LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả
trong luận văn là hoàn toàn đúng với thực tế và chưa được công bố trong các công
trình trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 23 tháng 04 năm 2015
Tác giả luận văn
Vũ Thị Hoài
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá rủi ro và tính toán thiết kế cho kè
Phú Đa - tỉnh Phú Yên” tác giả đã hoàn thành theo đúng nội dung của đề cương
nghiên cứu, được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của trường Đại học Thủy Lợi phê
duyệt. Luận văn được thực hiện với mục đích nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin
cậy trong thiết kế tối ưu hệ thống phòng chống lũ.
Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới TS.Đồng Kim Hạnh Bộ môn Công nghệ & quản lý xây dựng, các thầy cô
giáo chuyên nghành - Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và
đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi,
Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Công trình và các thầy cô đã tham gia
giảng dạy trong thời gian qua, đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có thể hoàn
thành khóa học và Luận văn của mình.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
những người đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu vừa qua.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế
1.5. Kết luận chương 1 ..............................................................................................11
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ ..................................................13
2.1. Phân tích rủi ro do lũ lụt ..................................................................................14
2.2. Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống .................................................16
2.3. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên..................................................18
2.3.1 Tính toán cấp độ I .......................................................................................18
2.3.2. Tính toán cấp độ II.....................................................................................19
2.3.3 Tính toán cấp độ III ....................................................................................24
2.4. Các bài toán trong thiết kế ngẫu nhiên công trình phòng chống lũ ...................25
2.4.1. Bài toán 1 – Đánh giá an toàn của hệ thống đê. ........................................25
2.4.2. Bài toán 2: Tối ưu tiêu chuẩn an toàn theo quan điểm kinh tế ..................33
2.5 Kết luận chương 2 ...........................................................................................36
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ VÀ
ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ TUYẾN KÈ PHÚ ĐA,
HUYỆN ĐÔNG HÒA, PHÚ YÊN .........................................................................37
3.1. Một số đặc điểm chính về khu vực xây dựng kè Phú Đa...................................37
3.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................37
3.1.2. Điều kiện địa hình......................................................................................37
3.1.3. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................38
3.1.4. Tình hình mạng lưới quan trắc ..................................................................38
3.1.5. Đặc diểm Khí tượng năm 2009 .................................................................39
3.1.6. Tình hình dân sinh kinh tế - Kinh tế Xã hội huyện Đông Hòa theo thống
kê năm 2009.........................................................................................................39
3.1.7. Một số đánh giá hiện trạng về khu vực xây dựng kè Phú Đa ....................40
3.2. Mô tả hệ thống kè Phú Đa ..................................................................................41
3.3. Tính toán cao trình đỉnh đê theo thiết kế truyền thống ......................................43
3.3.1. Cao trình đỉnh kè .......................................................................................44
Bảng 3. 11 - Hệ số ổn định mái kè ............................................................................55
Bảng 3. 12 - Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn định mái kè .........................56
Bảng 3. 13 – Các hệ số chi phí nâng cấp đơn vị của kè Phú Đa ..............................59
Bảng 3. 14 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí nâng cấp kè ......60
Bảng 3. 15– Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí q.lý vận hành .....61
Bảng 3. 16 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí đầu tư ...............62
Bảng 3. 17 – Số liệu thống kê về thiệt hại kinh tế do lũ lụt tại huyện Đông Hòa .....62
Bảng 3. 18 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ tổng chi phí đầu tư, chi phí
rủi ro và tổng chi phí của hệ thống ...........................................................................65
DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1- Sơ đồ quá trình phân tích rủi ro [6]. .................................................. 16
Hình 2. 2 - Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS [6]. ................................. 17
Hình 2. 3 - Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy [6] ................... 18
Hình 2. 4 - Cơ chế xói ngầm/đẩy trồi [8] ............................................................ 31
Hình 2. 5 – Phương pháp xác định điểm tối ưu thiết kế về kinh tế ........................ 35
Hình 3. 1 - Khu vực xây dựng kè ...............................................................................37
Hình 3. 2 - Sơ họa khu vực xây dựng kè ...................................................................42
Hình 3. 3 - Sơ đồ cây sự cố hệ thống phòng lũ huyện Đông Hòa, Phú Yên .............43
Hình 3. 4 - Phân phối MNL dựa trên số liệu đo đạc theo BESTFIT ........................46
Hình 3. 5 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến xác suất xảy ra sự cố của cơ
chế chảy tràn .............................................................................................................46
Hình 3. 6 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế mất ổn định KCBV mái .....48
Hình 3. 7 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói chân .....................50
Hình 3. 8 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói ngầm ....................52
Hình 3. 9 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế đẩy trồi.......................53
Hình 3. 10 - Trường hợp 1 - Công trình vừa thi công xong, mực nước sông là mực
nước kiệt MNK= -2,5m .............................................................................................55
Hình 3. 11- Trường hợp 2 - Mực nước rút từ MNL =5m xuống mực nước =3.5m
: Hệ số an toàn cho phép
Ntt
: Trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;
R
: Độ bền hay khả năng kháng hư hỏng
S
: Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng.
