Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Nghiên cứu quy hoạch giao thông vận tải đường bộ đô thị ở Việt Nam theo hướng giảm nhẹ biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM ĐỨC THANH NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐƯỜNG BỘ ĐÔ THỊ Ở VIỆT NAM THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 62.58.02.05 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Quang Đạo GS.TS Phạm Cao Thăng Phản biện 1: GS.TSKH Lâm Quang Cường Trường Đại học Xây dựng Phản biện 2: PGS.TS Phan Cao Thọ Trường Đại học Đà Nẵng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đăng Quế Viện khoa học KTTV Biến đổi khí hậu Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo định số: 409/QĐ-HV, ngày 16 tháng 02 năm 2016 Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân - Thư viện Quốc gia -1MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) trở thành mối đe doạ lớn nhân loại kỷ 21 giới quan tâm Theo đánh giá Ngân hàng Thế giới [29], Việt Nam nước dễ bị tổn thương BĐKH mực nước biển dâng Gần nhất, kỳ họp Đại hội đồng Liên hợp quốc khóa 70 (28/9/2015-3/10/2015) thức thơng qua “Chương trình nghị phát triển bền vững toàn cầu năm 2030” bao gồm 17 mục tiêu phát triển bền vững (PTBV) nhằm đạt thành tựu là: chấm dứt đói nghèo, đấu tranh với tình trạng bất bình đẳng ứng phó với BĐKH Ứng phó với BĐKH hoạt động người nhằm giảm nhẹ BĐKH thích ứng với BĐKH Vấn đề ứng phó với BĐKH Đảng Nhà nước ta đặc biệt quan tâm xác định ứng phó với BĐKH có ý nghĩa sống cịn Việt Nam đặt nhiệm vụ ứng phó với BĐKH cho ngành địa phương Trong lĩnh vực giảm nhẹ BĐKH Việt Nam nay, nghiên cứu sâu quy hoạch giao thông vận tải (GTVT) liên quan tới giảm nhẹ BĐKH đề cập đến Có thể xem nội dung thuộc lĩnh vực nghiên cứu ngành GTVT, hay nói khác nghiên cứu phục vụ cho trình xây dựng chiến lược, quy hoạch GTVT Xuất phát từ thực tế trên, việc thực đề tài luận án: “Nghiên cứu quy hoạch giao thông vận tải đường đô thị Việt Nam theo hướng giảm nhẹ biến đổi khí hậu” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn quan trọng Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu đề xuất số giải pháp cho quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng làm giảm nhẹ BĐKH - Mục tiêu cụ thể: + Xây dựng khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH + Xây dựng số nội dung quy hoạch mạng lưới đường (MLĐ) tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH: xây dựng mơ hình tính khí thải tơ Việt Nam, kết hợp mơ hình tính khí thải với toán quy hoạch MLĐ lý thuyết tốn tìm đường lý thuyết đồ thị theo mục tiêu tối ưu khí thải nhiên liệu tiêu thụ nhằm giảm nhẹ BĐKH + Lựa chọn tỷ lệ phương tiện dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH Thơng qua tiêu chí GTVT có khả giảm nhẹ BĐKH góp phần củng cố, bổ sung lý thuyết dạng đô thị PTBV Đối tượng nghiên cứu: Đề cập thành phần hệ thống GTVT đường đô thị: phương tiện, đường đô thị quản lý phát triển liên quan đến phát -2thải khí nhà kính (KNK) BĐKH Phạm vi nghiên cứu Lĩnh vực quy hoạch GTVT đường đô thị Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp: phương pháp phân tích tổng hợp, chuyên gia kế thừa để đánh giá tình hình quy hoạch GTVT đường thị có liên quan tới BĐKH giới Việt Nam; phương pháp mơ hình hóa để xây dựng mối quan hệ tốn học khí thải phương tiện vận tốc xe chạy, tỷ lệ phương tiện mật độ dân cư đô thị; phương pháp thực nghiệm để đo khí thải phương tiện giao thông đô thị Việt Nam, phương pháp điều tra khảo sát để điều tra nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông người dân Cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương, phần kết luận kiến nghị, với 124 trang thuyết minh, có 42 bảng, 56 hình