Vai trò của thiết kế cảnh quan bề mặt với hiện tượng “đảo nhiệt đô thị”

3 weeks ago 30

Bối cảnh hiện nay

Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng khiến mật độ công trình dày đặc đã tác động tiêu cực lên môi trường sinh thái. Những khu đất có cây trồng với khả năng thấm nước bị phá bỏ để xây dựng công trình và hạ tầng giao thông. Các bề mặt đô thị hầu hết được bao phủ bởi vật liệu không thấm nước với độ hấp thụ nhiệt cao đã dẫn đến nhiệt độ bề mặt và không khí tăng lên gây ra hiệu ứng “đảo nhiệt đô thị” (ĐNĐT). Đảo nhiệt đô thị (urban heat island) là hiện tượng các khu vực có công trình xây dựng có nhiệt độ cao hơn những vùng nông thôn xung quanh. Nhiệt độ chênh cao từ 1-30C vào buổi sáng và cao hơn đến 120C vào trưa hè [2].

Sự thay đổi gia tăng một vài độ tạo nên những khác biệt mang tính toàn cầu:

Tăng 1-20C: tác động lớn đến hệ sinh thái và sự đa dạng sinh học; gây sóng nhiệt, hạn hán, di cư hàng loạt, bệnh tật. Tăng 2-30C: làm mất hệ sinh thái rạn san hô; tác động đến nông nghiệp, tài nguyên nước, sức khỏe. Tăng 3-40C: tuyệt chủng các loài lớn, 20% dân số toàn cầu bị ảnh hưởng bởi lũ lụt, sụt giảm lương thực thực phẩm và tăng giá thực phẩm [10].

Theo Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA), hiệu ứng ĐNĐT đã làm tăng tỷ lệ tử vong của người già, người bệnh và trẻ nhỏ. Việc gia tăng các ngày rất nóng đã làm mô hình bệnh tật đã thay đổi, các bệnh do sốc nóng và bệnh về đường hô hấp tăng lên làm mất năng suất lao động [4].

Theo dự báo đến năm 2030, độ che phủ đất đô thị có thể tăng lên gấp ba lần so với năm 2000 đặt ra nhiều thách thức để duy trì chất lượng môi trường [8]. Kết quả điều tra về quy mô và tỷ lệ các loại đất che phủ tại Hà Nội trong nghiên cứu ứng dụng GIS trong phân tích hiện tượng ĐNĐT cho thấy, tỷ lệ không gian xanh đô thị giảm từ 10601,16 ha (36,45%) xuống còn 2299,86 ha (7,91%) trong giai đoạn 2007 – 2017. Đây là sự thay đổi đáng lo ngại về độ che phủ của bề mặt và tỷ lệ cảnh quan đô thị [5]. Xác định vai trò và định hướng đúng đắn khi thiết kế cảnh quan bề mặt sẽ làm giảm đi hiện tượng ĐNĐT.

Định hướng thiết kế cảnh quan bề mặt đô thị

Liên quan đến vai trò của thiết kế cảnh quan (TKCQ) bề mặt với hiệu ứng “ĐNĐT, có thể phân loại bề mặt đô thị thành 2 loại: “Bề mặt mềm” và “Bề mặt cứng”. Bề mặt mềm được che phủ bởi các đối tượng hữu cơ tự nhiên có khả năng thấm hút nước (thảm thực vật, đất tự nhiên), là “vật liệu sống” (vật liệu mềm) cần được ưu tiên hàng đầu khi TKCQ [7]. Thứ hai là bề mặt lát hay bề mặt cứng (pavement), là bề mặt ngoài trời được bao phủ bởi vật liệu rắn, có kết cấu cứng với mục đích sử dụng lâu dài (mặt đường giao thông, đường dạo, vỉa hè, sân bãi, quảng trường) [3]. Bề mặt tự nhiên và bề mặt cứng là những yếu tố cần thiết của một TKCQ bề mặt tốt. Cần kết hợp giữa các vật liệu để có sản phẩm tốt khi TKCQ.

