Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu đề xuất giải pháp trong giai đoạn quy hoạch tổng thể, xác định tần xuất tiêu tối ưu, công suất thiết kế công trình đầu mối tối ưu cho úng ngập (do hiện tượng mưa lớn bất thường). Phân tích tối ưu rủi ro dựa trên cơ sở lượng hóa, tiền tệ hóa các thiệt hại do úng ngập gây ra 2 có xét đến điều kiện phát triển kinh tế, xã hội.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số : 62-58-02-12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018
Công trình được hoàn thành tại Trường đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS Nguyễn Quang Kim 2: PGS.TS Nguyễn Thu Hiền Phản biện 01: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn Phản biện 02: PGS.TS Nguyễn Quang Trung Phản biện 03: PGS.TS Hoàng Thanh Tùng Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tại Room 5- K1 trường Đại học Thủy lợi. Vào lúc … giờ … ngày ….tháng 04 năm 2018. Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học thủy lợi
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 gây ra những thiệt hại trực tiếp và gián tiếp 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. Do đó, vấn đề quản lý và 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. Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích rủi ro” rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu và nội dung 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 rủi ro. Trên cơ sở phân tích rủi ro xác định được tần suất tiêu phòng lũ tối ưu và giải pháp công trình tiêu tối ưu. Áp dụng nghiên cứu điển hình cho bài toán quy hoạch tiêu úng ngập lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: (i) 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; (ii) Đề xuất 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 tối ưu về rủi ro. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: (i) Nghiên cứu đề xuất giải pháp trong giai đoạn quy hoạch tổng thể, xác định tần xuất tiêu tối ưu, công suất thiết kế công trình đầu mối tối ưu cho úng ngập (do hiện tượng mưa lớn bất thường). (ii) Phân tích tối ưu rủi ro dựa trên cơ sở lượng hóa, tiền tệ hóa các thiệt hại do úng ngập gây ra 1
có xét đến điều kiện phát triển kinh tế, xã hội. (iii) Vùng nghiên cứu điển hình là lưu vực sông Phan-Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. Số liệu của luận án được cập nhật đến 2016, sử dụng đất đến 2020 và định hướng phát triển kinh tế đến năm 2030. 4. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1. Hướng tiếp tiếp cận: Tiếp cận hệ thống, giải pháp từ tổng thể cho tới cụ thể, kế thừa các công trình nghiên cứu đã có. 4.2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp kế thừa, phương pháp định tính, phương pháp định lượng, phương pháp phân tích đa chiều, phương pháp tối ưu, phương pháp chuyên gia và tham vấn cộng đồng, phương pháp thống kê. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 5.1. Ý nghĩa khoa học: (i) Luận án cung cấp phương pháp luận khoa học cho việc nhận dạng, phân loại, đánh giá và ước lượng giá trị các loại hình thiệt hại (ii) Xây dựng thành công bài toán tối ưu dựa trên phân tích rủi ro, xác định phương pháp giải, công cụ giải làm cơ sở khoa học cho lập quy hoạch phòng chống úng ngập. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của luận án có thể áp dụng cho lưu vực sông Phan-Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. 6. Những đóng góp mới của luận án 1) 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 2) 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. 7. Bố cục của luận án: Gồm 03 chương chính sau: 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 chóng úng ngập dựa trên phân tích rủi ro. 2