Z
: Hàm tin cậy
γΡ
: Hệ số an toàn của độ bền;
γΣ
: Hệ số an toàn của tải trọng.
qc
: Lưu lượng tràn tới hạn gây hư hỏng công trình [m3/s/m];
: Góc mái thượng lưu đê.
ρc
: Trọng lượng đơn vị bão hòa của lớp đất nền;
ρw
: Trọng lượng đơn vị của nước;
g
: Gia tốc trọng trường;
d
:Bề dày lớp đất sét tính từ chân đê đến lớp cát nền bên dưới;
∆Η
:Cột nước áp lực;
I∆H
: Chi phí nâng cấp cho hệ thống phòng chống lũ
IPf
: Tổng vốn đầu tư cho hệ thống phòng chống lũ
: Tỷ lệ lãi suất hiệu quả;
T
: Thời đoạn quy hoạch (tuổi thọ công trình), năm.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các vùng châu thổ sông thường là các vùng được thiên nhiên ưu đãi: đất đai
màu mỡ, gần nguồn nước, địa hình bằng phẳng thuận lợi cho sự tập trung phát triển
kinh tế xã hội của con người. Vì thế hầu hết các thành phố lớn, các trung tâm kinh
tế, các khu công nghiệp, các vùng nông nghiệp tập trung tại đây. Tuy vậy các vùng
này hàng năm cùng thường xuyên bị đe dọa bởi nguy cơ ngập lụt do nước lũ từ các
hệ thống sông. Tại nhiều vùng ở Việt Nam, nhiều năm gần đây lũ lụt đã xảy ra và
đã gây thiệt hại rất lớn đến con người tài sản, ảnh hưởng lớn đến quá trình phát triển
kinh tế và ổn định xã hội.
Sông Bánh Lái là một đoạn của con sông Bàn Thạch. Độ dốc sông ở thượng
nguồn rất lớn 750/00, sau đó chảy qua vùng đồng bằng độ dốc chỉ còn 20/00. Sông
Bánh Lái có diện tích không lớn, nhưng sông nằm cạnh dãy núi cao đón gió mùa
Đông Bắc, nên thuộc vùng có lượng mưa dồi dào chỉ sau vùng núi cao lưu vực sông
Hinh, lại nằm sát biển nên hay xảy ra những trận lũ riêng biệt ngay trong mùa khô.
Điển hình là trận lũ lịch sử năm 2009 vừa qua đã gây thiệt hại không ít về người và
của cho khu vực hai bên bờ sông.
Hiện nay trong tính toán thiết kế đều dựa vào các tiêu chuẩn, quy phạm hiện
hành để xác định quy mô, cấp công trình từ đó tính toán và xác định các hệ số an
toàn, thông số thiết kế cho công trình, chưa xét đến tính tổng thể của một hệ thống
hoàn chỉnh, chưa xem xét cục bộ để có giải pháp đánh giá sự an toàn cho công trình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phát triển ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn
hệ thống kè Phú Đa – Bờ Bắc sông Bánh Lái huyện Đông Hòa, tỉnh Phú Yên và đưa
ra kiến nghị để đưa tần suất thiết kế đảm bảo tối ưu theo quan điểm kinh tế.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
-
Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro;
-
Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về phát triển ứng dụng lý thuyết độ
tin cậy trong thiết kế tối ưu hệ thống công trình đặc biệt là hệ thống đê sông;
-
Kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan tới hệ thống đê sông.
