BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ XUÂN BẢO ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH RỦI RO VÀ LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ XÁC ĐỊNH MỨC BẢO ĐẢM AN TOÀN CHO HỆ THỐNG KIỂM SOÁT NGẬP LỤT VÙNG HẠ DU SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 62-58-02-02
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. MAI VĂN CÔNG Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. FRANZ NESTMANN
Phản biện 1: PGS.TS. LÊ XUÂN ROANH
Phản biện 2: GS.TS. TĂNG ĐỨC THẮNG
Phản biện 3: TS. NGUYỄN KIÊN QUYẾT
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại: Trường Đại học Thủy Lợi vào lúc 8 giờ 30 ngày 25 tháng 5 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết phải nghiên cứu
Ngập lụt tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) và vùng hạ du sông
Đồng Nai- Sài Gòn (ĐN-SG) đang gây nên những khó khăn, thiệt hại cho các
hoạt động dân sinh, kinh tế và trở thành vấn đề bức xúc cho người dân. Xây dựng
hệ thống kiểm soát ngập lụt (KSNL) hiệu quả đang là yêu cầu cấp bách đối với
thành phố. Trong đó, việc xác định Mức bảo đảm an toàn chống ngập (MBĐAT)
là yêu cầu quan trọng vì nó quyết định quy mô đầu tư và hiệu quả chống ngập
của hệ thống. MBĐAT đang áp dụng cho khu vực Tp.HCM hiện nay tương ứng
với Tiêu chuẩn an toàn (TCAT) cho công trình Cấp I với tần suất thiết kế là 1/250
năm (PTK=0,4%). Theo Quy phạm hiện hành, TCAT được xác định căn cứ vào
diện tích, dân số, lưu lượng và độ ngập sâu trung bình. Phương pháp xác định
TCAT hiện nay còn mang tính chủ quan vì chưa xem xét thấu đáo các yếu tố rủi
ro tiềm tàng liên quan đến đặc thù của vùng được bảo vệ như giá trị kinh tế xã
hội, tốc độ tăng trưởng, vị trí địa chính trị quan trọng và điều kiện tự nhiên phức
tạp khi đồng thời chịu tác động bởi lũ từ sông, nước dâng và thủy triều từ biển.
Điều này có thể dẫn đến hai tình huống: i) Giá trị TCAT được chọn cao hơn so
với yêu cầu thực tiễn, dẫn đến quy mô đầu tư cao, gây lãng phí trong đầu tư và
ii) TCAT thấp hơn dẫn đến không đáp ứng được yêu cầu về an toàn cần thiết. Do
đó, cần phải có các nghiên cứu để xác lập cơ sở khoa học trong việc xác định
MBĐAT cho khu vực này một cách toàn diện và tin cậy hơn. Chính vì vậy lựa
chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp phân tích rủi ro và lý thuyết độ tin cậy để
xác định mức bảo đảm an toàn cho hệ thống kiểm soát ngập lụt vùng hạ du sông
Đồng Nai – Sài Gòn” đảm bảo tính khoa học và đáp ứng được tính cấp thiết của
thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu là: i) xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp luận xác
định MBĐAT cho các hệ thống KSNL nhiều thành phần vùng hạ du sông chịu ảnh
hưởng kết hợp của thủy triều và lũ phù hợp hơn trong điều kiện Việt Nam; và ii)
1
ứng dụng tính toán cho một hệ thống KSNL tại khu vực Tp.HCM thuộc vùng hạ
du sông ĐN-SG.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: là MBĐAT của hệ thống KSNL nhiều thành phần tại vùng
hạ du sông chịu ảnh hưởng kết hợp của thủy triều và lũ gồm: mức độ rủi ro do ngập
lụt của vùng được bảo vệ; MBĐAT của hệ thống công trình KSNL điển hình.
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống công trình KSNL tạo thành vành đai khép kín bảo
vệ phần phía Nam của vùng IA1-3 thuộc dự án chống ngập khu vực Tp.HCM giai
đoạn I và vùng được bảo vệ.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp tiếp cận được sử dụng trong nghiên cứu gồm: tiếp cận hệ thống,
tiếp cận tổng hợp, tiếp cận bền vững và tiếp cận hiện đại.
Phương pháp nghiên cứu chính là phát triển ứng dụng Phương pháp phân tích rủi
ro và lý thuyết độ tin cậy (PTRR & LTĐTC) và một số phương pháp khác như:
phương pháp kế thừa; phương pháp chuyên gia; phương pháp tổng hợp, phân tích
và xử lý các số liệu cơ bản đã có; phương pháp toán thống kê; hay phương pháp
mô hình, mô phỏng.
5. Nội dung nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu các nội dung sau: 1) Tổng quan tình trạng ngập lụt
vùng hạ du lưu vực sông ĐN-SG và khu vực Tp.HCM cũng như cách xác định
TCAT của các hệ thống công trình KSNL hiện nay; 2) Tóm lược cơ sở khoa học
của phương pháp PTRR & LTĐTC và lịch sử phát triển của phương pháp; 3) Xây
dựng các bài toán ứng dụng phương pháp PTRR & LTĐTC để xác định MBĐAT
cho hệ thống KSNL nhiều thành phần tại vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng kết hợp
của thủy triều và lũ; và 4) Ứng dụng xác định MBĐAT cho một hệ thống KSNL
cụ thể tại khu vực Tp.HCM.
2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1. Ý nghĩa khoa học
Lý giải được việc sử dụng phương pháp PTRR & LTĐTC để xác định MBĐAT
hợp lý cho hệ thống KSNL nhiều thành phần tại vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng
kết hợp của thủy triều và lũ; từ đó đưa ra được các sơ đồ bài toán và thuật giải cụ
thể cho nội dung nghiên cứu.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng thành công cho một hệ thống KSNL vùng hạ du sông ĐN-SG, từ đó
mở ra hướng áp dụng rộng rãi cho các công trình tương tự.
7. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được trình bày trong 4 chương gồm: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu MBĐAT của hệ thống KSNL vùng hạ du sông ĐN-SG; Chương 2: Cơ sở khoa học của phương pháp PTRR & LTĐTC; Chương 3: Xây dựng các bài toán ứng dụng PTRR & LTĐTC cho hệ thống KSNL nhiều thành phần tại vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng kết hợp của thủy triều và lũ; và Chương 4: Ứng dụng phương pháp PTRR & LTĐTC xác định MBĐAT hợp lý cho một hệ thống KSNL khu vực Tp.HCM.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MỨC BẢO ĐẢM AN TOÀN
HỆ THỐNG KIỂM SOÁT NGẬP LỤT VÙNG HẠ DU SÔNG ĐN-SG
1.1 Tổng quan tình hình ngập lụt vùng hạ du sông ĐN-SG và khu vực Tp.HCM
Vùng hạ lưu sông ĐN-SG được xác định là khu vực từ sau hồ thuỷ điện Trị An trên
sông Đồng Nai, sau đập Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn và sau đập Phước Hòa trên sông
Bé ra đến biển. Đại bộ phận các vùng có nguy cơ ngập ở hạ du sông ĐN-SG có cao độ
mặt đất tự nhiên thấp hơn 2m, bao gồm hầu hết các khu đô thị ven sông, khu công
nghiệp, khu dân cư ổn định, và thường bị thiệt hại lớn nếu xảy ra ngập lụt, đặc biệt là
khu vực Tp.HCM. Ngập lụt trong vùng có nguyên nhân từ thủy triều kết hợp với lũ từ
sông ĐN-SG và sông Mê Kông (thông qua sông Vàm Cỏ).