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. 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 1.1.1. Khái niệm về rủi ro Theo định nghĩa của Frank Knight 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”. Theo quan điểm của Irving 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”. 1.1.2. Khái niệm rủi ro thiên tai Theo luật Phòng chống thiên tai số 33, Quốc hội 13 (2013), thiên tai là hiện tượng tự nhiên bất thường có thể gây thiệt hại về người, tài sản, môi trường, điều kiện sống và các hoạt động kinh tế- xã hội. Theo luật Phòng chống thiên tai thì có 19 loại hình thiên tai được xác định (bão và áp thấp nhiệt đới, lốc, lũ, ngập lụt (úng ngập), lũ quét, hạn hán, mưa đá, lở đất...) trong đó úng ngập do mưa lũ được xác định là một loại hình thiên tai. 1.1.3. Khái niệm rủi ro úng ngập do mưa lũ Úng ngập: Được coi là một dạng của ngập lụt khi nguyên nhân của úng ngập là do hiện tượng mưa lớn kéo dài hoặc hiện tượng nước thủy triều dâng cao làm ngập các cơ sở hạ tầng đe dọa tính mạng, tài sản, ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất kinh tế. 1.1.4. Phân tích rủi ro và một số thuật ngữ dung trong phân tích rủi ro Nghiên cứu thống nhất và làm rõ một số thuật ngữ thường dùng trong nghiên cứu rủi ro cũng như làm rõ khái niệm phân tích rủi ro là gì? Trong đó đặc biệt nhấn mạnh đến thuật ngữ rủi ro còn dư (Residual risk) (Hình 1.2). Cách xác định rủi 3
ro còn dư phụ thuộc vào cách xác định rủi ro dựa trên hàm phân phối mật độ xác xuất thiệt hại trung bình hàng năm của rủi ro (Tung, 2002). ∞ 𝑅𝑖𝑠𝑘 = 1 − 𝐹𝐷 (𝑥) = 𝑃(𝐷 > 𝑥) = ∫𝑥 𝑓𝐷 (𝑥). 𝑑𝑥 (1-1) ∞ Và E(D) = ∫0 x. fD (x). dx Trong đó: FD (x): Giá trị rủi ro tương ứng với chu kỳ lặp lại x (năm); fD (x): Hàm phân phối mật độ xác suất của thiệt hại; E(D): Giá trị thiệt hại có thể ứng với trường hợp cao nhất. Trong trường hợp rời rạc thì rủi ro còn dư/ rủi ro còn lại được xác định theo công thức: 𝑅𝑅𝑒𝑠 (𝑃, 𝐶𝑃∗ ) = ∑𝑘∈𝐾 𝐿𝑘 × 𝑃𝑘 (1-2) Trong đó: 𝑅𝑅𝑒𝑠 (𝑃, 𝐶𝑃∗ : Rủi ro còn lại ứng với cấp lũ (mức ngập) bảo vệ P* (k > P*); 𝐿𝑘 : Thiệt hại tương ứng với cấp lũ k (thiệt hại tăng thêm giữa cấp lũ P* và cấp lũ k); 𝑃𝑘 : Tần suất ứng với cấp lũ k (Pk= 1/k với ∀𝑘 ∈ 𝐾 𝑣à 𝑘 ≥ 𝑃∗ ); 𝐶𝑃∗ : Chi phí đầu tư ứng với mức bảo vệ lũ P*. Hình 1.2. Đồ thị biểu thị rủi ro còn dư với cấp bảo vệ của lũ (chu kỳ lặp lại) 1.2. Tổng quan các nghiên cứu úng ngập do mưa lũ trên thế giới 1.2.1. Tình hình úng ngập trên thế giới Ngày nay, cùng với hiện tượng nóng lên toàn cầu, sự gia tăng dân số, tăng trưởng kinh tế, công nghiệp hóa, đô thị hóa đi cùng với các hoạt động phá rừng, di canh di cư của một bộ phận dân số đã và đang làm cho xã hội ngày càng trở lên dễ bị tổn thương trước các hiện tượng thiên tai, thảm họa tự nhiên. Những tác động 4