5. Kết quả đạt được
-
Nghiên cứu và áp dụng được lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro cho bài toán
đánh giá, nâng cấp kè Phú Đa – bờ Bắc sông Bánh Lái – Huyện Đông Hòa –
Tỉnh Phú Yên.
-
Xác định được tần suất đảm bảo tối ưu cho kè Phú Đa.
-
đầu tư nghiên cứu và đi đầu trong KHCN thuộc lĩnh vực này. Lý thuyết độ tin cậy
đã được đưa vào ứng dụng thiết kế các hợp phần quan trọng của các chương trình
Đồng bằng (Deltaplan) từ nhừng năm 70. Lý thuyết độ tin cậy tiếp tục được phát
triển và mở rộng ứng dụng liên tục và trở thành các môn học bắt buộc trong khối
ngành kỹ thuật xây dựng từ những năm 1985. Tiêu chuẩn thiết kế theo lý thuyết độ
tin cậy được cập nhật vào các năm 1990, 1995 và 2000. Dự án VNK được thực hiện
4
từ 2001 đến 2003 bởi Viện nghiên cứu chiến lước PNO, Viện Thủy Lực Delft
Hydraulics và trường Đại học Công nghệ Delft với mục tiêu nghiên cứu cập nhật
công nghệ tính toán, nghiên cứu phương pháp mô phỏng an toàn các hệ thống đê
theo lý thuyết độ tin cậy với sai số rất nhỏ và độ tin cậy cao. Kết quả dự án là các
tiêu chí độ tin cậy được cập nhật trong tiêu chuẩn thiết kế. Tiếp theo, Dự án VNK2
(2007-2010) và SBW (2008-2011) được thực hiện bởi cùng nhóm nghiên cứu nêu
trên. Các dự án này tập trung nghiên cứu nâng cao độ chính xác của các mô hình
mô phỏng ngẫu nhiên tải trọng và độ bền của các công trình phòng chống lũ, đầu
vào quan trọng của bài toán phân tích độ tin cậy công trình. Ngoài ra, vấn đề ảnh
hưởng chiều dài của hệ thống đê trong đánh giá an toàn cũng được nghiên cứu kỹ.
Mô hình thiết kế 3 chiều (3D) theo lý thuyết độ tin cậy được đưa ra. Tiêu chuẩn rủi
ro lũ lụt được rà soát và cập nhật lại theo các quan điểm về cá nhân, cộng đồng,
kinh tế và kể đến các giá trị khác không quy về tiền được như văn hóa, lịch sử, môi
trường vv...