3
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến ngập lụt vùng nghiên cứu bao gồm: đặc điểm vị trí
và địa hình trũng thấp; các hoạt động dân sinh và đô thị hóa; mưa cục bộ và lũ thượng
nguồn; hiện tượng lún nền và Biến đổi khí hậu - Nước biển dâng (BĐKH-NBD).
Để khắc phục tình trạng ngập lụt, một số biện pháp quản lý ngập lụt đã được đầu tư
thực hiện gồm các biện pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp này tuy chưa
triệt để nhưng đã góp phần tích cực trong việc chống ngập úng cho khu vực hạ du
sông ĐN-SG và Tp.HCM. Tuy nhiên, trong những năm gần đây BĐKH-NBD và
các yếu tố ảnh hưởng khác đang diễn ra và tác động theo chiều hướng bất lợi làm
cho tình trạng ngập lụt có xu thế ngày càng trầm trọng hơn.
1.2 Luận giải vấn đề nghiên cứu
MBĐAT của các hệ thống KSNL ở hạ du sông nói chung và khu vực Tp.HCM
nói riêng đang được xác định dựa theo hệ thống tiêu chuẩn hiện hành. Theo đó,
thiệt hại của vùng được bảo vệ được xác định gián tiếp thông qua cấp công trình,
phụ thuộc vào các yếu tố: số dân bị ảnh hưởng, diện tích bị ngập lụt, lưu lượng
lũ và độ ngập sâu trung bình. Việc xác định MBĐAT thiết kế hệ thống công trình
KSNL theo tiêu chuẩn hiện nay đang tồn tại bất cập là chưa thiết lập được mối
quan hệ chặt chẽ giữa quy mô công trình bảo vệ với giá trị của đối tượng được
bảo vệ. Mặt khác, thiết kế và kiểm tra an toàn các công trình KSNL được thực
hiện theo phương pháp truyền thống dựa trên hệ số an toàn thành phần với các
biên đầu vào xác định, vì vậy tính ngẫu nhiên của điều kiện biên tải trọng và độ
bền chưa được xem xét trong quá trình tính toán. Do đó quyết định đưa ra còn
mang tính chủ quan. Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển phương pháp mới khắc phục
được những hạn chế nêu trên để xác định MBĐAT hợp lý cho hệ thống KSNL là cần
thiết. Luận án này tập trung phát triển mở rộng ứng dụng PTRR & LTĐTC tạo cơ sở
khoa học phục vụ phân tích an toàn và xác định MBĐAT cho hệ thống KSNL.
1.3 Tổng quan phương pháp phân tích rủi ro và lý thuyết độ tin cậy
1.3.1 Phương pháp phân tích rủi ro và Lý thuyết độ tin cậy
Phương pháp PTRR xác định quy mô các công trình chống ngập lụt dựa trên quan
điểm rủi ro chấp nhận được bằng cách thiết lập quan hệ giữa xác suất hư hỏng
4
(hoặc chỉ số độ tin cậy) của công trình với thiệt hại tương ứng của đối tượng được
bảo vệ thông qua hàm rủi ro. Lý thuyết độ tin cậy sử dụng phương pháp phân tích
hệ thống và lý thuyết ngẫu nhiên xác định xác suất sự cố (Pf) của các cơ chế sự cố
của từng thành phần công trình từ đó xác định xác suất sự cố tổng hợp cho mỗi
công trình và toàn hệ thống công trình KSNL. An toàn công trình được đánh giá
thông qua khả năng xảy ra sự cố (xác suất sự cố) và chỉ số độ tin cậy ().
1.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp PTRR & LTĐTC cho
hệ thống KSNL trên thế giới
Hà Lan được coi là quốc gia đi đầu trong ứng dụng phân tích rủi ro cho hệ thống đê
biển từ những năm 1970. Thông qua phân tích rủi ro, TCAT của hệ thống đê biển
được thiết lập với tần suất xảy ra sự cố từ 1/4000 năm đối với vùng nông nghiệp đến
1/10000 đối với các vùng đô thị và công nghiệp. Từ những năm 1990 trở lại đây,
phương pháp này đã được nghiên cứu áp dụng rộng rãi tại các nước phát triển như
Bắc Mỹ, Châu Âu, Anh, Nhật, Nga, Trung Quốc… Việc ứng dụng lý thuyết này
trong đánh giá an toàn hệ thống và phân tích rủi ro hệ thống phòng chống lũ tại các
quốc gia nói trên đã thu được nhiều kết quả thực tế rất tích cực và đáng tin cậy.
1.3.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp PTRR & LTĐTC phân
tích an toàn cho hệ thống KSNL tại Việt Nam và vùng hạ du lưu vực ĐN-SG
Lý thuyết PTRR & LTĐTC đã được đưa vào giảng dạy tại các trường đại học kỹ
thuật từ những năm 1990. Lý thuyết độ tin cậy cũng đã được nghiên cứu ứng
dụng trong các lĩnh vực xây dựng dân dụng, giao thông, công trình biển, cảng
biển và đã đạt được nhiều thành quả rất tích cực. Trong lĩnh vực kiểm soát ngập
lụt, mặc dù đã có một số nghiên cứu ứng dụng tuy nhiên mới chỉ ở những bước
đầu, chưa có tính hệ thống và toàn diện và chưa được tích hợp vào các tiêu chuẩn
kỹ thuật hay quy phạm.