của chúng đến nền kinh tế, xã hội và môi trường có xu hướng ngày càng gia tăng trên toàn thế giới với một mức đáng báo động. 1.2.2. Quan điểm đánh giá rủi ro úng ngập Để thực hiện được tốt công tác quy hoạch phòng chống rủi ro úng ngập thì cần phải có những tiếp cận đánh giá những thiệt hại hay tác hại do úng ngập gây ra đối với con người, nền kinh tế, xã hội và môi trường. Quan điểm đánh giá rủi ro úng ngập sẽ quyết định đến mục tiêu của quy hoạch cũng như các biện pháp đầu tư giảm thiểu rủi ro. Một số quan điểm tồn tại trên thế giới liên quan đến đánh giá rủi ro úng ngập: (i) Quan điểm đánh giá rủi ro đơn mục tiêu. (ii) Quan điểm đánh giá đa mục tiêu (nhiều chiều). Trong luận án, quan điểm đánh giá rủi ro mang tính xuyên suốt trong nghiên cứu cùng quan điểm Meyer et al. (2007) xem rủi ro là một hàm của xác suất và giá trị thiệt hại. Rủi ro = Xác suất × thiệt hại (1-4) 1.2.3. Các nghiên cứu dựa trên cơ sở phân tích rủi ro trên thế giới Nghiên cứu rủi ro của úng ngập được bắt nguồn từ những nghiên cứu lựa chọn giải pháp tối ưu trong quy hoạch và thiết kế công trình nhằm giảm thiểu thiệt hại tới mức thấp nhất do úng ngập gây ra. Nghiên cứu lựa chọn, xác định giải pháp phòng chống úng ngập dựa trên tiếp cận tối ưu về rủi ro thiệt hại được coi là cách tiếp cận mang tính phổ biến nhất trong thế kỷ 21. 1.3. Tổng quan các nghiên cứu rủi ro úng ngập tại Việt Nam 1.3.1. Nghiên cứu đánh giá rủi ro úng ngập Các dự án và đề tài nghiên cứu đã và đang thực hiện hầu như chỉ dựa vào quan điểm kỹ thuật với các tiếp cận giải pháp công trình (giải pháp cứng). Hầu hết các dự án, nghiên cứu chưa thực sự quan tâm đến quan điểm tích hợp toàn diện kỹ thuật và kinh tế trong quản lý rủi ro úng ngập. Một số nghiên cứu theo hướng lập bản đồ ngập, bản đồ nguy cơ ngập, bản đồ thể hiện tính dễ bị tổn thương, hay chồng lớp bản đồ sử dụng công nghệ GIS. Một số nghiên cứu có tính toán ước 5
lượng thiệt hại do úng ngập nhưng mới dừng ở mức đơn giản dựa trên thiệt hại trực tiếp cơ sở hạ tầng, nông nghiệp mà chưa ước lượng các thiệt hại khác. 1.3.2. Nghiên cứu đánh giá rủi ro úng ngập dựa trên phân tích tối ưu rủi ro Đối với một quốc gia đang phát triển như Việt Nam, câu hỏi được đặt ra cho những nhà nghiên cứu và quy hoạch, giải pháp quy hoạch và phòng chống rủi ro úng ngập cần được đầu tư ở mức độ nào là hợp lý và tối ưu vể rủi ro? Để giải quyết câu hỏi này cần phải có một quan điểm tổng hợp, phân tích đánh giá rủi ro, cũng như giải quyết bài toán vĩ mô trong giảm thiểu rủi ro để đạt được hiệu quả bền vững hay tối ưu cho toàn xã hội. 1.4. Các tồn tại trong nghiên cứu rủi ro úng ngập hiện nay tại Việt Nam Nghiên cứu rủi ro úng ngập tại Việt Nam hiện nay còn một số tồn tại như sau: (i) Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải pháp công trình, chưa xem xét góc độ hiệu quả kinh tế đặc biệt trong giai đoạn quy hoạch, chưa trả lời được câu hỏi đã tối ưu hay chưa; (ii) Chưa có nghiên cứu hoàn thiện đầy đủ về nhận dang, phân loại và ước lượng thiệt hại do úng ngập; (iii) Tính toán thiệt hại mới ở mức đơn giản dựa trên số liệu thống kê, thiếu phần đánh giá thiệt hại gián tiếp đặc biệt thiệt hại của các hộ gia đình bao gồm cả chi phí đầu tư phòng chống rủi ro; (iv) Chưa tích hợp đầy đủ kỹ thuật và kinh tế trong cùng một bài toán quy hoạch; (v) Chưa có nghiên cứu đầy đủ cho một vùng hỗn hợp, nông nghiệp nông thôn, vùng đô thị và vùng ven đô