Biến đổi khí hậu và rà soát lại một số quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế

I. Giới thiệu chung

Theo kết quả nghiên cứu và dự báo của Ủy ban liên chính phủ về BĐKH thì Việt Nam là một trong năm quốc gia chịu hậu quả nặng nề nhất của BĐKH và nước biển dâng cao (UNIPCC – Liên hợp quốc).

Thủ tướng chính phủ đã ban hành Quyết định số 158/2008/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 về thành lập chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó BĐKH. Tháng 6 năm 2009 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố kịch bản BĐKH. Theo kịch bản, BĐKH có ảnh hưởng lớn đến các công trình hạ tầng kỹ thuật nói chung và hạ tầng kỹ thuật GTVT nói riêng. Dưới đây sẽ phân tích chi tiết về ảnh hưởng của BĐKH đối với hạ tầng kỹ thuật GTVT và từ đó đưa ra một số nội dung cần bổ sung, chỉnh sửa trong các Tiêu chuẩn thiết kế.

II. Ảnh hưởng của BĐKH đến hệ thống hạ tầng kỹ thuật GTVT nói chung và giao thông đô thị nói riêng

1. Nhiệt độ không khí thay đổi

Theo kết quả dự báo, đến cuối thể kỷ XXI nhiệt độ không khí ở Việt Nam tăng nhanh: Tây Bắc tăng 2,6⁰; Đông Bắc: 2,5⁰; đồng bằng Bắc Bộ: 2,4⁰; Bắc Trung Bộ: 2,6⁰; Nam Bộ: 1,9⁰; Tây Nguyên: 1,6⁰ so với thời kỳ 1980-1989. Theo  Bộ Tài nguyên và Môi trường, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam trong 50 năm qua tăng 0,7⁰C.

Nhiệt độ thay đổi ở Việt Nam có thể thay đổi tập trung vào một vùng địa lý bất kỳ và vào các thời điểm bất kỳ trong năm không theo quy luật thông thường. Theo dự báo, về mùa hè có nơi nhiệt độ rất cao và ngược lại với mùa đông nhiệt độ có thể rất thấp, thậm chí có tuyết rơi, nhiệt độ xuống 0⁰C. Nhiệt độ không khí thay đổi, tăng đáng kể về mùa hè làm cho nhiệt độ trên mặt đường và mặt cầu sẽ tăng thêm khoảng từ 6⁰C đến 10⁰C. Do đặc tính truyền nhiệt, hấp thu nhiệt, bức xạ của mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng, nhiệt độ đo trên mặt đường trong tương lai do BĐKH có thể lên đến 75⁰C – 80⁰C. Trong điều kiện môi trường làm việc của mặt đường ở nhiệt độ cao như vậy thì có khả năng xuất hiện các hiện tượng sau đây:

* Các loại mặt đường có xử lý nhựa bitum như mặt đường bê tông atphan, đá dăm trộn nhựa, cấp phối trộn nhựa, mặt đường thấm nhập nhựa, mặt đường láng nhựa sẽ bị chảy nhựa làm giảm cường độ đáng kể của mặt đường, tăng chiều sâu của vết hằn bánh xe trên mặt đường, tăng chiều dài hãm xe, giảm mức độ an toàn xe chạy, tăng tai nạn giao thông trên đường…

Theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm hiện hành 22TCN211-06 quy định trị số mô đun đàn hồi E (cường độ) của bê tông atphan và các vật liệu sử dụng bitum được thiết kế và thí nghiệm với các nhiệt độ quy trình như sau:

+ Khi kiểm tra điều kiện độ võng (biến dạng thẳng đứng) của mặt đường, nhiệt độ tính toán lấy bằng 30⁰C;

+ Khi kiểm tra điều kiện trượt của mặt đường, nhiệt độ tính toán lấy bằng 60⁰C;

+ Khi kiểm tra điều kiện kéo uốn của các lớp liền khối, nhiệt độ tính toán lấy bằng 15⁰C;