1.4 Kết luận Chương 1
Việc phân tích hiện trạng và tổng quan tình hình ngập lụt vùng hạ du lưu vực
sông ĐN-SG và khu vực Tp.HCM cho thấy tình hình ngập lụt tại vùng nghiên
5
cứu đang ngày một trầm trọng hơn. Nguyên nhân chính là do sự gia tăng theo
hướng bất lợi của các yếu tố điều kiện tự nhiên trước tác động của biển đổi khí
hậu, nước biển dâng và các hoạt động dân sinh. Các giải pháp KSNL hiện tại
phần nào đã phát huy tác dụng, tuy nhiên chưa mang tính tổng thể, toàn diện. Các
tồn tại cơ bản trong việc thiết kế xây dựng hệ thống KSNL hiện nay bao gồm:
chưa thiết lập được quan hệ chặt chẽ giữa quy mô hệ thống công trình KSNL và
giá trị của đối tượng được bảo vệ; và việc phân tích an toàn cho các công trình
KSNL thực hiện theo phương pháp truyền thống đã không kể đến tính ngẫu nhiên
của điều kiện biên tải trọng và độ bền trong quá trình tính toán và chưa xem xét
đến tính tổng thể của hệ thống. Từ đó, các vấn đề cần tập trung nghiên cứu được
luận giải là phải có các nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và xây dựng bài toán
ứng dụng phù hợp hơn để xác định MBĐAT hợp lý cho các hệ thống KSNL tại
các vùng hạ du lưu vực sông. Ứng dụng tính toán cụ thể cho một khu vực tại
Tp.HCM nằm tại hạ du sông ĐN-SG. Trong đó phương pháp PTRR & LTĐTC
được sử dụng làm nền tảng khoa học để xây dựng các bài toán ứng dụng phân tích
an toàn và xác định MBĐAT cho hệ thống KSNL.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
RỦI RO VÀ LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
2.1 Phân tích rủi ro
2.1.1 Phương pháp phân tích rủi ro
Phương pháp phân tích rủi ro thiết lập quan hệ giữa xác suất xảy ra sự cố của đối
tượng xem xét và thiệt hại tiềm tàng khi sự cố xảy ra thông qua hàm rủi ro tổng quát:
Rủi ro = (Xác suất xảy ra sự cố) × (Hậu quả của sự cố) (2-1)
Do tính ngẫu nhiên của các yếu tố ảnh hưởng nên hậu quả có tính bất định. Khi
đó, rủi ro được mô phỏng bằng hàm mật độ xác suất phụ thuộc vào các biến ngẫu
nhiên liên quan. Rủi ro xác định được khi xác định được khả năng xảy ra sự cố
và hậu quả của nó.
6
2.1.2 Phân tích rủi ro cho hệ thống KSNL
Khung lý thuyết phân tích rủi ro trên sẽ được vận dụng và phát triển để áp dụng
cho hệ thống KSNL. Khi đó định nghĩa tổng quát rủi ro được viết lại cho đối
tượng là hệ thống KSNL như sau: Rủi ro = (Xác suất xảy ra sự cố ngập lụt) × (Hậu quả của ngập lụt) (2-2)
Chi tiết xây dựng bài toán phân tích rủi ro cho hệ thống KSNL được trình bày
trong Chương 3 của luận án.
2.1.3 Giá trị rủi ro chấp nhận của hệ thống KSNL
Với mỗi hệ thống công trình KSNL cụ thể, khi quy mô đầu tư lớn, hệ thống có
mức độ an toàn cao, tức là xác suất sự cố xảy ra ngập lụt nhỏ, dẫn đến rủi ro tiềm
tàng thấp. Trong trường hợp ngược lại, rủi ro tiềm tàng sẽ cao. Thực tế, không
thể gia tăng quy mô đầu tư rất cao để có được rủi ro rất thấp, mà với mỗi vùng
được bảo vệ sẽ phải chấp nhận một mức độ rủi ro hợp lý làm cơ sở để quyết định
quy mô đầu tư và mức bảo đảm an toàn thiết kế. Giá trị này là giới hạn lớn nhất
của rủi ro tiềm tàng được chấp nhận cho vùng nghiên cứu và được gọi là “giá trị
rủi ro chấp nhận được”. Giá trị rủi ro chấp nhận được được xác định từ kết quả
phân tích rủi ro.
2.1.4 Đánh giá rủi ro
Trường hợp có sẵn các tiêu chuẩn rủi ro, đánh giá rủi ro được thực hiện bằng
cách so sánh kết quả phân tích được với các giá trị trong tiêu chuẩn và đề xuất
các giải pháp điều chỉnh hệ thống để đảm bảo thỏa mãn tiêu chuẩn rủi ro.
2.1.5 Ra quyết định dựa trên kết quả phân tích rủi ro
Giá trị rủi ro chấp nhận của hệ thống KSNL được sử dụng làm cơ sở khoa học cho
quá trình ra quyết định. Trên thực tế, quyết định cuối cùng được coi là quyết định
mang tính chính trị và phụ thuộc vào các yếu tố khác trong bối cảnh thực tế. Tuy
nhiên kết quả phân tích rủi ro thường được được các nhà hoạch định chính sách coi
là căn cứ khách quan ban đầu để ra quyết định.
7
2.2 Phân tích độ tin cậy cho một cơ chế sự cố
2.2.1 Khái niệm cơ chế sự cố, hàm độ tin cậy và xác suất sự cố
Cơ chế sự cố là kiểu hư hỏng công trình do quá trình cơ học-vật lý tương tác giữa
điều kiện biên và công trình. Điểm để cơ chế sự cố xảy ra chính là trạng thái cân
bằng giữa độ bền và tải trọng. Hàm tin cậy (Z) mô tả một cơ chế sự cố tổng quát
có độ bền R và tải trọng S như sau:
Z = R – S (2-3)
Sự cố xảy ra khi Z < 0 và ngược lại sự cố không xảy ra khi Z > 0. Ranh giới giữa
vùng an toàn và không an toàn có giá trị Z = 0 gọi là biên sự cố.
Xác suất xảy ra sự cố được xác định là P{Z<0}. Trong trường hợp tổng quát, khi
tải trọng S và độ bền R là hàm số của các biến ngẫu nhiên thành phần, khi đó xác
suất sự cố được xác định:
P{z<0}= (2-4)
Trong tính toán độ tin cậy, có ba cấp độ được phân biệt để xác định xác suất sự
cố theo (2-4) đó là cấp độ I, II và III. Luận án này kết hợp phân tích độ tin cậy
theo cấp độ II và III.
2.2.2 Phân tích độ tin cậy một cơ chế sự cố theo Cấp độ II
Cấp độ II sử dụng một số phương pháp gần đúng để tuyến tính hóa hàm tin cậy và
chuẩn hóa các hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên tại “điểm thiết kế”. Phương
pháp cấp độ II còn gọi là phương pháp FORM (First Order Reliability Method).
2.2.3 Phân tích độ tin cậy một cơ chế sự cố theo Cấp độ III
Cấp độ III tính toán với hàm tin cậy nguyên thể và các phân phối xác suất ban
đầu của các biến ngẫu nhiên. Phương pháp Monte-Carlo thường được sử dụng
để mô phỏng các biến ngẫu nhiên ban đầu. Tập kết quả tính thông qua hàm tin
cậy được xử lý thống kê để xác định độ tin cậy của cơ chế sự cố.
8
2.3 Phân tích độ tin cậy của hệ thống
2.3.1 Khái niệm Hệ thống
Hệ thống là tập hợp các thành phần và đối tượng có chung một mục đích, chức
năng được liên kết với nhau thông qua các kiểu liên kết cơ bản (được gọi là cổng).
Có hai loại hệ thống cơ bản đó là hệ thống nối tiếp và hệ thống song song.
2.3.2 Các hệ thống cơ bản và cổng liên kết
Hệ thống nối tiếp: là hệ thống bao gồm các thành phần trong đó sự cố của bất kỳ
một thành phần nào cũng dẫn đến sự cố hệ thống. Các thành phần thuộc hệ thống
nối tiếp liên kết với nhau theo cổng “Hoặc”. Xác xuất sự cố hệ thống nối tiếp
được xác định theo khoảng biên hẹp Ditlevsen (2-5).
