VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
V.3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC ĐÔ THỊ DẢI VEN BIỂN VIỆT NAM: VÍ DỤ CHO THÀNH PHỐ NHA TRANG
V.3.1. Thu thập dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
Bảng V-2. Phân loại nhà theo chức năng sử dụng Ký
hiệu (Anh)
Ký hiệu (Việt)
Chức năng sử dụng Ví dụ
RES1 ND1 Nhà ở một gia đình Nhà
RES2 ND2 Nhà di động Nhà di động
RES3 ND3 Nhà ở nhiều gia đình Căn hộ
RES4 ND4 Tạm trú Khách sạn
RES5 ND5 Khu tập thể (doanh trại) quân đội, nhà trường, trại tù
RES6 ND6 Bệnh xá, nơi an dưỡng
COM1 TM1 Buôn bán lẻ Cửa hàng nhỏ
COM2 TM2 Buôn bán lớn Cửa hàng lớn
COM3 TM3 Dịch vụ cá nhân/sửa chữa Trạm dịch vụ/cửa hiệu COM4 TM4 Dịch vụ cá nhân/kỹ thuật Văn phòng
COM5 TM5 Ngân hàng
COM6 TM6 Bệnh viện
COM7 TM7 Phòng khám bệnh/trạm xá
Chương V. Độ nguy hiểm và độ rủi ro động đất ở vùng ven biển và hải đảo Việt Nam 177 COM8 TM8 Vui chơi giải trí Nhà hàng/Quán ba
COM9 TM9 Nhà hát Nhà hát
COM10 TM10 Bãi để xe Gara ô tô, bãi gửi xe
IND1 CN1 Nặng Nhà máy, xí nghiệp
IND2 CN2 Nhẹ Nhà máy, xí nghiệp
IND3 CN3 Thực phẩm/Hoá chất Nhà máy, xí nghiệp IND4 CN4 Kim loại/xử lý quặng Nhà máy, xí nghiệp
IND5 CN5 Công nghệ cao Nhà máy, xí nghiệp
IND6 CN6 Xây dựng Văn phòng
AGR1 NN1 Nông nghiệp
REL1 TG1 Nhà thờ/Chùa
chiền/Phi chính phủ
GOV1 CP1 Dịch vụ công cộng Văn phòng GOV2 CP2 Phản ứng khẩn cấp Công an/cứu hoả EDU1 GD1 Các trường phổ thông
EDU2 GD2 Các trường trung cấp, đại học
Không bao gồm nhà tập thể
V.3.1.1. Công tác thực địa và xây dựng cơ sở dữ liệu
Công tác thực địa được tổ chức quy mô tại khu vực đô thị sát bờ biển thành phố Nha Trang để khảo sát và thu thập các dữ liệu về nhà cửa. Đây là hình thức khảo sát thực địa dưới dạng "dạo trên hè phố" (sidewalk), đòi hỏi nhiều thời gian, sự kiên nhẫn của cán bộ khảo sát và sự hợp tác của các cơ quan và chủ nhà. Các dữ liệu về nhà cửa được đưa vào cơ sở dữ liệu, được khai thác để tính toán thiệt hại do động đất và sẽ được cập nhật thường xuyên để đảm bảo độ tin cậy cho các kết quả đánh giá rủi ro trong tương lai.
Công tác chuẩn bị bao gồm việc in bản đồ nền và xây dựng mẫu phiếu điều tra nhà cửa khu vực nghiên cứu. Việc xây dựng và in bản đồ nền nhằm cung cấp cho các cán bộ khảo sát những mảnh bản đồ in sẵn của khu vực đô thị thành phố Nha Trang chia nhỏ phục vụ cho công tác điều tra và thu thập dữ liệu về nhà cửa trên địa bàn. Việc xây dựng mẫu phiếu điều tra dựa trên tiêu chuẩn phân loại nhà cửa theo phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất đã được áp dụng đối với các khu vực đô thị của Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh trước đây [33], [34], [35]. Các phiếu điều tra sẽ được các cán bộ khảo sát sử dụng ngay trên hiện trường để thu thập các dữ liệu thuộc tính về nhà cửa tại khu vực nghiên cứu.
