Có một số dạng mương thoát nước. Bài viết này chủ yếu đề cập tới mương mở và sâu (được sử dụng ở những khu vực có nước ngầm gần bề mặt, cũng như tại nơi đất sét hút ẩm không tốt). Mương có giải pháp kết cấu khác nhau: hoặc là những bể thấm cho phép nước thấm trực tiếp vào lòng đất; hoặc là những bể chứa có dòng chảy ra kết nối với hệ thống thoát nước, nơi nước xả vào, hay là chỗ trũng trong đất (gồm cả độ dốc được tăng cường) nhưng không cần thiết bị bổ sung (mương).

Thiết kế mương thoát nước sinh học dạng mở

Mương thoát nước là nơi chứa độ ẩm tự nhiên, trở thành một yếu tố quan trọng của hệ sinh thái thực vật bằng cách giữ lại các bùn cặn lắng. Chính nhờ thuộc tính này, mương là giải pháp tiết kiệm hiệu quả, vì thực vật không cần tưới nước bổ sung và chăm sóc thêm, đồng thời nước được đưa ra khỏi khu vực, được đất hấp thụ; chỉ cần thỉnh thoảng làm sạch lòng mương. Hiện nay, biện pháp này đã phát triển thành mương thoát nước sinh học và vườn mưa. Nước mưa, nước băng tan được coi là nguồn tài nguyên có giá trị, có thể tái tạo và sử dụng hợp lý trong hệ thống quản lý tài nguyên nước trong quá trình cải thiện cảnh quan không gian đô thị. Trong lĩnh vực này, cách tiếp cận về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn của Vương quốc Anh, Hà Lan và Đức rất được chú ý. Tại Anh, SUDS - hệ thống thoát nước đô thị bền vững được xây dựng. Đó là hệ thống thoát nước mưa phi tập trung, bao gồm ao đầm, mương, kênh, mái nhà xanh... rất linh hoạt, có thể tự tổ chức, điều này rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và việc không thể dự báo chính xác tuyệt đối về lượng mưa và triều cường của các sông. Nhiều nghiên cứu về vấn đề này đã trở thành nền tảng để xây dựng các hướng dẫn và khuyến nghị về cải thiện cảnh quan đô thị. Những khu vườn mưa trên thế giới bắt đầu xuất hiện từ khoảng 40 năm trước.

Liên bang Nga cũng rất quan tâm đến lĩnh vực này. Các khuyến nghị về tổ chức mương thoát nước, thoát nước mưa và nước băng tan bằng trọng lực đã được biết đến từ khá lâu; hiện nay nhiều tài liệu trong đó tích hợp các công nghệ mới, vật liệu mới đang và sắp xuất hiện.

Vườn mưa tại thành phố Ekaterinburg 

Đến nay, công nghệ tiêu thoát dòng chảy nước mưa và nước băng tan bằng cách xây mương đang phổ biến trở lại. Điều này được hỗ trợ bởi một số đặc điểm khiến giải pháp trở thành tối ưu: đơn giản trong thi công; dễ sử dụng; tính phù hợp kinh tế; khả năng tạo hình thẩm mỹ; hiệu quả giải quyết nhiệm vụ thoát nước. Theo thời gian, thiết kế của mương thoát nước và hình dáng của nó đã thay đổi. Hình 1 cho thấy giải pháp điển hình, có truyền thống sử dụng tại nhiều khu dân cư ở Nga (không phụ thuộc vào vị thế khu vực, vị trí địa lý và số dân). Đó là một vùng trũng trong đất có độ dốc dọc và có sự kết nối giữa các vùng trũng đó. Trước đây, độ dốc của mương được gia cố bằng cách đầm nén đất và trồng cây, rễ của các cây trồng cũng tạo ra lớp bảo vệ chống sập. Sau đó, các loại lưới đặc biệt bắt đầu được áp dụng với các chất liệu lấp đầy khác nhau (đất, cỏ, đá dăm, ...). Các mương thoát nước thường được trang trí bằng thảm thực vật.

Giải pháp hiện đại để thoát nước mưa còn được gọi là “vườn mưa”, cơ sở của giải pháp này cũng là mương thoát nước, nhưng chú trọng nhiều hơn đến độ tin cậy của kết cấu (bảo vệ khỏi sập đổ và xói mòn), cũng như tính thẩm mỹ tạo hình của công trình.