– Trong điều kiện biến đổi khí hậu, nhiệt độ mặt đường tăng đáng kể, để đảm bảo mặt đường nhựa làm việc bình thường về cường độ, về độ ma sát, độ nhám, về độ bằng phẳng thì cần thiết phải có sự rà soát, chỉnh sửa một số điều  quy định, chủ động ứng xử với BĐKH trong tương lai:

+ Chỉnh sửa quy định về nhiệt độ tính toán và nhiệt độ thí nghiệm đối với các vật liệu có sử dụng bitum phù hợp với những dự báo BĐKH về nhiệt độ tăng cao trong tương lai. Dựa trên cơ sở về kiến nghị nhiệt độ kiểm toán hợp lý, quy định lại các giá trị về ứng suất kéo uốn (ku), mô đun đàn hồi E tính toán đối với các vật liệu có sử dụng nhựa làm mặt đường.

+ Các viện nghiên cứu khoa học và công nghệ GTVT, các trường đại học cần thiết có chương trình kế hoạch nghiên cứu các loại vật liệu bê tông nhựa về mùa hè như nghiên cứu về thành phần cốt liệu, bột khoáng, chất phụ gia và vật liệu liên kết,… một cách chủ động ứng phó với BĐKH làm tăng nhiệt độ trên mặt đường.

* Đối với các loại mặt đường bê tông xi măng, yếu tố về độ thay đổi, chênh lệch giữa nhiệt độ mùa hè và mùa đông, sự chênh lệch nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm là những tham số đặc biệt quan trọng phục vụ trong thiết kế chiều dày các tấm bê tông mặt đường, khoảng cách các khe co và khe giãn, chiều rộng khe giãn… Trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường bê tông xi măng hiện hành của Việt Nam, các quy định về thay đổi nhiệt độ giữa mùa hè và mùa đông, giữa ban ngày và ban đêm được xây dựng dựa theo các tài liệu đo đạc, thống kê cũ, vì vậy cần thiết có sự rà soát, chỉnh sửa chúng theo các kết quả nghiên cứu dự báo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, các cơ quan nghiên cứu về khí tượng gần đây về biến đổi khí hậu làm nhiệt độ không khí, nhiệt độ trên mặt đường thay đổi trong tương lai. Khi nhiệt độ trên mặt đường về mùa đông giảm làm các tấm bê tông co ngắn lại và có thể phát sinh hiện tượng nứt trên mặt đường; khi nhiệt độ trên mặt đường về mùa hè tăng làm cho các tấm bê tông xi măng giãn dài và xuất hiện ứng suất phụ do nhiệt độ thậm chí tấm có thể bị đội lên cao ở một số chỗ; nhiệt độ chênh lệch giữa ban ngày và đêm lớn cũng có thể dẫn đến hiện tượng uốn vồng qua mặt đường và xuất hiện trong mặt đường ứng suất phụ, xuất hiện trạng thái bề mặt dưới của mặt đường không được tiếp xúc đầy đủ lên bề mặt của lớp móng phía dưới do đó giảm sức chịu tải.

2. Lượng mưa, mùa mưa và mùa khô thay đổi

Theo “Kịch bản cao”, đến thế kỷ XXI, lượng mưa có thể tăng khoảng 9-10% ở Bắc Bộ và Trung Bộ; 5% ở Nam Trung Bộ; 2% ở Tây Nguyên và Nam Bộ. Theo “Kịch bản trung bình”, các số liệu tương ứng là (7#8)%, (3#4)% và 1,5%.

Mùa mưa và mùa khô trong năm diễn ra không theo quy luật thông thường như trước đây một cách rõ rệt ở miền Bắc, miền Trung và miền Nam.

Sự cực đoan của thời tiết còn thể hiện ở tình trạng biến đổi bất thường của các yếu tố khí hậu như mưa, nắng, có thể tập trung vào một khu vực bất kỳ và một thời điểm bất kỳ nào đó trong năm. Có vùng mưa kéo dài, cường độ mưa rất lớn gây ra những trận lũ lụt kéo dài gây ảnh hưởng nghiêm trọng, gây úng ngập các đô thị, các khu dân cư, ngập đường làm ách tắc giao thông, sạt lở đường trong một số năm nào đó. Nhưng ngược lại cũng có những vùng thông thường có mưa nhiều thì lại có những năm xảy ra tình trạng khô hạn kéo dài và phải đối mặt với sự thiếu nước trầm trọng.