Đoàn khảo sát được chia thành các tổ hai người và được cung cấp các mảnh bản đồ nền in sẵn ở tỷ lệ lớn (1:2000). Các cán bộ khảo sát đã tiến hành khảo sát các công trình xây dựng trên toàn bộ các khu phố, các ngõ phố, các cụm dân cư trên địa bàn theo mẫu
phiếu điều tra đã lập sẵn. Khi đến địa bàn, các tiêu chuẩn trong phiếu điều tra được các cán bộ tham gia ghi lên phiếu và đồng thời thể hiện trực tiếp lên trên bản đồ. Các phiếu thực địa được tập hợp và đóng thành quyển báo cáo thực địa để phục vụ cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.
Kết thúc chuyến thực địa, đoàn khảo sát đã thành lập được một bộ dữ liệu lớn gồm 1911 phiếu điều tra chứa các dữ liệu thuộc tính về nhà cửa tại khu vực đô thị của thành phố Nha Trang. Ngoài các dữ liệu về nhà cửa, đoàn khảo sát cũng đã thu thập được các dữ liệu về địa chất và dân số của khu vực thành phố Nha Trang, trong đó có bản đồ số hóa về địa chất của toàn bộ tỉnh Khánh Hòa ở tỷ lệ 1:50000.
Ngôn ngữ lập trình Avenue được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS tổng hợp cho khu vực nghiên cứu. Cơ sở dữ liệu này hoạt động trên môi trường GIS của phần mềm ArcView. Các công cụ tùy biến được xây dựng cho phép nhập các dữ liệu thuộc tính từ 1911 phiếu điều tra thu được từ chuyến khảo sát nhà cửa tại thành phố Nha Trang vào cơ sở dữ liệu. Đồng thời, các công cụ chỉnh sửa, tìm kiếm và kết xuất dữ liệu cũng được xây dựng để nâng cao hiệu quả của công tác quản lý và khai thác dữ liệu [36].
V.3.1.2. Đánh giá thiệt hại
Để đánh giá thiệt hại do động đất gây ra đối với nhà cửa tại Nha Trang, cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa và lớp thông tin số hóa về nhà cửa tại Nha Trang được sử dụng. Toàn bộ nhà cửa được phân loại theo các tiêu chí chính bao gồm kết cấu, chiều cao, mức thiết kế kháng chấn và chức năng sử dụng của công trình như đã trình bày ở phần trên.
Quy trình tính toán xác suất thiệt hại nhà cửa do động đất được thực hiện hoàn toàn với sự trợ giúp của máy tính và công nghệ GIS. Ngôn ngữ lập trình Avenue được sử dụng để viết các đơn thể chương trình cho phép giải quyết các bài toán kỹ thuật tại mỗi giai đoạn thực hiện quy trình ngay trên môi trường GIS. Do chưa có các tài liệu chi tiết về nền đất tại khu vực thành phố Nha Trang, thuật toán sử dụng giá trị nền ngầm định tại khu vực nghiên cứu là nền loại D theo tiêu chuẩn phân loại nền của Mỹ [106]. Các giá trị gia tốc nền cực đại tại khu vực nghiên cứu được lấy từ bản đồ rung động nền thành lập cho vùng ven biển miền Trung với chu kỳ thời gian 950 năm [36].
Dưới đây là mô tả theo thứ tự các bước thực hiện quy trình đánh giá thiệt hại nhà cửa do động đất tại khu vực đô thị thành phố Nha Trang.