Vườn mưa tại vùng Sverdlovsk

Đến nay đã ra đời nhiều phương án thiết kế mương thoát nước sinh học có chức năng thu gom, lưu trữ và làm sạch nước mưa, nước băng tan; chức năng giải trí (do bổ sung cho hệ thống không gian xanh trong không gian đô thị; chức năng bảo vệ -vệ sinh (nhờ ngăn chặn/giảm sự xâm nhập của bụi bẩn và tiếng ồn từ lòng đường đến các khu vực khác; chức năng thẩm mỹ (vì tạo không gian để bố trí các loại thực vật ưa ẩm và bất kỳ hình thức trang trí nào; vệ sinh dịch (do duy trì độ ẩm trong không khí cũng như góp phần duy trì cân bằng sinh thái bằng cách đảm bảo đa dạng sinh học, gồm cả các loài côn trùng. Tất cả các chức năng kể trên rất có giá trị trong điều kiện mật độ xây dựng đô thị dày đặc, đồng thời là cách tối ưu hóa các khoản chi từ ngân sách thành phố để giải quyết các vấn đề thoát nước, xanh hóa và tưới tiêu.

Về việc tích trữ nước mưa để tiếp tục sử dụng, Ông Alexey Reteum- Giám đốc “Vườn bào chế thuốc”  của Vườn bách thảo thuộc Đại học tổng hợp quốc gia Moskva nhận xét: nước mưa mềm hơn nhiều so với nước trong đường ống cấp nước của Moskva, bão hòa oxy và không chứa thuốc khử trùng, do đó được sử dụng tích cực để tưới cây, thậm chí cả những loại cây đặc thù trồng trong nhà kính.

Mương thoát nước sinh học, sử dụng lưới vải địa kỹ thuật phổ biến tại các khu vực dân cư ở Nga

Để giải quyết vấn đề ứ đọng nước trong mương (có thể khiến muỗi sản sinh, thối rữa thực vật) và để thu gom nước này nhằm tái sử dụng, thường áp dụng các bể chứa chuyên biệt được kết nối với mương thông qua các đường ống dẫn nước, đi vào khu vực xử lý, lọc (điều kiện bắt buộc đối với môi trường đô thị bị ô nhiễm bởi các loại khí thải), và lưu trữ. Giải pháp này có thể tốn kém để thiết lập toàn hệ thống, nhưng sẽ giúp giải quyết nhiều vấn đề, tăng mức tiện nghi của môi trường đô thị.

Vườn mưa trong điều kiện thành phố Ekaterinburg và vùng Sverdlovsk

Kết cấu mương và cây trồng được sử dụng trong thiết kế phải tính đến các đặc điểm khu vực. Vùng Sverdlovsk và thành phố Ekaterinburg đặc trưng bởi nhiệt độ thấp và chênh lệch nhiệt độ rất lớn; gió giật lạnh; ánh nắng chói chang có thể khiến cây trồng khô hạn; phổ biến nhất là đất sét và đá mùn nặng, đất đen. Nắm rõ các đặc điểm này sẽ có thể có các lựa chọn tối ưu về vật liệu và kết cấu, thực vật để thiết lập các mương thoát nước.

 Cơ sở cho kết cấu các mương thường là đất được đầm nén cục bộ, được gia cố bằng cỏ và các loại thực vật khác. Hiện nay, việc gia cố sườn dốc có thể được thực hiện bằng cách sử dụng đá, các vật liệu polymer (lưới địa kỹ thuật) lấp đầy bởi các vật liệu rời, cỏ. Hệ thống cũng có thể được bổ sung bằng các loại đất đặc biệt và hệ thống chuyên dụng thoát nước và tích tụ nước. Ví dụ, sử dụng than bùn rất hợp lý vì than bùn sẽ giúp vườn mưa duy trì bề ngoài lâu hơn, tăng sức sống cho thực vật khi nhiệt độ ngoài trời thấp, gần bằng 0, hoạt động như một cái phích giữ nhiệt trong đất. Việc sử dụng than bùn và zeolit với thuộc tính hấp phụ và trao đổi ion khi chất tải mương (lấp đầy mương bằng một lớp dày 0,5–1 m), đã được thử nghiệm và cho kết quả tốt.

Để thoát nước và tích nước, toàn bộ hệ thống thiết bị được sử dụng: đường ống thoát nước đục lỗ với nhiều vật liệu lọc khác nhau; đường ống đục lỗ một phần; máy bơm tiêu thoát nước; giếng thoát nước, giếng mưa; cửa nước mưa, bẫy cát, máng... và các yếu tố khác nhau cho các thành phần kể trên. Những vật liệu này không hề đắt tiền; tất cả đều có giá phải chăng, được sản xuất trong nước (điều này đặc biệt quan trọng khi Chính phủ Nga đang chủ trương thay thế nhập khẩu), dễ lắp đặt và thay thế nếu cần thiết. Việc lấp đầy bằng vật liệu rời hoặc thực vật sẽ mang lại hiệu quả vì những vật liệu đó bền, không đòi hỏi các quy trình bảo trì phức tạp và tốn kém, đồng thời giữ được bề ngoài thẩm mỹ của các mương trong thời gian dài.