TKCQ bề mặt là việc xử lý đồ họa và chất liệu trên bề mặt để tạo ra các không gian chức năng thiết thực và đảm bảo thẩm mỹ. Nguyên nhân chủ yếu khiến ĐNĐT xảy ra là do sự chuyển đổi lớp đất bao phủ bề mặt, sự thay thế thảm thực vật tự nhiên và đất nông nghiệp bằng các bề mặt cứng không thấm nước liên quan đến sử dụng đất đô thị. Vì vậy, định hướng TKCQ bề mặt cần đảm bảo 5 tiêu chí sau:

Cân bằng sinh thái: Cân bằng giữa các thành phần tự nhiên (bề mặt mềm) và nhân tạo (bề mặt cứng) trên mặt đất, giúp định hướng di chuyển cho con người bằng cách sắp xếp các loại vật liệu cứng, mềm. Đây là tiêu chí quan trọng nhất và được đặt lên hàng đầu để đảm bảo phát triển bền vững; Công năng sử dụng: Phân định không gian chức năng rõ ràng với các tính chất sử dụng khác nhau. Tạo bề mặt đáp ứng được thói quen hoạt động của con người, tùy thuộc vào tính chất sử dụng của khu vực thiết kế mà đưa ra giải pháp phân định những không gian tĩnh và động; Tính thẩm mỹ đô thị: Phối hợp tinh tế các hoa văn, chất liệu và màu sắc của các vật liệu bề mặt khác nhau nhằm đạt được sự thống nhất thành phần không gian đô thị. Tạo biểu tượng và đặc trưng nơi chốn cho bề mặt, biến các thành phần có trên bề mặt thành biểu tượng đô thị hoặc không gian đặc trưng cho khu vực thiết kế; Tính nhân văn: Tạo hệ thống định hướng cho người khuyết tật (người khiếm thị và người ngồi xe lăn). Thiết kế trên bề mặt ranh giới an toàn nhất, và có ít nguy hiểm nhất dành cho người sử dụng (không gian đi bộ, các tuyến di chuyển). Cấu trúc bề mặt sẽ có địa hình chuyên biệt, tạo ra hệ thống tín hiệu đặc thù cho người khuyết tật xe lăn, báo hướng di chuyển tối ưu nhất; Yêu cầu về hạ tầng kỹ thuật: Tạo độ dốc để điều chỉnh dòng nước mưa, ngăn không cho dòng nước mưa chảy vào đường thoát nước sinh hoạt và tạo ra những “hốc tự nhiên” được bao phủ bởi cỏ để giữ lại, tích lũy nước mưa và làm tăng lên sinh khối thực vật trên bề mặt.
Hình 1: TKCQ bề mặt đảm bảo các tiêu chí để đem lại cân bằng sinh thái đô thị

Tóm lại, các thành phần tự nhiên (cỏ, cây cối, nước) cần được tích hợp trong thiết kế bề mặt nhiều nhất có thể để tránh nhiệt độ môi trường bị nóng lên quá mức, giúp giảm đi ĐNĐT [Hình 1].

Sử dụng vật liệu bề mặt cứng nhằm làm giảm đảo nhiệt đô thị

Lựa chọn vật liệu lát phù hợp sẽ làm mát môi trường đô thị ngay cả trong mùa nóng. Chỉ số albelo là một công cụ hữu ích trong việc giảm bớt nhiệt độ của bề mặt trong ĐNĐT, giúp xác định mức độ bức xạ mặt trời được hấp thụ với thang chỉ số từ 0 (tối màu) đến 1 (sáng màu). Một số giải pháp chung về sử dụng vật liệu bề mặt có thể giảm nhẹ đảo nhiệt:

Dùng vật liệu có bề mặt sáng màu (phản xạ nhiệt) thay vì tối màu (hấp thụ nhiệt); Giảm tối thiểu diện tích lát nền và diện tích tạo hình công trình xây dựng; Dùng vật liệu lát nền tự thấm; Dùng vật liệu lát nền có khả năng phản xạ; Dùng vật liệu dẫn nhiệt thấp, tránh dùng vật liệu lát bằng kim loại mà nên dùng gỗ; Tránh bề mặt nhẵn có độ dẫn nhiệt cao, nên chọn bề mặt nhám như sỏi hoặc đá nghiền nhỏ, ưu tiên dùng đá khối lập phương chẻ hoặc răng cưa; Tránh dùng vật liệu lát nền dày với khả năng giữ nhiệt cao [4].