thị. 1.5. Định hướng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của luận án Luận án tập trung làm rõ một số vấn đề sau: (i) Hoàn thiện cơ sở lý luận tích hợp kỹ thuật và kinh tế trong bài toán quy hoạch tiêu úng ngập; (ii) Bổ sung phương pháp nhận dạng, phân loại và ước lượng các loại thiệt hại do úng ngập; (iii) Hoàn thiện các số liệu thiệt hại đặc biệt thiệt hại từ các hộ gia đình; (iv) Lựa chọn tiếp cận bài toán tối ưu rủi ro còn lại và chi phí đầu tư cho toàn xã hội; (v) Áp dụng tính toán xác định cấp lũ tiêu tối ưu và giải pháp công trình tổng thể tối ưu cho lưu vực sông Phan- Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. Khung nghiên cứu của luận án (Hình 1.5) 6
1.6. Kết luận Chương 1: Tiếp cận giải pháp quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro tối ưu được xem là một trong những tiếp cận đúng đắn, đảm bảo quá trình quản lý rủi ro theo hướng bền vững và phù hợp với điều kiện thực tiễn của Việt Nam hiện nay. Hình 1.5. Sơ đồ nghiên cứu của luận án 7
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ QUY HOẠCH PHÒNG CHÓNG ÚNG NGẬP DỰA TRÊN PHÂN TÍCH RỦI RO 2.1. Tiếp cận quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập Có nhiều quan điểm tiếp cận để lập quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập và sự liên quan với các thành phần xem xét được thể hiện theo Bảng 2.1. Bảng 2. 1. Tổng hợp các tiếp cận quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập Thành phần liên quan Phương pháp tiếp cận Tần suất/ Thiệt hại/ Chi phí đầu Trong quy hoạch Xác suất Rủi ro tư I. Kinh nghiệm Không Không Không II. Chu kỳ lặp Có xét Không Không III. Chu kỳ lặp theo vùng Có xét Có xét Không IV. Rủi ro chấp nhận được Có xét Có xét Không V. Phân tích tối ưu rủi ro Có xét Có xét Có xét 2.1.1. Tiếp cận kinh nghiệm (I) Theo tiếp cận này thì yếu tố xác suất xuất hiện và các hậu quả của rủi ro úng ngập sẽ không được đánh giá một cách rõ ràng, chi phí của các biện pháp giảm thiểu rủi ro có thể được xem xét nhưng chỉ là ngầm, không có ảnh hưởng đến việc lựa chọn mức độ bảo vệ hay cấp độ bảo vệ. 2.1.2. Tiếp cận dựa trên chu kỳ lặp của lũ (II) Thiết kế quy hoạch đầu tư giảm thiểu rủi ro theo tiếp cận chu kỳ lặp lại (tiếp cận II) về nguyên tắc không dựa trên đánh giá rủi ro vì nó không tính đến các hậu quả tiềm ẩn. Tiếp cận thiết kế các biện pháp giảm thiểu rủi ro cho úng ngập được sử dụng nhiều nhất và phổ biến nhất hiện nay tại Việt Nam. 2.1.3. Tiếp cận theo chu kỳ lặp của riêng từng vùng (III) Tiếp cận chu kỳ lặp lại theo từng vùng sẽ gắn liền cấp úng ngập cho từng vùng cụ thể tức là rủi ro có thể được xem xét bằng cách chia vùng nguy cơ ngập thành các khu ngập có mức độ thiệt hại khác nhau và xác định mức độ bảo vệ đối với các khu khác nhau. 8
2.1.4. Tiếp cận mức rủi ro chấp nhận được (IV) Trong nghiên cứu của Jonkman et al. (2003), tiếp cận mức rủi ro có thể chấp nhận được là cách tiếp cận dưới dạng thiệt hại tối đa có thể chấp nhận được với người, tính toán thiệt hại vật chất tối đa theo các năm và xác định ngưỡng thiệt hại rủi ro cho phép. 2.1.5. Tiếp cận phân tích tối ưu rủi ro (V) Tiếp cận quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro với mục tiêu giải bài toán tối ưu rủi ro. Rủi ro trong bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập sẽ bao gồm hai thành phần đó là: (1) Tổng giá trị hiện tại của chi phí đầu tư, chi phí vận hành, sửa chữa các công trình phòng chống úng ngập; (2) Tổng các rủi ro còn lại tương ứng với giải pháp đã đầu tư để phòng chống úng ngập. Về bản chất có thể coi giá trị hiện tại của tổng chi phí đầu tư với rủi ro còn lại là tổn thất của toàn xã hội, và được coi là rủi ro chung cho toàn xã hội. Do đó trong luận án sẽ xuất hiện từ rủi ro sẽ mang các hàm nghĩa sau: (i) Rủi ro được xác định là hàm của thiệt hại và xác suất; (ii) Rủi ro là tổng tổn thất của toàn xã hội do úng ngập. (iii) Rủi ro còn dư là hàm của thiệt hại còn dư và xác suất. Hình 2.1. Điểm tối ưu trong phân tích rủi ro Điểm tối ưu sẽ phụ thuộc vào tính chất bài toán tối ưu ban đầu, thường được chia làm 2 bài toán tối ưu: (i) tối ưu không ràng buộc; (ii) tối ưu có ràng buộc (Hình 2.2.). Trên thực tế đối với bài toán quy hoạch thông thường khi thiết kế các giải 9
pháp đầu tư giảm thiểu rủi ro úng ngập bị ràng buộc bởi các giới hạn ngân sách đầu tư (Cmax) và giới hạn rủi ro có thể chấp nhận được. Hình 2.2. Các điểm tối ưu trong phân tích tối ưu 2.2. Các phương pháp đánh giá giảm thiểu rủi ro do úng ngập Trong phân tích rủi ro theo tiếp cận tối ưu, sẽ có nhiều phương pháp phân tích tối ưu có liên quan. Có các phương pháp phân tích tối ưu có liên quan trong bài toán phân tích rủi ro. Trong mỗi phương pháp thì rủi ro được xem xét dưới các góc độ khác nhau. 2.2.1. Phương pháp phân tích chi phí tối thiểu (CMA) Phân tích chi phí tối thiểu áp dụng trong phân tích rủi ro được mô tả sẻ xác định một chiến lược có chi phí đầu tư nhỏ nhất trong số tập hợp các chiến lược phù hợp với mục tiêu đặt ra là bảo đảm yêu cầu về bảo vệ tương ứng với mức rủi ro được xác định cụ thể, không phù Hình 2.3. Mô tả phương pháp phân tích hợp với giải pháp quy hoạch tổng chi phí tối thiểu CMA thể. 10
2.2.2. Phương pháp phân tích chi phí hiệu quả Phương pháp phân tích chi phí hiệu quả (Hình 2.4) cũng dựa trên xác định các chiến lược với ước lượng chi phí và lợi ích (rủi ro giảm được). Tuy nhiên phương pháp này không giống với phương pháp phân tích chi phí lợi ích, vì phương pháp chi phí hiệu quả sẽ không tiền tệ Hình 2.4. Mô tả phương pháp phân tích chi hóa giá trị rủi ro giảm thiểu phí hiệu quả CEA Rangsberg (2000). 2.2.3. Phương pháp phân tích đa mục tiêu (MCA) Phương pháp phân tích đa mục tiêu là tìm giải pháp tối ưu dựa trên tính chất đa mục tiêu. Những đặc trưng đó có thể bao gồm những đặc trưng có thể tiền tệ hóa, có những đặc trưng có thể lượng hóa nhưng không cần là tiền tệ hóa, và có thể có những đặc trưng khác được định lượng theo các nghiên cứu đã công bố của Hình 2.4. Mô tả phương pháp phân tích Mysiak et al. (2005); (ECA, 2009); chi phí hiệu quả CEA (Defra, 2009). 2.2.4. Phương pháp phân tích chi phí lợi ích (CBA) Lợi ích của dự án quản lý rủi ro thiên tai sẽ là phần thiệt hại rủi ro có thể giảm được so với khi không có dự án và lợi ích của dự án quản lý này được thể hiện thông qua tác động trực tiếp lên tính dễ tổn thương của hệ thống, và cuối cùng hiệu quả kinh tế bằng cách so sánh giữa lợi ích và chi phí (Hình 2.7). 11