Vườn mưa vừa là giải pháp tiêu úng hiệu quả, vừa là giải pháp cải thiện cảnh quan, tăng tính thẩm mỹ không gian đô thị

Cần nghiên cứu sơ bộ về chủng loại thực vật địa phương đáp ứng các đặc điểm sau: tính bền vững trong điều kiện đất chua và muối xâm nhập vào đất; tính kháng băng tuyết (không thấp hơn 4); sự hiện diện của thân cứng và tán lá có thể chịu được tải trọng gió và va đập nhiều lần; ưa ẩm; khả năng chống côn trùng gây hại. Nói chung đều là những loài thực vật không cần chăm sóc đặc biệt và có sẵn tại địa phương nhờ quá trình phát sinh lâu dài đã thích nghi với môi trường hiện tại.

Một số loài thực vật có thể áp dụng trong vườn mưa trong điều kiện khu vực Tây Bắc Liên bang Nga và do đó cũng có thể được sử dụng trong điều kiện của vùng Sverdlovsk, như: thông, phong,hạt dẻ ngựa, bồ đề, bạch dương, dâu tây, hoa hồng dại, cây họ cúc, cỏ đuôi ngựa...Các loại cây này có tính thẩm mỹ, bình dị và có thể dùng để phủ xanh các khu vực bãi cỏ, bồn hoa và vườn mưa trong không gian đô thị của thành phố Ekaterinburg và các thành phố khác thuộc vùng Sverdlovsk.

Vai trò của mương thoát nước sinh học và vườn mưa trong phát triển bền vững khu vực lãnh thổ

Cần nhìn nhận ý nghĩa quan trọng của mương thoát nước sinh học và vườn mưa trong quá trình cải thiện thực trạng môi trường tại các thành phố.

- Các công trình này hấp thụ dòng nước ô nhiễm do con người tạo ra, hấp thụ các chất ô nhiễm (tích tụ chất ô nhiễm, đưa đến các bộ lọc sạch, đồng thời hấp thụ và xử lý một số loại thực vật và vi sinh...);

- Mương thoát nước sinh học góp phần bảo vệ/gia tăng quần thể thực vật, côn trùng, hình thành đa dạng sinh học và hệ sinh thái (ở cấp độ vi mô);

- Ngăn ngừa ngập lụt ở các khu vực đô thị, góp phần gìn giữ vệ sinh môi trường, ngăn chặn sự lây lan của nấm mốc, thực vật thối rữa...;

- Hỗ trợ mức độ ẩm cần thiết của không khí và đất;

- Là nguồn cung cấp nước cho chim và động vật sinh tồn trong thành phố;

- Tăng tính thẩm mỹ cho không gian đô thị.

Lựa chọn đúng kích thước, cấu hình và vật liệu để lấp đầy vườn mưa và mương thoát nước sinh học có thể tạo khả năng tự tổ chức cho các công trình này, hệ thống có thể tự hoạt động (không cần sự can thiệp từ bên ngoài) và duy trì tình trạng bình thường. mức độ (không cần các biện pháp sửa chữa, cải tạo, xây dựng lại trong thời gian dài hoặc hạn chế tối đa những can thiệp đó).

Trong tình hình kinh tế hiện nay, điều quan trọng là cần nâng cao hiệu quả các giải pháp cải thiện cảnh quan đô thị, tạo điều kiện để các công trình hạng mục hoạt động bền vững mà không cần đầu tư bổ sung (hiệu quả kinh tế); tính đa chức năng của các công trình này, độ an toàn, tính thẩm mỹ (hiệu quả vận hành); tích hợp các công trình “xanh” mới vào hệ sinh thái hiện có và khả năng tự tổ chức của hệ thống, làm rõ và sử dụng các cơ chế tự phát triển của hệ thống (hiệu quả môi trường).

Các mương thoát nước sinh học và vườn mưa là sự bổ sung hiệu quả cho hệ thống thoát nước đô thị, dễ vận hành hơn và ít đòi hỏi chi phí lắp đặt, bảo trì hơn so với cống thoát nước mưa. Ngoài ra, đây còn là yếu tố không thể thiếu trong khung xanh đô thị nhằm gìn giữ và duy trì cân bằng sinh thái, đồng thời có tính thẩm mỹ đáng để chiêm ngưỡng vào mùa ấm trong năm. Nói cách khác, đây là một trong những cách rất đơn giản và hiệu quả để cải thiện cảnh quan môi trường đô thị, việc sử dụng biện pháp này hoàn toàn thân thiện môi trường và phù hợp các nguyên tắc của nền kinh tế xanh. Chính vì thế, mương thoát nước sinh học cần được tích cực đưa vào thiết kế, xây dựng hiện đại, có sử dụng thành tựu khoa học công nghệ.

PGS.TS.Vichiuk  E.Y., khoa Thiết kế kiến trúc, ĐH Kiến trúc - Nghệ thuật quốc gia Ural

Bản tin các trường Đại học Nga tháng 9/2022

ND: Lệ Minh