(2-5)
Hệ thống song song: là hệ thống bao gồm các thành phần trong đó hệ thống gặp
sự cố chỉ khi tất cả các thành phần trong hệ thống gặp sự cố đồng thời. Các thành
phần thuộc hệ thống song song liên kết với nhau theo cổng “Và”. Xác xuất sự cố
hệ thống được xác định theo (2-6). (2-6)
2.3.3 Phân tích hệ thống
Trên thực tế một hệ thống công trình gồm nhiều thành phần và có thể bị sự cố
theo nhiều cơ chế khác nhau, và được liên kết theo hai hệ thống cơ bản nối tiếp
và song song. Phân tích hệ thống chính là phân tích sơ đồ cây sự cố, tiến hành từ
cấp chi tiết nhất đến cấp cuối cùng để xác định xác suất sự cố của hệ thống.
2.4 Kết luận Chương 2.
Chương 2 trình bày tóm tắt cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích rủi ro và
lý thuyết độ tin cậy và giới thiệu về các khái niệm chủ yếu như rủi ro, giá trị rủi
ro chấp nhận, chỉ số độ tin cậy…và xác suất sự cố. Các kiến thức cơ bản được
9
trình bày một cách có hệ thống về cơ sở lý thuyết của phương pháp PTRR &
LTĐTC. Trên cơ sở này, luận án tập trung phát triển các bài toán ứng dụng bao
gồm: phân tích rủi ro, phân tích độ tin cậy thành phần công trình và hệ thống.
Trong đó: phân tích rủi ro sẽ được triển khai theo phương pháp mô phỏng và định
lượng. Phân tích độ tin cậy được thực hiện kết hợp giữa cấp độ II và III (trong
Chương 3 và 4).
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG PTRR & LTĐTC CHO HỆ THỐ NG KSNL NHIỀU THÀNH PHẦN TẠI VÙ NG HẠ DU SÔNG CHỊU ẢNH HƯỞNG KẾT HỢP CỦA THỦY TRIỀU VÀ LŨ
3.1 Hệ thống kiểm soát ngập lụt nhiều thành phần tại vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng kết hợp của thủy triều và lũ
Hệ thống KSNL tại vùng hạ du sông chịu tác động kết hợp của thủy triều và lũ
gồm các công trình KSNL và vùng được bảo vệ (Hình 3.1). Hệ thống các công
trình KSNL thường bao gồm: các đoạn đê, kè, các cống… tạo thành “vòng khép
kín” bao quanh vùng được bảo vệ.
An toàn của hệ thống KSNL sẽ bao gồm an toàn của hệ thống công trình KSNL
và an toàn phòng chống ngập lụt cho vùng được bảo vệ. Hai bài toán cần được
giải quyết bao gồm: 1) phân tích độ tin cậy của hệ thống công trình KSNL; và 2)
phân tích rủi ro xác định MBĐAT hợp lý cho hệ thống KSNL.
Trường hợp hệ thống KSNL đã có,
việc đánh giá an toàn bao gồm: phân
tích độ tin cậy của hệ thống công trình
KSNL đã có, so sánh kết quả với
TCAT hiện hành; và phân tích rủi ro
xác định MBĐAT hợp lý cho hệ thống
KSNL đã có. Phương pháp giải hai bài
toán nói trên được trình bày trong Mục Hình 3.1: Sơ họa hệ thống KSNL tổng quát 3.2 và 3.3.
10
3.2 Phân tích rủi ro xác định mức bảo đảm an toàn tối ưu cho hệ thống KSNL
Mức rủi ro chấp nhận cho vùng được bảo vệ được xác định bằng phương pháp
phân tích tối ưu chi phí và rủi ro, từ đó xác định được MBĐAT tối ưu cho hệ
thống KSNL. Trường hợp chỉ căn cứ trên kết quả phân tích rủi ro kinh tế thì giá trị rủi ro chấp nhận được chính là giá trị
MBĐAT tối ưu tính được. Trong đó,
tổng chi phí của một hệ thống Ctot được
xác định bằng tổng giá trị đầu tư mới
hoặc nâng cấp hệ thống để đạt được độ
an toàn cao hơn IPf. Khi đó, MBĐAT tối
ưu được xác định thông qua hệ phương
trình tối ưu tổng quát sau: (3-1) Hình 3.2: Tối ưu MBĐAT theo quan điểm kinh tế
Trong đó: Pf là xác suất xảy ra sự cố của hệ thống, và được xác định từ bài toán phân tích độ tin cậy hệ thống (Mục 3.3); Ctot là tổng chi phí của hệ thống; RPf là rủi ro tiềm tàng (trực tiếp, gián tiếp, các giá trị quy được về giá trị kinh tế) khi ngập lụt xảy ra tương ứng MBĐAT [Pf];
Sơ đồ nguyên lý tìm điểm cực tiểu hàm tổng chi phí và xác định điểm MBĐAT
tối ưu trình bày tại Hình 3.2. Trong đó đường cong tổng chi phí được xác định từ
hai đường cong: Đường 1 là Quan hệ giữa giá trị đầu tư xây dựng hệ thống KSNL,
các chi phí duy tu, bảo dưỡng với MBĐAT dự kiến tại trục hoành; Đường 2 là
Quan hệ rủi ro do ngập lụt của vùng được bảo vệ khi sự cố hệ thống xảy ra tương
ứng với từng MBĐAT dự kiến. Đường 3 Tổng chi phí là tổng của Đường 1 và 2.
Điểm có giá trị nhỏ nhất trên đường tổng chi phí tương ứng với giá trị MĐBAT
tối ưu.
3.3 Phân tích độ tin cậy hệ thống công trình KSNL
3.3.1 Phân tích độ tin cậy hệ thống công trình KSNL
Phân tích độ tin cậy hệ thống KSNL nhằm xác định độ tin cậy hiện tại của hệ
thống và so sánh với giá trị xác suất sự cố cho phép lớn nhất [Pf] để từ đó kết
11
luận về mức độ an toàn và tin cậy của hệ thống.
Ngoài ra, phân tích độ tin cậy có thể chỉ ra khả năng sự cố của các thành phần
công trình trong hệ thống và mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố và các thành
phần công trình đến độ tin cậy hệ thống. Hệ thống công trình KSNL xem xét bao
gồm các tuyến đê sông, tuyến kè bờ và các cống ngăn triều.
