Hạ tầng xanh thường được hiểu là hệ thống các khu vực tự nhiên và bán tự nhiên được quy hoạch và duy trì nhằm bảo đảm nhiều lợi ích cho con người. Thuật ngữ này khá tương đồng với khái niệm “mảng xanh đô thị” của Nga. Dịch vụ hệ sinh thái là những phúc lợi con người nhận được từ môi trường và các hệ sinh thái của môi trường xung quanh. Hai khái niệm này có thể kết hợp để lập kế hoạch tổng thể cho sự phát triển bền vững, hướng tới cân bằng giữa các yếu tố môi trường, xã hội và kinh tế. Năm 2013, Ủy ban châu Âu đã coi hạ tầng xanh  là cách tiếp cận để thúc đẩy các dịch vụ hệ sinh thái và biến quan điểm bảo vệ thiên nhiên thành yếu tố tích cực, quan trọng trong quy hoạch không gian.

Hồ Owens (Los Angeles, Mỹ) đã bị sa mạc hóa, tạo nên bình nguyên muối khổng lồ và thải ra một lượng lớn bụi độc hại

Một số văn bản quy phạm pháp luật của Liên bang Nga như Nghị định của Chính phủ Liên bang "Mục tiêu và các phương hướng phát triển bền vững cơ bản (bao gồm cả phát triển xanh) của Liên bang Nga" ngày 14/7/2021, Sắc lệnh của Tổng thống Liên bang Nga "Về các mục tiêu quốc gia và mục tiêu chiến lược cho sự phát triển của Liên bang Nga giai đoạn đến năm 2024" và nhiều văn bản khác đã chỉ ra đường hướng để phát triển bền vững, duy trì đa dạng sinh học và cảnh quan tự nhiên.

Nhiệm vụ đặt ra cho các thành phố là tìm kiếm giải pháp để xây dựng mô hình tương tác cân bằng giữa con người và thiên nhiên trong thành phố. Một trong số đó là cách tiếp cận có hệ thống, đóng vai trò như “bãi thử nghiệm” liên ngành quan trọng nhất để giải quyết các vấn đề về ô nhiễm, môi trường sống, nghỉ ngơi và định hình đô thị - đó là hạ tầng xanh.

Thuật ngữ “dịch vụ hệ sinh thái” ngụ ý những hiệu ứng tích cực mà con người có thể tiếp nhận miễn phí từ các hệ sinh thái. Ví dụ: cây xanh trong các công viên đô thị làm giảm ô nhiễm không khí bằng cách gạn lọc các phần tử gây ô nhiễm, qua đó giúp cải thiện sức khỏe con người. Tương tự như vậy, côn trùng và vi sinh vật phân hủy lá rụng và trả lại chất dinh dưỡng cho đất. Một số dịch vụ hệ sinh thái được đề cập tới trong bài viết này hoặc có giá trị kinh tế, hoặc có giá trị phi vật chất.

“Các dịch vụ hệ sinh thái” là một cụm từ hàm ý bảo tồn các hệ thống tự nhiên theo thuật ngữ kinh tế học, cùng với sự thể hiện giá trị kinh tế sẽ dẫn đến việc xác định và đầu tư nhiều hơn vào việc bảo tồn các hệ thống đó. Mục tiêu nghiên cứu vai trò của hạ tầng xanh trong sự phát triển bền vững của các thành phố nhằm giải quyết nhiều nhiệm vụ:

- Nghiên cứu năng lực sống của hệ thống đô thị và khái niệm “môi trường sống của con người” trong phạm vi khái niệm dịch vụ hệ sinh thái;

- Phân tích ảnh hưởng của các quá trình hệ sinh thái bị phá vỡ đối với khả năng chống chịu và tính bền vững của các thành phố;

- Xem xét các ví dụ công nghệ hạ tầng xanh để thực hiện các loại hình dịch vụ hệ sinh thái trong quy hoạch đô thị.

Các dịch vụ hệ sinh thái duy trì

Các dịch vụ hệ sinh thái duy trì (đa dạng sinh học, chu kỳ thủy văn...) rất quan trọng, cần thiết để duy trì tất cả các hệ sinh thái còn lại. Tuy nhiên, lớp này xa nhất so với nền kinh tế thực và do đó khó đánh giá nhất.

Môi trường sống của con người

Bảo đảm môi trường sống là một ví dụ về dịch vụ hệ sinh thái duy trì ở quy mô lớn hơn so với một thành phố, song gắn liền với thành phố. Không như môi trường sống của động thực vật, môi trường sống của con người không dễ xác định và hiểu rõ; không thể áp dụng các khái niệm về nhiệt độ, nguồn dinh dưỡng và các đặc điểm đặc trưng cho các sinh vật khác. Con người nhờ những đặc điểm riêng từ lâu đã học được cách mở rộng lãnh thổ tồn tại của mình tới cả những nơi có điều kiện khắc nghiệt và không có các tài nguyên cần thiết.