Anh Quốc và Châu Âu: Kế thừa và phát triển các nghiên cứu của Hà Lan
vận dụng theo các đặc điểm chung và riêng của các quốc gia trong khu vực. Dự án
“Reliability of Flood Defences and Intergrated Flood Risk Management”, tên viết
tắt FLOODSite được thực hiện từ 2005-2009 bởi 38 viện nghiên cứu và các trường
đại học lớn của hơn 20 quốc gia trong khu vực, đã đưa ra cách tiếp cận tổng hợp
trong đánh giá an toàn hệ thống phòng chống lũ, trong quản lý và giảm thiểu rủi ro
lũ lụt. Lý thuyết độ tin cậy được khẳng định sử dụng và phát triển thành mô hình lõi
1.1.2. Tại Việt Nam
Tiếp cận với thiết kế ngẫu nhiên và phân tích rủi ro trong lĩnh vực công trình
xây dựng đối với Việt Nam đây còn là một cách tiếp cận mới. Cho đến nay, ở Việt
Nam, các hệ thống thủy lợi đã và đang được thiết kế theo phương pháp truyền
thống. Một số các nghiên cứu mới gần đây ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh
vực thủy lợi cũng mới chỉ thu được ở mức độ các luận văn tiến sĩ và thạc sĩ về các
vấn đề như: “Probabilistic Design of Coastal Flood Defences in Viet Nam – Thiết
kế ngẫu nhiên hệ thống phòng lũ bờ biển Việt Nam” [8]; “ Nghiên cứu xây dựng
phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông theo lý thuyết độ
6
tin cậy trong điều kiện Việt Nam”, “ Phân tích ổn định của một số tuyến đê thuộc
hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình”, “ Thiết kế xác suất và phân tích rủi ro cho
đê sông Đuống – Đồng bằng châu thổ sông Hồng Việt nam”, “ Nghiên cứu độ ổn
định mái dốc đê đập” [10]. Các nghiên cứu trên là tiền đề thuận lợi cho việc nghiên
cứu áp dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro vào bài toán đánh giá an toàn
cho công trình thủy lợi và hệ thống thủy lợi của Việt Nam nói chung và kè Phú Đabờ Bắc sông Bánh Lái – Huyện Đông Hòa – Tỉnh Phú Yên nói riêng.
Để đánh giá một cách tổng quan về công tác đê điều và vấn đề an toàn phòng
chống lũ lụt hiện tại Việt Nam có thể trích dẫn một số điểm được nêu rõ trong
“Chiến lược quốc gia phòng chống và giảm nhẹ thiên tai đến năm 2020” như sau:
- Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, một trong năm ổ bão của khu
vực châu Á - Thái Bình Dương, thường xuyên phải đối mặt với các loại hình thiên
tai, nhiều nhất là lũ và bão.
- Trong những năm qua, thiên tai xảy ra ở khắp các khu vực trên cả nước gây
ra nhiều tổn thất về người, tài sản, các cơ sở hạ tầng về kinh tế, văn hóa, xã hội, tác
động xấu đến môi trường. Trong 10 năm gần đây (1997-2006) thiên tai đã làm chết,
mất tích gần 7500 người, thiệt hại ước tính chiếm khoảng 1,5% GDP. Do tác động
của biến đổi khí hậu toàn cầu, Việt Nam nằm trong nhóm nước chịu ảnh hưởng nhất
của nước biển dâng và các tác động khác làm cho thiên tai ngày càng gia tăng về
nhiên tươi đẹp, tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ cảng khi có bão.
Do đặc điểm tác dụng của dòng chảy và sóng gió lên công trình, thường phân
biệt các công trình bảo vệ bờ sông và công trình bảo vệ bờ biển.
1.2.1. Công trình bảo vệ bờ sông
Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông, đặc biệt là về
mùa lũ. Các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến
dạng do dòng chảy mặt, và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát di theo hướng
xác định theo mục đích chỉnh trị sông.
Thuộc loại này bao gồm:
8
+ Các loại kè mái.
+ Các đập mỏ hàn để lái dòng chảy trong sông đi theo hướng xác định.
+ Các mỏ hàn mềm được làm phên và cọc hay bãi cây chìm để điều khiển
bùn cát đáy, gây bồi, chống xói bờ và chân dốc.
+ Các hệ thống lái dòng đặc biệt (ví dụ hệ thống lái dòng Potapop) để hướng
dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói trôi bãi bồi, bảo vệ các đoạn bờ xung yếu…
1.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển
Khác với công trình bảo vệ bờ sông, các công trình bảo vệ bờ biển chịu tác
động của hai yếu tố chính là:
+ Tác dụng của sóng gió.
+ Tác dụng của dòng ven bờ. Dòng này có thể mang bùn cát bồi đắp cho bờ
hay làm xói chân mái dốc dẫn đến sạt lở bờ.
Ngoài ra các công trình bảo vệ bờ biển được xây dựng trong môi trường
nước mặn nên cần lựa chọn vật liệu thích hợp.