Hình 2.7. Tích hợp phương pháp chi phí lợi ích với phân tích rủi ro 2.3. Nhận dạng và phân loại rủi ro do úng ngập 2.3.1. Nhận dạng rủi ro úng ngập Nhận dạng đầy đủ các đối tượng bị tác động, các thiệt hại có thể có sẽ giúp việc ước lượng thiệt hại rủi ro úng ngập được chính xác và toàn diện. 2.3.2. Phân loại rủi ro úng ngập Hình 2.8. Phân loại các loại hình thiệt hại do úng ngập 2.4. Các phương pháp ước lượng thiệt hại rủi ro úng ngập 2.4.1. Xác định đối tượng và phương pháp nghiên cứu phù hợp 12
Để xác định được thiệt hại của rủi ro úng ngập cần xác định được đối tượng bị tác động, đối tượng thiệt hại và phương pháp nghiên cứu tương ứng đối với từng đối tượng thiệt hại. (Hình 2.9). 2.4.2. Giới thiệu các phương pháp đánh giá trực tiếp thiệt hại rủi ro úng ngập Gồm có các phương pháp: (i) Phương pháp đo lường thay đổi sản lượng năng suất; (ii) Phương pháp đo lường chi phí cơ hội; (iii) Phương pháp đo lường chi phí sức khỏe; (iv) Phương pháp đo lường chi phí thay thế; (v) Phương pháp đo lường chi phí phòng ngừa; (vi) Phương pháp thống kê; (vii) Phương pháp điều tra phỏng vấn trực tiếp. Hình 2.9. Sơ đồ khối nhận dạng, phân loại và phương pháp ước lượng thiệt hại 13
2.4.3. Giới thiệu các phương pháp đánh giá gián tiếp thiệt hại do úng ngập Có 2 phương pháp đánh giá thiệt hại gián tiếp: (i) Phương pháp điều tra đánh giá ngẫu nhiên (CVM); (2) Phương pháp đánh giá giá trị hưởng lợi. 2.5. Lựa chọn phương pháp để ước lượng thiệt hại cho từng đối tượng Trên thực tế, ứng với mỗi đối tượng thiệt hại sẽ có một hay nhiều phương pháp ước lượng thiệt hại. Đôi khi có thể sử dụng đồng thời các phương pháp để hỗ trợ lẫn nhau giúp cho việc tính toán được kiểm chứng so sánh và chính xác hơn. 2.6. Giới thiệu mô hình bài toán tối ưu dựa trên phân tích rủi ro úng ngập 2.6.1. Mô hình bài toán tối ưu tổng quát trong quy hoạch úng ngập 2.6.1.1. Hàm mục tiêu tổng quát của bài toán   n    MinZ1   cPi ( X Pi )   p( s)  cEj  X Ej ( s), s   D X P , X E ( s ),s ds m (2-5) i 1 0  j 1  Trong đó: D( X P , X E ( s ),s ) là hàm thiệt hại còn lại từ một trận ngập ứng với mỗi biến trạng thái s (tần suất ngập) sau khi được đầu tư và quản lý úng ngập ứng với giải pháp công trình mang tính lâu dài X P (được xem là các giải pháp đầu tư dài hạn, như xây đê, thay đổi sử dụng đất, xây trạm bơm, công trình trữ nước…), X E ( s ) là giải pháp ứng phó khẩn cấp khi xảy ra trận ngập ứng với trạng thái s (tần suất ngập). Khi hàm mục tiêu (2-5) là hàm lồi và được tuyến tính hóa từng đoạn thì hàm mục tiêu sẽ trở thành hàm tuyến tính 2 giai đoạn: m q  n  MinZ 2   CPi X Pi   ps  CEjs X Ejs  Ds  (2-6) i 1 s 1  j 1    Trong đó: Ds  D X P , X Es ,S , s : Được gọi là thiệt hại còn lại ứng với trạng thái s (tần suất ngập s). Nếu được tuyến tính hóa thì: T T Ds  d s  b Ps X P  b Es X Es , s (2-7) Ds : Thiệt hại còn lại của các trạng thái ngập (s) sau khi được được đầu tư giải pháp công trình lâu dài và giải pháp ứng phó khẩn cấp; d s : Tổng thiệt hại ứng 14