Cải biến môi trường xung quanh không phải là nét độc đáo của riêng con người. Hầu hết các sinh vật đều biến đổi môi trường xung quanh để bảo vệ bản thân và các thế hệ sau. Ví dụ, theo thời gian, rừng gỗ đỏ thay đổi thành phần hóa học của đất, độ ẩm, nhiệt độ và các thông số khác để duy trì loài cây của mình, để không có sự cạnh tranh về ánh sáng, thức ăn và không gian. Đối với con người, kiểm soát môi trường là một quá trình có ý thức hơn đòi hỏi phải sử dụng thường xuyên hoặc định kỳ các tài nguyên thiên nhiên. Nguồn dự trữ này và khả năng sử dụng các tài nguyên đó để cải thiện môi trường có hại được xem như đặc tính của môi trường sống hiện đại của con người, sẽ chính xác hơn là mối liên hệ với động thực vật bản địa hoặc các điều kiện khí hậu.

Tuy thế giới tự nhiên vô cùng phong phú, đa dạng, song con người chỉ phụ thuộc vào một số lượng hạn chế các loài thực vật và động vật để phục vụ trực tiếp cho nhu cầu của mình. Sự phụ thuộc vào nhóm nhỏ này đã đưa đến tư duy sai lầm rằng chính phần này của sinh quyển mới cần thiết cho phúc lợi của loài người, và do đó là phần quan trọng nhất. Ngoài ra, nền kinh tế toàn cầu hiện nay cho phép các thành phố phát triển tách biệt khỏi sự phân bố tài nguyên về mặt địa lý, điều này càng làm tăng thêm khoảng cách với môi trường và đưa đến thực tế là con người cần nỗ lực duy trì hệ thống đô thị. Các thành phố như Dubai hay Moskva là những ví dụ cụ thể.

Năng lực sinh học của Thủ đô Liên bang Nga chỉ là 324 nghìn ha toàn cầu và tải lượng môi trường là 84,2 triệu ha toàn cầu. Nói cách khác, nhu cầu về tài nguyên và các dịch vụ sinh thái của thành phố lớn hơn tới 260 lần so với khả năng tái tạo của các hệ sinh thái của chính thành phố. Do đó, môi trường sống của con người đang dần trở nên không thể duy trì phúc lợi cho người dân mà không phụ thuộc vào thực vật, động vật biến đổi và do con người nuôi trồng, năng lượng nhập khẩu, thậm chí cả nước và các vật chất khác từ các nguồn bên ngoài lãnh thổ.

Los Angeles có thể coi là một ví dụ nổi bật về sự xâm lấn tài nguyên từ các khu vực khác và lối ứng xử thiếu trách nhiệm đối với hệ sinh thái. Đầu thế kỷ XX, đây là thành phố phát triển nhanh nhất ở Bờ Tây nước Mỹ và thiếu nước trầm trọng. Năm 1904, William Mulholland, người chịu trách nhiệm đảm bảo có đủ nước ở Los Angeles, qua chuyến đi định mệnh đã phát hiện ra sông Owens. Khu vực sông là một thung lũng đầy hoa với nhiều đất canh tác. Từ chuyến đi này đã hình thành dự án lớn nhằm chuyển nước của con sông dài hơn 200 dặm về phía hạ lưu, băng ngang sa mạc khô cằn và đường hầm xuyên qua các núi đá. Dự án đã trao một con sông cho Los Angeles, nhờ đó thành phố nhận đủ nước, song khu vực thung lũng dần biến thành sa mạc. Việc này trở thành một trong những thảm họa môi trường tồi tệ nhất của Mỹ. Hồ Owens rộng 100 dặm vuông đã bị sa mạc hóa, tạo nên bình nguyên muối với diện tích bằng cả San Francisco và thải ra một lượng lớn bụi độc hại. Gần đây nhất, năm 2013, nơi đây vẫn là nguồn gây ô nhiễm bụi lớn nhất ở Mỹ. Hiện các công việc đang được tiến hành để hồi sinh khu vực.

