Mưa cực đoan là gì và vì sao đô thị ngày càng dễ ngập?

Có những trận mưa kéo dài cả ngày nhưng đường phố vẫn tiêu thoát tương đối ổn định. Ngược lại, chỉ một trận mưa rất mạnh trong khoảng thời gian ngắn cũng có thể khiến nước dâng nhanh tại nhiều tuyến đường, hầm chui và khu vực thấp. Sự khác biệt không chỉ nằm ở tổng lượng mưa, mà còn nằm ở việc nước rơi xuống nhanh đến mức nào và hệ thống đô thị có đủ khả năng tiếp nhận lượng nước đó hay không. Đây cũng là lý do khái niệm “mưa cực đoan” ngày càng được nhắc đến khi nói về ngập đô thị. Tuy nhiên, mưa cực đoan không đơn giản là một trận “mưa rất to” và cũng không có một ngưỡng lượng mưa cố định có thể áp dụng cho mọi khu vực. 

Mưa cực đoan là gì?

Mưa cực đoan là sự kiện mưa có cường độ hoặc tổng lượng rất lớn, thuộc nhóm hiếm gặp so với điều kiện khí hậu thông thường tại một địa điểm và thời điểm nhất định.

Điểm quan trọng nằm ở cụm từ “so với điều kiện thông thường”. Một lượng mưa có thể thường xuyên xuất hiện tại khu vực khí hậu ẩm nhưng lại được xem là rất bất thường ở một nơi vốn ít mưa. Vì vậy, mức độ cực đoan thường được đánh giá dựa trên dữ liệu quan trắc trong thời gian dài thay vì chỉ nhìn vào một con số mm riêng lẻ.

Trong khí hậu học, các sự kiện cực đoan thường nằm ở phần rất cao của phân bố dữ liệu lịch sử, chẳng hạn từ khoảng percentile 90 đến 99 tùy cách đánh giá và mục đích nghiên cứu. WMO cũng lưu ý đặc điểm của một sự kiện thời tiết cực đoan có thể khác nhau đáng kể giữa các địa điểm.

Có thể hiểu ngắn gọn: Mưa cực đoan = một trận mưa đặc biệt lớn hoặc hiếm so với những gì khu vực đó thường trải qua.

Bao nhiêu mm thì được gọi là mưa cực đoan?

Không có một con số duy nhất để trả lời câu hỏi này. Một trận mưa có được xem là cực đoan hay không còn phụ thuộc vào:

• Địa điểm xảy ra mưa.
• Mùa trong năm.
• Tổng lượng mưa.
• Khoảng thời gian lượng mưa đó rơi xuống.
• Dữ liệu khí hậu lịch sử của khu vực.
• Tần suất xuất hiện của những trận mưa tương tự.

Ví dụ, một số phương pháp nghiên cứu sử dụng nhóm 1% sự kiện có lượng mưa lớn nhất trong chuỗi quan trắc để xác định mưa cực đoan. Đây là phương pháp thống kê chứ không phải một ngưỡng chung cho tất cả các quốc gia. Do đó, không nên hiểu đơn giản: “Trên 100 mm là mưa cực đoan.” Con số 100 mm chỉ có ý nghĩa khi đi kèm khoảng thời gian và bối cảnh cụ thể.

100 mm trong 1 giờ khác gì 100 mm trong 24 giờ?

Đây là ví dụ dễ thấy nhất về lý do chỉ nhìn tổng lượng mưa là chưa đủ.

Trường hợp 1: 100 mm mưa phân bố trong 24 giờ.

Trung bình mỗi giờ lượng nước đổ xuống tương đối thấp hơn và hệ thống có nhiều thời gian hơn để thu và tiêu nước.

Trường hợp 2: 100 mm mưa tập trung trong 1 giờ.

Một lượng nước tương đương phải được hệ thống tiếp nhận trong khoảng thời gian ngắn hơn rất nhiều. Áp lực lên cửa thu, cống, hồ điều hòa và các công trình tiêu nước vì vậy tăng mạnh. Hai trận mưa có cùng tổng lượng nhưng tác động tới đô thị có thể hoàn toàn khác nhau.