vẽ đồ thị Ngồi ra, luận án cịn có 97 tài liệu tham khảo 52 trang phụ lục Mở đầu Trình bày tính cấp thiết bố cục luận án Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương Xây dựng khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH Chương Quy hoạch mạng lưới đường tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH Chương Lựa chọn tỷ lệ phương tiện dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH Kết luận kiến nghị Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu luận án tham khảo xây dựng chiến lược phát triển GTVT theo hướng PTBV lý thuyết tối ưu hoá quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu, giảm phát thải, giảm hành trình lại, nâng cao hiệu sử dụng đất góp phần giảm nhẹ BĐKH Các nội dung luận án góp phần cung cấp số sở lý thuyết cho việc giảm bớt lượng phát thải tiêu thụ nhiên liệu hệ thống GTVT đường đô thị, đáng ý bao gồm: xây dựng đưa tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH; xây dựng toán thiết lập MLĐ tuyến tối ưu phát thải khí tiêu thụ nhiên liệu; xác định tỷ lệ phương tiện đồng thời củng cố lý thuyết ảnh hưởng dạng đô thị đến giảm nhẹ BĐKH Ý nghĩa thực tiễn Kết luận án xem xét, sử dụng tham khảo điều kiện Việt Nam như: Khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH tham khảo xây dựng chiến lược quy hoạch phát triển GTVT; mơ hình tốn học tính khí phát thải theo loại xe tơ tốc độ xe chạy, mơ hình xác định tỷ lệ phương tiện theo mật độ dân cư đô thị tham khảo việc phân chia phương thức quy hoạch GTVT đường đô thị (bước -3trong mơ hình bước); tốn xác định MLĐ tuyến tối ưu sở giảm thiểu lượng phát thải tiêu thụ nhiên liệu tham khảo việc ấn định mạng lưới quy hoạch GTVT đường thị (bước mơ hình bước) Các kết nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm điều tra xã hội học luận án áp dụng thực tiễn quy hoạch GTVT đường đô thị Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số khái niệm quy hoạch GTVT có liên quan tới BĐKH Ở phần tác giả trình bày: - Các khái niệm GTVT có liên quan tới BĐKH; nguyên nhân ảnh hưởng tượng BĐKH; tác động tương hỗ BĐKH hệ thống GTVT; tình hình quy hoạch GTVT thị Việt Nam Theo Ngân hàng giới [29], lượng phát thải khí CO2 ngành GTVT chiếm 25% tồn kinh tế xã hội, lượng phát thải khí CO2 GTVT đường lại chiếm tới 92,4% lượng phát thải khí tồn ngành Do vậy, nghiên cứu để giảm khí thải CO2 GTVT đường đóng vai trị to lớn then chốt nhằm giảm khí thải CO2 GTVT gây - Phân tích ba yếu tố nhằm giảm phát thải KNK tiêu thụ nhiên liệu phương tiện GTVT gồm: (1) sử dụng hiệu nhiên liệu, (2) sử dụng nhiên liệu thay thế, (3) quản lý tổng mức tăng lượng xe luân chuyển (VKT – Vehicle Kilomet Traveled); - Phân tích giải pháp để quản lý tổng mức tăng lượng xe luân chuyển VKT: cần kết hợp việc tăng hiệu sử dụng xe (tăng tỷ lệ sử dụng phương tiện vận tải công cộng, giảm xe cá nhân) giảm số km hành trình (giảm chiều dài tuyến, giảm bớt số hành trình) 1.2 Tình hình nghiên cứu giới Việt Nam quy hoạch GTVT liên quan tới giảm nhẹ BĐKH Luận án tổng hợp 51 kết nghiên cứu đề tài, báo khoa học, sách, hội nghị, hội thảo nước quy hoạch GTVT đường thị có liên quan tới BĐKH theo 04 nhóm rút nhận xét sau: - Về kết nối quy hoạch GTVT BĐKH: nội dung tài liệu chưa nghiên cứu nguyên tắc quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH; - Về tính toán phát thải KNK tiêu thụ nhiên liệu phương tiện GTVT đường bộ: luận án giới thiệu 07 phương pháp tính tốn giới Các phương pháp không xây dựng sở phương tiện lưu thông với điều kiện tự nhiên, loại xăng, chế độ bảo dưỡng Việt Nam - Về giảm phát thải KNK tiêu thụ nhiên liệu phương tiện GTVT đường bộ: nghiên cứu chưa sâu quy hoạch MLĐ tuyến giao thông theo hướng giảm nhẹ BĐKH -4- Về