Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích rủi ro

Chia sẻ: Elysale Elysale | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:198

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án là nghiên cứu phương pháp luận, xây dựng cơ sở khoa học phục vụ tính toán bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích tối ưu về rủi ro thiệt hại do úng ngập gây ra. Vận dụng cơ sở nghiên cứu lý thuyết để áp dụng tính toán bài toán quy hoạch tiêu úng ngập cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích rủi ro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THIỆN DŨNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC LẬP QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP DỰA TRÊN PHÂN TÍCH RỦI RO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THIỆN DŨNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC LẬP QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP DỰA TRÊN PHÂN TÍCH RỦI RO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số: 62 – 58 – 02 - 12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS. NGUYỄN QUANG KIM 2. PGS.TS. NGUYỄN THU HIỀN HÀ NỘI, NĂM 2018
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Thiện Dũng i
LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, NCS xin gửi lời cám ơn tới Trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án tiến sĩ. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, NCS xin trân trọng gửi tới người thầy hướng dẫn nghiên cứu khoa học GS.TS. Nguyễn Quang Kim và PGS.TS. Nguyễn Thu Hiền đã luôn dành thời gian quý báu và ít ỏi của mình để lắng nghe và đưa ra những định hướng đúng đắn nhờ đó luận án mới được hoàn thành đúng tiến độ. Trong quá trình nghiên cứu, NCS luôn nhận được sự ủng hộ nhiệt tình và vô điều kiện, chính sự ủng hộ, khích lệ và đặt niềm tin tưởng của người Thầy đã giúp NCS vững tin trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu. NCS xin gửi lời tri ân đến các nhà khoa học trong Hội đồng đánh giá luận án vì đã dành thời gian và tâm huyết để đọc và sửa chữa luận án. NCS cũng vô cùng biết ơn các thầy cô giáo, các nhà khoa học trong và ngoài Trường Đại học Thủy lợi đã có những đóng góp quý báu giúp NCS hoàn thiện luận án. NCS cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô và đồng nghiệp ở Khoa Kinh tế và Quản lý đặc biệt là Bộ môn Quản lý Xây dựng đã có những động viên, chia sẻ, giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu. NCS xin cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp và các em sinh viên luôn sát cánh bên NCS. Cuối cùng, NCS xin được gửi tới những người thân thương trong gia đình của mình lời biết ơn sâu sắc vì sự yêu thương và ủng hộ, dành thời gian và điều kiện tốt nhất để giúp NCS hoàn thành nghiên cứu. Xin trân trọng cám ơn! ii
MỤC LỤC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ....................................................................................1 LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i LỜI CÁM ƠN .......................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ .....................x MỞ ĐẦU ...........................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ..........................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................3 4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .....................................................3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...............................................................................5 6. Những đóng góp mới của luận án .........................................................................5 7. Cấu trúc của luận án ..............................................................................................6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH RỦI RO ...................................7 1.1. Giới thiệu về rủi ro úng ngập và phân tích rủi ro úng ngập ...........................7 1.1.1. Khái niệm về rủi ro .........................................................................................7 1.1.2. Khái niệm rủi ro thiên tai ................................................................................9 1.1.3. Khái niệm rủi ro úng ngập do mưa lũ .............................................................9 1.1.4. Phân tích rủi ro và một số thuật ngữ dùng trong phân tích rủi ro .................10 1.2. Tổng quan về các nghiên cứu úng ngập do mưa lũ trên thế giới..................13 1.2.1. Tình hình úng ngập trên thế giới ..................................................................13 