Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quy hoạch giao thông vận tải đường bộ đô thị ở Việt Nam theo hướng giảm nhẹ biến đổi khí hậu

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:200

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu tổng quát của luận án: Nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp cho quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng làm giảm nhẹ BĐKH. Tham khảo nội dung luận án để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quy hoạch giao thông vận tải đường bộ đô thị ở Việt Nam theo hướng giảm nhẹ biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM ĐỨC THANH NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM ĐỨC THANH NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 62 58 02 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN QUANG ĐẠO 2. GS.TS PHẠM CAO THĂNG HÀ NỘI - NĂM 2016
-i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2016 Tác giả Phạm Đức Thanh
-ii- LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý báu. Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Quang Đạo và GS.TS Phạm Cao Thăng đã giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Sau Đại học, Bộ môn Cầu đường - Sân bay, Viện Kỹ thuật Công trình Đặc biệt, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin cảm ơn Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho phép tác giả có thể tham gia nghiên cứu trong những năm làm nghiên cứu sinh. Tác giả xin cảm ơn các thầy, các đồng nghiệp ở Bộ môn Đường ô tô – Đường thành phố, Khoa Cầu đường, Đại học Xây dựng đã có nhiều giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, các đồng chí, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tác giả vượt qua các khó khăn để đạt được những kết quả nghiên cứu như ngày hôm nay. Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2016 Tác giả Phạm Đức Thanh
-iii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... II MỤC LỤC ................................................................................................................... III THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................ VII DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... VIII DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................................... X MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................. 5 1.1 Một số khái niệm về quy hoạch GTVT có liên quan tới BĐKH ......................... 5 1.1.1 Các khái niệm cơ bản về GTVT và BĐKH ........................................................ 5 1.1.2 Nguyên nhân và ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH .......................................... 8 1.1.3 Tác động tương hỗ giữa BĐKH và hệ thống GTVT ........................................ 11 1.1.4 Tình hình quy hoạch giao thông vận tải đô thị của Việt Nam hiện nay ........... 15 1.1.5 Các yếu tố và giải pháp cơ bản giảm phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu của các phương tiện GTVT ....................................................................................... 16 1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam về quy hoạch GTVT liên quan tới giảm nhẹ BĐKH ........................................................................................... 19 1.2.1 Tiến trình thực hiện giảm nhẹ BĐKH trên thế giới và tại Việt Nam ............... 19 1.2.2 Các nghiên cứu về xây dựng khung tiêu chí cho quy hoạch GTVT ................ 20 1.2.3 Các nghiên cứu về tính toán phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu của các phương tiện giao thông đường bộ ............................................................................. 22 1.2.4 Các nghiên cứu về giảm phát thải KNK trong quy hoạch GTVT .................... 22 1.2.5 Các nghiên cứu về quy hoạch phương tiện, dạng đô thị và cấu trúc không gian đô thị có liên quan tới phát thải KNK ............................................................... 23 1.3 Nhận xét rút ra từ tổng quan ............................................................................... 24 1.4 Các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu ........................................................... 25 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG KHUNG TIÊU CHÍ TRONG QUY HOẠCH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ ĐÔ THỊ THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU............................................................................................................. 26 2.1 Cở sở khoa học và thực tiễn xây dựng khung tiêu chí ....................................... 26 2.1.1 Khái niệm về tiêu chí ........................................................................................ 26