Cường độ mưa và tổng lượng mưa khác nhau ra sao?

Đây là hai khái niệm thường bị nhầm lẫn.

Tổng lượng mưa

Cho biết tổng chiều cao lớp nước mưa thu được trong một khoảng thời gian. Ví dụ: 150 mm trong một ngày. Con số này giúp đánh giá tổng lượng nước đã đổ xuống khu vực.

Cường độ mưa

Cho biết lượng nước rơi xuống nhanh đến mức nào. Thường được biểu thị bằng: mm/giờ.

Ví dụ: 60 mm trong một giờ.

Cường độ đặc biệt quan trọng đối với ngập đô thị bởi hệ thống thoát nước phải xử lý nước theo lưu lượng trong từng khoảng thời gian chứ không chỉ theo tổng lượng cuối ngày.

Có thể hình dung: Mưa cùng tổng lượng → trận kéo dài nhiều giờ: nước được phân bổ theo thời gian → trận tập trung rất ngắn: nước dồn vào hệ thống cùng lúc.

Vì vậy, một trận mưa ngắn nhưng cường độ rất lớn đôi khi gây ngập nhanh hơn một trận mưa kéo dài có tổng lượng cao hơn.

Mưa cực đoan khác mưa lớn thông thường thế nào?

Tiêu chí	Mưa lớn	Mưa cực đoan
Bản chất	Trận mưa có lượng hoặc cường độ lớn	Sự kiện đặc biệt lớn hoặc hiếm so với khí hậu địa phương
Có ngưỡng duy nhất không?	Có thể được phân cấp trong nghiệp vụ khí tượng	Không có một ngưỡng toàn cầu duy nhất
Tính hiếm	Không nhất thiết hiếm	Thường thuộc phần cực trị của chuỗi quan trắc
Yếu tố đánh giá	Chủ yếu lượng và cường độ mưa	Lượng mưa, thời gian, địa điểm, mùa và lịch sử khí hậu
Khả năng tác động	Có thể gây ngập	Có nguy cơ vượt khả năng thiết kế của hạ tầng cao hơn

Như vậy, “mưa lớn” mô tả độ lớn của trận mưa, còn “mưa cực đoan” đặt trận mưa đó trong bối cảnh khí hậu và mức độ hiếm của sự kiện. Hai khái niệm có thể trùng nhau trong nhiều trường hợp nhưng không hoàn toàn đồng nghĩa.

Vì sao mưa cực đoan khiến đô thị đặc biệt dễ ngập?

Một trận mưa cực đoan không tự động đồng nghĩa với ngập. Tuy nhiên, đặc điểm của đô thị khiến lượng nước lớn trong thời gian ngắn dễ tạo áp lực lên hệ thống hơn.

Nước đến hệ thống thoát nước quá nhanh

Đặc điểm nguy hiểm của một trận mưa cường độ cao là tốc độ đưa nước vào lưu vực.

Khi mưa tăng đột ngột:

Mặt đường nhận nước → nước tập trung vào cửa thu → cống tiếp nhận → các tuyến dẫn bắt đầu tăng lưu lượng.

Nếu lượng nước được tạo ra mỗi phút lớn hơn lượng hệ thống có thể chuyển đi, phần chênh lệch bắt đầu tích lại trên bề mặt.

Vì vậy có thể xảy ra tình trạng: Cống vẫn đang thoát nước nhưng đường vẫn ngập. Hệ thống không nhất thiết ngừng hoạt động; nó chỉ đang tiếp nhận lượng nước lớn hơn khả năng xử lý tại thời điểm đó.

Bề mặt đô thị làm giảm khả năng giữ nước tự nhiên

Một khu vực có nhiều đất, cây xanh và bề mặt tự nhiên có thể giữ lại một phần nước mưa thông qua:

• Thấm xuống đất.
• Giữ trên thảm thực vật.
• Tích tại các vùng trũng nhỏ.
• Chảy chậm trên bề mặt.