1.2.2. Quan điểm đánh giá rủi ro úng ngập ............................................................15 1.2.3. Các nghiên cứu dựa trên cơ sở phân tích rủi ro trên thế giới .......................17 1.3. Tổng quan các nghiên cứu rủi ro úng ngập tại Việt Nam .............................19 1.3.1. Tình hình úng ngập tại Việt Nam .................................................................19 1.3.2. Nghiên cứu đánh giá rủi ro úng ngập ...........................................................20 1.3.3. Nghiên cứu đánh giá rủi ro úng ngập dựa trên phân tích tối ưu rủi ro .........22 1.4. Các tồn tại trong nghiên cứu rủi ro úng ngập hiện nay tại Việt Nam .........25 1.5. Định hướng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của luận án ...............26 1.6. Kết luận Chương 1 ............................................................................................30 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP DỰA TRÊN PHÂN TÍCH RỦI RO ....................................................31 2.1. Tiếp cận quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập ............................................31 2.1.1. Tiếp cận kinh nghiệm (I) ..............................................................................32 2.1.2. Tiếp cận dựa trên chu kỳ lặp của trận ngập (II) ............................................33 iii
2.1.3. Tiếp cận theo chu kỳ lặp của riêng từng vùng (III) ......................................33 2.1.4. Tiếp cận mức rủi ro chấp nhận được (IV) ....................................................33 2.1.5. Tiếp cận phân tích tối ưu rủi ro (V) ..............................................................34 2.2. Các phương pháp đánh giá giảm thiểu rủi ro do úng ngập ..........................38 2.2.1. Phương pháp phân tích chi phí tối thiểu (Cost Mininization Analysis- CMA) ........................................................................................................................38 2.2.2. Phương pháp phân tích chi phí hiệu quả (Cost Effectiveness Analysis-CEA) ........................................................................................................................39 2.2.3. Phương pháp phân tích đa mục tiêu (Multi-Criteria Analysis -MCA) .........40 2.2.4. Phương pháp phân tích chi phí lợi ích (Cost Benefit Analysis -CBA) ........41 2.3. Nhận dạng và phân loại rủi ro do úng ngập ...................................................44 2.3.1. Nhận dạng rủi ro do úng ngập ......................................................................44 2.3.2. Phân loại rủi ro do úng ngập .........................................................................45 2.4. Các phương pháp ước lượng thiệt hại rủi ro úng ngập .................................48 2.4.1. Xác định đối tượng và phương pháp nghiên cứu phù hợp ...........................48 2.4.2. Giới thiệu các phương pháp đánh giá trực tiếp thiệt hại rủi ro úng ngập .....49 2.4.3. Giới thiệu các phương pháp đánh giá gián tiếp thiệt hại do úng ngập .........57 2.5. Lựa chọn phương pháp để ước lượng thiệt hại cho từng đối tượng ............59 2.6. Giới thiệu mô hình bài toán tối ưu dựa trên phân tích rủi ro úng ngập......61 2.6.1. Mô hình bài toán tối ưu tổng quát trong quy hoạch úng ngập......................62 2.6.2. Mô hình bài toán tối ưu đơn giản trong quy hoạch úng ngập.......................65 2.6.3. Mô hình bài toán xác định cấp lũ cần tiêu tối ưu .........................................67 2.6.4. Bài toán tìm giải pháp công trình tối ưu ứng với cấp tiêu tối ưu..................68 2.7. Phương pháp giải bài toán tối ưu phi tuyến ...................................................71 2.7.1. Phương pháp giải bài toán tối ưu phi tuyến ..................................................71 2.7.2. Đề xuất công cụ giải bài toán tối ưu phi tuyến .............................................74 2.7.3. Giới thiệu về phần mềm giải toán tối ưu GAMS..........................................75 2.8. Phân loại, điều tra, thu thập và phân tích số liệu...........................................76 2.8.1. Phân loại số liệu ............................................................................................76 2.8.