Công viên đầm lầy Minghu Wetland Park ở Trung Quốc dựa trên nguyên tắc tạo cảnh quan có khả năng chống chịu, với việc duy trì các chu trình thủy văn tự nhiên

Kiến ​​trúc sư cảnh quan Alexander Robinson nhận xét, giờ đây khi môi trường sống đã được hình thành, gần như buộc phải duy trì vĩnh viễn. Mô hình môi trường sống này cuối cùng dẫn đến sự xuống cấp của chính nó do nguồn tài nguyên có hạn trong khi nhu cầu về các tài nguyên đó không ngừng tăng lên. Tuy nhiên, rõ ràng hệ thống nhân tạo này có dung lượng hữu hạn. Như vậy, nâng cao tầm quan trọng của các dịch vụ sinh thái duy trì là nhiệm vụ quan trọng nhất trong lộ trình hướng đến tính bền vững, có khả năng chống chịu của môi trường sống, nhất là tại các thành phố.

Đất và chu trình dinh dưỡng của đất

Hiện tại, những tổn hại về đất đai ảnh hưởng đến gần 20% diện tích đất trồng trọt trên thế giới. Có nhiều cách để bảo tồn và định hình đất và chu trình tự nhiên của các chất dinh dưỡng trong cảnh quan đô thị.

Khả năng rõ nhất là giảm xói mòn do gió và nước, chống lại sự phá hủy đất trong quá trình xây dựng các tòa nhà và thiết lập cảnh quan nhân tạo, giảm sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu sẽ có lợi cho môi trường nước và hệ động thực vật. Các nguy cơ đối với sự hình thành đất tự nhiên và chu trình của các chất dinh dưỡng phát sinh từ việc kim loại nặng trong không khí bị lắng đọng, mưa axit, sử dụng thuốc trừ sâu, đầm nén đất.

Một ví dụ về việc thực hiện các ý tưởng bảo tồn đất là dự án South Bay Sponge (Mỹ). Dự án nhằm làm cho đường bờ và hạ tầng của Vịnh San Francisco thích ứng với biến đổi khí hậu, nhất là thích ứng với  lũ lụt tăng cao trong khu vực, ảnh hưởng đến các vấn đề quy hoạch đô thị, kiến ​​trúc và cảnh quan. Một trong những chiến lược của dự án này là hoán đổi đất (the soil swap), là một cách tiếp cận để tìm nguồn cung ứng, phân loại, dịch chuyển, trữ và sử dụng đất để gia cường đường bờ, quy hoạch cảnh quan, xây dựng hệ thống kè đập ngang mới và tăng địa điểm xây dựng.

Vòng tuần hoàn của nước

Một ví dụ là chu trình thủy văn. Các vấn đề duy trì mạng lưới thủy văn của thành phố hoàn toàn không phải là chủ đề mới. Trong cuốn sách “Kiến trúc cảnh quan” năm 1979, kiến trúc sư E.M. Mikulina đã nhận xét: sự sụt giảm mạnh độ ẩm do việc xây dựng và chỉnh trang đô thị là một trong những tác động đối với mạng lưới thủy lợi, thủy văn của thành phố. Nói cách khác, các “hẻm núi” đô thị mất độ ẩm vì việc cải tạo, chỉnh trang đô thị thường sử dụng nước từ nước mưa và tuyết tan, thu vào lòng đất qua các cống thoát nước mưa và xả ra sông hồ, thường là bên ngoài thành phố. Không có độ ẩm, hệ thực vật sẽ khó sinh tồn trong thành phố, buộc phải được tưới nhân tạo, tức là sử dụng nước đắt tiền từ nguồn cung cấp nước của thành phố.

Quảng trường Cộng hòa, (Paris, Pháp) sau khi tái thiết - lát đá phản quang, trồng nhiều cây mới, mở rộng các khu vực đi bộ...tạo vi khí hậu tiện nghi cho trung tâm Paris, giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị

Từ nửa thế kỷ trước, các chuyên gia trong lĩnh vực kiến ​​trúc cảnh quan và quy hoạch đô thị đã đạt được nhiều thành công lớn, song hệ quả của quá trình thiết kế đô thị đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới chu trình thủy văn của cảnh quan nhân tạo . Quan trọng là phải duy trì các giải pháp thiết kế có tính đến chu trình nước. Một trong những nhà thiết kế nổi tiếng trong lĩnh vực này là Kongjian Yu và công ty Turenscape của ông. Hầu hết các dự án về các lãnh thổ duyên hải của ông tại Trung Quốc như công viên Yanweizhou ở thành phố Kim Hoa, Khu công viên quốc gia đất ngập nước Quinli, công viên đầm lầy Minghu Wetland Park đều dựa trên nguyên tắc tạo cảnh quan có khả năng chống chịu, với việc duy trì các chu trình thủy văn tự nhiên, được biết đến như khái niệm đô thị bọt biển.