-iv- 2.1.2 Cơ sở pháp lý hiện hành và kết quả nghiên cứu trong nước ............................ 29 2.1.3 Từ xu thế của thế giới và các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài ...................... 30 2.2 Kiến nghị khung tiêu chí và các giải pháp tổng thể ........................................... 31 2.2.1 Xây dựng khung tiêu chí trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH ............................................................................................. 31 2.2.2 Các giải pháp tổng thể trong quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH 33 2.3 Vận dụng khung tiêu chí vào quy hoạch GTVT ................................................ 35 2.4 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 36 CHƯƠNG 3. QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG VÀ TUYẾN THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ........................................................... 37 3.1 Cơ sở khoa học quy hoạch mạng lưới đường và tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH ........................................................................................................................... 37 3.1.1 Ba bài toán kinh điển trong quy hoạch MLĐ lý thuyết .................................... 37 3.1.2 Các mô hình tính lượng khí phát thải và nhiên liệu tiêu thụ của các phương tiện giao thông đường bộ ........................................................................................... 39 3.1.3 Bài toán tìm đường đi ngắn nhất trong lý thuyết đồ thị ................................... 44 3.1.4 Phương pháp phân tích đa mục tiêu ................................................................. 44 3.2 Phương pháp thực nghiệm xây dựng mô hình tính lượng khí phát thải của các phương tiện giao thông đường bộ đô thị ở Việt Nam ........................................ 46 3.2.1 Địa điểm, đặc điểm mẫu và số lượng mẫu thí nghiệm ..................................... 46 3.2.2 Phương pháp và quy trình đo khí thải .............................................................. 47 3.2.3 Cách đo và xử lý số liệu đo ............................................................................. 48 3.2.4 Tính toán vận tốc xe chạy từ vòng tua động cơ ............................................... 50 3.2.5 Tính toán hàm lượng lượng phát thải theo g/km .............................................. 51 3.2.6 Các bước xây dựng mô hình tính toán khí thải từ số liệu thực nghiệm ........... 51 3.3 Kết quả xây dựng mô hình tính khí thải của ô tô con ở Việt Nam ................... 52 3.3.1 Xây dựng mô hình tính khí thải của ô tô con ở Việt Nam ............................... 52 3.3.2 So sánh mô hình tính khí thải tác giả xây dựng và mô hình COPERT ............ 56 3.3.3 Bình luận về các yếu tố thực tế ảnh hưởng đến kết quả xây dựng mô hình tính khí thải ................................................................................................................ 56 3.3.4 Ứng dụng kết quả mô hình tính khí thải cho các loại ô tô con ở Việt Nam ..... 56 3.4 Kết quả quy hoạch mạng lưới đường lý thuyết theo hướng giảm nhẹ BĐKH 57
-v- 3.4.1 Xét bài toán 1: bài toán đường nối theo mục tiêu tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu ...................................................................................................... 57 3.4.2 Xét bài toán 2: bài toán đường nhánh theo mục tiêu tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu ...................................................................................................... 60 3.4.3 Xét bài toán 3: bài toán lưới đường có quan hệ vận tải tam giác theo mục tiêu tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu ....................................................... 63 3.4.4 Ý kiến của tác giả về việc ứng dụng 3 bài toán quy hoạch MLĐ lý thuyết theo mục tiêu tối ưu phát thải khí và tiêu thụ nhiên liệu vào thực tế ........................ 67 3.4.5 Bình luận về việc phân tích đa mục tiêu trong quy hoạch MLĐ lý thuyết ...... 68 3.5 Kết quả quy hoạch tuyến đường giao thông theo hướng giảm nhẹ BĐKH ..... 69 3.5.1 Nội dung bài toán ............................................................................................ 69 3.5.2 Các bước của thuật toán Dijkstra .................................................................... 69 3.5.3 Xây dựng chương trình .................................................................................... 70 3.5.4 Ví dụ số............................................................................................................. 71 3.5.5 Ứng dụng bài toán tìm tuyến đường đi tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu trong thực tế .............................................................................................. 72 3.6 Kết luận chương 3 ................................................................................................. 75 CHƯƠNG 4. LỰA CHỌN TỶ LỆ PHƯƠNG TIỆN VÀ DẠNG ĐÔ THỊ THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ........................................................... 76 4.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn chọn tỷ lệ phương tiện và dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH .............................................................................................. 