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu bằng phỏng vấn trực tiếp .................77 2.8.3. Phương pháp phân tích và đánh giá số liệu ..................................................78 2.9. Phương pháp xây dựng hàm thiệt hại và hàm chi phí đầu tư ......................78 2.9.1 Các bước thực hiện xây dựng hàm thiệt hại và hàm chi phí đầu tư ...............79 2.9.2 . Xây dựng hàm phi tuyến Y = a .............................................................79 2.10. Kết luận Chương 2 ..........................................................................................80 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ HÌNH BÀI TOÁN QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP TỐI ƯU LƯU VỰC SÔNG PHAN- CÀ LỒ TỈNH VĨNH PHÚC ..........................................................................81 3.1. Lý do lựa chọn vùng nghiên cứu ......................................................................81 3.1.1. Giới thiệu về lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc ...........................81 iv
3.1.2. Tình hình úng ngập vùng nghiên cứu ...........................................................88 3.1.3. Lựa chọn vùng nghiên cứu điển hình ...........................................................89 3.2. Tính toán, xây dựng bản đồ úng ngập vùng nghiên cứu ...............................91 3.2.1. Lựa chọn công cụ tính toán...........................................................................91 3.2.2. Thiết lập mô hình thủy lực và biên tính toán của vùng nghiên cứu .............91 3.2.3. Kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình...........................................................92 3.2.4. Xác định các kịch bản tính toán đánh giá hiện trạng úng ngập ....................93 3.2.5. Kết quả tính toán với hiện trạng công trình tiêu thoát ..................................95 3.2.6. Phân tích kết quả tính toán từ mô hình thủy lực ...........................................98 3.3. Tính toán thiệt hại kinh tế phục vụ bài toán quy hoạch tiêu vùng nghiên cứu ..........................................................................................................................100 3.3.1 Thiệt hại từ việc mất hoàn toàn diện tích canh tác nông nghiệp .................100 3.3.2 Thiệt hại do giảm năng suất cây trồng nông nghiệp ....................................102 3.3.3 Thiệt hại liên quan đến chi phí khắc phục sự cố sửa chữa nhà cửa, đô thị ..103 3.3.4 Thiệt hại cơ sở hạ tầng xã hội ......................................................................104 3.3.5 Thiệt hại do giá trị đất đai định cư giảm ......................................................105 3.3.6 Thiệt hại do chi phí vệ sinh môi trường .......................................................106 3.3.7 Thiệt hại chi phí y tế các bệnh do vệ sinh môi trường kém .........................107 3.3.8 Thiệt hại do ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất công nghiệp ......................108 3.3.9 Thiệt hại liên quan đến đình trệ thời gian lao động, kinh doanh và giao thông. ......................................................................................................................108 3.3.10 Tổng hợp thiệt hại và ước lượng giá trị rủi do còn lại theo từng cấp lũ .109 3.4 Xây dựng hàm thiệt hại do rủi ro úng ngập và hàm chi phí đầu tư ..........111 3.5. Xác định cấp ngập cần bảo vệ tối ưu dựa trên phân tích rủi ro .................113 3.5.1. Xác định cấp lũ cần phải tiêu theo phương pháp tối ưu rời rạc ..................114 3.5.2. Xác định cấp lũ cần tiêu tối ưu theo phương pháp liên tục ........................115 3.6. Tính toán giải pháp công trình tiêu ứng với cấp lũ cần tiêu tối ưu ............117 3.6.1. Phân tích và lựa chọn kịch bản tiêu ứng với tần suất lũ 10% (chu kỳ lặp lại 10 năm) .................................................................................................................117 3.6.2. Tính toán lựa chọn phương án tiêu tối ưu dựa trên hàm liên tục................128 3.7. Xây dựng quy trình quy hoạch tối ưu rủi ro úng ngập ...............................135 3.8. Kết luận Chương 3 ..........................................................................................141 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................143 1. Những kết quả đạt được của luận án ...............................................................143 2. Những kiến nghị của luận án ............................................................................144 3. Những hạn chế và định hướng phát triển tiếp theo ........................................144 v
