Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro (tt)

Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi roNghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

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

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

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

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) = ∫ 𝑓𝑥∞ 𝐷(𝑥) 𝑑𝑥 (1-1)

Và E(D) = ∫ x f0∞ D(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∈𝐾𝐿𝑘× 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

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

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

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)

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

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

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

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

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 hợp với giải pháp quy hoạch tổng

thể

Hình 2.3 Mô tả phương pháp phân tích

chi phí tối thiểu CMA

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 hóa giá trị rủi ro giảm thiểu

Rangsberg (2000)

Hình 2.4 Mô tả phương pháp phân tích chi

phí hiệu quả CEA

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 Mysiak et al (2005); (ECA, 2009);

(Defra, 2009)

Hình 2.4 Mô tả phương pháp phân tích

chi phí hiệu quả CEA

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)