76 4.1.1 Khái niệm ......................................................................................................... 76 4.1.2 Giới thiệu các mô hình phát triển không gian đô thị ........................................ 77 4.1.3 Đặc điểm dạng đô thị trải rộng và dạng đô thị nhỏ gọn ................................... 82 4.1.4 Tác động của phương tiện giao thông đô thị tới hình dạng đô thị ................... 85 4.1.5 Ba giai đoạn phát triển phương tiện của thời đại ô tô và đường cao tốc .......... 87 4.1.6 Các tổ hợp và tỷ lệ phương tiện giao thông đô thị ........................................... 88 4.1.7 Chọn phương tiện vận tải dựa trên năng lực vận chuyển, mức tiêu hao nhiên liệu và phát thải KNK bình quân giai đoạn khai thác ............................................... 89 4.2 Phương pháp điều tra khảo sát tỷ lệ sử dụng phương tiện giao thông cơ giới đường bộ đô thị ở Việt Nam ....................................................................................... 91 4.2.1 Mục đích và phương pháp điều tra ................................................................... 91 4.2.2 Phương pháp lấy mẫu ....................................................................................... 92
-vi- 4.2.3 Đối tượng điều tra............................................................................................. 92 4.3 Kết quả lựa chọn tỷ lệ phương tiện và dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH ........................................................................................................................... 93 4.3.1 Điều tra tỷ lệ sử dụng phương tiện giao thông cơ giới đường bộ đô thị ở Việt Nam ................................................................................................................... 93 4.3.2 Xây dựng mối quan hệ giữa tỷ lệ phương tiện và mật độ dân cư đô thị .......... 94 4.3.3 Lựa chọn phương thức vận tải trên đường phố chính đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH ................................................................................................................. 96 4.3.4 Chọn dạng đô thị có hệ thống GTVT thích hợp cho việc giảm nhẹ BĐKH .. 103 4.4 Một số ví dụ minh họa chọn tỷ lệ phương tiện và dạng đô thị ở Việt Nam theo hướng giảm nhẹ BĐKH .................................................................................... 108 4.4.1 Ví dụ chọn tỷ lệ phương tiện cho một số thành phố ở Việt Nam................... 108 4.4.2 Quy hoạch trục đường Hùng Vương theo hướng chuỗi mô hình TOD kết hợp với tuyến xe buýt nhanh BRT nhằm giảm nhẹ BĐKH .................................... 111 4.5 Kết luận chương 4 ............................................................................................... 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................... 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 126
-vii- THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AASHTO Hiệp hội giao thông vận tải Hoa Kỳ (American Association of State Highway and Transportation Offcials) BĐKH Biến Đổi Khí Hậu COPERT Là mô hình tính toán khí thải và nhiên liệu tiêu thụ của các phương tiện giao thông đường bộ (COmputer Programme to calculate Emissions from Road Transport) EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (United States Enviromental Protection Agency) EEA Cơ quan môi trường Châu Âu (European Enviroment Agency) GTCC Giao thông công cộng GTVT Giao Thông Vận Tải GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) HDM-4 Mô hình quản lý và phát triển đường bộ - 4 (Highway Development and Management System – 4) IEA Cơ quan năng lượng quốc tế (International Energy Agency) IPCC Ủy ban Liên chính phủ về BĐKH (Intergovermental Panel on Climate Change) KNK Khí nhà kính MLĐ Mạng lưới đường NBD Nước biển dâng NOx Gồm khí NO (Nitơ oxít) và khí NO2 (Nitơ đioxít) PTBV Phát triển bền vững PTVTCN Phương tiện vận tải cá nhân PTVTCC Phương tiện vận tải công cộng TDM Quản lý nhu cầu giao thông (Transportation Demand Managemnet) TOD Phát triển đô thị gắn với các đầu mối giao thông công cộng (Transit Oriented Development) UNDP Chương trình phát triển Liên Hợp Quốc (Union Nation Development Programme) VOCs Hỗn hợp các chất hữu cơ độc hại bay trong không khí làm ô nhiễm môi trường (Volatile Organic Compounds) VKT Lượng xe luân chuyển (Vehicle Kilomet Traveled)