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...............................................146 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................147 PHỤ LỤC CHƯƠNG 2 .............................................................................................154 PHỤ LỤC CHƯƠNG 3 .............................................................................................158 vi
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Phân loại rủi ro theo tính chất.........................................................................8 Hình 1. 2. Đồ thị thể hiện rủi ro còn dư với cấp bảo vệ của lũ (chu kỳ lặp lại) ............13 Hình 1. 3. Phương pháp sử dụng bản đồ đánh giá rủi ro úng ngập [50] .......................22 Hình 1. 4. Sơ đồ nghiên cứu của luận án .......................................................................29 Hình 2. 1. Điểm tối ưu trong phân tích rủi ro úng ngập [61]........................................35 Hình 2. 2. Các điểm tối ưu trong phân tích tối ưu .........................................................38 Hình 2. 3. Mô tả phương pháp phân tích Chi phí tối thiểu (CMA) ...............................39 Hình 2.4. Mô tả phương pháp phân tích chi phí hiệu quả (CEA) .................................39 Hình 2. 5. Mô tả phương pháp phân tích đa mục tiêu ...................................................40 Hình 2. 6. Quy trình quản lý rủi ro úng ngập tích hợp với phân tích chi phí lợi ích .....43 Hình 2. 7. Phương pháp phân tích chi phí lợi ích trong giảm thiểu rủi ro ....................44 Hình 2.8. Phân loại các loại hình thiệt hại do rủi ro úng ngập ......................................45 Hình 2. 9. Sơ đồ khối nhận dạng, phân loại và phương pháp ước lượng thiệt hại ........49 Hình 2.10. Biểu thị tương quan giá nhà đất với cải thiệt úng ngập ...............................59 Hình 2.11. Mô phỏng quá trình tìm lời giải tối ưu của bài toán ....................................73 Hình 3. 1. Bản đồ vị trị địa lý lưu vực sông Phan – Cà Lồ..........................................81 Hình 3. 2. Vùng 2- lưu vực sông Phan – Cà Lồ Tỉnh Vĩnh Phúc (Vùng nghiên cứu) .82 Hình 3. 3. Địa hình tự nhiên vùng nghiên cứu .............................................................83 Hình 3. 4. Bản đồ đẳng trị lượng mưa 1 ngày max nhiều năm của vùng nghiên cứu ..85 Hình 3. 5. Bản đồ mạng lưới sông suối lưu vực sông Phan – Cà Lồ ............................86 Hình 3. 6.Một số hình ảnh úng ngập trong Vùng nghiên cứu năm 2008 ......................89 Hình 3. 7. Sơ đồ mạng lưới tính toán thủy lực vùng nghiên cứu ..................................94 Hình 3. 8. Mô tả khả năng úng ngập khi xuất hiện mưa lũ thường xuyên ....................96 Hình 3. 9. Mô tả khả năng úng ngập xuất hiện mưa lũ chu kỳ 10 năm.........................96 Hình 3. 10. Hàm quan hệ giữa công suất trạm bơm và vốn đầu tư .............................111 Hình 3. 11. Quan hệ giữa tổng mức đầu tư ban đầu và chu kỳ lặp lại của lũ..............113 Hình 3. 12. Phân chia vùng nghiên cứu thành tiểu lưu vực dựa trên đặc điểm tiêu....114 Hình 3. 13. Xác định cấp lũ bảo vệ đạt tối ưu về rủi ro ..............................................115 Hình 3. 14. Hàm quan hệ giữa rủi ro, chi phí và chu kỳ lặp lại của lũ ........................116 Hình 3. 15. Phân chia vùng tiêu và phương án tiêu.....................................................118 vii
Hình 3. 16. Mô hình mô phỏng sơ đồ tiêu của toàn hệ thống thuộc vùng nghiên cứu119 Hình 3. 17. Phương án lựa chọn quy hoạch tiêu tối ưu về rủi ro ................................128 Hình 3. 18. Mô phỏng quá trình hoạt động của chương trình GAMS ........................132 Hình 3. 19. Kết quả nghiệm của chương trình ứng với các biến.................................134 Hình 3. 20. Quy trình tính toán quy hoạch tối ưu rủi ro úng ngập ..............................136 Hình 3. 21. Cấp lũ bảo vệ tối ưu ..................................................................................139 Hình 3. 22. Phương án chọn tối ưu ứng với cấp lũ tối ưu ...........................................140 viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1. Tổng hợp các tiếp cận quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập .....................32 Bảng 2. 2. Bảng phân loại thiệt hại do úng ngập...........................................................48 Bảng 2.3. Tổng hợp các loại thiệt hại và phương pháp ước lượng giá trị thiệt hại .......60 Bảng 2.4. Bảng tổng hợp cấu trúc của một chương trình viết trên GAMS ...................75 Bảng 3. 1. Đặc trưng lượng mưa giờ lớn nhất nhiều năm của vùng nghiên cứu...........84 Bảng 3. 