Trong thành phố, phần lớn diện tích được thay bằng:

• Đường nhựa.
• Mái nhà.
• Sân bê tông.
• Bãi đỗ xe.
• Công trình xây dựng.

Những bề mặt này hấp thụ ít nước hơn. Kết quả là một tỷ lệ lớn lượng mưa nhanh chóng trở thành dòng chảy mặt và cùng tập trung vào hệ thống thoát nước.

EPA cũng lưu ý mưa lớn đặc biệt dễ gây ngập tại đô thị bởi công trình và mặt đường không hấp thụ nước giống như các bề mặt tự nhiên.

Hệ thống cống luôn có giới hạn lưu lượng

Không có hệ thống thoát nước nào có khả năng xử lý vô hạn. Cống được thiết kế theo một mức lưu lượng nhất định.

Nếu trong trận mưa: Lưu lượng nước tới > khả năng tiếp nhận của cống thì lượng nước dư phải tạm thời nằm ở nơi khác.

Trong đô thị, “nơi khác” thường chính là:

• Mặt đường.
• Nút giao.
• Hầm chui.
• Khu vực thấp.
• Sân và tầng hầm công trình.

Đây là lý do tăng kích thước cống có thể giúp cải thiện năng lực thoát nước nhưng không phải lúc nào cũng giải quyết hoàn toàn nguy cơ ngập khi gặp một sự kiện vượt xa điều kiện thiết kế.

Hồ điều hòa cũng có giới hạn dung tích

Hồ điều hòa giúp giảm áp lực cho hệ thống bằng cách giữ tạm một phần nước.

• Ở đầu trận mưa: Hồ còn dung tích lớn.
• Sau một thời gian: Nước tiếp tục đi vào → mực nước hồ tăng.
• Nếu mưa kéo dài và: Lượng nước vào > lượng nước tiêu ra

thì dung tích dự phòng của hồ sẽ giảm dần. Đến một thời điểm, khả năng tiếp nhận thêm nước cũng thấp hơn. Do đó, hồ điều hòa không phải là một “bể vô hạn” có thể giải quyết mọi trận mưa. Hiệu quả của hồ phải được xem cùng tuyến dẫn, trạm bơm và nguồn tiêu phía sau.

Nguồn tiêu phía sau có thể cùng chịu áp lực

Nước sau khi đi xuống cống vẫn phải tiếp tục hành trình. Thông thường: Cống → kênh/mương → hồ → công trình tiêu nước → nguồn tiếp nhận. Nếu phía cuối chuỗi đang ở mực nước cao, khả năng tiêu nước phía trước sẽ giảm.

Ví dụ:

• Kênh đã chứa nhiều nước.
• Hồ ở mức cao.
• Sông nhận nước đang dâng.
• Công trình bơm đang phải hoạt động với tải lớn.

Khi nhiều mắt xích cùng chịu áp lực, tốc độ rút nước trên mặt đường sẽ chậm hơn. Đó là lý do một trận mưa cực đoan cần được đánh giá theo toàn bộ lưu vực chứ không chỉ nhìn vào một tuyến cống riêng.

Vì sao cùng một trận mưa, có nơi ngập sâu nhưng nơi khác không?

Hai khu vực cách nhau không xa vẫn có thể phản ứng rất khác trước cùng một đợt mưa.

Cao độ địa hình

Nước luôn có xu hướng tập trung về vị trí thấp. Một nút giao hoặc tuyến đường thấp có thể tiếp nhận nước từ nhiều khu vực xung quanh nên ngập nhanh hơn.

Mức độ bê tông hóa

Khu vực càng ít bề mặt thấm, lượng nước trở thành dòng chảy mặt càng lớn.

Dung tích trữ nước

Hồ, bể điều tiết và các không gian lưu trữ giúp trì hoãn thời điểm nước dồn vào cống. Một khu vực có dung tích đệm tốt có thể phản ứng khác hẳn khu vực gần như không có nơi giữ nước.

Năng lực hệ thống thoát nước

Khả năng của cửa thu, cống, tuyến dẫn và công trình tiêu nước ở từng lưu vực không giống nhau.