-viii- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hệ số quy đổi các loại khí thải và nhiên liệu sang khí CO2 (kg) ...............7 Bảng 1.2 Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua ở các vùng khí hậu của Việt Nam [41] .................................................................................8 Bảng 1.3 Mức thay đổi lượng mưa ngày lớn nhất (%) vào cuối thế kỷ 21 ..........9 so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình [6] ............................9 Bảng 1.4 Dân số cả nước và dân số ở đô thị Việt Nam ...........................................15 Bảng 1.5 Tốc độ tăng trưởng phương tiện cơ giới đường bộ ở Việt Nam ..............15 Bảng 2.1 Các tiêu chí và chỉ tiêu chung PTBV kết cấu hạ tầng giao thông [48] ....27 Bảng 2.2 Các chỉ tiêu về tài nguyên và môi trường nhằm giám sát và đánh giá PTBV Việt Nam ........................................................................................................28 Bảng 2.3 Một số chỉ tiêu chủ yếu trong việc giảm cường độ phát thải KNK [18]..30 Bảng 2.4 Khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH........................................................................................................................31 Bảng 2.5 Đề xuất các giải pháp trong quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH........................................................................................................................34 Bảng 3.1 Lượng CO2 phát thải của các loại phương tiện giao thông [46] .............39 Bảng 3.2 Mức tiêu hao nhiên liệu và phát thải KNK bình quân trong giai đoạn khai thác của các loại phương tiện [95] ............................................................................39 Bảng 3.3 Lượng khí phát thải của các loại phương tiện giao thông đường bộ .......40 Bảng 3.4 Khí thải của các loại xe di chuyển với vận tốc thiết kế theo JTJ-005.96 [76] ............................................................................................................................41 Bảng 3.5 So sánh các phương pháp tính toán khí thải và nhiên liệu tiêu thụ ..........43 Bảng 3.6 Thị phần ứng dụng của các phương pháp phân tích đa mục tiêu [79] .....45 Bảng 3.7 Đề xuất số lượng xe ô tô con theo tiêu chuẩn khí thải Euro 2 lấy mẫu đo khí thải .......................................................................................................................47 Bảng 3.8 Quan hệ khí thải và vận tốc của ô tô con theo tiêu chuẩn khí thải Euro 2 ...................................................................................................................................52 Bảng 3.9 Thành phần dòng xe và tốc độ các loại xe trên đường chính và đường nhánh .........................................................................................................................60 Bảng 3.10 Thành phần xe và tốc độ tương ứng trên các đoạn đường .....................63 Bảng 3.11 Thành phần xe và tốc độ tương ứng trên các đoạn đường .....................67
-ix- Bảng 4.1 Đặc điểm của dạng đô thị trải rộng [60] [61] ............................................82 Bảng 4.2 Đặc điểm của dạng đô thị nhỏ gọn [63] [74] ............................................84 Bảng 4.3 Tổ hợp phương tiện vận tải công cộng [43] ............................................88 Bảng 4.4 Tỷ lệ các loại hình phương tiện theo khả năng phục vụ hành khách .......89 Bảng 4.5 Năng lực vận chuyển tối đa của các loại hình vận tải ..............................91 Bảng 4.6 Tỷ lệ các đối tượng ở Hà Nội ...................................................................92 Bảng 4.7 Thống kê đối tượng điều tra .....................................................................92 Bảng 4.8 Tổng hợp số lượng người chọn hình thức đi lại tương ứng với chiều dài quãng đường khác nhau trong số 1000 người khảo sát .............................................93 Bảng 4.9 Tỷ lệ sử dụng phương tiện giao thông cơ giới đường bộ đô thị (tác giả) 94 Bảng 4.10 Tính toán khí thải và tiêu thụ nhiên liệu của các phương án tổ chức giao thông trên đường phố chính 6 làn xe (3 làn xe cơ giới mỗi chiều) ...........................98 Bảng 4.11 Hai phương án tỷ lệ phương tiện trên đường trục chính đô thị 6 làn xe theo mục tiêu giảm thiểu khí thải và tiêu thụ nhiên liệu (tác giả đề xuất) ................98 Bảng 4.12 Tính toán khí thải và tiêu thụ nhiên liệu của các phương án tổ chức giao thông trên đường phố chính 4 làn xe (2 làn xe cơ giới mỗi chiều) ...........................99 Bảng 4.13 Phương án tỷ lệ phương tiện trên đường trục chính đô thị 4 làn xe theo mục tiêu giảm thiểu khí thải và tiêu thụ nhiên liệu (tác giả đề xuất) ........................99 Bảng 4.14 Tính toán khí thải và tiêu thụ nhiên liệu của các phương án tổ chức giao thông trên đường phố chính với 4 làn xe cơ giới mỗi chiều ...................................100 Bảng 4.15 Bốn phương án tỷ lệ phương tiện trên đường trục chính đô thị 8 làn xe theo mục tiêu giảm thiểu khí thải và tiêu thụ nhiên liệu (tác giả đề xuất) ..............101 Bảng 4.16 So sánh một số phương án tổ chức giao thông cho đường 4 làn và 6 làn xe .............................................................................................................................103 Bảng 4.17 So sánh dạng đô thị trải rộng và dạng đô thị nhỏ gọn theo các tiêu chí về môi trường trong phát triển bền vững .....................................................................108 Bảng 4.18 Tính toán chọn tỷ lệ phương tiện ở một số thành phố ở Việt Nam.......109 Bảng 4.19 Quy mô dân số Thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ ..............................111 Bảng 4.20 Hiện trạng đấu nối trên đường Hùng Vương (khảo sát của tác giả 9/2014) ....................................................................................................................115 Bảng 4.21 So sánh phương án quy hoạch với phương án đề xuất của tác giả ......116