quan hệ dạng đô thị giao thông: nghiên cứu cịn chưa đề cập đến vấn đề giảm phát thải KNK 1.3 Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Từ nhận xét trên, vấn đề nghiên cứu quy hoạch GTVT đường đô thị Việt Nam theo hướng giảm nhẹ BĐKH chọn làm nội dung nghiên cứu Ở chương tiếp theo, luận án giải nội dung chủ yếu sau: - Nghiên cứu nguyên tắc quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH - Nghiên cứu quy hoạch MLĐ tuyến giao thông theo hướng giảm nhẹ BĐKH - Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phương tiện dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH CHƯƠNG XÂY DỰNG KHUNG TIÊU CHÍ TRONG QUY HOẠCH GTVT ĐƯỜNG BỘ ĐÔ THỊ THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BĐKH Hiện nay, quy hoạch GTVT vấn đề liên quan đến BĐKH chưa quy định rành mạch đặc biệt chưa quy định khung tiêu chí có tính pháp lý Do vậy, việc xây dựng khung tiêu chí quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH cần thiết để có nhìn tổng quan vấn đề quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH 2.1 Cơ sở khoa học thực tiễn xây dựng khung tiêu chí Phần này, tác giả trình bày: khái niệm tiêu chí; sở pháp lý hành kết nghiên cứu nước; sở từ xu thế giới kết nghiên cứu nước 2.2 Kiến nghị khung tiêu chí giải pháp tổng thể 2.2.1 Xây dựng khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH Trên sở khoa học thực tiễn xây dựng khung tiêu chí, tác giả xây dựng khung tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH bảng 2.4 luận án Khung tiêu chí tác giả xây dựng gồm 19 tiêu chí chia làm nhóm: - Nhóm tiêu chí quy hoạch mạng lưới đường tuyến (4 tiêu chí); - Nhóm tiêu chí quy hoạch phương tiện (4 tiêu chí); - Nhóm tiêu chí quy hoạch thị (6 tiêu chí); - Nhóm tiêu chí đẩy mạnh sử dụng nhiên liệu xanh, phương tiện xanh (5 tiêu chí); 2.2.2 Các giải pháp tổng thể quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH Từ tiêu chí quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH (bảng 2.4), tác giả đề xuất 23 giải pháp giảm nhẹ BĐKH quy hoạch GTVT đường thị (bảng 2.5) theo nhóm: (1) nhóm giải pháp kỹ thuật gồm 12 giải pháp; (2) nhóm giải pháp quản lý gồm giải pháp; (3) nhóm giải pháp thể chế gồm giải pháp -52.3 Vận dụng khung tiêu chí vào quy hoạch GTVT Với kết nghiên cứu trình bày mục 2.2, từ tiêu chí ứng với thời kỳ, địa phương mà đặt vấn đề xây dựng tiêu thích hợp, ví dụ tiêu chọn loại phương tiện vận tải, tiêu sử dụng lượng Như vậy, với khung tiêu chí tác giả đề xuất tham khảo xây dựng chiến lược lập quy hoạch GTVT theo hướng giảm nhẹ BĐKH 2.4 Kết luận chương Tác giả đề xuất khung tiêu chí liên quan đến giảm phát thải khí hệ thống giao thơng thị (bảng 2.4) Từ đưa giải pháp tổng thể quy hoạch GTVT đường đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH (bảng 2.5) Bước đầu sử dụng tiêu chí vào nghiên cứu nhiều tiêu định lượng quy hoạch MLĐ tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH (chương 3) lựa chọn tỷ lệ phương tiện dạng đô thị theo hướng giảm nhẹ BĐKH điều kiện nước ta (chương 4) đường tìm đến hồn thiện hệ thống GTVT bền vững, làm giảm trình BĐKH CHƯƠNG QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG VÀ TUYẾN THEO HƯỚNG GIẢM NHẸ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Trên phương diện quy hoạch MLĐ tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH thể qua tiêu chí số 1, 2, khung tiêu chí đề xuất chương 2, vấn đề đặt làm để giảm thiểu phát thải KNK tiêu thụ nhiên liệu GTVT? Giải vấn đề có nhiều cách lý thuyết lẫn thực tế Trong nghiên cứu mình, tác giả nghiên cứu theo hướng sau: Ứng dụng toán quy hoạch MLĐ lý thuyết kết hợp với mơ hình tính khí thải để quy hoạch MLĐ lý thuyết theo mục tiêu tối ưu phát thải khí