Vài năm trước, Văn phòng thiết kế Strelka (Nga) đã đưa ra ý tưởng "Moskva - thành phố của 150 con sông". Ý tưởng này, mặc dù không thực tế do tính cấp tiến so với thực trạng quy hoạch, kiến ​​trúc và cảnh quan đô thị hiện có, tuy nhiên đã đặt ra nhiều vấn đề quan trọng. Diện mạo Moskva sẽ như thế nào nếu một phần của các dòng sông ngầm được đưa trở lại bề mặt, chu trình thủy văn tự nhiên được khôi phục một phần thông qua hạ tầng xanh? Cách tiếp cận này rất có thể sẽ khởi động một quá trình chuyển đổi thực chất của các thành phố Nga theo hướng bền vững môi trường và có năng lực chống chịu cao hơn.

Liên quan tới vấn đề này, cần lưu ý tầm quan trọng của thực vật. Sử dụng hệ thực vật trong vai trò của hạ tầng xanh sẽ ảnh hưởng tích cực đến chuyển động của nước thông qua quá trình thoát hơi nước: thực vật làm chậm đáng kể tốc độ dòng chảy bề mặt. Trong một nghiên cứu được thực hiện tại New Hampshire, dòng chảy trung bình của sông tăng 40% còn dòng chảy đỉnh nhỏ hơn năm lần so với trước khi chặt phá rừng. Cần khuyến khích và thực hiện các dự án có tính đến mức độ thấm, lọc và bổ sung nước ngầm bằng các phương pháp kiến ​​trúc cảnh quan trong khung hạ tầng xanh. Các cảnh quan mới và được nâng cấp có tính đến chu trình thủy văn có thể giảm bớt thiệt hại từ các rủi ro tự nhiên đối với môi trường sống của con người,  tăng sự đa dạng cảnh quan - kiến ​​trúc và duy trì đa dạng sinh học.

Các dịch vụ hệ sinh thái điều tiết

Gió, nhiệt độ, các quá trình oxy hóa trong khí quyển cung cấp các dịch vụ điều tiết để làm sạch không khí, điều hòa khí hậu, độ ẩm...

Khí hậu và bức xạ

Điều tiết khí hậu là một dịch vụ hệ sinh thái. Bầu khí quyển bảo đảm một số chức năng của hệ sinh thái: bảo vệ khỏi bức xạ, plasma và thiên thạch; bảo đảm nhiệt lượng trên Trái đất; phân phối tài nguyên nước; cho phép giao tiếp và truyền âm thanh. Các hệ sinh thái tự nhiên có thể ứng phó với biến đổi khí hậu. Ví dụ, sự ấm lên toàn cầu làm tăng tốc độ sản xuất sinh khối và phân hủy chất hữu cơ, qua đó có thể làm giảm hoặc tăng tốc độ giải phóng carbon dioxide. Khí hậu và các hệ sinh thái liên quan chặt chẽ với nhau và tính ổn định trong quan hệ tương tác giữa các bên đặc biệt quan trọng.

Hạ tầng xanh có thể hỗ trợ các nỗ lực thích ứng với biến đổi khí hậu hoặc giảm nhẹ các tác động từ biến đổi khí hậu, bằng nhiều cách khác nhau; ví dụ bằng cách kết hợp hệ thống không gian nghỉ ngơi với các tuyến đường đi xe đạp và đi bộ trong thành phố  sẽ giúp thay đổi hành vi của mọi người theo hướng sử dụng tích cực hơn các phương tiện giao thông thay thế hoặc đi bộ. Ngoài ra,  cần nhớ khả năng hấp thụ khí cacbonic của thực vật. 100 cây lớn trưởng thành có thể hấp thụ 13 tấn CO2 mỗi năm. Để so sánh, phát thải carbon cá nhân của Mỹ là 19,3 tấn; Đức là 10,6 tấn và Nga là 16,1 tấn (dữ liệu năm 2019). Việc trồng hàng triệu cây xanh và hình thành khung xanh từ các lõi và hành lang xanh và ưu tiên hơn hạ tầng giao thông và các hệ thống hạ tầng đô thị khác sẽ giúp giảm lượng phát thải carbon, cải thiện các tính chất vi khí hậu của thành phố, từ đó cải thiện sức khỏe con người.

Nhiệt độ

Bầu khí quyển góp phần làm tăng nhiệt độ bề mặt trung bình +33°C (từ –18°C lên +15°C). Sự gia tăng tự nhiên này đưa đến kết quả là khí hậu ổn định trong hơn 10 nghìn năm qua và góp phần vào quá trình tiến hóa của các hệ sinh thái hiện hữu. Hiện nay, khí hậu kém ổn định hơn do tác động của phát thải khí nhà kính (bởi con người gây ra) và những bất thường về nhiệt độ đang diễn ra trên toàn cầu. Nhiệt độ trung bình của Trái đất đã tăng ít nhất 1,1°C (tương đương 1,9°F) kể từ năm 1880 - theo phân tích nhiệt độ hiện tại của các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Vũ trụ Goddard của NASA.