Các bước phân tích độ tin cậy cho hệ thống công trình KSNL:
Bước 1: Mô tả các thành phần công trình thuộc hệ thống KSNL;
Bước 2: Liệt kê các kiểu sự cố có thể xảy ra cho các thành phần công trình;
Bước 3: Xây dựng sơ đồ cây sự cố cho toàn hệ thống KSNL;
Bước 4: Thiết lập hàm độ tin cậy của các cơ chế sự cố và tiến hành giải các hàm độ tin
cậy để xác định xác suất xảy ra sự cố của từng hệ thống con;
Bước 5: Xác định xác suất xảy ra sự cố của từng hệ thống con và toàn hệ thống KSNL,
phân tích đánh giá và đề xuất điều chỉnh. Kết quả phân tích có thể được trình bày dưới
dạng ma trận sự cố trong đó các thành
phần công trình liệt kê theo các hàng, các
cơ chế sự cố được liệt kê theo các cột
tương ứng với từng thành phần công trình. Xác suất sự cố của thành phần công trình
thứ i, do cơ chế sự cố thứ j được điền tại ô
ma trận (i,j) (hàng i, cột j). Hình 3.3: Sơ đồ cây sự cố hệ thống KSNL điển hình
3.3.2 Phân tích thống kê các số liệu cơ bản
Các số liệu cơ bản bao gồm các điều kiện biên tải trọng và độ bền được xem xét là
các đại lượng ngẫu nhiên. Chúng được xác định từ các liệt số liệu quan trắc, đo
đạc, thông tin lịch sử và xử lý thống kê để xác định đặc trưng ngẫu nhiên gồm: kiểu
hàm phân phối xác suất, kỳ vọng và độ lệch chuẩn. Các biến ngẫu nhiên cơ bản
phân tích phục vụ tính toán hệ thống công trình KSNL bao gồm: mực nước sông,
gió, lưu lượng lũ, các đặc trưng hình học công trình và chỉ tiêu cơ lý đất nền.
12
3.3.3 Phân tích độ tin cậy cho công trình cống dạng trụ đỡ
Cống dạng trụ đỡ có kết cấu trụ cống được xây dựng độc lập trong đó tải trọng của cửa van và áp lực nước được truyền các trụ đỡ. Phân tích độ tin cậy cống trụ đỡ bao gồm phân tích khả năng xảy ra sự cố của các thành phần sau: các trụ cống, bản đáy cống nối các trụ đỡ, cửa van cống và hệ thống vận hành. Các cơ chế sự cố có khả năng xảy ra gồm: tràn nước qua đỉnh cống, mất ổn định trụ cống, mất ổn định cửa van và do các nguyên nhân khác. Sơ đồ cây sự cố hệ thống cống trụ đỡ được xây dựng tổng quát như Hình 3.4.
Hình 3.4: Sơ đồ cây sự cố cống kiểu trụ đỡ
Hàm độ tin cậy của các cơ chế sự cố được thiết lập trên cơ sở các phương trình
trạng thái giới hạn của các cơ chế được quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành.
Xác suất sự cố tổng hợp của cống trụ đỡ được xác định thông qua phân tích sơ
đồ cây sự cố (Hình 3.4) sử dụng phương pháp khoảng biên hẹp của Ditlevsens
và Monte - Carlo (Mục 2.2.3).
3.3.4 Phân tích độ tin cậy cho công trình đê bao
Đê bao được xem xét có mặt cắt hình thang đắp bằng đất đầm nén tốt trên đất
nền tự nhiên. Mái đê được trồng cỏ. Các cơ chế sự cố được xem xét gồm: cơ chế
sự cố do nước tràn đỉnh đê, cơ chế sự cố do trượt mái, cơ chế sự cố do lún thân
và nền đê, cơ chế sự cố do thấm qua đê và cơ chế sự cố do xói ngầm, đẩy trồi.
Xác suất sự cố tổng hợp của đê bao được xác định tương tự như đối với cống.
13
Hình 3.5: Sơ đồ cây sự cố đê bao
3.3.5 Phân tích độ tin cậy cho công trình kè tường đứng
Công trình kè tường đứng trong nghiên cứu này là dạng tường đứng ghép bằng cừ
bê tông cốt thép dự ứng lực. Sau tường được đắp đất đầm nén đến cao trình đỉnh
để kết hợp làm đường đi bộ. Các cơ chế
sự cố của kè được xem xét bao gồm:
nước tràn đỉnh kè, cơ chế sự cố do mất
ổn định trượt sâu, cơ chế sự cố do mất
khả năng chịu tải ngang của cọc và cơ
chế sự cố do mất khả chịu tải đứng của
cọc. Xác suất sự cố tổng hợp của đê bao
xác định tương tự như đối với cống. Hình 3.6: Cây sự cố kè tường đứng
3.4 Phân tích rủi ro cho vùng được bảo vệ
Phân tích rủi ro cho vùng được bảo vệ gồm các bước: xây dựng bản đồ ngập lụt
và bản đồ sử dụng đất, thiết lập hàm thiệt hại, lập bản đồ thiệt hại, thiết lập bản
đồ rủi ro và xác định giá trị rủi ro, và đánh giá rủi ro xác định MBĐAT.
3.4.1 Xây dựng bản đồ ngập lụt
Bản đồ ngập lụt được xây dựng bằng cách tích hợp kết quả mô phỏng ngập lụt
cho các tổ hợp kịch bản điều kiện biên mực nước gây ngập bằng mô hình MIKE
vào bản đồ địa hình số độ cao của khu vực nghiên cứu trong cơ sở dữ liệu phần
mềm ArcGIS 10.0, từ đó có thể hiển thị độ sâu ngập lụt trung bình theo không
14
gian địa lý- vị trí đơn vị hành chính và theo các ô lưới mô hình định trước. Bản
đồ ngập lụt là thành phần quan trọng để thiết lập bản đồ thiệt hại.
3.4.2 Thiết lập hàm thiệt hại
Hàm thiệt hại mô tả quan hệ giữa độ sâu ngập lụt và mức độ thiệt hại do ngập lụt. Thiệt hại do ngập lụt thường được chia thành các loa ̣i: thiệt hại trực tiếp và gián tiếp; thiê ̣t ha ̣i hữu hình và vô hình. Các thiê ̣t ha ̣i trực tiếp hữu hình thường dễ xác định đồng thời chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng thiệt hại. Trong nghiên cứu này tác
giả chỉ tập trung xác định các thiệt hại hữu hình. Phương pháp mô hình thống kê
mô phỏng thiệt hại kết hợp kiểm chứng bằng số liệu lịch sử/ điều tra được sử dụng
trong nghiên cứu này để xây dựng hàm thiệt hại cho vùng nghiên cứu.
3.4.3 Thiết lập bản đồ thiệt hại
Bản đồ thiê ̣t ha ̣i (Damage map) thể hiện mức độ thiệt hại của vùng nghiên cứu theo từng ô được chia tương ứng với độ sâu ngập lụt xác định trong bản đồ ngập và mức
độ thiệt hại xác định từ hàm thiệt hại. Vùng nghiên cứu được chia thành các ô lưới,
sao cho mỗi ô có thể xác định được độ ngập sâu trung bình và giá trị thiệt hại lớn nhất có thể xảy ra. Khi đó, thiê ̣t ha ̣i củ a từng ô lưới và toàn vù ng nghiên cứ u được xác định theo công thức (3-2). Các bước minh họa trên Hình 3.8.
và
(3-2)
Hình 3.7: Sơ đồ phương pháp xác định thiệt hại do ngập lụt
15
Trong đó: D là tổng thiê ̣t ha ̣i trong vù ng nghiên cứ u; Di là tổng thiê ̣t ha ̣i tại ô lưới thứ i trong vù ng nghiên cứ u; n là tổng số đối tượng chịu thiệt hại xem xét tại vùng nghiên cứu; N là tổng số ô lưới; Fi là diê ̣n tích ô thứ i; fj(hi) là giá tri ̣ thiê ̣t ha ̣i củ a ô lướ i thứ i tương ứng với độ ngập sâu h của đối tượng thiệt hại thứ j.