D( s) với trạng thái s hay tần suất ngập; bPis  : Hệ số, véc tơ đơn vị, thể hiện X Pi được hiệu quả của đầu tư giảm thiểu rủi ro úng ngập đối với mỗi giải pháp công D( s) trình mang tính lâu dài X Pi ; bEjs  : Hệ số, véc tơ đơn vị, thể hiện được X Ejs hiệu quả của đầu tư giảm thiểu rủi ro úng ngập đối với mỗi giải pháp ứng phó khẩn cấp X Ej . 2.6.1.2. Các giả định để mô phỏng mô hình (i) Có hàm phân phối xác suất là không chệch đối với mỗi trạng thái úng ngập, mức ngập hoặc tần suất ngập; (ii) Với những giải pháp đầu tư mang tính dài hạn X Pi sẽ có chi phí là CPi ; (iii) Giải pháp khẩn cấp XEj sẽ có chi phí tương ứng CEj . Các chi phí này sẽ thay đổi theo các cấp độ ngập khác nhau s; (iv) Ước lượng thiệt hại được thực hiện đối với các mức độ ngập khác nhau trong điều kiện chưa có đầu tư giải pháp phòng chống giảm nhẹ rủi ro úng ngập; (v) Các giải pháp mang tính dài hạn và giải pháp ứng phó tức thời có thể ước lượng được tương ứng với mỗi trạng thái ngập, tần suất ngập. 2.6.1.3. Các ràng buộc tổng quát - Ràng buộc về thiệt hại còn dư có thể chấp nhận được: Ds  CDs ,s (2-8) Trong đó: Ds: Thiệt hại còn lại đối với mỗi trạng thái ngập (tần suất ngập, tần suất lũ). CDs: Thiệt hại có thể chấp nhận được đối với một vùng nghiên cứu, giá trị này thường được xác định dựa trên sự chấp nhận rủi ro về người và kinh tế % GDP. - Ràng buộc đối với thiệt hại còn lại không âm: Ds  0, s - Ràng buộc thực hiện ra quyết định: X pi  1 i, X Ejs  1 j, s (2-9) Trong đó: 𝑋𝑝𝑖 : Biến ra quyết định lựa chọn giải pháp công trình lâu dài i (i= 1..m), X=1 tức là chọn giải pháp, X
- Ràng buộc loại trừ đối với các giải pháp mang tính lâu dài và giải ứng phó X Pi  X Ejs  1, j, s (XEjs được loại trừ do thực hiện X Pi ) (2-10) - Ràng buộc yêu cầu giải pháp lâu dài thay vì giải pháp ứng phó tạm thời X Pi  X Ejs  0, j, s (Xpi sẽ là tốt hơn thực hiện khẩn cấp XEjs) (2-11) 2.6.2. Mô hình bài toán tối ưu đơn giản trong quy hoạch úng ngập Hàm mục tiêu được đơn giản hóa (trong khi các ràng buộc sẽ không thay đổi) m q  n q  MinZ3   CPi X Pi   ps  CEjs X Ejs   p  s2 / s  Ds2 / s  (2-12) i 1 s 1  j 1 s2 1  T T Trong đó: Ds2 / s  d s2  b Ps 2 X P  b Es 2 X Es ,s, s2 (2-13) X Pi : Các giải pháp công trình mang tính lâu dài thứ i (trạm bơm, xây đê, kênh dẫn nước, hồ chứa nước…); 𝐶𝑃𝑖 : Là chi phí tương ứng với giải pháp công trình mang tính lâu dài thứ i; X Ejs : Giải pháp mang tính ứng phó tức thời, khẩn cấp thứ j ứng với mức ngập s (hệ thống cảnh báo lũ, đào tạo kỹ năng và nhận thức rủi ro; 𝐶𝐸𝑗𝑠 : Là chi phí tương ứng với giải pháp mang tính khẩn cấp j; Ps : Là xác suất tương ứng với mức ngập s (s=1..q); Ps2 / s : Là xác suất tương ứng với mức ngập s2 lớn hơn mức ngập s; s: Là biến trạng thái ứng với mức ngập được bảo vệ; Ds2 / s : Là phần thiệt hại gia tăng giữa mức ngập s2 và mức ngập bảo vệ s ( s2  s ). 2.6.3. Mô hình bài toán xác định cấp lũ cần tiêu tối ưu 2.6.3.1. Hàm mục tiêu tối ưu cho bài toán rời rạc:   NPV (j*)  min NPV ( j )  NPVR j  NPVC j víi j  1...n (2-17) Trong đó: NPV ( j*) : Giá trị hiện tại ròng của rủi ro ứng với cấp ngập cần tiêu tối ưu; NPVR j : Giá trị hiện tại ròng của rủi ro còn dư theo từng cấp ngập j; NPVC j : Giá trị hiện tại ròng của các thành phần chi phí đầu tư cho tiêu thoát có tính đến cả chi phí vận hành khai thác và chi phí đại tu theo thời gian ứng với từng cấp ngập j ( j  1;2;3;5;10;15;20;25;... ). 2.6.3.2. Hàm mục tiêu tối ưu cho bài toán liên tục f (rñi ro)  fr(rñi ro cßn d)  fc(chi phÝ ®Çu t)  min (2-18) Phương pháp tìm nghiệm tối ưu dựa trên điều kiện bậc 1 và điều kiện bậc 2: 16