Biến đổi khí hậu trầm trọng hơn do hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, khiến nhiệt độ mùa hè tăng cao hơn trong khoảng thời gian dài hơn. Kim loại, bê tông, nhựa asphan  làm tăng nhiệt độ trung bình ở các thành phố, nhưng hạ tầng xanh và các biện pháp khác có thể cải thiện tình hình khi tạo điều kiện thuận lợi hơn cho con người, thực vật và động vật.

Trong số các biện pháp công nghệ để “bình thường hóa” tác động của đảo nhiệt, đáng chú ý hơn cả là những biện pháp tăng suất phản chiếu (albedo) của môi trường đô thị, mở rộng không gian xanh đô thị và sử dụng các bộ tản nhiệt tự nhiên để tản nhiệt dư thừa. Sự bay hơi của nước là một yếu tố quan trọng đối với hiệu ứng này. Do đó, các bề mặt nước có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong các khu vực đô thị, góp phần tạo vi khí hậu mát mẻ.

Dự án phục hồi khu vực bãi chôn lấp chất thải lớn nhất Moskva - khu công viên sinh thái quốc gia Sarievo ngoại ô Moskva (LB Nga) 

Mái có thể phản xạ (mái nhà mát) và mái nhà xanh (sống) cũng góp phần làm giảm nhiệt độ bề mặt và do đó làm giảm dòng nhiệt tương ứng trong bầu khí quyển. Mái nhà mát thường được các kiến ​​trúc sư, nhà thiết kế và kỹ sư quan tâm hơn, còn mái xanh mặc định thuộc về các công nghệ cảnh quan. Các ưu điểm cụ thể về năng lượng phụ thuộc vào khí hậu địa phương, thiết kế mái xanh và quan trọng hơn là các đặc điểm cụ thể của tòa nhà. Mái nhà xanh đang dần trở thành tiêu chuẩn. Ví dụ điển hình là quận mới được hồi sinh Neuhausen dọc tuyến đường sắt trung tâm Munich (Đức), với hầu hết mái của các tòa nhà và công trình được phủ xanh, trong đó có nhà ở xã hội, các trường học, gara...Nhờ đó, vi khí hậu tiện nghi và hiệu quả năng lượng cao của các tòa nhà được đảm bảo. Ngoài ra, kiến ​​trúc ở một mức độ nhất định trở thành một phần của hạ tầng xanh trong thành phố.

Một ví dụ khác về cách áp dụng các công nghệ để giảm hiệu ứng đảo nhiệt trong môi trường đô thị hiện đại là dự án tái thiết Quảng trường Cộng hòa, Paris (Pháp). Bề mặt đất được ốp gạch phản quang để hạn chế tối đa việc hấp thu ánh sáng mặt trời. Những cây xanh trồng mới và cây hiện có tạo bóng râm vào mùa hè và duy trì hiệu ứng làm mát. Thảm thực vật cũng hoạt động như một máy lọc không khí, tối ưu hóa chất lượng không khí. Sự lưu thông không khí giúp nâng cao hơn nữa tính tiện nghi. Các yếu tố nước như đài phun nước bảo đảm làm mát bổ sung nhờ bay hơi và tạo âm thanh dễ chịu (tiếng nước phun nhẹ rì rào) cho mọi người khi đến đây. Vào mùa đông, cây trụi lá để mặt trời chiếu xuống mặt đất, khiến không gian ấm áp ngập tràn ánh nắng.

Chống bão, lụt

Để chứng minh khả năng bảo vệ của hạ tầng xanh khỏi tác động tàn phá của bão, mực nước biển dâng cao, có thể lấy ví dụ cụ thể từ hai thành phố New Orleans (Mỹ) và Rotterdam (Hà Lan).