Trong thiết kế các công trình giao thông vận tải như cầu, cống, rãnh đỉnh, rãnh biên, giếng thu nước mưa,… theo quy định của các Tiêu chuẩn, Quy chuẩn thiết kế hiện hành thì kích thước của công trình chủ yếu dựa vào lưu lượng, mực nước cực đại ứng với tần suất tính toán xuất hiện đối với mỗi loại đường, cấp đường và loại công trình, quy mô công trình theo quy định. Hiện tượng BĐKH làm cho thời tiết biến đổi bất thường trên phạm vi toàn thế giới nên ở Việt Nam hiện tượng mưa có cường độ mưa rất lớn, lũ lịch sử trên nhiều sông suối xuất hiện với tần số lặp lại lớn hơn dẫn đến các giá trị lượng mưa, mức nước và lưu lượng tính toán lớn hơn so với các số liệu dùng trong thiết kế hiện nay.

Sự ảnh hưởng của BĐKH làm thay đổi lượng mưa, cường độ mưa, thời gian kéo dài của các cơn mưa, tần suất xuất hiện các cơn mưa lịch sử, mùa mưa, mùa khô,… có ảnh hưởng nghiêm trọng tới điều kiện làm việc của các công trình hạ tầng kỹ thuật GTVT như cầu, cống, hệ thống thoát nước đường đô thị và ngoài đô thị; nền đường bị ẩm ướt kéo dài làm cho cường độ chịu lực giảm đáng kể; mặt đường nhiều đoạn bị ngập ảnh hưởng lớn đến việc đi lại, tăng tai nạn giao thông, gây ùn tắc xe chạy, vệ sinh môi trường không đảm bảo… Để giảm thiểu những tác động xấu của BĐKH tới các yếu tố thủy văn nói trên làm ảnh hưởng tới điều kiện làm ảnh hưởng tới điều kiện làm việc của các công trình hạ tầng kỹ thuật GTVT, các công trình giao thông vận tải phải được thiết kế phù hợp với dự báo về BĐKH; phù hợp với quy luật thay đổi lượng mưa, cường độ mưa, thời gian kéo dài cơn mưa, tần suất lặp lại các cơn mưa lớn…

3. Thiên tai khốc liệt hơn

Do ảnh hưởng của BĐKH, thời tiết thay đổi không theo quy luật như trước đây nên ở Việt Nam phải thường xuyên đối mặt với thiên tai khốc liệt không phân biệt vùng địa lý và thời gian trong năm. Những năm trước mùa mưa, bão thường chỉ xảy ra trong mùa hè thì trong những năm gần đây bão tố, lũ lụt gần như có thể xảy ra bất kỳ khi nào. Trước đây bão tố, lũ lụt lớn thường xảy ra nhiều ở vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ thì ngày nay có những năm xảy ra nhiều ở miền Nam Trung Bộ và Nam Bộ. Trước đây thông thường mùa mưa lũ xảy ra sớm hơn với miền Bắc, rồi miền Trung và sau đó miền Nam thì những năm gần đây có nhiều năm quy luật đã thay đổi. Mưa có cường độ lớn, kéo dài nhiều ngày, bão tố, lũ quét, lũ ống, sóng thần, thủy triều có ảnh hưởng rất lớn đến sự bền vững, sự ổn định cả các công trình hạ tầng kỹ thuật GTVT chủ yếu gây ra các hiện tượng sau đây:

– Hầu hết trên các tuyến đường vùng núi, đồi cao ở những nơi đào sâu, đắp cao thường phải đối mặt với hiện tượng sụt trượt, sạt lở ta-luy đường gây ách tắc giao thông nhiều ngày và gần như chưa tìm được cách ứng phó mang lại hiệu quả.