3.4.4 Phân tích giá trị rủi ro, thiết lập đường cong rủi ro và bản đồ rủi ro
Rủi ro ngập lụt được xác định là tích số giữa xác suất xảy ra ngập lụt và hậu quả
(tổng thiệt hại) do ngập lụt xảy ra; Ứng với từng kịch bản ngập lụt, từ bản đồ
thiệt hại ta có thể xác định được tổng giá trị thiệt hại cho từng kịch bản và do đó,
giá trị rủi ro tổng cộng cho từng kịch bản có thể xác định được.
3.5 Kết luận Chương 3
Các lý thuyết cơ bản trong Chương 2 được sử dụng để xây dựng các bài toán tổng
quát cho hệ thống KSNL vùng hạ du sông. Trong đó, các bài toán phát triển để
ứng dụng được cho hệ thống KSNL và vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng của thủy
triều xem xét được các yếu tố: i) các thiệt hại tiềm tàng của vùng được bảo vệ có
kể đến tốc độ phát triển kinh tế trong tương lai; và ii) mô tả được tính ngẫu nhiên
của các yếu tố tải trọng và sức chịu tải trong phân tích độ tin cậy đánh giá an toàn
hệ thống KSNL. Như vậy các bài toán phát triển tại Chương 3 hoàn toàn có thể
áp dụng để giải quyết các câu hỏi nghiên cứu nêu tại phần Mở đầu của Luận án.
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH RỦI RO VÀ
LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY XÁC ĐỊNH MBĐAT HỢP LÝ CHO HỆ
THỐNG KIỂM SOÁT NGẬP LỤT KHU VỰC Tp.HCM
4.1 Giới thiệu hệ thống kiểm soát ngập lụt và thiết lập biên phân tích
Hệ thống công trình KSNL khu vực Tp.HCM xem xét trong luận án này là khu
vực IA1-3 gồm: các cống Bến Nghé, Tân Thuận, Phú Xuân, Mương Chuối, Cây
Khô và Phú Định; đoạn kè dọc bờ sông Sài Gòn dài 29,67 km và đoạn đê bao
sông Cần Giuộc dài 23,95km (Hình 4.1).
MBĐAT hiện tại của hệ thống KSNL sẽ được tổng hợp từ phân tích độ tin cậy
các thành phần trong hệ thống gồm các cống, đê bao sông Cần Giuộc và kè sông
16
Sài Gòn. Quy mô kích thước của hệ thống công trình KSNL dùng đề phân tích
được lấy theo hồ sơ dự án đầu tư đã được UBND Tp.HCM phê duyệt tại quyết
định số 5967/QĐ-UBND ngày
12/11/2015. Biến ngẫu nhiên mực nước
được phân tích theo 3 kịch bản gồm:
KB1: mực nước trong thời kỳ cơ sở
(1988-2007) được coi là kịch bản hiện
trạng; KB2: mực nước KB1 có kể
BĐKH-NBD tính đến năm 2050; KB3:
mực nước KB1 có kể BĐKH-NBD tính Hình 4.1: Phạm vi vùng IA1-3 đến năm 2100.
4.2 Phân tích độ tin cậy cống Phú Định
Cống Phú Định có nhiệm vụ ngăn triều và lũ từ sông Chợ Đệm vào vùng được
bảo vệ. Cống có 1 khoang cấu tạo theo kiểu trụ đỡ và làm bằng bê tông cốt thép.
Áp dụng phương pháp phân tích độ tin cậy cho cống ngăn triều tại Chương 3
được kết quả tóm tắt tại Bảng 4.1. Xác suất sự cố của cống Phú Định ứng với các
kịch bản KB1, KB2 và KB3 lần lượt là 0,01%, 0,355%; 12,9%. Nếu so sánh với
TCAT hiện hành là 0,4%, cống Phú Định đảm bảo an toàn đến năm 2050, nhưng
không đảm bảo an toàn khi xem xét NBD đến năm 2100 và cần phải được nâng
cấp. Cơ chế sự cố cần nâng cấp là mất khả năng chịu tải trọng ngang của cọc.
Phân tích mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến mức độ an toàn của cống Phú
Định cũng chỉ ra cơ chế sự cố khả năng chịu ngang của cọc chiếm tỷ lệ lớn nhất
chiếm từ 96,87% đến 99,98% so với tổng mức độ ảnh hưởng của tất cả các cơ chế.
4.3. Phân tích độ tin cậy đê bao sông Cần Giuộc
Tuyến đê bao sông Cần Giuộc bắt đầu từ cống Mương Chuối nối qua cống Cây
Khô đến cống Phú Định. Áp dụng phương pháp phân tích độ tin cậy cho công
trình đê bao tại Chương 3 được kết quả tóm tắt tại Bảng 4.1. Xác suất sự cố của
đê bao sông Cần Giuộc ứng với các kịch bản KB1, KB2, KB3 lần lượt là
0,0025%; 0,012%; 0,483%. Nếu so sánh với TCAT hiện hành là 0,4%, đê bao
17
sông Cần Giuộc đảm bảo an toàn đến năm 2050. Nếu tính đến năm 2100 đê bao
không đủ an toàn. Cơ chế sự cố cần nâng cấp là chảy tràn qua đỉnh đê bao.
4.4. Phân tích độ tin cậy kè tường đứng bảo vệ bờ sông Sài Gòn
Tuyến kè bắt đầu từ cống Bến Nghé chạy dọc sông Sài Gòn và kết thúc tại vị trí
cống Mương Chuối. Áp dụng phương pháp phân tích độ tin cậy cho công trình
kè tại Chương 3 được kết quả tóm tắt tại Bảng 4.1. Xác suất sự cố của kè sông
Sài Gòn ứng với các kịch bản KB1, KB2, KB3 lần lượt là 0,078%; 0,078%;
0,513%. Nếu so sánh với TCAT hiện hành là 0,4%, kè sông Sài Gòn đảm bảo an
toàn đến năm 2050. Nếu tính đến năm 2100 kè sông không đủ an toàn. Cơ chế
sự cố cần nâng cấp là chảy tràn đỉnh kè.
4.5. Tổng hợp xác suất sự cố của hệ thống công trình KSNL
Xác suất sự cố của hệ thống công trình KSNL khu vực IA1-3 được tổng hợp từ
kết quả phân tích xác suất sự cố các công trình thành phần gồm: cống, kè, đê bao
theo sơ đồ cây sự cố (Hình 4.2). Tổng hợp kết quả theo các chỉ tiêu an toàn của
hệ thống trong Bảng 4.1.
