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

Hoàn cảnh hiện tại

Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh gọn khiến tỷ lệ công trình dày đặc đã ảnh hưởng tiêu cực lên hệ sinh thái sinh thái. Những khu đất có cây trồng với khả năng thấm nước bị phá bỏ để xây dựng công trình và cơ sở giao thông. Các bề mặt đô thị gần như tất cả được che phủ bởi nguyên vật liệu không thấm nước với độ hấp thụ nhiệt cao đã dẫn đến nhiệt độ bề mặt và không khí gia tăng 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 quê vòng quanh. Nhiệt độ chênh cao từ 1-30C vào buổi sáng và cao hơn đến 120C vào trưa hè [2].

Sự thay đổi tăng lên một số độ tạo lên những khác lạ mang tính toàn thế giới:

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

Theo Cục bảo vệ hệ sinh thái Hoa Kỳ (EPA), hiệu ứng ĐNĐT đã làm tăng mật độ bị chết của người già, người bệnh và trẻ em. Việc tăng lên các ngày rất nóng đã làm mô hình bệnh tật đã thay đổi, các bệnh do sốc nóng và bệnh về đường hô hấp gia tăng làm mất năng suất lao động [4].

Theo dự báo đến năm 2030, độ bao phủ đất đô thị có thể gia tăng gấp ba lần so với năm 2000 nhiều thử thách để duy trì chất lượng hệ sinh thái [8]. Kết quả điều tra về quy mô và mật độ các loại đất bao phủ tại thành phố Hà Nội trong nghiên cứu áp dụng GIS trong phân tích hiện tượng ĐNĐT cho thấy, mật độ 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 âu về độ bao phủ của bề mặt và mật độ phong cảnh đô thị [5]. Định rõ vai trò và xác định phương hướng đúng đắn khi thiết kế không gian cảnh quan bề mặt sẽ làm giảm đi hiện tượng ĐNĐT.

Xác định hướng thiết kế không gian cảnh quan bề mặt đô thị

Liên quan đến vai trò của thiết kế không gian 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 bao phủ bởi các đối tượng hữu cơ tự nhiên có khả năng thấm hút nước (thảm thực vật, đất tự nhiên), là “nguyên vật liệu sống” (nguyên vật liệu mềm) cần phải được ưu tiên số một khi TKCQ [7]. Thứ 2 là bề mặt lát hay bề mặt cứng (pavement), là bề mặt ngoài trời được che phủ bởi nguyên vật liệu rắn, có kết cấu cứng với mục tiêu sử dụng dài lâu (mặt đường giao thông, đường dạo, vỉa hè, sân bãi, quảng trường) [3]. Bề mặt tự nhiên và bề mặt cứng là những nhân tố cấp bách của một TKCQ bề mặt tốt. Cần phối hợp giữa những nguyên vật liệu để có sản phẩm tốt khi TKCQ.

TKCQ bề mặt là việc xử lý đồ họa và chất liệu phía trên mặt để tạo lên các không gian tính năng thiết thực và bảo đảm thẩm mỹ. Lý do chủ yếu khiến ĐNĐT xảy ra là do sự biến đổi lớp đất che 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. Bởi thế, xác định phương hướng TKCQ bề mặt cần bảo đảm 5 tiêu chuẩn sau:

1. Cân bằng sinh thái: Cân bằng giữa những thành phần tự nhiên (bề mặt mềm) và nhân tạo (bề mặt cứng) trên bề mặt đất, giúp xác định phương hướng di chuyển cho con người bằng phương pháp sắp đặt các loại nguyên vật liệu cứng, mềm. Đây là tiêu chuẩn quan trọng nhất và được để lên số một để bảo đảm phát triển vững chắc;
2. Công năng sử dụng: Phân định không gian tính năng rõ nét với các tính chất sử dụng không giống nhau. Tạo bề mặt đáp ứng được thói quen hoạt động của con người, phụ thuộc vào tính chất sử dụng của khu vực thiết kế mà đề ra phương pháp phân định những không gian tĩnh và động;
3. Tính thẩm mỹ đô thị: Phối kết hợp sắc sảo các hoa văn, chất liệu và Màu sắc của những nguyên vật liệu bề mặt không giống nhau nhằm đạt được sự thống nhất thành phần không gian đô thị. Tạo biểu tượng và đặc thù nơi chốn cho bề mặt, biến các thành phần có phía trên mặt thành biểu tượng đô thị hoặc không gian đặc thù cho khu vực thiết kế;
4. Tính nhân văn: Tạo hệ thống xác định phương hướng cho tất cả những người khuyết tật (người khiếm thị và người ngồi xe lăn). Thiết kế phía trên mặt ranh giới an toàn nhất, và có ít hiểm nguy nhất dành cho tất cả những người sử dụng (không gian đi dạo, các tuyến di chuyển). Cấu trúc bề mặt sẽ có địa hình chuyên biệt, tạo lên hệ thống dấu hiệu đặc điểm cho tất cả những người khuyết tật xe lăn, báo hướng di chuyển tối ưu nhất;
5. Yêu cầu về hạ tầng kỹ thuật: Tạo độ dốc để tùy chỉnh dòng nước mưa, ngăn không cho dòng nước mưa chảy vào đường thoát nước sinh hoạt và tạo lên những “hốc tự nhiên” được che phủ bởi cỏ để giữ lại, thu thập nước mưa và làm gia tăng sinh khối thực vật phía trên mặt.

Tóm lại, các thành phần tự nhiên (cỏ, cây xanh, nước) cần phải được tích hợp trong thiết kế bề mặt nhiều nhất có thể để hạn chế nhiệt độ hệ sinh thái bị nóng lên vượt mức, giúp giảm đi ĐNĐT [Hình 1].