Điều kiện trước khi trận mưa bắt đầu

Đây là yếu tố thường bị bỏ qua.

Một trận mưa xảy ra khi:

• Hồ đang ở mực thấp.
• Sông còn khả năng tiếp nhận.
• Đất chưa bão hòa nước.

sẽ khác với cùng trận mưa xảy ra sau nhiều ngày mưa liên tục. Nếu trước trận mưa mới: hồ đã cao + đất đã no nước + nguồn tiêu đang cao thì khả năng chống chịu của hệ thống thấp hơn đáng kể.

Mưa cực đoan có ngày càng phổ biến không?

Không nên lấy một trận mưa riêng lẻ và kết luận trực tiếp rằng biến đổi khí hậu là nguyên nhân duy nhất.

Thời tiết tại một thời điểm cụ thể còn chịu ảnh hưởng của nhiều hệ thống khí tượng và dao động tự nhiên.

Tuy nhiên, xét trên quy mô khí hậu, một bầu khí quyển ấm hơn có khả năng chứa nhiều hơi nước hơn, tạo điều kiện để các sự kiện mưa lớn trở nên mạnh hơn tại nhiều khu vực.

IPCC đánh giá cường độ và tần suất mưa lớn đã tăng ở nhiều khu vực có đủ dữ liệu quan trắc. Đối với châu Á, mưa lớn được dự báo tiếp tục mạnh và thường xuyên hơn tại nhiều khu vực khi mức độ nóng lên toàn cầu tăng.

Đối với Nam Á, Đông Nam Á và Đông Á, IPCC cũng đánh giá các sự kiện mưa lớn và mưa cường độ cao có xu hướng gia tăng trong điều kiện khí hậu ấm lên, đồng thời rủi ro ngập đô thị còn bị khuếch đại bởi quá trình đô thị hóa làm giảm khả năng thấm của bề mặt.

Điều đó không có nghĩa mọi trận mưa cực đoan đều do biến đổi khí hậu, mà là môi trường khí hậu đang thay đổi theo hướng có thể tạo điều kiện cho các cực trị mưa mạnh hơn ở nhiều khu vực.

Mưa cực đoan đang tạo áp lực gì cho đô thị?

Các đô thị thường được xây dựng dựa trên những điều kiện thiết kế nhất định. Cống có công suất thiết kế. Hồ có dung tích thiết kế. Trạm bơm có lưu lượng thiết kế.

Khi một trận mưa vượt xa những điều kiện này, toàn bộ hệ thống có thể cùng chịu áp lực.

Một số tác động dễ thấy gồm:

• Nước tập trung nhanh trên đường.
• Cửa thu bị quá tải.
• Cống đầy nhanh.
• Hồ điều hòa tăng mực nước.
• Trạm bơm phải vận hành với tải cao.
• Tầng hầm và công trình thấp có nguy cơ bị nước xâm nhập.
• Giao thông bị gián đoạn.

Mưa cực đoan vì vậy không chỉ là vấn đề khí tượng. Nó còn là bài kiểm tra đối với năng lực chống chịu của hạ tầng đô thị.

Mưa cực đoan có phải lúc nào cũng gây ngập?

Không. Đây là điểm rất quan trọng. Mưa cực đoan là tác nhân tạo ra một lượng nước rất lớn hoặc rất nhanh, nhưng mức độ ngập phụ thuộc vào khả năng của khu vực tiếp nhận lượng nước đó.

Một đô thị có thể giảm tác động nếu:

• Còn nhiều bề mặt thấm.
• Hồ điều hòa có đủ dung tích.
• Tuyến cống có khả năng tiếp nhận tốt.
• Nước được đưa nhanh về công trình đầu mối.
• Công trình bơm có đủ năng lực.
• Nguồn tiêu phía sau còn khả năng tiếp nhận.
• Hệ thống được vận hành chủ động trước mưa.

Ngược lại, cùng một trận mưa có thể gây hậu quả lớn hơn tại khu vực bê tông hóa cao, địa hình thấp hoặc hệ thống thoát nước chưa đồng bộ.