2. Đặc trưng hình thái khu vực của một số sông chính....................................87 Bảng 3. 3. Mực nước lớn nhất thực đo và mô phỏng tại các vị trí kiểm tra..................92 Bảng 3. 4. Diễn biến khả năng úng ngập trong điều kiện hiện trạng ............................95 Bảng 3. 5. Phân bổ diện tích ngập theo độ sâu tại thời điểm 24 giờ max .....................95 Bảng 3. 6. Diện tích bị thiệt hại do úng ngập trong điều kiện hiện trạng .....................97 Bảng 3. 7. Thời gian duy trì ngập tại các vị tri đại diện trong điều kiện hiện trạng .....97 Bảng 3.8. Bảng tổng hợp thiệt hại và rủi ro còn lại do mất diện tích lúa theo cấp lũ 101 Bảng 3.9. Tổng hợp thiệt hại còn lại và rủi ro còn lại của hoa màu theo từng cấp lũ .101 Bảng 3.10. Tổng hợp thiệt hại còn lại và rủi ro còn lại của nuôi trồng thủy sản ........102 Bảng 3. 11. Bảng tính giá trị năng suất cây trồng giảm do úng ngập .........................103 Bảng 3. 12. Bảng tổng hợp thiệt hại và rủi ro còn dư do giảm năng suất ...................103 Bảng 3. 13. Tổng hợp rủi ro còn dư theo từng cấp úng ngập (Cấp lũ) .......................112 Bảng 3. 14. Kết quả phân lưu vực thuộc vùng nghiên cứu .........................................118 Bảng 3. 15. Bảng thiết kế các phương án quy hoạch tiêu ngập ..................................120 Bảng 3. 16. Tổng hợp diện tích ngập bị ngập theo các phương án tiêu (ha) ...............124 Bảng 3. 17. Tổng hợp thiệt hại còn dư của từng phương án quy hoạch theo tần suất P=10% .........................................................................................................................125 Bảng 3. 18. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng theo các phương án tiêu ....................127 Bảng 3. 19. Tổng hợp rủi ro của các phương án tiêu ..................................................127 ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ CBA Phân tích chi phí lợi ích CEA Phân tích chi phí hiệu quả CIF Cost, Insurance, Freight /Giá thành, Bảo hiểm, Cước CMA Phân tích chi phí tối thiểu CVM Phương pháp đánh giá ngẫu nhiên FDI Đầu tư trực tiếp nước ngoài FRP Flood Return Period (Chu kỳ lặp của lũ) FOB Free On Board/ Giá tại biên giới xuất khẩu GAMS Hệ thống mô hình đại số tổng quát IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu LVS Lưu vực sông MC Chi phí biên MR Rủi ro biên NN&PTNN Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn RBO Phân tích tối ưu rủi ro QHTL Quy hoạch thủy lợi TP Thành Phố UBND Ủy Ban Nhân Dân VSL Giá trị thống kê của nhân mạng VNC Vùng Nghiên cứu VSMT Vệ sinh môi trường WTA Ý muốn đền bù/ Chấp nhận đền bù WTP Sẵn sàng chi trả x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Trong những năm vừa qua tình trạng úng ngập xảy ra với một xu thế ngày càng tăng, cùng với diễn biến phức tạp của thời tiết do biến đổi khí hậu đã và đang gây ra nhiều thiệt hại về tính mạng, gây tổn thất to lớn về kinh tế xã hội và môi trường. Úng ngập ảnh hưởng nghiêm trọng đến tất cả các hoạt động sản xuất cũng như cuộc sống của người dân. Úng ngập gây thiệt hại không chỉ đối với vùng nông thôn, vùng ven đô có tốc độ đô thị hóa cao, mà đặc biệt nghiêm trọng đối với các vùng đô thị nơi mà tập trung tài sản và các hoạt động sản xuất kinh tế lớn. Hiện nay, hầu hết các đô thị lớn của Việt Nam đều là nơi có các công trình xây dựng nhà cao tầng như công sở, công trình công cộng và chủ yếu là nhà ở đang mọc lên san sát. Quá trình đô thị hóa diễn ra từng ngày đã làm cho bề mặt thấm ngày càng trở nên bị thu hẹp, các ao hồ bị san lấp dần, hệ thống tiêu thoát nước xuống cấp, không được nâng cấp cải tạo kịp thời là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng úng ngập ở một số đô thị tại Việt Nam, như một số đô thị quan trọng như TP. Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, TP. Cần Thơ, TP. Vĩnh Yên tỉnh Vĩnh Phúc. Gần đây, ghi nhận từ trận mưa kỷ lục diễn ra vào năm 2008 đã biến Thành phố Hà Nội thành một biển nước, gây thiệt hại nặng nề về kinh tế xã hội. Mức độ thiệt hại được ước tính sơ bộ của trận lụt vào ngày 30/10/2008 tại TP Hà Nội ít nhất khoảng 3000 tỷ đồng [1] (chưa kể các ảnh hưởng của sản xuất công nghiệp, dịch vụ, du lịch và các thiệt hại liên quan đến sản xuất kinh doanh của người dân). Ngoài những thiệt hại trực tiếp trên còn có những thiệt hại gián tiếp như phí phục hồi sản xuất sau úng ngập, chi phí vệ sinh môi trường, chi phí sức khỏe, chi phí do đình trệ hoạt động sản xuất và ảnh hưởng đến khả năng thu hút vốn đầu tư trực tiếp từ bên ngoài do môi trường đầu tư nhiều rủi ro cao. Do đó, vấn đề quản lý úng ngập, giảm thiểu rủi ro úng ngập bền vững là hết sức cần thiết, phải mang tính đồng bộ từ quy hoạch, thiết kế xây dựng và quản lý khai thác công trình. Đầu tư giảm thiểu rủi ro thiệt hại của úng ngập thực chất là chi phí cho các giải pháp giảm thiểu rủi ro (bao gồm cả giải pháp cứng và giải pháp mềm) với mong muốn giảm tới mức thấp nhất các tác động cũng như thiệt hại mà úng ngập gây ra cho con người, kinh tế, xã hội và môi trường. Các quyết định đầu tư cần phải được xem xét cẩn thận 1
