bị hiểu nhầm: đóng cống không phải để giữ nước trong phố, mà để ngăn nước sông chảy ngược vào. Một cửa cống để mở khi sông đang cao sẽ biến dòng sông thành nguồn gây ngập.

Bên trong một trạm bơm có gì

Đi dọc theo đường nước từ phía thành phố ra sông, một trạm bơm lớn thường gồm:

1. Kênh dẫn và bể tập trung: nước từ cống, kênh đổ về một bể lớn trước trạm, đôi khi chính là hồ điều hoà, giúp máy bơm có nguồn nước ổn định.
2. Song chắn rác: các thanh thép đặt nghiêng chặn rác, cành cây, túi nilon. Ở trạm lớn có máy cào rác tự động. Rác dồn về sau một trận mưa có thể tính bằng xe tải, và song chắn bị nghẹt là nguyên nhân hàng đầu làm giảm công suất bơm.
3. Bể hút: khoang nước ngay dưới máy bơm, thiết kế để dòng chảy vào ống hút đều, không tạo xoáy kéo không khí vào làm hỏng cánh bơm.
4. Tổ máy bơm: động cơ đặt phía trên, trục dài xuống cánh bơm ngập trong nước.
5. Ống đẩy và bể xả: đưa nước lên cao, vượt qua đê, đổ ra sông. Cuối ống có van một chiều hoặc cửa lật để khi bơm dừng, nước sông không chảy ngược.
6. Nhà điều khiển, trạm biến áp, máy phát dự phòng: phần ít được chú ý nhưng sống còn.

Loại máy bơm dùng cho tiêu nước

Tiêu thoát nước cần lưu lượng rất lớn nhưng cột nước đẩy không cao, thường vài mét đến chục mét. Vì vậy trạm tiêu hay dùng bơm hướng trục (cánh giống chân vịt tàu thuỷ, đẩy nước dọc theo trục) và bơm hỗn lưu (lai giữa hướng trục và ly tâm). Bơm ly tâm quen thuộc ở nhà dân thì hợp đẩy cao nhưng lưu lượng nhỏ, không phải lựa chọn cho trạm tiêu lớn.

Đơn vị đo sức bơm: mét khối mỗi giây

Công suất trạm tiêu được ghi bằng m³/s. Một mét khối là một nghìn lít, tức khoảng năm mươi bình nước 20 lít. Con số trông nhỏ nhưng nhân lên rất nhanh:

• Trạm 10 m³/s bơm được 36.000 m³ mỗi giờ.
• Trạm 90 m³/s bơm được khoảng 324.000 m³ mỗi giờ, gần bằng một hồ rộng 32 ha hạ xuống 1 m.

Để so: một trận mưa 100 mm rơi trên 10 km² nội thành, với hệ số dòng chảy khoảng 0,7, sinh ra chừng 700.000 m³ nước chảy tràn. Trạm 90 m³/s cần hơn hai giờ chạy hết công suất mới tiêu xong, với điều kiện toàn bộ lượng nước đó về tới trạm đúng lúc. Trên thực tế nước về chậm hơn, qua nhiều tầng cống, kênh, hồ, nên phố ngập cục bộ có thể kéo dài dù trạm vẫn chạy đều.

Trạm bơm Yên Sở và mạng tiêu nội thành Hà Nội

Nội thành Hà Nội nằm trong vòng đê sông Hồng. Nước mưa phía nam thành phố theo bốn con sông nội đô Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét dồn về khu Yên Sở. Tại đây, trạm bơm Yên Sở đẩy nước ra sông Hồng. Trạm được xây với vốn hỗ trợ phát triển của Nhật Bản, giai đoạn đầu có công suất khoảng 45 m³/s, sau được mở rộng lên khoảng 90 m³/s.

Phía tây thành phố, lưu vực sông Nhuệ được bổ sung trạm bơm Yên Nghĩa (khu Hà Đông) có công suất thiết kế khoảng 120 m³/s, tiêu nước ra sông Đáy. Cách tổ chức này cho thấy nguyên tắc chung: chia thành phố thành từng lưu vực, mỗi lưu vực có đường dẫn nước và đầu mối tiêu riêng, tránh dồn tất cả về một điểm.

Các con số trên nên hiểu là quy mô thiết kế; khả năng tiêu thực tế trong một trận mưa còn phụ thuộc cống dẫn có thông không, kênh có bị bồi không, sông ngoài cao đến đâu.

Vận hành một trạm bơm lúc mưa lớn

Trạm tiêu không chạy liên tục. Người vận hành dựa vào mực nước bể hút, mực sông ngoài và dự báo mưa để quyết định:

• Trước mùa mưa: chạy thử từng tổ máy, kiểm tra cánh bơm, ổ trục, hệ thống điện, nạo vét bể hút, vớt rác kênh dẫn.
• Khi có cảnh báo: hạ mực nước kênh, hồ phía trước trạm để tạo chỗ chứa, giống cách làm với hồ điều hoà.
• Trong mưa: khởi động lần lượt từng máy chứ không bật cùng lúc, tránh sụt áp lưới điện và tránh hút cạn bể quá nhanh. Đội vớt rác túc trực ở song chắn.
• Khi nước rút: tắt dần, nhưng không hạ bể hút quá thấp làm máy bơm hút khí.

Mất điện là kịch bản xấu nhất

Mưa bão đi kèm gió mạnh, cây đổ, đường dây điện hỏng. Một trạm bơm lớn tiêu thụ điện như một khu dân cư, và đúng lúc cần chạy nhất lại là lúc lưới điện dễ đứt nhất. Vì vậy trạm quan trọng thường có hai nguồn điện từ hai trạm biến áp khác nhau, cộng máy phát dự phòng. Trong kế hoạch phòng chống thiên tai, đảm bảo điện cho trạm bơm tiêu luôn được xếp ưu tiên ngang với bệnh viện.

Giới hạn của trạm bơm

• Bơm không thay được cống: nếu cống từ phố về trạm nhỏ hoặc tắc, trạm thừa sức mà nước vẫn đọng giữa đường.
• Sông nhận nước cũng có giới hạn: bơm ra sông đang lũ to có thể làm mực sông tăng thêm, ảnh hưởng vùng hạ du. Vì thế việc tiêu ra sông Đáy, sông Nhuệ phải phối hợp với vận hành các công trình thuỷ lợi trên lưu vực.
• Chi phí vận hành cao: tiền điện, bảo dưỡng, thay thế thiết bị. Trạm xây rồi không bảo dưỡng thì đến lúc cần sẽ không chạy đủ máy.
• Rác: thành phố càng xả rác xuống kênh, trạm bơm càng phải dừng máy để cào rác.

Góc nhìn hôm nay

Trạm bơm ngày nay được nối về trung tâm điều hành, hiển thị mực nước các điểm đo, trạng thái từng tổ máy theo thời gian thực. Xu hướng là kết hợp bơm với hồ điều hoà và giải pháp giữ nước tại chỗ, để trạm không phải gánh toàn bộ đỉnh lũ một mình.

Ở nông thôn đồng bằng, trạm bơm tiêu thuỷ nông cũng làm việc theo đúng nguyên lý này, chỉ khác là bảo vệ đồng ruộng thay vì phố xá. Người muốn đọc kỹ hơn có thể tìm giáo trình "Máy bơm và trạm bơm" của Trường Đại học Thuỷ lợi, hoặc theo dõi các bản tin mực nước sông Hồng tại trạm Hà Nội trong mùa lũ để thấy vì sao có những ngày trạm bơm phải chạy hết máy.