Thiết Kế Không Gian Xanh Ngập Nước: Giải Pháp Chống Lũ Trong đô Thị

Các nhà nghiên cứu của MIT (Massachusetts Institute of Technology) đưa ra một giải pháp chống lũ lụt trong thiết kế đô thị: các khoảng không gian xanh được thiết kế để tiêu thoát nước và làm sạch nước mưa đồng thời cung cấp các lợi ích sinh thái và giải trí cho đô thị.

  Ngập lụt gia tăng do biến đổi khí hậu có thể tàn phá các khu vực đô thị và dẫn đến việc khắc phục tốn kém. Các thành phố đang cần những chiến lược mới về quản lý nước trong mùa mưa bão. Một nhóm kỹ sư và nhà quy hoạch đô thị tại Học viện công nghệ Masachusset (MIT) đã phát triển một giải pháp: thiết kế các vùng đất ngập nước đa chức năng và các ao tích hợp kiểm soát và làm sạch nước mưa, đem đến các lợi ích sinh thái và giải trí.

Tình trạng ngập lụt ở các thành phố đang ngày càng trầm trọng hơn bởi cơ sở hạ tầng đô thị, đáng nhẽ phải tận dụng hệ sinh thái tự nhiên để hấp thu lượng nước mưa, thì lại bị thay thế bằng bê tông, làm hạn chế khả năng hút nước. Lúc này nước mưa bị giữ trên bề mặt bê tông, nơi nó chứa đựng tất cả các loại chất ô nhiễm - rác, kim loại nặng, hóa chất công nghiệp - và đưa vào các nguồn nước gần đó, thường bao gồm cả nguồn cung cấp nước địa phương.

Nhiều thành phố không có đủ hệ thống để xử lý nước mưa chảy tràn, nguyên nhân lớn nhất gây ô nhiễm dòng nước ở các khu vực đô thị. Các nhà máy xử lý nước mưa là các khoản đầu tư lớn cần được tích hợp vào hệ thống thoát nước và xử lý nước hiện có. Nếu không có không gian hoặc quy trình tuần tự làm sạch nước bị ô nhiễm trước khi nó tái lưu thông hoặc đi vào môi trường tự nhiên, các trung tâm đô thị sẽ mất lượng nước sạch vốn dĩ có thể dùng để uống, nạp vào nguồn nước ngầm hay đáp ứng các nhu cầu khác của hệ sinh thái.

Các hệ thống quản lý nước mưa tự nhiên - các không gian xanh được thiết kế trong thành phố - đang trở thành các lựa chọn ngày càng phổ biến cho các thành phố, một phần do mức giá vừa phải của chúng. Nhưng các vùng đất ngập nước nhóm nghiên cứu ở MIT thiết kế tối ưu hóa và hiệu quả hơn nhiều so với các thiết kế hiện có, chẳng hạn như có những vũng và đường quanh co, trong việc kiểm soát lưu thông nước và lọc nước mưa, đồng thời cũng mang lại lợi ích sinh thái và giải trí.

Theo nghiên cứu này, nhóm của MIT đã thiết kế một không gian xanh đa năng. Các thiết kế, bao gồm một chuỗi những cụm đảo, là các mô-đun và có khả năng mở rộng, có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu và nguồn lực của các đô thị khác nhau. Công trình được thử nghiệm với hai nghiên cứu trường hợp cụ thể, Houston và Los Angeles, nhằm đảm bảo khả năng tích hợp, linh hoạt của thiết kế cho các địa phương khác nhau.

"Chúng tôi chọn L.A. và Houston vì cả hai đều là thành phố lớn trong vùng khí hậu ấm, phát triển nhanh và có nhiều đất ngoại ô - triển vọng tốt cho không gian xanh", trưởng nhóm nghiên cứu và là tác giả chính, Celina Balderas Guzmán, nói. “Hơn nữa, một thành phố rất khô và một thành phố rất ướt sẽ cho thấy khả năng thích ứng của thiết kế [của chúng tôi] trong những điều kiện thời tiết, khí hậu khác nhau”.

Một điểm đặc biệt nữa, nhóm nghiên cứu MIT đã công khai chi tiết nghiên cứu của họ trong một báo cáo cho phép truy cập mở "Hướng dẫn thiết kế cho vùng đất ngập nước đô thị", với hy vọng rằng các thành phố sẽ áp dụng cách tiếp cận này. Báo cáo này được thực hiện trong hai năm, tài trợ chủ yếu bởi Phòng thí nghiệm an ninh lương thực và nước thế giới Abdul Latif Jameel của MIT (J-WAFS) và được hỗ trợ thêm bởi Trung tâm nghiên cứu đô thị tiên tiến MIT Norman B. Leventhal (LCAU) tại trường Kiến trúc và Quy hoạch MIT. Những hướng dẫn thực hiện trong báo cáo dựa trên các thí nghiệm vật lý được thực hiện trong Phòng thí nghiệm Cơ học Chất lỏng Môi trường MIT Nepf và được công bố gần đây trên tạp chí Ecological Engineering.