từ giai đoạn quy hoạch, thiết kế xây dựng, quản lý và vận hành khai thác các công trình đầu tư. Trong các dự án lập quy hoạch phòng chống rủi ro úng ngập hiện nay thực hiện chủ yếu dựa trên cơ sở tính toán bản đồ ngập lụt, xác định lưu lượng cần tiêu, dựa trên diện tích cần tiêu để lựa chọn tần suất tiêu thiết kế cho công trình tiêu là xây dựng đê, xây dựng trạm bơm tiêu. Tuy nhiên cơ sở lựa chọn tuần suất tiêu thiết kế cũng như căn cứ lựa chọn công suất bơm chưa đảm bảo mang tính khoa học và thực tiễn, đặc biệt đối với các vùng úng ngập là vùng đô thị và có tốc độ đô thị hóa cao, hoặc mật độ dân cư tập trung cao, rủi ro úng ngập lại đặc biệt cao. Rủi ro được hiểu theo một nghĩa rộng đó là các thiệt hại do úng ngập gây ra. Đối với các quyết định đầu tư giảm thiểu rủi ro úng ngập cần phải dựa trên cơ sở khoa học tính toán đầy đủ lợi ích của đầu tư đảm bảo giảm thiểu rủi ro úng ngập đến mức tối thiểu nhất, đạt giá trị tối ưu về rủi ro. Câu hỏi được đặt ra là cơ sở nào để làm căn cứ lựa chọn các quyết định đầu tư giảm thiểu đó? Liệu đầu tư giảm thiểu rủi ro úng ngập có đảm bảo đúng theo tiếp cận rủi ro bền vững phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh của Việt Nam hay chưa? Có đảm bảo hiệu quả kinh tế xã hội không? Úng ngập luôn là mối đe dọa hàng đầu và gây ra nhiều thiệt hại về người và của. Cùng với sự tăng trưởng của các ngành kinh tế, sự phát triển của xã hội, đòi hỏi công tác quản lý, phòng chống thiên tai, đặc biệt thiên tai úng ngập, nhằm đảm bảo mức độ an toàn về người, hạn chế đến mức thấp nhất về thiệt hại kinh tế xã hội và môi trường. Trong bối cảnh đó NCS lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích rủi ro” với mong muốn xác định làm rõ cơ sở lý luận và khoa học để tính toán bài toán quy hoạch phòng chống rủi ro úng ngập theo tiêu chí tối thiểu (tối ưu) các rủi ro, thiệt hại gây ra đối với con người, kinh tế, xã hội và môi trường. 2. Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu phương pháp luận, xây dựng cơ sở khoa học phục vụ tính toán bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích tối ưu về rủi ro thiệt hại do úng ngập gây ra. 2
 Vận dụng cơ sở nghiên cứu lý thuyết để áp dụng tính toán bài toán quy hoạch tiêu úng ngập cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu  Rủi ro thiệt hại do úng ngập gây ra đối với con người, hoạt động sản xuất kinh tế, thiệt hại về môi trường và xã hội;  Giải pháp quy hoạch tiêu tổng thể cho lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc đáp ứng mục tiêu quản lý rủi ro úng ngập bền vững trên cơ sở phân tích tối ưu về rủi ro thiệt hại. 3.2. Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu rủi ro úng ngập do hiện tượng mưa lớn không tiêu thoát kịp thời;  Nghiên cứu đề xuất giải pháp trong giai đoạn quy hoạch tổng thể, xác định công suất thiết kế của các công trình đầu mối, không xét đến các giải pháp tiêu mang tính cục bộ, tiêu nước giữa các bộ phận cùng trong một vùng nghiên cứu;  Phân tích tối ưu rủi ro dựa trên cơ sở lượng hóa tiền tệ các thiệt hại do úng ngập gây ra có xét đến tính dài hạn và cường độ úng ngập;  Vùng nghiên cứu điển hình là lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc;  Số liệu tính toán của luận án được cập nhật đến năm 2016, có xem xét đến các quy hoạch tổng thể về sử dụng đất đến năm 2020, định hướng phát triển kinh tế của vùng nghiên cứu điển hình đến 2030. 4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Hướng tiếp cận nghiên cứu  Tiếp cận một cách hệ thống từ hiện tượng, nguyên nhân gây ra, nhận dạng và phân loại các thiệt hại có liên quan, xây dựng cơ sở ước lượng thiệt hại, tính toán ước lượng thiệt hại cụ thể; 3