– Ở vùng đồng bằng và vùng ven biển, mưa lũ lớn và kéo dài cộng thêm vị trí tác động của thủy triều, mực nước dâng cao sẽ gây úng ngập lớn, kéo dài nhiều ngày; các quy định về quy hoạch và thiết kế đường, hệ thống thoát nước trên đường bộ bộc lộ nhiều tồn tại, đặc biệt là vấn đề chống lại hiện trạng ngập úng lớn và kéo dài nhiều giờ nhiều ngày trong điều kiện BĐKH.

– Xói lở các công trình cầu, cống, ta-luy đường nghiêm trọng hơn.

4. Mực nước biển dâng cao

– Tháng 6 năm 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố Kịch bản BĐKH theo mức độ phát thải khí nhà kính toàn cầu theo 3 mức độ: phát thải thấp, phát thải trung bình và phát thải cao.

Các kịch bản về mực nước biển dâng cao ở Việt Nam được tính toán dự báo theo kịch bản phát thải thấp (B1), kịch bản phát thải trung bình (B2), kịch bản phát thải cao nhất (A1F1). Mực nước biển dâng cao do BĐKH được dự báo cho các mốc thời gian 2020, 2030, 2040, 2050, 2060, 2070, 2080, 2090 và 2100 so với mốc thời kỳ 1980 – 1999. Theo kịch bản phát thải cao, mực nước biển có thể dâng cao thêm 33cm vào năm 2050 và 100cm vào năm 2100; theo kịch bản phát thải trung bình và số liệu tương ứng là 30cm vào năm 2050 và 75cm vào năm 2100 so với thời kỳ 1980 – 1999.

Việt Nam có bờ biển dài khoảng 3260km, hơn một triệu km² lãnh hải, trên 3000 hòn đảo gần bờ và hải đảo xa bờ, những vùng ven biển hàng năm ngập lụt về mùa mưa và hạn hán về mùa khô. Nước biển dâng cao sẽ làm tăng diện tích ngập lụt, gây khó khăn cho việc thoát nước, kéo dài thời gian úng ngập, tăng xói lở vùng biển, cửa sông đổ ra biển, tăng phạm vi chịu ảnh hưởng của thủy triều, nhiễm mặn nguồn nước, ảnh hưởng tới điều kiện làm việc của các công trình giao thông, bến cảng, các công trình xây dựng, các đô thị và khu dân cư.

– Những tác động tiêu cực của BĐKH làm mực nước biển dâng cao gây ảnh hưởng tới các công trình GTVT đặc biệt thể hiện ở các hiện tượng sau đây:

+ Mực nước biển dâng cao làm cho các tuyến đường hiện có bị ngập thường xuyên, mực nước tại các cầu dâng cao hơn, cản trở việc đi lại của tàu thuyền qua cầu.

+ Một số lượng nước lớn hơn sẽ tích lại phía thượng lưu cầu và khi nước rút lưu lượng và tốc độ nước chảy tăng lên đáng kể do ngoài lưu lượng nước mưa từ thượng nguồn về có thêm lưu lượng nước đã tích lại ở phía thượng lưu cầu cống do mực nước biển dâng cao và do thủy triều sẽ chảy ra biển khi thủy triều xuống thấp.

– Do lưu lượng nước và tốc độ nước chảy khi thủy triều xuống thấp tăng lên đáng kể sẽ gây xói lở lớn ở phía hạ lưu cầu cống.

– Mực nước biển dâng cao và ảnh hưởng của thủy triều lên làm cho khả năng tiêu thoát lũ bị giảm đáng kể và kéo dài thời gian ngập úng các khi dân cư, các đô thị ven các tuyến giao thông và bản thân các đoạn đường có cao độ thiết kế nền đường thấp hơn mực nước thiết kế có xét ảnh hưởng của mực nước biển dâng cao.

GS.TSKH.NGND NGUYỄN XUÂN TRỤC

Trưởng ngành kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Trường Đại học Phương Đông

ĐT&PT số 74 – 75/2018