Công trình bảo vệ bờ biển gồm các loại sau:
+ Các loại kè biển:
Dùng các vật liệu khác nhau để gia cố bờ trực tiếp, chống lại sự phá hoại của
Tính toán theo cách này mới chỉ giải quyết được hai vấn đề là ổn định tổng
thể và ổn định theo độ bền của công trình.
Nội dung các phương pháp thiết kế như sau:
1.3.1. Phương pháp ứng suất cho phép
Theo phương pháp này, điều kiện bền có dạng:
σmax≤ [σ]
(1.1)
* Trong đó:
+ σmax- ứng suất tính toán lớn nhất tại một điểm, xác định từ tổ hợp tải trọng
bất lợi nhất;
+ [σ] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn
10
1.3.2. Phương pháp tính theo hệ số an toàn
Phương pháp này thường được ứng dụng trong tính toán ổn định. Khi đó
công thức kiểm tra là:
K = Fg/Ft≥ Kcp
(1.2)
* Trong đó:
+ K - hệ số an toàn;
+ Fg - yếu tố gây ổn định;
+ Ft- yếu tố gây mất ổn định;
+ Kcp - hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng;
1.3.3. Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn
Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử dụng
canh tác theo đầu người thấp, hàng năm lại mất đi một số diện tích đáng kể làm cho
tình hình ngày càng trở nên trầm trọng. Kinh tế xã hội thấp không phát triển, còn bị
đe dọa về tính mạng gây nên tình trạng bất ổn định trong cộng đồng dân cư. Hiện
tượng xói lở chân, sạt lở bờ tiếp tục xảy ra ở nhiều khu vực, nếu khống chế được
quá trình xói lở thì hạn chế quá trình xói lở tiếp diễn phía hạ lưu, giữ được thế sông
và làm tăng khả năng thoát lũ nhanh của sông.Vì thế kè bảo vệ bờ chống xói lở
đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và đời sống của nhân dân.
Tổng quan được các phương pháp đánh giá ổn định công trình trong hệ thống
đó là: Phương pháp ứng suất cho phép, phương pháp hệ số an toàn, phương pháp
trạng thái giới hạn và phương pháp lý thuyết độ tin cậy. Từ cái nhìn tổng quan đó có
những nhận định, phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp này.
Mục tiêu của luận văn chính là nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của
phương pháp tính truyền thống, bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác
suất của lý thuyết độ tin cậy để đánh giá và từ đó nâng cao chất lượng như mong
muốn của các công trình xây dựng trong điều kiện Việt Nam. Đó cũng là xu hướng
phát triển hiện nay trên thế giới nhằm góp phần nâng cao năng suất nông nghiệp,
bảo đảm an toàn lương thực, an ninh xã hội
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhiều hệ thống công trình thủy lợi được
xây dựng đã lâu, xuống cấp nhưng không được đầu tư nâng cấp thỏa đáng mà hầu
như sửa chữa mang tính chắp vá, không đồng bộ. Vì vậy, việc xây dựng phương
pháp đánh giá ổn định hệ thống công trình theo độ tin cậy được nghiên cứu trong
luận văn không chỉ nhằm phục vụ xây dựng mới hệ thống, đúng địa chỉ, mang lại
12
hiệu quả cao (tức là kiểm soát được chất lượng công trình và của hệ thống theo độ
tin cậy) mà còn có thể hỗ trợ cho việc lập và so sánh các phương án tu sửa, nâng
cấp các công trình thủy lợi đang khai thác.
14
chưa thể thực hiện ứng dụng dễ dàng trong thiết kế, vì vậy thiết kế đê hiện tại vẫn
xác định tần suất thiết kế (tần suất vượt quá của các thông số tải trọng chính) dựa
theo tần suất chấp nhận xảy ra ngập lụt) [6].
Căn cứ vào các vấn đề nêu trên, xác suất xuất hiện các thông số tải trọng
chính được xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế và được chọn làm tiêu chuẩn đánh
giá an toàn phòng chống lũ lụt. Tại Việt Nam, tần suất mực nước thiết kế vào
khoảng 1/20 đến 1/100, tần suất thiết kế lưu lượng (đối với đê sông) khoảng từ 1/50
đên 1/1000, giá trị này phụ thuộc mức độ quan trọng của khu vực được bảo vệ [6].