-x- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mối quan hệ giữa ứng phó, giảm nhẹ và thích ứng với BĐKH .................7 Hình 1.2 Sơ đồ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu .....................................................10 Hình 1.3 Số lượng thiên tai liên quan đến khí hậu từ năm 1900 đến năm 2011 .....11 Hình 1.4 Mô tả sự chênh lệch nhiệt độ do hiệu ứng đảo nhiệt gây ra .....................12 Hình 1.5 Tỷ lệ phát thải khí CO2 của các ngành kinh tế Việt Nam năm 2005 .......13 Hình 1.6 Tỷ lệ phát thải khí CO2 và tiêu thụ năng lượng của các loại hình vận tải của Việt Nam năm 2005 ............................................................................................13 Hình 1.7 Có thể đi bao xa với 1 tấn CO2 phát thải? [55] ........................................14 Hình 1.8 Ba yếu tố chính ảnh hưởng đến việc phát thải KNK từ hệ thống GTVT .17 Hình 1.9 Giải pháp quản lý mức tăng số lượng xe luân chuyển .............................18 Hình 2.1 Sơ đồ minh hoạ hệ thống mục đích, mục tiêu, chỉ tiêu và tiêu chí ..........29 Hình 2.2 Sơ đồ các giải pháp giảm nhẹ BĐKH ......................................................34 Hình 3.1 Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới 19.01V..................................................47 Hình 3.2 Thao tác gắn cảm biến tốc độ vào động cơ ..............................................48 Hình 3.3 Thao tác gắn đầu đo khí thải vào ống xả phương tiện..............................49 Hình 3.4 Màn hình kết quả đo khí thải phương tiện có động cơ xăng ....................49 Hình 3.5 Đồ thị tương quan giữa khí thải (CO+ HC) và vận tốc của ô tô con (CC
-xi- Hình 3.12 Đồ thị tương quan giữa khí thải CO và vận tốc của ô tô con (CC>2,01) ở Việt Nam (kết quả đo 10/2014) .................................................................................55 Hình 3.13 Đồ thị tương quan giữa khí thải HC và vận tốc của ô tô con (CC>2,01) ở Việt Nam (kết quả đo 10/2014) .................................................................................55 Hình 3.14 Minh hoạ ứng dụng 3 bài toán quy hoạch MLĐ lý thuyết theo mục tiêu tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu vào thực tế ...........................................68 Hình 3.15 Sơ đồ minh họa mạng lưới đường giao thông ........................................71 Hình 3.16 Các phương án khả thi dành cho xe ô tô con đi từ Đại học Điện Lực đến Đại học Xây dựng .....................................................................................................74 Hình 4.1 Mô hình đô thị hạt nhân............................................................................77 Hình 4.2 Mô hình đô thị hình sao ............................................................................78 Hình 4.3 Mô hình phát triển thành phố hình sao .....................................................79 Hình 4.4 Mô hình đô thị vệ tinh ..............................................................................79 Hình 4.5 Mô hình đô thị dải ....................................................................................80 Hình 4.6 Mô hình đô thị đa cực ...............................................................................80 Hình 4.7 Mô hình đô thị gắn với đầu mối giao thông công cộng (mô hình TOD) .81 Hình 4.8 Sơ đồ minh họa một đô thị gắn với đầu mối GTCC (đô thị TOD) ..........81 Hình 4.9 Vòng xoáy giữa việc mở rộng đô thị và sử dụng ô tô ..............................83 Hình 4.10 Vòng xoáy giữa việc mở rộng đô thị và các vấn đề xã hội ....................83 (tác giả) ......................................................................................................................83 Hình 4.11 Tác động của phương tiện giao thông vận tải đến hình dạng đô thị [75] ...................................................................................................................................86 Hình 4.12 Đồ thị tương quan giữa tỷ lệ phục vụ của PTVTCC với mật độ dân số 95 Hình 4.13 Đồ thị tương quan giữa tỷ lệ phục vụ của ô tô cá nhân với mật độ dân số ...................................................................................................................................95 Hình 4.14 Cảnh ùn tắc kinh hoàng trên tuyến đường cao tốc 26 làn NH-8 giữa New Delhi và Gurgaon, Ấn Độ (nguồn internet) ............................................................102 Hình 4.15 Tình trạng ùn tắc kinh hoàng ở Ấn Độ (nguồn internet) ......................102 Hình 4.16 Ví dụ mô tả một đô thị dạng trải rộng ..................................................103 Hình 4.17 Ví dụ mô tả đô thị dạng nhỏ gọn ..........................................................104 Hình 4.18 Sơ đồ phát tán khí thải trong dạng đô thị trải rộng...............................106 Hình 4.19 Sơ đồ phát tán khí thải trong dạng đô thị nhỏ gọn ..............................107