`           Cho tới trước năm 1930, New Orleans được bảo vệ khỏi những cơn bão tàn khốc và bão nhiệt đới bởi các đầm lầy rừng rộng lớn và các vùng đất ngập nước. Lũ lụt tràn vào đất liền nhờ gió mạnh sẽ suy yếu khi đi qua vùng đất ngập nước. Việc giảm độ cao mực nước dâng (do mưa bão) thay đổi bởi những khác biệt về đặc điểm bão, tuyến đường và đặc điểm vùng đất ngập nước. Theo một đánh giá rất thận trọng, năm dặm (xấp xỉ 8 km) vùng đất ngập nước có thể giảm cao độ nước lũ (do bão) một foot (khoảng 0,3 m). Khoảng cách ngắn nhất từ ​​New Orleans đến Vịnh Mexico xấp xỉ 30 dặm (khoảng 48,3 km), nghĩa là vùng đệm đất ngập nước có thể giảm 6 foot (gần 1,8 m) mực nước dâng do bão. Tuy nhiên, kể từ năm 1930, hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí, xây dựng đập, kênh thoát nước đã khiến loại cảnh quan này bị thu nhỏ đáng kể ở Louisiana; mực nước biển dâng khiến tình hình ngày càng nghiêm trọng hơn. Những vùng đất khô cằn trước các nhu cầu đô thị và nông nghiệp, những đầm lầy nước mặn biến thành vịnh nước biển, những vùng đất ngập nước ngọt còn lại bị tàn phá.

Năm 2005, trận bão Katrina đã tàn phá hệ thống kè đập ở New Orleans, gây thảm họa xây dựng tồi tệ nhất trong lịch sử nước Mỹ và là một trong những thảm họa thiên nhiên khủng khiếp nhất của quốc gia này. Tất cả các biện pháp kỹ thuật để chống lũ (đập, tường bảo vệ, bơm tiêu thoát nước) đều không thành công. Khoảng 1800 dặm vuông (xấp xỉ 4662 km2) khu vực đất ngập nước có từ những năm 1930 bị mất, hậu quả là 80% thành phố ngập nước;1.500 người thiệt mạng; gần 1 triệu người buộc phải bỏ nhà cửa lánh nạn.

Quá trình phục hồi các khu vực đất ngập nước rất phức tạp, bởi có nhiều yếu tố ảnh hưởng (thiệt hại do các loài xâm lấn; vùng chết về mặt sinh học...). Ở thời điểm hiện tại, New Orleans đang bắt tay khôi phục Tam giác vàng ở Đồng bằng sông Mississippi để tăng tính bền vững trước lũ lụt, bão và mực nước biển dâng cao do ấm lên toàn cầu.

Kinh nghiệm của châu Âu phần nào khác với kinh nghiệm của Mỹ. Mối quan hệ giữa các nhà quản lý đô thị và các nhà nghiên cứu được thiết lập tốt hơn nhiều. Hà Lan từ lâu đã tham gia quá trình chuyển đổi toàn cầu về cảnh quan lãnh thổ của mình, được thúc đẩy hơn bởi các đặc điểm về địa lý và nhu cầu tăng diện tích sử dụng. Cách tiếp cận này đang được tích cực chuyển theo hướng trọng tâm sinh học, hình thành các môi trường sống thứ cấp (ví dụ: việc phục hồi khu vực từng là bãi chôn lấp chất thải độc hại Volgermeerpolder trước đây, gần Thủ đô Amsterdam, thành khu bảo tồn thiên nhiên), và nâng cao tầm quan trọng của hạ tầng xanh.

Năm 2014, một loạt nghiên cứu theo chủ đề "Chuyển hóa đô thị" đã được trình bày tại Rotterdam Biennale. Các Văn phòng kiến trúc Field Operations (Mỹ) và FABRICations (Hà Lan) đã nghiên cứu ý tưởng phát triển của Rotterdam, có tính đến các ý tưởng sinh học của chủ nghĩa chuyển hóa. Bùn thải tới nay vẫn được coi là chất thải cản trở các hoạt động của bến cảng Rotterdam; mỗi năm từ cảng nạo vét tới 20 triệu mét khối bùn thải. Ý tưởng là những lợi ích có thể đạt được từ việc sử dụng bùn này để bồi lắng một phần đường bờ biển. Việc bồi đắp các ụ tàu cũ sẽ góp phần làm sạch nước, hình thành các quần thể sinh vật và công viên sinh thái địa phương - những thiết chế có giá trị, có chức năng nghỉ ngơi giải trí. Bùn lấy từ cảng cũng có thể được sử dụng tại chỗ để “mềm hóa” các bờ dốc của những đê kè hiện có và được sử dụng để nuôi sò và một số hình thức canh tác khác. Ngoài ra, trước tình trạng mực nước biển dâng cao, việc “đẩy” ranh giới của biển ra xa thành phố sẽ giúp tăng khả năng chống chịu và phục hồi của thành phố.