V.3.1.2.1. Xây dựng các đồ thị khả năng chịu lực cho mỗi loại nhà
Các đồ thị khả năng chịu lực được giả thiết là có dạng phân bố lôga chuẩn của biến số biểu thị lực tới hạn (AU) của mỗi loại nhà. Với bốn mức độ kháng chấn khác nhau (không kháng chấn, thấp, trung bình và cao), sử dụng các hàm thống kê ngầm định trong ngôn ngữ lập trình Avenue và tài liệu của Mỹ. Độ biến thiên β(AU) của đồ thị được gán các giá trị bằng 0,25 đối với các loại nhà được thiết kế kháng chấn, và bằng 0,30 đối với các loại nhà không được thiết kế kháng chấn [105].
V.3.1.2.2. Xác định phản ứng cực đại mỗi loại nhà dưới tác động của động đất Các đồ thị khả năng chịu lực được sử dụng để xác định phản ứng cực đại của mỗi loại nhà tại chân công trình. Quy trình xác định loại nhà và phản ứng cực đại của loại
Chương V. Độ nguy hiểm và độ rủi ro động đất ở vùng ven biển và hải đảo Việt Nam 179 nhà đó tại một điểm bất kỳ trên bản đồ được thực hiện tự động. Đầu tiên, các điều kiện nền đất như loại nền, giá trị các tham số rung động nền được máy tính nhận biết và lựa chọn. Tiếp theo, máy tính tự động nhận biết loại nhà tại điểm đang xét. Để xác định giá trị phổ dịch chuyển cực đại tại điểm đang xét, máy tính tự động xét sáu trường hợp giao điểm giữa các đồ thị khả năng chịu lực và đồ thị phổ tác động nền, đồng thời phương pháp lặp trực tiếp được sử dụng để tìm ra nghiệm đúng.
Trên Hình V-4 minh hoạ kết quả xác định phản ứng cực đại của loại nhà có tường xây chịu lực không gia cố, tầng thấp và không được thiết kế kháng chấn (loại URML theo phân loại). Các đồ thị phổ tác động hiệu chỉnh cho các loại nền khác nhau được minh hoạ bằng các đường cong suy giảm, còn đồ thị khả năng chịu lực được minh hoạ bằng đường cong tăng.
Hình V-4. Ví dụ về xác định phản ứng cực đại cho nhà loại URML
V.3.1.2.3. Xác định các trạng thái phá hủy nhà
Các giá trị phổ dịch chuyển tương ứng với phản ứng cực đại của mỗi loại nhà được đưa vào công thức (I.46) để tính xác suất trạng thái phá huỷ nhà tại hai quận nghiên cứu. Kết quả tính cho mỗi điểm được rời rạc hoá và biểu diễn dưới dạng đồ thị xác suất để cho loại nhà tại điểm đang xét rơi vào một trong năm trạng thái phá huỷ sau đây:
không bị phá huỷ (KO), bị phá huỷ nhẹ (NH), bị phá huỷ trung bình (TB), bị phá huỷ nặng (NG) và bị phá huỷ hoàn toàn (HT). Công cụ tính toán tự động cho phép người sử dụng có thể tra vấn xác suất thiệt hại nhà cửa do động đất tại điểm bất kỳ trên bản đồ và hiển thị kết quả trên giao diện của phần mềm ArcView. Kết quả tính xác suất trạng thái phá huỷ nhà cửa cho mỗi loại nhà tại một điểm bất kỳ được tự động gán cho các điểm trọng tâm của mỗi khối nhà có cùng loại trên bản đồ và được sử dụng để thành lập các bản đồ dự báo thiệt hại nhà cửa do động đất.
V.3.1.2.4. Thành lập tập bản đồ thiệt hại nhà cửa do động đất
Quy trình tính toán và vẽ bản đồ được thực hiện tự động và các kết quả được hiển thị trên giao diện của phần mềm Arcview GIS. Tập bản đồ rủi ro động đất được xây
dựng với các lớp thông tin thành phần biểu thị xác suất phá huỷ nhà cửa tại khu vực nghiên cứu ở năm mức độ phá huỷ khác nhau: không bị phá huỷ, phá huỷ nhẹ, phá huỷ trung bình, phá huỷ nặng và phá huỷ hoàn toàn.