-xii- Hình 4.20 Biểu đồ gradien khí thải của 2 dạng đô thị ...........................................107 Hình 4.21 Sơ đồ định hướng phát triển giao thông TP Việt Trì đến năm 2020 ....112 Hình 4.22 Quy hoạch sử dụng đất thành phố Việt Trì ..........................................113 Hình 4.23 Mặt cắt đường Hùng Vương [44] .........................................................114 Hình 4.24 Thực trạng tổ chức không gian đường Hùng Vương ............................115 Hình 4.25 Bản đồ trục đường Hùng Vương bố trí theo mô hình TOD .................117 Hình 4.26 Quy hoạch sử dụng đất khu vực nghiên cứu (nút giao Hùng Vương – Trần Phú) .................................................................................................................118 Hình 4.27 Đề xuất tổ chức không gian đường Hùng Vương ................................119 Hình 4.28 Minh hoạ các đặc điểm của tuyến xe buýt nhanh BRT ........................120 Hình 4.29 Minh hoạ bố trí làn dành cho xe đạp trên vỉa hè ..................................120
-1- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã trở thành mối đe doạ lớn nhất của nhân loại trong thế kỷ 21 và được cả thế giới quan tâm. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới [29], Việt Nam là một trong 5 nước dễ bị tổn thương nhất do BĐKH và mực nước biển dâng (NBD). Gần đây nhất, tại kỳ họp Đại hội đồng Liên hợp quốc khóa 70 (28/9/2015-3/10/2015) đã chính thức thông qua “Chương trình nghị sự phát triển bền vững toàn cầu năm 2030” bao gồm 17 mục tiêu phát triển bền vững nhằm đạt được 3 thành tựu đó là: chấm dứt đói nghèo, đấu tranh với tình trạng bất bình đẳng và ứng phó với BĐKH. Ứng phó với BĐKH là hoạt động của con người nhằm giảm nhẹ BĐKH và thích ứng với BĐKH. Vấn đề ứng phó với BĐKH cũng được Đảng và Nhà nước ta đặc biệt quan tâm và xác định ứng phó với BĐKH có ý nghĩa sống còn đối với Việt Nam và đã đặt ra nhiệm vụ ứng phó với BĐKH cho từng ngành và từng địa phương. Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt “Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu” [14],“Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu” [15], “Kế hoạch hành động quốc gia về biến đổi khí hậu giai đoạn 2012 – 2020” [19]. Ban Chấp hành Trung ương Đảng đã ban hành Nghị quyết số 24 NQ/TW về “Chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cường quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường” [2]. Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH do Thủ tướng phê duyệt (QĐ số 158/2008/QĐ-TTg) [14] đã giao nhiệm vụ cho Bộ Giao thông vận tải (GTVT) trong giai đoạn 2009 – 2015: “xây dựng và triển khai kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH của Bộ GTVT”:  “Đánh giá tác động và xác định các giải pháp ứng phó với BĐKH và NBD do Bộ quản lý.  Tích hợp các vấn đề BĐKH vào các chiến lược, chương trình, kế hoạch và quy hoạch của Bộ.  Triển khai thực hiện các nhiệm vụ liên quan khác: các phương án điều chỉnh các quy hoạch và thiết kế công trình GTVT, kế hoạch và các giải pháp giảm nhẹ phát thải, tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng, tăng cường sử dụng nguồn năng lượng mới thân thiện với khí hậu và môi trường, giảm ùn tắc giao thông ...” Trong ấn phẩm năm 2007, “Tầm nhìn mới cho thế kỷ 21” [53], Hiệp hội giao
-2- thông vận tải Hoa Kỳ (AASHTO) đã nhấn mạnh rằng: “BĐKH toàn cầu đã trở thành vấn đề kinh tế - chính trị - môi trường của xã hội”. Báo cáo này cũng xác định những mục tiêu táo bạo có thể đạt được trong việc giảm khí nhà kính (KNK) của hệ thống GTVT Hoa Kỳ như sau:  Trong vòng 10 năm, giảm 20% lượng tiêu thụ xăng dầu; tăng gấp đôi hiệu suất sử dụng nhiên liệu của các xe ô tô cá nhân và xe tải nhẹ.  Đến năm 2030, mở rộng đáng kể thị phần vận chuyển hành khách và hàng hóa bằng đường sắt.  Giảm mức tăng lượng xe luân chuyển (VMT - Vehicle Miles Traveled) từ 3000 tỷ xe.dặm ở năm 2006 thành 5000 tỷ xe.dặm vào năm 2055 chứ không phải thành 7000 tỷ xe.dặm ở năm 2055.  Giảm tỷ lệ người đi xe một mình, tăng tỷ lệ người đi chung xe con, đi xe công cộng, đi bộ, xe đạp và làm việc tại chỗ. Bốn mục tiêu của AASHTO đưa ra trên đây chính là hướng đi của ngành GTVT Hoa Kỳ để giảm nhẹ BĐKH mà các nước có thể tham khảo và đã được nhiều nước sử dụng. Đây là những vấn đề đáng quan tâm ở Việt Nam. Trong lĩnh vực giảm nhẹ BĐKH ở Việt Nam hiện nay, các nghiên cứu sâu về quy hoạch GTVT liên quan tới giảm nhẹ BĐKH còn ít được đề cập đến. Có thể xem đây là những nội dung thuộc lĩnh vực nghiên cứu cơ bản của ngành GTVT, hay nói khác đi là những nghiên cứu phục vụ cho quá trình xây dựng chiến lược, quy hoạch GTVT. Xuất phát từ thực tế trên, việc thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu quy hoạch giao thông vận tải đường bộ đô thị ở Việt Nam theo hướng giảm nhẹ biến đổi khí hậu” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng. 2. Mục đích nghiên cứu - Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp cho quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng làm giảm nhẹ BĐKH. - Mục tiêu cụ thể: + Xây dựng khung tiêu chí trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng làm giảm nhẹ BĐKH.