Có thể tóm tắt: Mưa cực đoan là tác nhân. Mức độ ngập là kết quả của tác nhân đó tương tác với khả năng chống chịu của đô thị.

Mưa cực đoan và lũ đô thị liên quan với nhau thế nào?

Mưa cực đoan tạo ra một lượng nước lớn trong thời gian ngắn. Trong đô thị, bề mặt không thấm khiến lượng nước này nhanh chóng trở thành dòng chảy mặt.

Quá trình có thể diễn ra theo chuỗi: Mưa cường độ cao → dòng chảy mặt tăng nhanh→ nước tập trung về vùng thấp → cửa thu và cống chịu tải lớn → khả năng tiêu bị vượt → nước tích tụ và dâng trên bề mặt → hình thành ngập hoặc lũ đô thị.

Mưa cực đoan vì vậy là một trong những tác nhân quan trọng có thể kích hoạt lũ đô thị, nhưng không phải yếu tố duy nhất. Mức độ đô thị hóa, địa hình và năng lực hệ thống thoát nước quyết định rất lớn tới hậu quả cuối cùng.

Đô thị phải thích ứng với mưa cực đoan như thế nào?

Thay vì chỉ cố đưa toàn bộ nước mưa xuống cống nhanh nhất có thể, xu hướng quản lý hiện đại cần xử lý nước theo nhiều tầng.

Tầng 1: Giảm lượng nước trở thành dòng chảy ngay lập tức

Mục tiêu là giữ một phần nước gần nơi mưa xuống.

Các giải pháp gồm:

• Tăng cây xanh.
• Bề mặt thấm nước.
• Vườn mưa.
• Mái xanh.
• Không gian có khả năng giữ và thấm nước.

Nếu một phần nước được giữ ngay tại nguồn, lượng nước cùng lúc đổ về cống sẽ giảm.

Tầng 2: Tăng khả năng lưu trữ nước

Khi lượng mưa vượt khả năng thấm, đô thị cần không gian để giữ nước tạm thời.

Có thể sử dụng:

• Hồ điều hòa.
• Bể điều tiết.
• Bể chứa nước ngầm.
• Các khu vực trữ nước phân tán.

Mục tiêu không phải giữ nước vĩnh viễn mà là kéo dài thời gian trước khi lượng nước đó phải đi qua hệ thống tiêu thoát.

Tầng 3: Tăng năng lực vận hành hệ thống

Phần nước còn lại cần được thu và đưa đi hiệu quả.

Điều này đòi hỏi sự phối hợp của:

• Cửa thu.
• Cống.
• Kênh và mương.
• Trạm bơm.
• Thiết bị kiểm soát rác.
• Hệ thống cảm biến.
• Hệ thống điều khiển và cảnh báo.

Đây cũng là lý do việc thích ứng với mưa cực đoan không thể chỉ dựa vào một giải pháp đơn lẻ như “làm cống lớn hơn”.

Vai trò của giám sát trước một trận mưa cực đoan

Với những trận mưa có khả năng tạo lượng nước lớn trong thời gian ngắn, thời gian phản ứng trở nên đặc biệt quan trọng.

Nếu có dữ liệu sớm về:

• Lượng mưa dự báo.
• Mực nước hồ.
• Mực nước kênh.
• Trạng thái công trình.
• Vị trí có nguy cơ quá tải.

đơn vị vận hành có thể chủ động hơn trong việc chuẩn bị hệ thống.

Ví dụ, tại một số hệ thống có thể cần hạ mực nước hồ trước mưa, kiểm tra tuyến dẫn, vệ sinh khu vực thu rác hoặc chuẩn bị chế độ vận hành của trạm bơm.

Như vậy, bài toán không chỉ nằm ở việc xây thêm công trình mà còn ở khả năng sử dụng công trình hiện có đúng thời điểm.

PENDIN tham gia ở đâu trong bài toán thích ứng với mưa cực đoan?