Với điều kiện biên KB2, xác suất sự cố của từng công trình riêng lẻ đáp ứng được
Pf
TCAT, tuy nhiên xác suất sự cố tổng hợp của cả hệ thống không đảm bảo an toàn SYS = 0,445% > [0,4%]. Khi đó, công trình cần nâng cấp là cống Phú Định. Nếu kể đến NBD tính đến năm 2100 (KB3), xác suất sự cố của từng công trình riêng
lẻ và cả hệ thống đều không đáp ứng được TCAT hiện hành. Bảng 4. 1: Tổng hợp kết quả PTAT hệ thống công trình KSNL khu vực IA1-3
Chỉ tiêu
Cơ chế sự cố
KB1
Xác suất sự cố
Xác suất an toàn
Giá trị chỉ số độ tin cậy
Chu kỳ lặp lại
Cống Phú Định Đê bao Cần Giuộc Kè sông Sài Gòn Toàn hệ thống Cống Phú Định Đê bao Cần Giuộc Kè sông Sài Gòn Toàn hệ thống Cống Phú Định Đê bao Cần Giuộc Kè sông Sài Gòn Toàn hệ thống Cống Phú Định Đê bao Cần Giuộc Kè sông Sài Gòn Toàn hệ thống
1.01E-04 2.50E-05 7.85E-04 9.10E-04 0.99990 0.99998 0.99922 0.99909 3.72 4.06 3.16 3.12 9,881 40,000 1,274 1,099
KB2 3.55E-03 1.22E-04 7.85E-04 4.45E-03 0.99645 0.99988 0.99922 0.99555 2.69 3.67 3.16 2.62 282 8,180 1,274 225
KB3 1.29E-01 4.83E-03 5.13E-03 1.36E-01 0.87100 0.99517 0.99487 0.86400 1.13 2.59 2.57 1.10 7.8 207 195 7.4
18
Hình 4.2: Sơ đồ cây sự cố hệ thống công trình KSNL khu vực IA1-3
4.6. Thiết lập đường cong đầu tư cho hệ thống công trình KSNL Đường cong đầu tư (I) thể hiện quan hệ giữa chi phí xây dựng hệ thống công
trình KSNL khu vực IA1-3 với các MBĐAT khác nhau được xây dựng như trên
Hình 4.3. Có thể thấy giá trị đầu tư thay đổi gần tuyến tính so với MBĐAT và độ
dốc đường đầu tư khá nhỏ. Điều này cho thấy gia tăng một đơn vị vốn đầu tư sẽ
12,000
I- KB1
I- KB2
I- KB3
11,000
10,000
tăng được đáng kể MBĐAT cho hệ thống.
] g n ồ Đ
ỉ t [
9,000
g n ự d y â x ư t u ầ đ n ố V
8,000
2
5
10
20
50
100
200
250
500
1000
MBĐAT [1/ năm]
Hình 4.3: Đường cong đầu tư (I) hệ thống công trình KSNL khu vực IA1-3
4.7. Xây dựng đường cong rủi ro do ngập lụt cho vùng được bảo vệ
4.7.1. Mô phỏng và thiết lập bản đồ ngập lụt (theo các kịch bản tần suất)
Ngập lụt cho các kịch bản được mô phỏng bằng mô hình MIKE. Kết quả mô
phỏng ngập lụt được xử lý bằng phần mềm ArcGIS để thành lập bản đồ phân bố
19
độ sâu ngập theo bước ô lưới (20x20)m cho 8 cấp độ sâu ngập (30cm, 50cm,
80cm, 100cm, 150cm, 200cm, 300cm và 400cm).
4.7.2. Bản đồ sử dụng đất
Giá trị thiệt hại tiềm tàng do ngập lụt được xác định từ bản đồ hiện trạng và qui hoạch sử dụng đầt đến năm 2020 đã được phê duyệt. Các bản đồ sử dụng đất đươ ̣c xử lý bằng phần mềm ArcGIS 10.0 đi ̣nh da ̣ng theo ô lưới (20x20)m tương
thích với bản đồ ngập. Thiệt hại được phân thành 14 loại trong đó có 12 loại sử
dụng đất và 2 loại thiệt hại tài sản và chi phí sản xuất được xác định từ kết quả
điều tra thực tế.
4.7.3. Xây dựng hàm thiệt hại
Hàm thiệt hại được xây dựng trên cơ sở các số liệu từ các nghiên cứu đã công bố
có điều chỉnh bằng các số liệu khảo sát tại hiện trường. Số liệu và kết quả phân
tích tóm tắt tại Hình 4.4, chi tiết trong Phụ lục 3 của Luận án.
4.7.4. Xác định thiệt hại vùng được bảo vệ
Thiệt hại của toàn vùng nghiên cứu với các mực nước ngập từ 0,3m đến 4,0m
được tích hợp vào các bản đồ thiệt hại tương ứng. Hình 4.5 thể hiện kết quả phân
40
Đất ở tại đô thị
Đất ở tại vùng ven
35
Đất ở phát triển mới
30
Đất trụ sở, cơ quan, công trình sự nghiệp
) g n ồ Đ
25
Đất khu công nghiệp
Đất trung tâm Thương mại
20
( i ạ h t ệ i
Đất cơ sở sản xuất kinh doanh
15
Đất nuôi trồng thủy sản
h t c ứ M
Đất sản xuất nông nghiệp
10
Đất trồng cây lâu năm
5
Đất giao thông
-
Đất khác
0
100
400
500
Tổn thất xe cộ
bố tổng thiệt hại của khu vực nghiên cứu.
300 200 Độ ngập (cm)
Chi phí vệ sinh sau ngập
Hình 4.4: Hàm thiệt hại cho các loại hình sử dụng đất
20
Hình 4.5: Bản đồ thiệt hại ứng với các mức ngập khác nhau
4.8. Xác định MBĐAT tối ưu cho khu vực TP.HCM
Từ kết quả phân tích rủi ro xác định được MBĐAT tối ưu (hay giá trị rủi ro chấp nhận) cho các kịch bản như sau: KB1 – 1/5 năm; KB2- 1/200 năm; KB3-1/500 năm, xem Hình 4.7.
4.9. Đề xuất giải pháp giảm thiểu rủi ro cho hệ thống KSNL khu vực
TP.HCM
Từ công thức định nghĩa rủi ro (2-1), rủi ro có thể giảm khi giảm Xác suất xảy ra
80,000
70,000
ngập lụt hoặc giảm Hậu quả của ngập lụt.
] g n ồ Đ
Ctot KB1
Ctot KB2
Ctot KB3
60,000
ỉ t [
50,000
40,000
g n ố h t ệ h
í
h p
30,000
i
20,000
10,000
h c g n ổ T
0
2
5
10
20
50
100
200
250
500
1000
MBĐAT [1/ năm]
Hình 4.6: Đường cong tổng chi phí (Ctot) hệ thống để xác định giá trị rủi ro chấp nhận (MBĐAT tối ưu) theo các kịch bản.
21
Nhóm giải pháp 1 - Giảm Xác suất xảy ra ngập lụt. Theo nhóm giải pháp này có
thể thực hiện bằng các biện pháp công trình để nâng cao an toàn của các công
trình thuộc hệ thống KSNL như gia tăng độ bền ổn định ngang của cống Phú
Định, nâng cao khả năng chịu lực ngang của hệ thống kè tường đứng, nâng cao
cao trình đỉnh đê và kè để giảm xác suất sự cố. Nhóm giải pháp này còn được gọi
là nhóm giải pháp chống ngập lụt một cách chủ động.