Dịch vụ hệ sinh thái cung cấp

Dịch vụ cung cấp là các tài nguyên, thực phẩm, không khí sạch, nước sạch mà con người trực tiếp nhận được từ thiên nhiên. Về vấn đề này, thành phố vẫn thua các cánh rừng hoang sơ, các lãnh thổ nông nghiệp. Tuy nhiên, hạ tầng xanh sẽ mang lại những lợi ích đáng kể cho hệ sinh thái nhờ làm sạch không khí, nước và giảm mức tiêu thụ điện. Có thể lấy một số ví dụ như sau:

Năng lượng

Các công nghệ xanh cho phép tiết kiệm năng lượng. Nhiệt độ đô thị cao hơn do những bất thường về nhiệt khiến mức tiêu thụ năng lượng để làm mát và mức tiêu thụ điện giờ cao điểm tăng cao. Một số nghiên cứu cho thấy ở Mỹ, tại các thành phố 100.000 dân, nhiệt độ cứ tăng 1°F sẽ làm tăng phụ tải đỉnh trên lưới điện khoảng 1-2%. Đảo nhiệt ở Athens (Hy Lạp) tăng gấp đôi mức tải làm mát của các tòa nhà và tăng gần gấp ba mức tiêu thụ điện cao điểm, đồng thời giảm hệ số có ích của các hệ thống làm mát cơ tới 25%. Trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng, mái nhà xanh được coi là một trong những giải pháp kinh tế mà lại hiệu quả nhất.

Ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi có mật độ các tòa nhà cao tầng dày đặc, hình thành các “hẻm núi đô thị”

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện đối với các loại tòa nhà khác nhau đều cho thấy: mái nhà xanh cộng và đặc điểm khí hậu của khu vực giúp giảm nhu cầu năng lượng hàng năm, từ 1% đến 40%. Trên thực tế, trong các tòa nhà hiện đại được cách nhiệt tốt, mái nhà xanh chỉ đóng góp khiêm tốn trong vấn đề tiết kiệm năng lượng.

Làm sạch không khí

Vai trò của thực vật trong việc điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và thu hồi CO2 đã được đề cập ở trên. Ngoài ra, thực vật cũng hấp thụ NO2 và SO2 qua bề mặt lá và giữ lại các phần tử cứng sau đó bị nước mưa rửa trôi. Ô nhiễm đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi mật độ các tòa nhà cao tầng dày đặc, hình thành các “hẻm núi đô thị” nơi các chất gây ô nhiễm tích tụ lại. Những “hẻm núi” này - về nguyên tắc - sẽ là nơi môi trường đô thị ô nhiễm mạnh do khí thải từ các phương tiện giao thông và việc phân tán khó khăn. Kích thước của “hẻm núi” hình thành trên đường phố đô thị thường được mô tả theo tỷ lệ H/W, trong đó H là chiều cao, W là chiều rộng . Theo đó, các hẻm núi đường phố được coi là không sâu nếu H/W ≤ 0,5; có độ sâu trung bình nếu 0,5 < H/W < 2; sâu nếu H/W ≥ 2.

Ảnh hưởng của hạ tầng xanh (cây cối, hàng rào xanh, mái nhà xanh, tường xanh...) đối với chất lượng không khí trong các “hẻm núi” đường phố phụ thuộc vào tỷ lệ H/W, điều kiện khí hậu và đặc tính của hệ thực vật. Hạ tầng xanh thiếu phù hợp có thể đưa đến việc tích tụ các chất gây ô nhiễm do giảm trao đổi không khí giữa không khí bên trên và bên trong các hẻm núi đường phố.

Hầu hết các nghiên cứu trước đây về tác động của hạ tầng xanh đối với chất lượng không khí trong các “hẻm núi” đường phố đều tập trung vào cây cối và/hoặc hàng rào xanh. Cây xanh thường làm suy giảm chất lượng không khí trong các “hẻm núi” đường phố. Cây xanh chỉ được khuyến nghị trong những “hẻm núi” không sâu, và cần chọn những loài cây có tán xuyên sáng, trồng cách nhau một khoảng cách lớn.

Những bức tường xanh thanh lọc rất hiệu quả các chất ô nhiễm từ các nguồn phát thải quanh đó. Việc cải thiện chất lượng không khí nhờ các tường xanh diễn ra thông qua sự lắng đọng các chất ô nhiễm trên bề mặt của lá cây. Các tường xanh hiệu quả hơn trong việc loại bỏ bụi mịn và siêu phân tán so với các chất ô nhiễm dạng khí. Mức giảm nồng độ chất ô nhiễm trong các “hẻm núi” đường phố nhờ các tường xanh phụ thuộc vào tốc độ gió, hình dạng hình học của “hẻm núi” và tỷ lệ phủ xanh các bức tường  trong “hẻm núi”.

 Mái xanh, vườn theo phương thẳng đứng là những biện pháp hữu hiệu góp phần cải thiện môi trường đô thị, kiến tạo thành phố bền vững

“Màn” xanh là một phương án bảo vệ hiệu quả khi không gian trồng cây bị hạn chế. Đã có nhiều nghiên cứu về tác dụng của màn xanh. Các nghiên cứu gần đây nhất đã chỉ ra hàm lượng bụi mịn PM10 giảm tới 60% và NO2 giảm 53% sau các màn xanh.