Ở cấp hệ thống thoát nước và công trình, PENDIN tập trung vào một số nhóm thiết bị hỗ trợ quá trình thu, tiêu và vận hành nước.

Song chắn rác và thiết bị kiểm soát rác

Rác và vật thể lớn có thể làm giảm khả năng dòng nước đi vào tuyến dẫn hoặc ảnh hưởng đến thiết bị phía sau.

Song chắn rác hỗ trợ kiểm soát vật thể trước khi chúng đi sâu vào hệ thống.

Thiết bị trạm bơm

Các trạm bơm tiêu nước ngoài máy bơm còn cần nhiều hạng mục như đường ống, khung bệ, giá đỡ và cấu kiện phụ trợ để phục vụ quá trình vận hành.

Hệ thống giám sát mực nước và điều khiển

Cảm biến kết hợp tủ điều khiển, PLC/HMI giúp theo dõi trạng thái hệ thống và hỗ trợ vận hành thiết bị dựa trên điều kiện thực tế.

Cửa chống ngập ở cấp công trình

Đối với tầng hầm, nhà máy, nhà xưởng hoặc khu vực kỹ thuật thấp hơn bên ngoài, giải pháp ngăn nước tại lối tiếp cận có thể giúp hạn chế nước tràn trực tiếp vào công trình.

Các hạng mục này là một phần của tầng tiêu thoát và bảo vệ công trình. Chúng không thay thế quy hoạch lưu vực, hồ điều hòa hay các giải pháp giảm dòng chảy tại nguồn.

Câu hỏi thường gặp về mưa cực đoan

Mưa cực đoan là gì?

Mưa cực đoan là sự kiện mưa có cường độ hoặc tổng lượng đặc biệt lớn, thuộc nhóm hiếm gặp so với điều kiện khí hậu bình thường tại một khu vực và thời điểm nhất định.

Bao nhiêu mm được gọi là mưa cực đoan?

Không có một ngưỡng mm chung cho mọi nơi. Việc xác định còn phụ thuộc địa điểm, mùa, thời gian mưa và dữ liệu lịch sử của khu vực.

100 mm mưa có phải mưa cực đoan không?

Chưa thể kết luận chỉ từ con số 100 mm. Cần biết 100 mm đó rơi trong bao lâu, tại đâu và mức độ hiếm so với dữ liệu khí hậu địa phương.

Mưa cực đoan khác mưa lớn thế nào?

Mưa lớn mô tả lượng hoặc cường độ mưa cao. Mưa cực đoan nhấn mạnh thêm tính bất thường hoặc hiếm của sự kiện so với điều kiện khí hậu địa phương.

Vì sao mưa cực đoan dễ gây ngập đô thị?

Vì một lượng nước rất lớn có thể tập trung trong thời gian ngắn, trong khi bề mặt đô thị ít thấm và cống, hồ, trạm bơm đều có giới hạn về khả năng tiếp nhận và tiêu nước.

Mưa cực đoan có liên quan đến biến đổi khí hậu không?

Ở quy mô khí hậu, sự ấm lên có thể làm tăng khả năng xảy ra những sự kiện mưa lớn và mạnh hơn tại nhiều khu vực. Tuy nhiên, không nên quy một trận mưa riêng lẻ hoàn toàn cho biến đổi khí hậu nếu chưa có nghiên cứu quy kết cụ thể.

Mưa cực đoan có chắc chắn gây lũ không?

Không. Hậu quả còn phụ thuộc địa hình, mức độ bê tông hóa, khả năng trữ nước, hệ thống thoát nước và trạng thái của lưu vực trước khi mưa xảy ra.

Kết luận

Mưa cực đoan không đơn giản là một trận “mưa rất to”, mà là sự kiện mưa đặc biệt lớn hoặc hiếm khi đặt trong bối cảnh khí hậu của một khu vực. Để hiểu tác động của nó, không thể chỉ nhìn tổng lượng mưa. Một lượng nước rơi trong 1 giờ và cùng lượng đó phân bố trong 24 giờ tạo ra áp lực hoàn toàn khác lên đô thị.