Các giá trị xác suất phá huỷ nhà cửa ở một trạng thái phá huỷ nào đó có thể được hiểu như là số ngôi nhà bị phá huỷ ở trạng thái đó trên tổng số các ngôi nhà có cùng kết cấu tại khu vực nghiên cứu. Mô tả chi tiết về trạng thái phá huỷ của từng loại nhà có thể tham khảo trong [106]. Các ước lượng thiệt hại nhà cửa được xác định trong đề tài này với giả thiết là phổ tác động có độ tắt dần 5%.
Trên Hình V-5 minh hoạ các bản đồ dự báo thiệt hại nhà cửa tại khu vực đô thị thành phố Nha Trang ở hai mức độ thiệt hại nhẹ và trung bình, với giả thiết chấn động do động đất gây ra tạo nên rung động nền dự báo cho chu kỳ 950 năm. Các kết quả tính toán cho thấy thiệt hại về nhà cửa do động đất gây ra tại Nha Trang theo kịch bản này là không cao. Xác suất cao nhất tính được cho trường hợp thiệt hại nhà ở mức độ nhẹ là 18.31%, trong khi xác suất cao nhất tính được cho trường hợp thiệt hại nhà ở mức độ trung bình chỉ đạt 12.26%.
Hình V-5. Bản đồ dự báo thiệt hại nhà cửa tại khu vực đô thị thành phố Nha Trang:
a> mức độ nhẹ, b> mức độ trung bình
V.3.1.3. Số liệu dân số sử dụng
Số liệu điều tra dân số tại khu vực nghiên cứu chi tiết tới cấp phường được sử dụng
Chương V. Độ nguy hiểm và độ rủi ro động đất ở vùng ven biển và hải đảo Việt Nam 181 để tính thiệt hại về người do động đất. Bảng V-3 liệt kê dân số các phường nằm trong phạm vi vùng nghiên cứu và được sử dụng trong các tính toán thiệt hại về người. Các dữ liệu này được gán cho các đơn vị hành chính (các phường) trong cơ sở dữ liệu GIS, là dữ liệu ngầm định cùng với các kết quả về thiệt hại nhà cửa tính được từ các mô đun trước đó.
Dân số của mỗi phường được chia thành bốn nhóm chính như sau:
- Số dân có mặt trong các khu nhà ở
- Số dân có mặt trong các khu nhà thuộc khối kinh doanh - Số dân có mặt trong các khu nhà thuộc khối công nghiệp - Số dân đang trên đường (tới cơ quan hoặc đi làm về)
Bảng V-3. Số liệu dân số tại các phường sử dụng trong tính toán thiệt hại về người
STT Tên Phường Dân số (người) Diện tích (km2)
1 Vĩnh Phước 20662 1.09
2 Vĩnh Thọ 14823 1.3
3 Vạn Thắng 13012 0.28
4 Xương Huân 17873 0.61
5 Phương Sài 13284 0.29
6 Phước Tân 13103 0.48
7 Phước Tiến 12680 0.3
8 Phước Hòa 14461 1.12
9 Tân Lập 16242 0.59
10 Lộc Thọ 12861 1.47
11 Vạn Thạnh 14884 0.37
Phân bố dân ngầm định được tính cho mỗi phường tại ba thời điểm trong ngày là 02 giờ sáng, 14 giờ chiều và 17 giờ chiều. Bảng V-4 trình bày tỷ lệ phân bố dân cư ngầm định sử dụng trong phương pháp luận. Tỷ lệ này được áp dụng trên cơ sở các số liệu điều tra dân số của Mỹ có đối sánh và hiệu chỉnh theo số liệu của Việt Nam [33], [34], [35]. Các số liệu này chứa đựng sai số, và người sử dụng luôn luôn có thể hiệu chỉnh các số liệu này để các kết quả nhận được có độ tin cậy cao hơn.