tiêu thụ nhiên liệu Xác định tuyến giao thông MLĐ cho tối ưu phát thải khí tiêu thụ nhiên liệu 3.1 Cơ sở khoa học quy hoạch MLĐ tuyến theo hướng giảm nhẹ BĐKH 3.1.1 Ba toán kinh điển quy hoạch MLĐ lý thuyết Năm 1977, N.A Rômanenko [51] công bố toán quy hoạch MLĐ lý thuyết theo mục tiêu tối ưu tổng thời gian vận chuyển, tối ưu tổng chiều dài tuyến, tối ưu tổng giá thành vận chuyển Đây toán xếp vào hàng kinh điển quy hoạch MLĐ lý thuyết Tác giả luận án đưa hàm mục tiêu khí phát thải nhiên liệu tiêu thụ vào toán đường nối, tốn đường nhánh, tốn lưới đường có quan hệ vận tải tam giác để tìm mạng lưới đường tuyến giao thông tối ưu 3.1.2 Các mô hình tính lượng khí phát thải nhiên liệu tiêu thụ phương tiện giao thông đường Luận án tìm hiểu phương pháp tính tốn khí thải tổ chức lớn giới gồm phương pháp của: Ủy ban Liên Chính phủ BĐKH (IPCC), -6Vương quốc Anh, Cơ quan bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), Liên Xô, Trung Quốc, HDM-4, Cơ quan môi trường Châu Âu (EEA) Tác giả so sánh phương pháp theo tiêu chí đánh giá (bảng 3.5) chia làm nhóm: - Nhóm 1: gồm phương pháp phục vụ tính tốn khái qt, phương pháp Vương Quốc Anh có ưu điểm - Nhóm 2: gồm phương pháp phục vụ tính tốn chi tiết, phương pháp quan mơi trường Châu Âu (mơ hình COPERT) có ưu điểm 3.1.3 Bài tốn tìm đường ngắn lý thuyết đồ thị Tác giả giới thiệu tốn tìm đường ngắn lý thuyết đồ thị 02 thuật toán để giải gồm: thuật toán Bellman-Ford thuật toán Dijkstra 3.1.4 Phương pháp phân tích đa mục tiêu Từ kết so sánh thị phần phương pháp phân tích đa mục tiêu [79] (bảng 3.6) thấy Phương pháp phân tích q trình phân cấp – AHP (Analytic Hierarchy Process) sử dụng rộng rãi gần chiếm ưu (40,2%) việc đánh giá đưa định dự án GTVT Do vậy, tác giả sử dụng phương pháp AHP để nghiên cứu luận án 3.2 Phương pháp thực nghiệm xây dựng mơ hình tính lượng khí phát thải phương tiện giao thông đường đô thị Việt Nam 3.2.1 Địa điểm, đặc điểm mẫu đo số lượng mẫu thí nghiệm - Địa điểm thí nghiệm: Trung tâm đăng kiểm xe giới 19.01V - Mẫu đo khí thải xe ô tô đến đăng kiểm sản xuất theo tiêu chuẩn khí thải Euro Các xe ô tô phân làm nhóm theo dung tích động (CC) giống cách phân loại Cơ quan môi trường Châu Âu Việc đo đạc khí thải phương tiện tơ trạm đăng kiểm xe giới có lợi số lượng mẫu nhiều, đa dạng chủng loại xe, đa dạng tuổi xe tập mẫu mô tả thực tế thành phần loại xe lưu thông Đây đặc điểm mà đo đạc phịng thí nghiệm động chun dụng khó thực hiên với số lượng mẫu nhiều đa dạng - Số lượng mẫu đo đạc gồm 115 xe thể bảng 3.7 luận án 3.2.2 Phương pháp quy trình đo khí thải Tác giả tiến hành đo ngẫu nhiên phương tiện đến đăng kiểm vòng 15 ngày thực theo quy trình đo khí thải trung tâm đăng kiểm Phương pháp đo mẫu khí thải theo qui định TCVN 6438:2005 3.2.3 Cách đo xử lý số liệu đo Để phương tiện chế độ vịng quay khơng tải nhỏ nhất; gắn cảm biến tốc độ vào động (hình 3.2); gắn đầu đo khí thải vào ống xả phương tiện (hình 3.3); quan sát hình máy tính chờ 30s để số liệu đo ổn định ghi nhận kết (hình 3.4); tăng dần ga lặp lại thao tác -7- Hình 3.2 Thao tác gắn cảm biến tốc độ vào động - Kết đo Hình 3.3 Thao tác gắn đầu đo khí thải vào ống xả phương tiện Cần lọc bỏ số liệu đo đạc xe khơng đạt theo tiêu chuẩn khí thải Euro trước đưa vào phân tích, tính tốn Hình 3.4 Màn hình kết đo khí thải phương tiện có động xăng 3.3 Kết xây dựng mơ hình tính khí thải tơ Việt Nam 3.3.1 Xây dựng mơ hình tính khí thải ô tô Việt Nam Từ số liệu đo đạc, tác giả xây dựng mối quan hệ khí thải vận tốc loại ô tô theo tiêu chuẩn khí thải Euro 2, kết bảng 3.8: Bảng 3.8 Quan hệ khí thải vận tốc ô tô theo tiêu chuẩn khí thải Euro Dung Vận tốc tích động (km/h) (CC) -130 CC < -130 1,41L -130 -130 1,41L