-3- + Xây dựng một số nội dung về quy hoạch MLĐ và tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH: xây dựng mô hình tính khí thải của ô tô con ở Việt Nam, kết hợp mô hình tính khí thải với các bài toán quy hoạch MLĐ lý thuyết và bài toán tìm đường đi trong lý thuyết đồ thị theo mục tiêu tối ưu khí thải và nhiên liệu tiêu thụ nhằm giảm nhẹ BĐKH. + Lựa chọn tỷ lệ phương tiện và dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH. Thông qua tiêu chí GTVT có khả năng giảm nhẹ BĐKH góp phần củng cố, bổ sung lý thuyết về dạng đô thị phát triển bền vững. 3. Đối tượng nghiên cứu Đề cập 3 thành phần của hệ thống GTVT đường bộ đô thị: phương tiện, đường bộ đô thị và quản lý phát triển liên quan đến phát thải KNK và BĐKH. 4. Phạm vi nghiên cứu Lĩnh vực quy hoạch GTVT đường bộ đô thị ở Việt Nam 5. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả sử dụng các phương pháp sau đây: - Phương pháp phân tích tổng hợp: để đánh giá tổng quan tình hình quy hoạch GTVT đường bộ đô thị có liên quan tới BĐKH trên thế giới và ở Việt Nam. - Phương pháp thực nghiệm và điều tra khảo sát: đo đạc thực nghiệm khí thải của các phương tiện giao thông ở đô thị Việt Nam, điều tra nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông của người dân đang sống và làm việc tại thủ đô Hà Nội, - Phương pháp chuyên gia và kế thừa: tác giả đã thu thập thông tin, trao đổi trực tiếp, tham dự hội thảo khoa học, tham khảo các báo cáo của một số chuyên gia ở các lĩnh vực GTVT, BĐKH, khí tượng khí hậu và kế thừa được nhiều nghiên cứu của các đề tài nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước về những kiến thức liên quan tới quy hoạch GTVT trong điều kiện BĐKH. - Phương pháp mô hình hóa: tác giả sử dụng mô hình toán học để xây dựng các mối quan hệ toán học giữa khí thải phương tiện và vận tốc xe chạy, giữa tỷ lệ phương tiện và mật độ dân cư đô thị. 6. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của luận án có thể tham khảo khi xây dựng chiến lược phát triển GTVT theo hướng PTBV và lý thuyết tối ưu hoá trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm phát thải, giảm hành
-4- trình đi lại, nâng cao hiệu quả sử dụng đất góp phần giảm nhẹ BĐKH. Các nội dung của luận án góp phần cung cấp một số cơ sở lý thuyết mới cho việc giảm bớt lượng phát thải và tiêu thụ nhiên liệu trong hệ thống GTVT đường bộ đô thị, trong đó đáng chú ý bao gồm: xây dựng và đưa ra các tiêu chí về quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH; xây dựng bài toán về thiết lập MLĐ và tuyến tối ưu phát thải KNK và tiêu thụ nhiên liệu; xác định tỷ lệ phương tiện đồng thời củng cố lý thuyết về ảnh hưởng của dạng đô thị đến giảm nhẹ BĐKH. 7. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của luận án có thể xem xét, sử dụng tham khảo trong điều kiện Việt Nam như: - Khung tiêu chí về quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH tham khảo được trong xây dựng chiến lược và quy hoạch phát triển GTVT; - Mô hình toán học tính khí phát thải theo loại xe ô tô con và tốc độ xe chạy, mô hình xác định tỷ lệ phương tiện vận tải công cộng, tỷ lệ ô tô cá nhân và mật độ dân cư đô thị có thể tham khảo trong việc phân chia phương thức trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị (bước 3 trong mô hình 4 bước). - Bài toán xác định MLĐ và tuyến tối ưu trên cơ sở giảm thiểu lượng phát thải và tiêu thụ nhiên liệu có thể tham khảo trong việc ấn định mạng lưới trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị (bước 4 trong mô hình 4 bước). - Các kết quả nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và điều tra xã hội học trong luận án có thể áp dụng trong thực tiễn quy hoạch GTVT đường bộ đô thị ở Việt Nam. 8. Cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương (minh họa như sơ đồ bên dưới), phần kết luận và kiến nghị, với 124 trang thuyết minh, trong đó có 42 bảng, 56 hình vẽ đồ thị. Ngoài ra, luận án còn có 97 tài liệu tham khảo và 52 trang phụ lục. Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2. Xây dựng khung tiêu chí trong quy hoạch GTVT đường bộ đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH Chương 3. Chương 4. Quy hoạch mạng lưới đường Chọn tỷ lệ phương tiện và dạng và tuyến theo hướng giảm đô thị theo hướng giảm nhẹ nhẹ BĐKH BĐKH