Các giải pháp TKCQ cụ thể được đề xuất áp dụng với từng đối tượng không gian của bề mặt cứng như sau:

Mặt đường giao thông: Mặt đường hiện nay chủ yếu được bao phủ bởi bê tông nhựa asphalt màu đen. Bề mặt asphalt mới hoàn thiện có chỉ số albedo là 0.05, còn asphalt lâu ngày là 0.1 với lượng hấp thu nhiệt rất lớn nên rất nóng trong những ngày hè. Ở Los Angeles (Mỹ), những con đường nhựa đen được thay bằng lớp sơn trắng, còn gọi là “làm sáng đường phố” [6]. Cần trồng những cây có tán lớn trên vỉa hè sẽ tạo bóng và làm mát cho mặt đường [Hình 2].
Hình 2: Đường sơn màu trắng ở Los Angeles làm giảm nhiệt độ bề mặt từ 5-80C
Vỉa hè: Nên sử dụng lớp lát nền mặt thấm (porous pavior), như: bê tông khối tự thấm, gạch đất sét lát nền tự thấm, đá dăm tự thấm, đá dăm kết kính bằng keo resin tự thấm, bê tông thô [9] để làm mát bề mặt thông qua sự bốc hơi từ vật liệu ngấm nước, giải tỏa bớt áp lực lên hệ thống cống thoát nướcvà bảo vệ mực nước ngầm. Tích hợp các mảng xanh trên vỉa hè. Vỉa hè có nhiệt độ thấp hơn sẽ góp phần làm giảm nhiệt độ không khí đô thị đáng kể vì chiếm phần lớn diện tích của bề mặt [Hình 3].
Hình 3: Bề mặt vỉa hè là những đường thẳng gấp khúc và được tích hợp các mảng xanh khác với lối thiết kế trực giao truyền thống (Mỹ) (hình trái), Hình 4: Đường dạo ở công viên Atlantique (Pháp) với đá xen lẫn rãnh cỏ giao cắt ngẫu nhiên phỏng theo bóng của cành cây đổ xuống mặt đường (hình phải)
Đường dạo: Nên kết hợp các rãnh cỏ hút nước trên bề mặt lát đá hoặc bê tông, vừa giúp tăng tính thẩm mỹ, vừa tránh sự nhàm chán cho người đi bộ. Xu hướng hiện nay là bề mặt bằng phẳng và nhẵn để tránh bị vấp ngã. Nên dùng lớp lát nền linh hoạt cho đường dạo vì không phải chịu tải trọng lớn trên bề mặt như: Đá cuội sông, gạch, đá, tấm bê tông đúc sẵn. Tránh lát nền cứng với lót lớp bê tông không cần thiết. Ở Anh, người ta thường lát nền trên một lớp vữa xi măng với phần nền bên dưới bằng bê tông. Phương pháp này không cần thiết, không thẩm mỹ và thường tạo ra những vết nứt, tích nhiệt, làm trầm trọng hơn hiệu ứng ĐNĐT [6]. Ưu tiên dùng vật liệu có sẵn tại địa phương để giảm chi phí vận chuyển [Hình 4]. Quảng trường: Ưu tiên dùng vật liệu màu sáng và kết cấu mịn ở khu vực tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng. Dùng vật liệu tối màu ở những khu vực dưới bóng râm và kết hợp với yếu tố nước. Nghiên cứu chỉ ra rằng, sự hiện diện của nước trên bề mặt sẽ làm giảm đi đáng kể nhiệt độ bề mặt của vật liệu, ngay cả bề mặt tối màu [1] [Hình 5].
Hình 5: Quảng trường Vanke Cloud City (Trung Quốc) với vật liệu bề mặt là sự đá tự nhiên xen kẽ bê tông nhằm làm mát bề mặt và giảm chi phí xây dựng
Các loại hình sân bãi khác Sân chơi trẻ em: Bề mặt được sử dụng phổ biến là cao su với màu sắc vui nhộn, hấp dẫn trẻ em, nhưng phù hợp với thời tiết nắng nóng ở Việt Nam vì độ hấp thu nhiệt rất lớn. Ở Úc, nhiệt độ ngoài trời ở sân chơi trẻ em bằng cao su đo được lên tới 800C – 1000C [11] [Hình 6]. Giải pháp ưu việt hơn để thay thế đó là nền cỏ, cát mịn hoặc gỗ (ván gỗ hoặc sợi gỗ wood fiber) [Hình 7]; Sân thể thao: Mặt sân thể thao bao gồm cỏ nhựa và vật liệu lát nền màu sáng; Bãi đỗ xe: Nên lát nền bằng các ô bê tông đan xen cỏ để hấp thu và lọc khí thải từ xe và làm mát bề mặt [6]. Cần tạo hướng dốc thoát nước mưa cho bề mặt với ưu tiên sử dụng các giải pháp sinh thái;
Hình 6: Sân chơi nền cao su (Úc) được nhìn bằng mắt người so với máy ảnh cảm biến nhiệt
Hình 7: Sân chơi trẻ em bằng gỗ sợi (Mỹ) gần gũi với thiên nhiên