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

Chọn lựa nguyên vật liệu lát thích hợp sẽ làm giảm nhiệt độ hệ sinh thái đô thị ngay cả trong mùa nóng. Chỉ số albelo là 1 công cụ hữu dụng trong việc giảm đi bớt nhiệt độ của bề mặt trong ĐNĐT, giúp xác chỉ tiêu độ bức xạ mặt trời được hấp thụ với thang chỉ số từ 0 (tối mầu) đến 1 (sáng mầu). Một vài phương pháp chung về dùng nguyên vật liệu bề mặt có thể giảm nhẹ đảo nhiệt:

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

Các phương pháp TKCQ cụ thể được kiến nghị vận dụng với từng đối tượng không gian của bề mặt cứng như sau:

• Mặt đường giao thông: Mặt đường hiện tại chủ yếu được che phủ bởi bê tông nhựa asphalt màu tối 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 rộng lớn nên rất nóng trong các ngày hạ. Ở Los Angeles (Mỹ), những con đường nhựa đen được thay bằng lớp sơn trắng, nói một cách khác là “làm sáng đường phố” [6]. Cần trồng những cây có tán lớn trên vỉa hè sẽ tạo bóng và làm giảm nhiệt độ cho mặt đường [Hình 2].

• 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 giảm nhiệt độ bề mặt kinh qua sự bốc hơi từ nguyên 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 đóng góp thêm phần làm mát không khí đô thị đáng kể vì chiếm phần nhiều S diện tích của bề mặt [Hình 3].

• Đường dạo: Nên phối hợp các rãnh cỏ hút nước phía trên mặt lát đá hoặc bê tông, vừa giúp tăng tính thẩm mỹ, vừa tránh sự nhàm chán cho tất cả những người đi dạo. Xu thế hiện tại là bề mặt phẳng phiu và nhẵn để hạn chế bị vấp ngã. Nên dùng lớp lát nền hoạt bát cho đường dạo vì không phải chịu trọng tải lớn phía trên mặt như: Đá cuội sông, gạch, đá, tấm bê tông đúc sẵn. Tránh lát nền cứng với lót lớp bê tông không cấp bách. Ở Anh, người ta thường lát nền trên một lớp vữa xi măng với phần nền ở dưới bằng bê tông. Giải pháp này không cấp bách, không thẩm mỹ và thường tạo lên những vết nứt, tích nhiệt, làm trầm trọng hơn hiệu ứng ĐNĐT [6]. Ưu tiên dùng nguyên vật liệu có sẵn tại địa phương để giảm kinh phí giao vận [Hình 4].
• Quảng trường: Ưu tiên dùng nguyên vật liệu mầu sáng và kết cấu mịn ở khu vực tiếp cận trực tiếp với tia nắng. Dùng nguyên vật liệu tối mầu ở những khu vực dưới bóng râm và phối hợp với nhân tố nước. Nghiên cứu chỉ ra rằng, sự hiện diện của nước phía trên mặt sẽ làm giảm đi đáng kể nhiệt độ bề mặt của nguyên vật liệu, ngay cả bề mặt tối mầu [1] [Hình 5].

• Các loại hình sân bãi khác
  • Sân chơi con trẻ: Bề mặt được sử dụng phổ biến là cao su với Màu sắc hài hước, cuốn hút con trẻ, nhưng thích hợp với thời tiết nắng oi bức ở Việt Nam vì độ hấp thu nhiệt rất rộng lớn. Ở Úc, nhiệt độ ngoài trời ở sân chơi con trẻ bằng cao su đo được lên đến 800C – 1000C [11] [Hình 6]. Phương pháp ưu việt hơn để thay thế đấy là nền cỏ, cát mịn hoặc gỗ (ván gỗ hoặc sợi gỗ wood fiber) [Hình 7];
  • Sân Sport thể thao: Mặt sân Sport thể thao gồm có cỏ nhựa và nguyên vật liệu lát nền mầu sáng;
  • Bãi đỗ xe: Nên lát nền bằng các ô bê tông xen lẫn cỏ để hấp thu và lọc khí thải từ xe và làm giảm nhiệt độ bề mặt [6]. Cần tạo hướng dốc thoát nước mưa cho bề mặt với ưu tiên sử dụng các phương pháp sinh thái;

Kết luận

TKCQ bề mặt với việc sử dụng các nguyên vật liệu lát nền có vai trò không nhỏ và có liên quan trực sau đó sự gia tăng hay giảm đi hiệu ứng ĐNĐT. Việc xác định phương hướng thiết kế bề mặt cùng với việc sử dụng hợp lí các loại nguyên vật liệu khi thiết kế bề mặt cứng sẽ làm giảm ĐNĐT. Hiệu quả của việc làm mát bề mặt có thể thay đổi ở từng các không gian với quy mô không giống nhau trong phong cảnh đô thị do tác động của vận tốc gió, các đặc thù bao che môi trường cảnh quan (địa hình nhấp nhô, cây bóng mát, các tòa nhà). Trong mọi trường hợp cần tận dụng nước, mảng cỏ, cây cối, ưu tiên cây có tán tròn, tán lá sum sê để lọc bức xạ mặt trời chiếu xuống đất, làm giảm nhiệt độ không gian đô thị và đóng góp thêm phần làm giảm hiệu ứng “nhà kính” cũng như hiện tượng “đảo nhiệt đô thị”/.

tiến sĩ. KTS Nguyễn Ngọc Nương
Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
(Bài đăng trên TCKT 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 chuyển đổi khí hậu và quy hoạch đô thị, xây dựng tại địa phương”. Mô-đun 1: Tìm hiểu về chuyển đổi khí hậu và ảnh hưởng 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/