 Xem xét và đề xuất giải pháp mang tính tổng thể quy mô trước rồi mới đến giải pháp cụ thể sau;  Kế thừa các công trình nghiên cứu đã có, trên cơ sở thừa hưởng các số liệu và kết quả phân tích đã có kết hợp với các số liệu thu thập, điều tra bổ sung làm cơ sở đầu vào cho nghiên cứu theo cách tiếp cận mới, khoa học hơn. 4.2. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu vừa mang tính định tính vừa mang tính định lượng, được vận dụng một cách linh hoạt và tổng hợp tùy theo từng đối tượng nghiên cứu cụ thể. Toàn bộ quá trình tiếp cận vấn đề, giải quyết vấn đề đều được hiện thực hóa thông qua việc áp dụng trực tiếp vào nghiên cứu điển hình. Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án:  Phương pháp kế thừa: Kế thừa những kết quả nghiên cứu khoa học trong các công trình bài báo, dự án, nghiên cứu cả lý thuyết và thực tiễn trong và ngoài nước;  Phương pháp định tính: Phương pháp này được ứng dụng để phân tích các thiệt hại, các rủi ro do úng ngập đối với một số thiệt hại chưa thể lượng hóa thành giá trị tiền tệ về kinh tế, xã hội và môi trường;  Phương pháp định lượng: Nghiên cứu định lượng các giá trị thiệt hại người, tài sản, môi trường, sức khỏe, nông nghiệp, công nghiệp và hoạt động dịch vụ sản xuất;  Phương pháp phân tích đa chiều: Phân tích đánh giá đa chiều về mức độ thiệt hại, nhân tố rủi ro của các bên như hộ dân, chuyên gia và các nhà quản lý rủi ro;  Phương pháp tối ưu: Xây dựng bài toán tối ưu phi tuyến, thiết lập hàm mục tiêu và các ràng buộc bài toán tối ưu trên cơ sở phân tích rủi ro;  Phương pháp chuyên gia và tham vấn cộng đồng: Kiểm tra đánh giá bảng hỏi, nhận diện và phân loại các loại thiệt hại do úng ngập tại vùng nghiên cứu; điều tra trực tiếp các hộ gia đình trong vùng nghiên cứu, phỏng vấn sâu đối với các cơ sở sản xuất, kinh doanh dịch vụ. 4
 Phương pháp thống kê: Sử dụng để phân tích tần suất mưa, tần suất dòng chảy, phân tích và kiểm định chất lượng số liệu điều tra, xây dựng và kiểm định các hàm toán học tương quan. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học  Đã hệ thống phương pháp luận khoa học cho việc nhận dạng, phân loại, đánh giá và ước lượng giá trị (tiền tệ hóa) của các loại hình thiệt hại.  Đã tổng hợp các mô hình lý thuyết dùng để ước lượng các giá trị thiệt hại do úng ngập, làm cơ sở cho việc phân tích đánh giá hiệu quả lợi ích của các công trình phòng chống và giảm nhẹ rủi ro do úng ngập.  Xây dựng thành công bài toán tối ưu dựa trên phân tích rủi ro, xác định phương pháp giải, công cụ giải bài toán làm cơ sở khoa học cho các giải pháp quy hoạch đầu tư giảm thiểu rủi ro cho một vùng hoặc một lưu vực sông. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn  Đã nhận dạng và chỉ ra được các đối tượng chịu ảnh hưởng của rủi ro úng ngập, lượng hóa giá trị tiền tệ của một số loại hình thiệt hại do úng ngập gây ra cho lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc.  Xác định được cấp lũ (tần suất, chu kỳ lặp lại) tối ưu cần tiêu và các giải pháp quy hoạch tổng thể cho bài toán tiêu của lưu vực sông Phan- Cà Lồ địa phận tỉnh Vĩnh Phúc, làm cơ sở cho UBND tỉnh Vĩnh Phúc bố trí ngân sách và lựa chọn phương án đầu tư các công trình tiêu đầu mối.  Xác định được trình tự cũng như các bước để tiến hành thực hiện bài toán quy hoạch rủi ro cho một lưu vực sông hoặc cho vùng rủi ro úng ngập. 6. Những đóng góp mới của luận án  Xây dựng phương pháp tích hợp giữa kỹ thuật và kinh tế cho lập quy hoạch phòng chống úng ngập trên cơ sở phân tích rủi ro úng ngập.  Xác định cấp lũ (tần suất, chu kỳ lặp lại) thiết kế tối ưu và giải pháp tiêu tổng thể tối ưu về rủi ro cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. 5
7. Cấu trúc của luận án Không kể phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích rủi ro. Chương 2: Phương pháp luận về quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro. Chương 3: Xây dựng và phân tích kết quả mô hình bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập tối ưu lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. Tóm tắt nội dung từng chương: Chương 1 xác định các vấn đề cần nghiên cứu. Tổng quan các nghiên cứu về rủi ro úng ngập nói riêng và rủi ro ngập lụt nói chung trên Thế giới và Việt Nam. Xác định các hướng nghiên cứu, cách tiếp cận quy hoạch phòng chống rủi ro úng ngập hiện nay và chỉ ra được các khoảng trống trong các nghiên cứu. Trên cơ sở các khoảng trống trong nghiên cứu, luận án đều xuất cách tiếp cận quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro. Các nhiệm vụ nghiên cứu, hướng tiếp cận, cũng như phạm vi của nghiên cứu cũng được xác định rõ trong Chương 1. Chương 2 tổng hợp các cơ sở lý thuyết cho hướng nghiên cứu quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro. Trong quá trình xác định cơ sở lý thuyết, các hướng tiếp cận quy hoạch, phương pháp đánh giá rủi ro úng ngập sẽ được phân tích để lựa chọn cách tiếp cận lý thuyết và bài toán phù hợp nhất. Trên cơ sở bài toán lý thuyết xác định lựa chọn phương pháp giải, công cụ hỗ trợ giải bài toán phân tích rủi ro sao cho phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Chương 3 thể hiện kết quả nghiên cứu cơ sở lý thuyết quy hoạch phòng chống úng ngập được áp dụng cụ thể cho một nghiên cứu điển hình là lưu vực sông Phan - Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm sẽ giúp cho việc cụ thể hóa giữa bài toán lý thuyết và bài toán áp dụng. Một nghiên cứu phân tích kết quả tần suất tiêu tối ưu và tổ hợp giải pháp công trình tối ưu cho lưu vực sông Phan - Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc được phân tích và trình bày cụ thể. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH PHÒNG CHỐNG ÚNG NGẬP TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH RỦI RO 1.1. Giới thiệu về rủi ro úng ngập và phân tích rủi ro úng ngập 1.1.1. Khái niệm về rủi ro Khi nói về khái niệm rủi ro, có rất nhiều định nghĩa về rủi ro, tuy nhiên chưa có một định nghĩa rủi ro nào thực sự nổi trội và bao hàm được đầy đủ nội dung và ý nghĩa. Theo định nghĩa của Frank Knight [2] thì “rủi ro là sự bất trắc có thể đo lường được” hay “Rủi ro là một tình trạng trong đó các biến cố xảy ra trong tương lai có thể xác định được” [3]. Theo quan điểm của Irving [4] thì rủi ro có đề cập thêm thành phần xác suất “Rủi ro là một sự tổng hợp những sự ngẫu nhiên có thể đo lường được bằng xác suất”. Tuy vậy, xác suất trong rủi ro phải có một quy luật phân phối theo quan điểm của các nhà kinh tế Hoa Kỳ: “Rủi ro là hoàn cảnh trong đó một sự kiện xảy ra với một xác suất nhất định hoặc trong trường hợp quy mô của sự kiện đó có một quy luật phân phối xác suất”. Khái quát chung lại thì rủi ro sẽ gắn liền với khả năng xảy ra của một số biến cố không lường trước được hay đúng hơn là một biến cố mà ta hoàn toàn không chắc chắn trong tương lai hay nói theo cách khác là sự sai lệch so với những gì xảy ra được dự kiến từ trước và sự sai lệch này lớn và khác biệt đến mức khó có thể chấp nhận được. Hiện nay trên thế giới đang tồn tại song song 3 quan điểm liên quan đến đánh giá nhìn nhận về rủi ro: (i) Quan điểm truyền thống: Nhấn mạnh đến các mặt tiêu cực, thiệt hại hay kết quả không đạt như mục tiêu mong muốn ban đầu và theo quan điểm này thì nhìn nhận rủi ro hoàn toàn theo chiều hướng tiêu cực; (ii) Quan điểm trung lập: Nhấn mạnh đến kết quả xảy ra trong tương lai khác biệt so với dự kiến ban đầu hay kế hoạch ban đầu mà không nhấn mạnh vào tính chất tiêu cực hay tích cực, tức là quan tâm đến sự thay đổi mà ít quan tâm đến tính chất của sự thay đổi; (iii) Quan điểm mở rộng: Kế thừa cả hai quan điểm trên nhưng có sự nhìn nhận đánh giá mang tính toàn diện hơn về tính chất và mục tiêu đặt ra, theo quan điểm mở rộng thì sự sai lệch so với mục tiêu ban đầu có thể là thiệt hại nhưng cũng có thêm sự tích cực đó là cơ hội thay đổi mang tính tích cực. Điều này được lý giải là trong cùng một vấn đề ta luôn nhìn nhận được 7
cả hai mặt của nó, đó là tiêu cực mặt này, đối với người này, nhưng cũng lại là tích cực ở mặt khác và đối với người khác. Quan điểm mở rộng này được đón nhận để đánh giá xem xét rủi ro một cách toàn diện hơn, đảm bảo sự công bằng hơn. Khi nghiên cứu về rủi ro, chúng ta cũng cần phân biệt những tình huống rủi ro với các tình huống xác định hay với tình huống bất định. Tình huống xác định: Sự chắc chắn về kết quả sẽ đạt được trong tương lai gần (tình huống hiện). Tình huống rủi ro: Không chắc chắn về kết quả sẽ đạt được trong tương lai trung hạn nhưng có thể ước tính được xác suất xảy ra của các viễn cảnh mà chúng ta mong muốn (nếu chúng ta tiến hành nghiên cứu một cách đầy đủ và khoa học). Tình huống bất định: Không chắc chắn về kết quả sẽ đạt được trong tương lai đồng thời không ước tính được xác suất xảy ra của các biến cố trong tương lai (biến cố mờ). Để mô hình hóa, rủi ro được tóm tắt và phân loại theo các trường hợp sau: (1) Phân loại rủi ro theo tiêu chí; (2) Phân loại rủi ro theo phạm vi môi trường; (3) Phân loại rủi ro theo tính chất (Hình 1.1). Ph©n lo¹i rñi ro theo tÝnh chÊt TÜnh §éng (®¬n gi¶n, tæn thÊt (do qu¸ tr×nh vËn ®éng, vÒ vËt chÊt ¶nh tæn thÊt nhiÒu, kh«ng hëng Ýt ®Òu ®Æn) dù ®o¸n ®îc) Cã thÓ Kh«ng thÓ TÝnh kh¸i qu¸t TÝnh kh¸i qu¸t ThuÇn tuý Suy ®o¸n (chØ mang l¹i thiÖt (cã thÓ mang l¹i thiÖt h¹i) h¹i hoÆc c¬ héi) Riªng biÖt C¬ b¶n Riªng biÖt C¬ b¶n (do v« ý, cè t×nh (thiªn tai, kinh tÕ (do biÕn cè chñ (do t¸c ®éng t¬ng ph¹m lçi) suy tho¸i) quan cña c¸ nh©n) hç cña x· héi) Hình 1. 1. Phân loại rủi ro theo tính chất 8