Vào thời điểm mà nhiều thành phố đang tìm cách kiểm soát nước mưa đô thị bằng cách đầu tư mạnh vào cơ sở hạ tầng xanh – chẳng hạn như chất lượng nước ao, lưu vực thấm, vỉa hè xốp và trồng cây ven sông – một nghiên cứu mới cho thấy những nỗ lực tốn kém này có thể không có nhiều tác động.
Thành viên nhóm nghiên cứu Jonathan Duncan, phó giáo sư thủy văn, Trường Cao đẳng Khoa học Nông nghiệp tại Penn State cho biết, kết quả của nghiên cứu đặc biệt mở mang tầm mắt vì cường độ các trận mưa bão ngày càng tăng và việc quản lý nước mưa ở đô thị trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Ông nói: “Không ai muốn nghe điều này, nhưng chúng tôi rất tin tưởng vào dữ liệu và thiết kế thử nghiệm của chúng tôi để giảm sự biến đổi trên các tiểu lưu vực mà chúng tôi đã nghiên cứu”. “Một số nghiên cứu khác đã đề xuất điều này, nhưng chúng không được thực hiện với dữ liệu thủy văn quy mô đầu nguồn chi tiết mà chúng tôi có. Điểm mấu chốt là chúng tôi không thể phát hiện bất kỳ sự khác biệt nào về dòng chảy do quản lý nước mưa tạo ra.”
Theo ông Duncan, nghiên cứu này rất độc đáo vì nó được thực hiện ở lưu vực Dead Run ở quận Baltimore của tiểu bang Maryland, “lưu vực đô thị được đánh giá dày đặc nhất trên thế giới”. Kết quả là, các nhà nghiên cứu đã có thể kiểm tra dữ liệu sinh thái có giá trị trong hai thập kỷ liên quan đến dòng nước mưa. “Có năm trạm đo trong một lưu vực rộng 6 dặm vuông, các thành phố khác thật may mắn nếu họ có một vài trạm và có sáu trạm chỉ trong một tiểu lưu vực ở Baltimore,” Duncan nói. “Vì vậy, nó cho phép chúng ta hiểu biết sâu hơn về thủy văn đô thị.”
Để đưa ra kết luận của mình, các nhà nghiên cứu đã phân tích phản ứng thủy văn, sự thay đổi về lưu lượng dòng chảy và thời gian ở ba tiểu lưu vực đô thị nhỏ không thấm nước cao đối với các trận mưa. Điều này cho phép họ đánh giá cách quản lý nước mưa truyền thống làm thay đổi thủy văn đô thị, đó là các biểu đồ thể hiện dòng chảy theo thời gian.
Các lưu vực khác nhau về độ bao phủ quản lý nước mưa từ 3% đến 61% và ở các bề mặt không thấm nước từ 45% đến 67%. Những bề mặt chống thấm nước đó bao gồm mái nhà, đường xá, đường cao tốc và bãi đậu xe. Đối với nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã chọn một tập hợp các cơn bão liên quan đến một lượng mưa duy nhất, với hơn 96% tổng lượng mưa được phân phối trong 60 phút. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu lượng mưa trung bình đầu nguồn, được tạo ra bởi các radar địa phương, để xác định “biểu đồ quá trình mưa” bão địa phương – biểu đồ biểu diễn về sự phân bố cường độ mưa theo thời gian – cho mỗi sự kiện trong mỗi lưu vực.
Trong những phát hiện gần đây được công bố trên Tạp chí Hydrological Processes, các nhà nghiên cứu báo cáo rằng mặc dù có sự khác biệt đáng kể trong phần diện tích đầu nguồn thoát nước đến các đặc điểm quản lý nước mưa trên ba nhánh sông đầu nguồn được nghiên cứu, họ không tìm thấy bằng chứng chắc chắn rằng việc quản lý nước mưa làm giảm đáng kể lưu lượng hoặc thời gian của dòng chảy lũ lớn nhất. Bài báo cho rằng, phản ứng của thủy văn đối với ba lưu vực là đồng đều đáng kể mặc dù có sự trái ngược trong quản lý nước mưa, lớp phủ không thấm nước và các mô hình sử dụng đất theo không gian.
Duncan cho biết: “Phát hiện của chúng tôi đóng góp thêm bằng chứng cho công trình của các nhà nghiên cứu trước đây cho thấy rằng việc quản lý nước mưa kém hiệu quả hơn trong việc giảm dòng chảy đô thị so với giả định. “Trong các lưu vực này, chúng tôi tin rằng tỷ lệ bề mặt không thấm nước có thể có ảnh hưởng lớn hơn đến lượng dòng chảy so với tỷ lệ phần trăm phạm vi quản lý nước mưa.”
Duncan giải thích rằng, trong lịch sử, các cộng đồng đã sử dụng cơ sở hạ tầng xám – hệ thống các bể chứa nước để giữ nước lại cũng như các máng xối, đường ống và đường hầm – để chuyển nước mưa từ nơi mọi người sinh sống đến các nhà máy xử lý hoặc các nguồn nước địa phương. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng xám ở nhiều thành phố trên toàn quốc đang cũ kỹ và năng lực quản lý khối lượng lớn nước mưa ngày càng giảm.
Để đáp ứng thách thức này, nhiều cộng đồng đang lắp đặt hệ thống cơ sở hạ tầng xanh để tăng cường năng lực quản lý nước mưa của họ. Cơ sở hạ tầng xanh hấp thụ và lọc nước mưa ở những nơi nó đổ xuống. Mặc dù đã có xu hướng hướng tới cơ sở hạ tầng xanh trong những năm gần đây, nhưng nó vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong tổng diện tích đầu nguồn được xử lý trong nghiên cứu ở Baltimore, với hầu hết việc quản lý nước mưa là các ao giam giữ truyền thống.
Quốc hội đã ban hành Đạo luật cải thiện cơ sở hạ tầng nước vào năm 2019, trong đó định nghĩa cơ sở hạ tầng xanh là “phạm vi các biện pháp sử dụng hệ thống thực vật hoặc đất, mặt đường thấm hoặc các bề mặt hoặc chất nền dễ thấm khác, thu gom và tái sử dụng nước mưa hoặc cảnh quan để lưu trữ, thấm hoặc thoát hơi nước nước mưa và giảm dòng chảy đến hệ thống cống rãnh hoặc nước bề mặt. ”
Theo ông Duncan cơ sở hạ tầng xanh có nhiều lợi ích đồng, chẳng hạn như hấp thụ carbon và giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Khi tỷ lệ cơ sở hạ tầng xanh tăng lên, chúng ta càng sớm hiểu được liệu nó có hiệu quả hơn trong việc quản lý dòng chảy quy mô đầu nguồn so với các phương pháp xử lý nước mưa truyền thống hay không.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/09/210916142843.htm