Số dân đang trên đường là số người vắng mặt trong các khối nhà trong vùng nghiên cứu tại thời điểm đang xét. Phương pháp luận chỉ tính đến con số thương vong trên đường do đổ cầu (bắc qua sông hay cầu chui). Điều này đòi hỏi phải xác định số người đang có mặt trên cầu hay dưới gầm cầu tại thời điểm xảy ra động đất. Trong phương pháp luận này, các hệ số tỷ lệ CDF ngầm định được sử dụng để tính số người đang có mặt trên đường phố. Khi đó số người đang có mặt trên cầu hay dưới gầm cầu tại thời điểm xảy ra động đất tại mỗi phường sẽ được tính theo công thức:
NBRDG = CDF * COMM (V.1)
trong đó, NBRDG là số dân của phường đang có mặt trên cầu hay dưới gầm cầu tại thời điểm xảy ra động đất, CDF là số phần trăm những người đang đi làm của phường đang có mặt trên cầu hay dưới gầm cầu tại thời điểm xảy ra động đất, COMM là số dân đang đi làm (là viên chức nhà nước) của phường.
Bảng V-4. Lệ ngầm định để xác định phân bố dân cư Phân bố cư dân tại Phường
Các nhóm chính 2 h 00 đêm 2 h 00 chiều 5 h 00 chiều Nhà dân 0,99 (NRES) 0,80 (DRES) 0,95 (DRES) Kinh doanh 0,02 (COMW) 0,98(COMW) +
0,15(DRES) + 0,80(AGE_16)
0,50 (COMW)
Công nghiệp 0,10 (INDW) 0,80 (INDW) 0,50 (INDW) Trên đường 0,01(POP) 0,05(POP) 0,05 (DRES) + 1,0
(COMM)
Trong đó, POP là số dân của phường theo số liệu điều tra dân số; DRES là số dân có mặt ở nhà vào ban ngày suy ra từ số liệu điều tra dân số; NRES là số dân có mặt ở nhà vào ban đêm suy ra từ số liệu điều tra dân số; COMM là số dân đang có mặt trên đường phố suy ra từ số liệu điều tra dân số; COMW là số dân đang làm việc trong các khu nhà thuộc khối kinh doanh; INDW là số dân đang làm việc trong các khu nhà thuộc khối công nghiệp; AGE_16 là số dân dưới 16 tuổi suy ra từ số liệu điều tra dân số (số gần đúng để nội suy tỷ lệ số dân đang có mặt tại các trường học); Các giá trị CDF ngầm định sử dụng trong đề tài này có giá trị bằng 0,05 cho ban ngày và ban đêm và bằng 0,10 cho thời gian đang trong giờ làm việc.
V.3.1.4. Đánh giá thiệt hại
Phương pháp luận áp dụng trong đề tài này cho phép ước lượng các thiệt hại về người do động đất gây ra tại ba thời điểm trong một ngày tại hai quận nghiên cứu. Các thời điểm được chọn bao gồm:
• Động đất xảy ra lúc 2 giờ 00 phút sáng (ban đêm).
• Động đất xảy ra lúc 14 giờ 00 phút chiều (ban ngày).
• Động đất xảy ra lúc 17 giờ 00 phút chiều (giờ tan tầm).
Đây là ba thời điểm mà con số thương vong dự báo có thể lên đến mức cao nhất do sự tập trung dân số tại các khu vực nhà ở, tại các trường sở và trên đường phố tại giờ cao điểm. Xác suất và con số thương vong về người tại mỗi phường được tính tự động cho ba thời điểm đã chọn và các kết quả được hiển thị trên giao diện của phần mềm Arcview dưới dạng các bản đồ dự báo thiệt hại về người do động đất.
Kết quả tính toán cho thấy thiệt hại về người lớn nhất tập trung tại các phường phía bắc khu vực nghiên cứu. Số người thương vong cao nhất tập trung tại phường Vĩnh Phước nằm về phía bắc khu vực nghiên cứu, trong đó thương vong mức độ 1 lần lượt là