+ Điều kiện bậc nhất: (Đảm bảo x* là giá trị tới hạn của hàm) f ( x* rñi ro) fr( x*) fc( x*)   0 (2-19) x x x + Điều kiện bậc 2: (Đảm bảo x* là giá trị tối ưu cực tiểu) 𝛛𝟐 𝐟(𝐱 ∗𝐫ủ𝐢 𝐫𝐨) 𝛛𝟐 𝐟𝐫(𝐱∗ ) 𝛛𝟐 𝐟𝐜(𝐱 ∗) 𝛛𝐱 𝟐 = 𝛛𝐱 𝟐 + 𝛛𝐱 𝟐 >𝟎 (2-20) 2.6.4. Bài toán xác định giải pháp công trình tối ưu ứng với cấp tiêu tối ưu 2.6.4.1. Hàm mục tiêu tối ưu cho bài toán rời rạc 1 𝐽 𝐽 𝐽 𝑅 ∗ = 𝑀𝑖𝑛 {𝑅 𝐽 = ∑𝑇𝑡=0 (1+𝑟)𝑡 (𝐶𝑇𝑖ê𝑢 độ𝑛𝑔 𝑙ự𝑐 + 𝐶𝑇𝑖ê𝑢 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝑙ự𝑐 + 𝑅𝑟ủ𝑖 𝑟𝑜 𝑐ò𝑛 𝑑ư⋮𝑠∗ )} (2-21) 2.6.4.2. Hàm mục tiêu tối ưu cho bài toán liên tục (1+𝑟)𝑇 −1 ∗ 𝑇𝑖ê𝑢 độ𝑛𝑔 𝑙ự𝑐 𝑇𝑖ê𝑢 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝑙ự𝑐 𝑓(𝑅) = (1+𝑟)𝑇 ×𝑟 𝑅𝑟ủ𝑖 𝑟𝑜 𝑐ò𝑛 𝑑ư + 𝑓𝑄 + 𝑓𝑄 → 𝑀𝑖𝑛 (2-22) 𝐽 Trong đó:𝑅𝑟ủ𝑖 𝑟𝑜 𝑐ò𝑛 𝑑ư⋮𝑠∗ : Rủi ro còn dư của phương án bố trí công trình j ứng ∗ với tần suất tiêu tối ưu s* (cấp ngập tối ưu cần bảo vệ). 𝑅𝑟ủ𝑖 𝑟𝑜 𝑐ò𝑛 𝑑ư : Rủi ro còn dư ứng với tần suất tiêu tối ưu s* . 2.7. Phương pháp giải bài toán tối ưu phi tuyến 2.7.1. Phương pháp giải bài toán tối ưu phi tuyến: Phương pháp được sử dụng ở đây là xấp xỉ hàm mục tiêu phi tuyến thành hàm bậc hai nhờ khai triển mở rộng chuỗi Taylor và sau đó giải bài toán quy hoạch bậc hai (hay còn gọi là dạng toàn phương bậc hai) 2.7.2. Đề xuất công cụ giải bài toán tối ưu phi tuyến: Luận án đề xuất sử dụng phần mềm GAMS cho giải bài toán tối ưu phi tuyến hàm liên tục, vì phần mềm GAMS có nhiều ưu điểm so với phần mềm khác. 2.8. Phân loại, điều tra, thu thập và phân tích số liệu Sô liệu phục vụ tính toán bao gồm số liệu thứ cấp và số liệu sơ cấp. Các số liệu được kiểm định trước khi đưa vào tính toán trong luận án. Đối với các số liệu sơ cấp được thu thập qua bảng hỏi trực tiếp phải được kiểm định tính ngẫu nhiên, sự sai số trên phần mềm Stata 10 hoặc SPSS 20. 17
2.9. Phương pháp xây dựng hàm thiệt hại và hàm chi phí đầu tư Các phương pháp: (i) Phương pháp phân tích thống kê; (ii) Phương pháp sử dụng phân tích hồi quy tuyến tính được sử dụng để ước lượng các hàm rủi ro còn lại theo từng cấp bảo vệ và hàm tổng chi phí đầu tư xây dựng công trình tương ứng với từng cấp bảo vệ. Hàm toán học phi tuyến của chi phí đầu tư cũng như của rủi ro còn lại được thiết lập dựa trên vận dụng phương pháp tuyến tính hóa rồi sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để tìm các hệ số và kiểm định ý nghĩa thống kê của các hệ số đó. 2.10. Kết luận Chương 2 Chương 2 đã tổng kết các cách tiếp cận cho bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập, lựa chọn tiếp cận phân tích tối ưu rủi ro trên cơ sở ước lược các thiệt hại do úng ngập. Xây dựng bài toán tối ưu tổng quát, tiếp cận giải bài toán rời rạc và liên tục, đồng thời lựa chọn được phần mềm GAMS làm công cụ giải. 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 3.1. Lý do lựa chọn vùng nghiên cứu Lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc là một trong 3 vùng tiêu độc lập của tỉnh Vĩnh phúc được lựa chọn là vùng nghiên cứu vì những nguyên nhân sau: (1) Địa hình phía bên phải là dãy núi Tam Đảo có địa hình dốc và lượng mưa lớn làm nước tập trung nhanh. Vùng hạ du là vùng trũng, nên khả năng xuất hiện úng ngập nhanh khi có mưa trên diện rộng. (2) Chiều dài lưu vực sông Phan - Cà Lồ thoát nước trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc là 86,2 km nhưng không có hướng tiêu thoát ra bên ngoài. Chiều dài sông dài, độ dốc nhỏ, hệ số uốn khúc cao khả năng thoát lũ, tiêu úng kém. 18