"Mục tiêu của nghiên cứu của chúng tôi là giúp các thành phố giảm thiểu các vấn đề khi phải đối mặt với khí hậu thay đổi nhanh chóng, bão lớn và thiếu các giải pháp khả thi về kinh tế", Alan M. Berger đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. Berger và các đồng tác giả của ông hoan nghênh các đại diện thành phố có quan tâm đến nghiên cứu này lien lạc với họ để thảo luận về cách thực hiện thiết kế. Vào tháng 5, nhóm đã tiến hành một chiến dịch tiếp cận cộng đồng để đảm bảo rằng các thiết kế có nguồn mở này tới được các bên liên quan trong quy hoạch, thiết kế và cải tạo đô thị như các quan chức chính phủ và các nhà quy hoạch trên khắp Hoa Kỳ.

Bản thiết kế của nhóm vẫn chưa được sử dụng trong thực tế. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu hiện đang trong quá trình tiếp xúc với các nhà lãnh đạo thành phố ở một số địa phương về triển vọng xây dựng một hệ thống đất ngập nước thí điểm. Các nhà khoa học khác đánh giá  tích cực về nghiên cứu này. "Theo như tôi biết, chưa có một kết quả nghiên cứu nào được hiên thực hóa thành các bản thiết kế hợp lý và có tính ứng dụng cao như vậy", David L. Sedlak, giáo sư kỹ thuật môi trường tại UC Berkeley và đồng giám đốc Berkeley Water Center nói.

Để phát triển thiết kế này, các nhà nghiên cứu trong Phòng thí nghiệm Cơ chế Chất lỏng Môi trường, do Heidi Nep (MIT Donald) và Martha Harleman (Giáo sư Kỹ thuật Đô thị và Môi trường) lãnh đạo, đã thử nghiệm hơn 30 thiết kế hệ thống đất ngập nước khác nhau. Họ theo dõi quá trình lưu thông nước thông qua các mô hình, xác định địa hình nào hiệu quả nhất cho thoát nước mưa và phân phối đồng đều dòng chảy của nó để có thể tận dụng tốt nhất quá trình làm sạch tự nhiên các chất ô nhiễm.

Kiểm soát dòng chảy của nước để nó đọng lại trong vùng đất ngập nước là rất quan trọng, nhằm cung cấp cho hệ sinh thái thời gian để cải thiện chất lượng nước. Vùng đất ngập nước làm sạch nước thông qua sự kết hợp của các quá trình sinh học và hóa học, bao gồm cả tính toán về mặt thời gian cho chất gây ô nhiễm có thể tách ra khỏi nước- thảm thực vật ngập nước cũng là một bộ lọc tốt, bề mặt thực vật và các màng sinh học mà chúng rất hiệu quả trong việc thu giữ các chất ô nhiễm và chất dinh dưỡng dư thừa.

Việc xác định thiết kế hiệu quả nhất để xử lý nước mưa là một khía cạnh quan trọng của dự án, nhưng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng giá trị của hệ thống đất ngập nước của họ không chỉ dừng lại ở chức năng quản lý nước của nó. Sự hợp tác giữa các kỹ sư và nhà quy hoạch đô thị đã dẫn đến một thiết kế tối đa hóa hiệu quả mà không làm mất giá trị thẩm mỹ, sinh thái hoặc giải trí.

“Trước đây, các hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý nước mưa thường không được tính đến yếu tố thúc đẩy sinh thái hoặc tạo điều kiện giải trí”, Balderas Guzmán nói.

Thiết kế này bao gồm các đường mòn giải trí, kết nối các cụm đảo và kết nối các con đường thành phố với không gian xanh mời gọi. Những hòn đảo lớn nhất có thể làm địa điểm tổ chức sự kiện cho chương trình công cộng, trong khi ven vùng đất ngập nước có thể được sử dụng làm sân thể thao, khu dã ngoại hoặc sân chơi. Các đảo cung cấp nhiều khu vực sinh cảnh sinh thái, từ vùng cao khô cạn đến nước nông và sau đó là nước sâu hơn. Môi trường sống này có thể đặc biệt có giá trị đối với các loài sinh vật sống trong đất ngập nước bởi các vùng đất ngập nước tự nhiên đang dần biến mất.

Các thiết kế đa dụng còn có một lợi thế chính trị. Chúng có thể giúp các thành phố giành được sự chấp thuậu của công chúng để thực hiện các vùng đất ngập nước – vốn trước đây các thiết kế này của thành phốthường ít khi được người dân địa phương ủng hộ. Các cộng đồng không nhận thức được nước mưa gây ô nhiễm nguồn cung cấp nước thường không ủng hộ việc sử dụng một không gian cho một dự án đất ngập nước. Người dân có thể cho rằng không gian đó đáng nhẽ nên là công viên hoặc sân chơi. Việc bổ sung các tính năng giải trí làm cho vùng đất ngập nước nhân tạo dễ được giới thiệu đến công chúng.