-5- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số khái niệm về quy hoạch GTVT có liên quan tới BĐKH 1.1.1 Các khái niệm cơ bản về GTVT và BĐKH a. Một số khái niệm về giao thông vận tải “Quy hoạch giao thông vận tải” có nhiều khái niệm khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích và cách tiếp cận, trong luận án này quy hoạch giao thông vận tải được hiểu là: quy hoạch một hệ thống GTVT bao gồm quy hoạch phát triển tổng thể (master transporation planning); quy hoạch các chuyên ngành gồm: quy hoạch phương tiện (transportation planning), quy hoạch hạ tầng giao thông (infrastructure transportation planing), quy hoạch phân vùng giao thông (zone transportation planning); quy hoạch đồng bộ (comprehensive transportation planning ); quy hoạch vị trí (site transportation planning). Từ quy hoạch phát triển tổng thể đến quy hoạch vị trí như vậy do tính đa dạng của ngành, tính thứ bậc của công tác quy hoạch do đó, quy hoạch GTVT có rất nhiều loại khác nhau. “Phát triển bền vững” cũng có nhiều khái niệm khác nhau đứng trên quan điểm từng ngành, tuy nhiên khái niệm PTBV được sử dụng một cách chính thức trên quy mô toàn cầu được Liên Hợp Quốc định nghĩa như sau: “Phát triển bền vững là sự phát triển nhằm thỏa mãn các yêu cầu hiện tại nhưng không tổn hại cho khả năng của các thế hệ tương lai để đáp ứng yêu cầu của chính họ” [96]. - Phát triển bền vững hệ thống giao thông vận tải: Theo Viện Chiến lược và phát triển GTVT [47], "PTBV hệ thống GTVT là phát triển đồng bộ, hài hòa trên 3 lĩnh vực vận tải, kết cấu hạ tầng giao thông và công nghiệp giao thông đảm bảo phát triển trên 3 mặt kinh tế, xã hội và môi trường đáp ứng yêu cầu PTBV đất nước, đồng thời đảm bảo sự PTBV của chính hệ thống GTVT". Theo Hội đồng Bộ trưởng Liên minh châu Âu, "Một hệ thống GTVT bền vững là hệ thống trong đó: (1) Cho phép tiếp cận nhu cầu phát triển của cá nhân, tổ chức, xã hội một cách an toàn, phù hợp với phong tục tập quán và sức khỏe con người, duy trì và bảo tồn sinh thái, bảo đảm tính công bằng trong mỗi thế hệ và giữa các thế hệ kế tiếp; hoạt động kinh tế có hiệu quả, cung cấp sự lựa chọn các phương tiện giao thông,
-6- (2) Giá cả phải chăng và hỗ trợ một nền kinh tế cạnh tranh cũng như phát triển cân bằng khu vực, vùng miền; (3) Giới hạn phát thải và chất thải trong phạm vi khả năng hấp thụ của hành tinh, sử dụng tài nguyên tái tạo bằng hoặc thấp hơn mức phát triển các sản phẩm thay thế năng lượng tái tạo trong khi giảm thiểu sử dụng đất và những tác động tiêu cực do sử dụng đất." [86]. b. Một số khái niệm về biến đổi khí hậu “Biến đổi khí hậu” (climate change): sự thay đổi của khí hậu được quy trực tiếp hay gián tiếp là do hoạt động của con người làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu và đóng góp thêm vào sự biến động khí hậu tự nhiên trong các thời gian có thể so sánh được. BĐKH xác định sự khác biệt giữa các giá trị trung bình dài hạn của một tham số hay thống kê khí hậu. Trong đó, trung bình được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định, thường là vài thập kỷ [6]. “Nước biển dâng” (sea level rise): là sự dâng mực nước của đại dương trên toàn cầu, trong đó không bao gồm triều, nước dâng do bão... Nước biển dâng tại một vị trí nào đó có thể cao hơn hoặc thấp hơn so với trung bình toàn cầu vì có sự khác nhau về nhiệt độ của đại dương và các yếu tố khác [6]. “Khí nhà kính” (greenhouse gas): là tên gọi chung của một số loại khí trong thành phần khí quyển như hơi nước (H2O), điôxít cácbon (CO2), ôxít nitơ (N2O), mêtan (CH4) và chlorofluorocacbon (CFC) ... trong tầng thấp của khí quyển (khoảng 25km từ mặt đất đến tầng đối lưu). Các khí này hấp thụ và phát xạ trở lại mặt đất bức xạ hồng ngoại từ mặt đất phát ra, hạn chế lượng bức xạ của mặt đất thoát ra ngoài không trung... Mật độ KNK ảnh hưởng mạnh mẽ đến nhiệt độ của trái đất [25]. “Hiệu ứng nhà kính” (greenhouse effect): là hiện tượng trong khí quyển tầng thấp (tầng đối lưu) tồn tại các KNK như COX, NOX, CH4, PFC2, CFC, SF6 chỉ cho bức xạ sóng ngắn xuyên qua và giữ lại nhiệt bức xạ của mặt đất dưới dạng sóng dài, nhờ đó duy trì được nhiệt độ trung bình trên mặt đất khoảng 15oC (nếu không có KNK thì nhiệt độ là -18oC) đảm bảo cho sự sống tồn tại và phát triển trên trái đất. Hiệu ứng này giống như hiệu ứng giữ nhiệt của mái nhà kính nên được gọi lạ hiệu ứng nhà kính [25]. “Giảm nhẹ BĐKH” (climate change mitigation): là các hoạt động nhằm giảm mức độ hoặc cường độ phát thải khí nhà kính [6].