Kết luận

TKCQ bề mặt với việc sử dụng các vật liệu lát nền có vai trò không nhỏ và có liên quan trực tiếp đến sự tăng lên hay giảm đi hiệu ứng ĐNĐT. Việc định hướng thiết kế bề mặt cùng với việc sử dụng hợp lý các loại vật liệu khi thiết kế bề mặt cứng sẽ làm giảm ĐNĐT. Hiệu quả của việc làm giảm nhiệt độ bề mặt có thể thay đổi ở từng các không gian với quy mô khác nhau trong cảnh quan đô thị do ảnh hưởng của tốc độ gió, các đặc điểm bao che môi trường xung quanh (địa hình lồi lõm, cây bóng mát, các tòa nhà). Trong mọi trường hợp cần tận dụng nước, mảng cỏ, cây xanh, ưu tiên cây có tán tròn, tán lá rậm rạp để lọc bức xạ mặt trời chiếu xuống đất, làm mát không gian đô thị và góp phần làm giảm hiệu ứng “nhà kính” cũng như hiện tượng “đảo nhiệt đô thị”/.

TS. KTS Nguyễn Ngọc Nương
Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 10-2021)


Tài liệu tham khảo
1. Amira Nadhirah và cộng sự. Contributing factors of urban heat island- an investigation on surface temperature of ground surface materials in three plazas with different types of landscape settings: a case study of plazas in Putrajaya. Seminar Proceeding, UMRAN2012: GREEN WAVE, KAED, IIUM.
2. Buyantuyev A., Wu, J. Urban heat islands and landscape heterogeneity: Linking spatiotemporal variations in surface temperatures to land-cover and socioeconomic patterns. Landsc. Ecol. 2010, 25, 17–33.
3. Booth N. K. Basic elements of landscape architectural design. Elsevier Science Publishing. 1993, 170.
4. Holden R., Liversedge J. Construction for landscape architecture. Laurence King Publish. ISBN 9781856697088. 2011, 6, 11, 144.
5. Lê Minh Tuấn và cộng sự. Case study of GIS Application in Analyzing Urban heating Island Phenomena in Tropical Climate Country; IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -2019. -Vol. 661. 012090.
6. Los Angeles Is Painting the Streets White (Again), and Your City Might Be Next. 2018. https://www.archdaily.com/893171/los-angeles-is-painting-the-streets-white-again-and-your-city-might-be-next.
7. Nefedov V. A., Urban landscape design. Saint Petersburg Publish. 2012, 72.
8. Seto, K. C., Güneralp, B., & Hutyra, L. R. Global forecasts of urban expansion to 2030 and direct impacts on biodiversity and carbon pools. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2012, 109(40), 16083–16088. https://doi.org/10.1073/ pnas.1211658109.
9. Siti Halipah Ibrahim và cộng sự. The Impact of Road Pavement on Urban Heat Island (UHI) Phenomenon. International Journal of Technology (2018) 8: 1597-1608 ISSN 2086-9614.
10. Tài liệu hội thảo “Trao đổi chuyên môn về biến đổi khí hậu và quy hoạch đô thị, xây dựng tại địa phương”. Mô-đun 1: Tìm hiểu về biến đổi khí hậu và tác động của khí hậu tại địa phương. 2016, 29.
11. Untouchable playgrounds: urban heat and the future of Western Sydney.2021. https://www.climatecouncil.org.au/urban-heat-island-effect-western-sydney/

Read Entire Article