Theo ý tưởng của phương pháp luận nêu trên, người ta hoàn toàn có thể đưa
ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình với ý tưởng “Cần xem
xét về mức độ có thể xây dựng tiêu chuẩn an toàn công trình căn cứ vào phân tích
rủi ro của tất cả các yếu tố liên quan”. Đây chính là lý do cơ bản cho sự phát triển
"Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy" [6].
2.1.
Phân tích rủi ro do lũ lụt
Theo các báo cáo nghiên cứu về giải pháp giảm thiểu rủi ro trong phòng
tránh lũ lụt và thiên tai của các nước tiên tiến như Đức, Hà Lan, Nhật, Anh Quốc và
Mỹ, định nghĩa tổng quát nhất về rủi ro do lũ lụt và thiên tai được các tổ chức khoa
học quốc tế công nhận và hiện đang được các quốc gia áp dụng rộng rãi như sau:
Rủi ro= (Xác suất xảy ra ngập lụt) × (Hậu quả của ngập lụt)
(1)
Để giảm thiểu rủi ro do lũ lụt, nhiểu quốc gia đã thực hiện việc vận dụng định nghĩa
trên bằng sự kết hợp hai nhóm giải pháp chính:
định của vòng đê và việc đánh giá về sự phù hợp của mức đảm bảo phòng lũ hiện
tại của vùng bảo vệ mà tuyến đê mang lại. Việc đánh giá này có thể thực hiện được
một cách thấu đáo thông qua vận dụng định nghĩa tổng quát rủi ro nêu trên với tiêu
chí đạt ra là: rủi ro tiềm tàng do lũ đe dọa vùng bảo vệ là nhỏ nhất có thể (1).
Để đánh giá đúng mức rủi ro lũ lụt ứng với mỗi kịch bản kết hợp hai nhóm giải
pháp trên, việc xác định và mô phỏng các thành phần trong định nghĩa (1) là đặc
biệt quan trọng.
Quá trình phân tích rủi ro của một hệ thống theo phương pháp ngẫu nhiên
bao gồm các bước:
+ Mô tả các thành phần của hệ thống;
+ Liệt kê các kiểu nguy cơ và sự cố có thể xảy ra;
+ Định lượng hậu quả cho tất cả các sự cố có khả năng xảy ra;
+ Xác định và đánh giá rủi ro;
+ Ra quyết định trên kết quả phân tích rủi ro.
16
Sơ đồ tiếp cận tổng quát để đánh giá, phân tích rủi ro ứng dụng cho hệ thống phòng
chống lũ được thực hiện như minh họa tại Hình 2.1
Đối tượng phân tích rủi ro
Mô tả hệ thống
Tiêu chuẩn
tham chiếu
Xác định xác
suất xảy ra sự
cố
xác suất mà trạng thái giới hạn không bị vượt qua. Người ta thường dùng các trạng
thái giới hạn để xây dựng, thành lập các hàm tin cậy. Công thức tổng quát của một
hàm tin cậy có dạng 2.1 sau:
Z=R-S
* Trong đó: + R – Độ bền hay khả năng kháng hư hỏng;
+ S – Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng.
(2.1)
17
Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần được dựa trên hàm tin
cậy của từng cơ chế phá hỏng. Hàm tin cậy Z được thiết lập căn cứ vào trạng thái
giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng đang xem xét và là hàm của nhiều biến và
tham số ngẫu nhiên. Theo đó, Z0) = 1-Pf
Trường hợp đơn giản, hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ bản
phân bố chuẩn, việc tính toán xác suất xảy ra sự cố thông qua hàm phân phối tiêu
chuẩn ΦN(-β) bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng µZ, độ lệch chuẩn σZ và chỉ số
độ tin cậy β=µZ/σZ của hàm tin cậy.
Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS và xác suất xảy ra sự cố và chỉ số
Copyright: Tài liệu đại học ©