Nhóm giải pháp 2- Giảm thiểu hậu quả thiệt hại bằng các biện pháp phi công
trình như lập kế hoạch ứng phó khẩn cấp, cứu hộ, cứu nạn kịp thời; điều chỉnh
quy hoạch sử dụng đất, sử dụng không gian hợp lý như qui hoạch các vùng đất
trũng phát triển nông nghiệp một vụ, dự phòng trữ nước khi có lũ, gia tăng các
hồ điều hòa tại các khu vực thường xuyên chịu ngập lụt, tăng cường tính chính
xác của hệ thống dự báo và cảnh bảo sớm; Nhóm giải pháp này còn được gọi là
nhóm giải pháp phòng ngập lụt.
4.10. Kết luận Chương 4
Ứng dụng các bài toán xây dựng tại Chương 3 cho trường hợp hệ thống KSNL
khu vực TP.HCM xác định cụ thể được: i) độ tin cậy của hệ thống KSNL hiện
tại (theo Phương án quy hoạch 1547); đánh giá được thiệt hại và rủi ro cho khu
vực nghiên cứu; iii) xác định được MBĐAT tối ưu cho khu vực nghiên cứu theo
các kịch bản NBD khác nhau, trong đó có xem xét được yếu tố phát triển kinh tế
của TP.HCM trong tương lai. Điều này khẳng định rằng phương pháp PTRR &
LTĐTC và các bài toán ứng dụng xây dựng được hoàn toàn có thể áp dụng được
cho trường hợp cụ thể, trả lời được các câu hỏi của thực tiễn, đáp ứng được mục
tiêu nghiên cứu đề ra. Kết quả nghiên cứu áp dụng cho hệ thống KSNL khu vực
TP.HCM cho thấy MBĐAT tối ưu cho thời kỳ cơ sở (tính đến 2007, KB1) là 1/5
năm, ở mức chấp nhận rủi ro ngập lụt cao, do giá trị rủi ro do ngập lụt khá cân
bằng với giá trị đầu tư xây dựng hệ thống KSNL. Khi xét đến ảnh hưởng của
NBD và phát triển kinh tế trong tương lai, tính đến năm 2050 (KB2) MBĐAT tối
ưu xác định được là 1/100 năm và đến năm 2100 (KB3) là 1/500 năm. Theo kết
quả phân tích, MBĐAT của hệ thống KSNL với qui mô hiện nay sẽ đáp ứng được
22
KB2, xét đến NBD tính đến năm 2050. Nếu hệ thống được quy hoạch và đầu tư
cho tầm nhìn đến năm 2100 thì cần phải điều chỉnh MBĐAT theo hướng gia tăng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả đạt được của Luận án
Phát triển ứng dụng phương pháp PTRR<ĐTC và xây dựng được các bài toán
đánh giá an toàn, phân tích độ tin cậy và xác định MBĐAT cho hệ thống KSNL
đa thành phần tại vùng hạ du sông chịu ảnh hưởng kết hợp của thủy triều và lũ;
trong dó có xem xét đến ảnh hưởng của yếu tố NBD, tính ngẫu nhiên của điều
kiện biên và tốc độ phát triển kinh tế của vùng nghiên cứu.
Thiết lập được các bước giải tường minh cho bài toán phân tích độ tin cậy theo
cấp độ II và III cho thành phần công trình và hệ thống công trình KSNL.
Thiết lập cây sự cố và thiết lập hàm tin cậy cho các cơ chế sự cố phổ biến của
các loại hình công trình thuộc hệ thống KSNL, bao gồm đê bao, kè tường đứng,
và cống ngăn triều. Phân tích độ tin cậy và đánh giá được mức độ ảnh hưởng của
các biến ngẫu nhiên tải trọng và độ bền đến độ tin cậy của các công trình và hệ
thống công trình KSNL.
Tổng hợp và thiết lập được hàm thiệt hại, giá trị thiệt hại và rủi ro cho vùng được
bảo vệ bằng hệ thống công trình KSNL khu vực TP.HCM có xét đến ảnh hưởng
của BĐKH-NBD và yếu tố phát triển kinh tế trong tương lai.
Ứng dụng xác định được MBĐAT hợp lý và độ tin cậy thực tế của hệ thống
KSNL khu vực IA1-3 bằng phương pháp PTRR<ĐTC ứng với các trường
hợp hiện trạng và có kể BĐKH-NBD đến năm 2050 và 2100.
2. Những đóng góp mới của Luận án
- Xây dựng được sơ đồ và thuật giải các bài toán ứng dụng phương pháp phân
tích rủi ro và lý thuyết độ tin cậy để xác định mức bảo đảm an toàn hợp lý
cho hệ thống kiểm soát ngập lụt vùng hạ du lưu vực sông ở Việt Nam;
- Đã nghiên cứu điển hình xác định mức bảo đảm an toàn hợp lý cho khu vực
IA1-3 của hệ thống kiểm soát ngập lụt hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn bằng
23
phương pháp phân tích rủi ro và lý thuyết độ tin cậy, có xét đến yếu tố biến
đổi khí hậu;
- Xác định được MBĐAT của hệ thống KSNL khu vực IA1-3 thuộc hệ thống
KSNL khu vực Tp.HCM bằng phương pháp PTRR<ĐTC.
3. Những tồn tại
- Các cơ chế sự cố trong giai đoạn quản lý vận hành liên quan đến sai sót do
con người chưa được xem xét trong nghiên cứu này do thiếu số liệu thực tế;
- Trong nghiên cứu, các biến ngẫu nhiên đưa vào tính toán với giả thiết là độc
lập thống kê. Cần có nghiên cứu xem xét mức độ ảnh hưởng và phụ thuộc
thống kê của một số biến cơ bản;
4. Kiến nghị
PTRR<ĐTC là một phương pháp mới ưu việt giúp giải quyết nhiều vấn đề
kỹ thuật mà tiêu chuẩn hiện hành chưa đáp ứng được. Tuy vậy, việc tính toán khá
phức tạp và đòi hỏi số liệu đầu vào khá lớn. Để có cơ sở pháp lý và sớm được
phổ biến áp dụng phục vụ thực tiễn cần ban hành các tiêu chuẩn áp dụng. Đồng
thời cần xây dựng một hệ thống thu thập, quản lý, dữ liệu và số liệu cơ bản định
kỳ để đảm bảo tính tin cậy khi áp dụng.
Xác định MBĐAT chống ngập hợp lý cho khu vực TP. Hồ Chí Minh đang là mô ̣t yêu cầu cấp thiết. Kết quả của luận án phần nào cung cấp cơ sở khoa học hỗ trợ trực tiếp cho các nhà hoạch định chính sách xác định qui mô tối ưu cho công trình chống ngâ ̣p khu vực TP. Hồ Chí Minh.
24
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