Dịch vụ sinh thái văn hóa

Không giống như một số dịch vụ điều tiết hoặc cung cấp, các dịch vụ văn hóa không được đánh giá theo các chỉ số cụ thể như năng suất, sinh khối hoặc khả năng hấp thụ carbon. Đánh giá giá trị của hạ tầng xanh đối với việc cung cấp các dịch vụ văn hóa đòi hỏi nhiều chỉ số hơn so với đánh giá các không gian nghỉ ngơi thư giãn sẵn có, đặc biệt khi liên quan tới hệ sinh thái đô thị. Điều quan trọng là hiểu rõ ngữ cảnh không gian, thời gian, môi trường và xã hội.

Sức khỏe và nghỉ dưỡng

Chất lượng đô thị ngày càng được nhìn nhận như một yếu tố có lợi cho sức khỏe và hạnh phúc của con người. Các kết quả nghiên cứu trong vài thập kỷ gần đây đã dần làm rõ hơn mối tương quan tích cực giữa số lượng cây xanh trong môi trường sống của người dân và cảm nhận của họ về tình trạng sức khỏe nói chung. Việc tiếp cận hàng ngày với không gian xanh tại chỗ, an toàn và chất lượng sẽ góp phần nâng cao mức hoạt động thể chất của người dân và cũng rất tốt cho sức khỏe tinh thần. Hạ tầng xanh có thể tạo khả năng tuyệt vời cho hoạt động thể chất. Khi cảnh quan là động lực cho hoạt động thể chất sẽ mang lại những lợi ích rất giá trị cho từng cá nhân. Giá trị kinh tế của hoạt động thể chất là rất cao. Chẳng hạn tại Anh, chi phí hàng năm cho lối sống ít vận động tới hơn 8 tỷ bảng Anh.

Giáo dục

Kinh nghiệm tương tác với thiên nhiên của cư dân thành phố có thể sẽ hiệu quả hơn nếu thiên nhiên hiện diện gần nơi làm việc, nơi ở và nơi giải trí của mỗi người. Ở đây có thể tận hưởng hàng ngày, phục hồi và thậm chí tìm hiểu về môi trường tự nhiên và các loài động thực vật bản địa. Nhiều thành phố trên thế giới đưa ra những chương trình giáo dục môi trường nhờ hạ tầng xanh. Thành phố Austin (bang Texas, Mỹ) được hưởng lợi từ cuộc di cư của 1,5 triệu con dơi Brazil (tadarida brasiliensis), hàng năm thu hút hơn 100 nghìn khách đến tham quan, tìm hiểu, qua đó phát triển cả du lịch địa phương.

Nhóm môi trường địa phương cung cấp tài liệu và chương trình về hệ sinh thái của loài dơi và những lợi ích mà chúng mang lại cho con người. Hình thức giáo dục về môi trường của Austin cũng có tại nhiều quốc gia khác. Người dân có thể tham gia vào các dự án khoa học để thu thập dữ liệu về sự hiện diện của các loài chim và sự phong phú đa dạng các loài. Hoạt động quan sát chim tại các công viên ở Moskva (Liên bang Nga) cho phép các tình nguyện viên sau khi dự khóa học để nhận diện các loài chim có thể tham gia các chương trình giám sát chim muông và hỗ trợ các nhà khoa học trong các chuyến thám hiểm.

Kết luận

Mối liên hệ giữa các khái niệm hạ tầng xanh và dịch vụ hệ sinh thái dường như được thể hiện một cách hài hòa trong nỗ lực hướng tới sự thống nhất chuyên môn trong quy hoạch cảnh quan đô thị và tìm kiếm sự tương tác hài hòa đầy sinh lực giữa thành phố và tự nhiên.

Hạ tầng xanh cần được ưu tiên trong quy hoạch đô thị nhằm ngay từ đầu thiết lập sự kết nối giữa các yếu tố, sử dụng và bảo vệ các hệ sinh thái hiện có, đánh giá các cơ hội về mặt nghệ thuật - thẩm mỹ... Điều này sẽ cho phép nhận được những dịch vụ hệ sinh thái chất lượng, đồng thời gìn giữ thái độ trân trọng cảnh quan đô thị. Kết quả là hạ tầng xanh sẽ trở thành một trong những yếu tố cấu thành một thành phố bền vững, có khả năng chống chịu.

            Tạp chí Architecture & Modern Information Technologies, tháng 3/2023

ND: Lệ Minh