Nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất khu vực đô thị thành phố hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM THẾ TRUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ ĐỊA CẦU Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM THẾ TRUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 44 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ ĐỊA CẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG GS TS KUO-LIANG WEN HÀ NỘI - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trình bày luận án trung thực Một số kết nghiên cứu công bố riêng đồng tác giả, phần cịn lại chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án ghi nhận trích dẫn luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Phạm Thế Truyền i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình nghiên cứu hồn thành luận án, nghiên cứu sinh nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình từ thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp người thân Trước tiên, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hồng Phương, GS.TS Kuo-Liang Wen (Trường đại học Trung tâm Trung ương Đài Bắc, Trung Quốc) – người thầy trực tiếp hướng dẫn bảo cho nghiên cứu sinh suốt q trình học tập hồn thành luận án Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Vật lý địa cầu, Ban lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Ban lãnh đạo Khoa Khoa học Trái đất tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hồn thành chương trình học tập Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Quý thầy/cô, cán phịng ban ngồi sở đào tạo hướng dẫn, đóng góp ý kiến q trình thực luận án Nghiên cứu sinh xin cám ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình quan tâm giúp đỡ chia sẻ với nghiên cứu sinh suốt q trình thực hồn thành luận án Phạm Thế Truyền ii MỤC LỤC MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC BẢNG VIII DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ IX MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .8 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGỒI NƯỚC .8 1.1.1 Nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất .8 1.1.2 Nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất 14 1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 18 1.2.1 Đánh giá độ nguy hiểm động đất 18 1.2.2 Đánh giá rủi ro động đất đô thị Việt Nam 26 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN, DỮ LIỆU VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ 30 2.1 ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT 31 2.1.1 Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất 31 2.1.2 Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất 33 2.2 HIỆU CHỈNH GIÁ TRỊ KHUẾCH ĐẠI RUNG ĐỘNG NỀN 35 2.2.1 Hiệu chỉnh gián tiếp giá trị khuếch đại rung động .36 2.2.2 Hiệu chỉnh trực tiếp giá trị khuếch đại rung động .38 2.3.1 Cơ sở lý thuyết đánh giá thiệt hại nhà cửa động đất 39 2.3.2 Cơ sở lý thuyết ước lượng thiệt hại người động đất 44 2.4 CƠ SỞ DỮ LIỆU 51 2.4.1 Dữ liệu địa chấn kiến tạo khu vực thành phố Hà Nội lân cận 51 2.4.2 Dữ liệu động đất 51 iii 2.4.3 Dữ liệu địa chất cơng trình, điểm đo địa chấn thăm dị vi địa chấn khu vực Hà Nội 52 2.4.4 Cơ sở liệu GIS nhà cửa dân số 52 2.5 CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ 59 2.5.1 Mô đun 1: Xác định vùng nghiên cứu 60 2.5.2 Mô đun 2: Đánh giá khả rung động .61 2.5.2.1 Đánh giá khả rung động phương pháp tất định .64 2.5.2.2 Đánh giá khả rung động phương pháp xác suất 66 2.5.3 Mô đun 3: Ước lượng tổn thất .67 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤN KIẾN TẠO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ LÂN CẬN 72 3.1 CÁC ĐỚI ĐỨT GÃY HOẠT ĐỘNG 72 3.2 TÍNH ĐỊA CHẤN KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ LÂN CẬN .75 3.2.1 Tính địa chấn khu vực miền Bắc Việt Nam lân cận 75 3.2.2 Tính địa chấn khu vực đới đứt gãy Sơng Hồng – Sông Chảy 81 3.3 KHẢO SÁT QUY LUẬT TỶ LỆ ĐỒNG DẠNG ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC MIỀN BẮC VIỆT NAM VÀ LÂN CẬN 83 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 88 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI .90 4.1 MƠ HÌNH NGUỒN CHẤN ĐỘNG 90 4.2 ƯỚC LƯỢNG CÁC THAM SỐ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CHO CÁC VÙNG NGUỒN CHẤN ĐỘNG 92 4.3 MƠ HÌNH TẮT DẦN CHẤN ĐỘNG .94 4.4 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI 95 4.4.1 Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội95 4.4.2 Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội 98 4.5 HIỆU CHỈNH GIÁ TRỊ KHUẾCH ĐẠI RUNG ĐỘNG NỀN 102 4.5.1 Hiệu chỉnh trực tiếp giá trị khuếch đại rung động .103 iv 4.5.2 Hiệu chỉnh gián tiếp giá trị khuếch đại rung động .106 4.6 THẢO LUẬN KẾT QUẢ CHƯƠNG 109 4.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 112 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 114 5.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI NHÀ CỬA TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 114 5.1.1 Kết đánh thiệt hại nhà cửa phương xác suất .114 5.1.2 Kết đánh giá thiệt hại nhà cửa phương pháp tất định .115 5.1.3 So sánh kết đánh giá thiệt hại nhà cửa nhận từ hai phương pháp xác suất tất định .117 5.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI NGƯỜI RO ĐỘNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI .120 5.3 THẢO LUẬN KẾT QUẢ CHƯƠNG 127 5.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131 KẾT LUẬN 131 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .133 TÀI LIỆU THAM KHẢO .134 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Viết tắt DEM DSHA Tiếng Anh Digital elevation model Deterministics seismic hazard assessment Tiếng Việt Mơ hình số độ cao Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất ĐGSH Đứt gãy Sông Hồng ĐGSH-SC Đứt gãy Sông Hồng – Sông Chảy ĐNA Đông Nam Á EOS FEMA GEM Earth Observatory of Singapore Federal Emergency Management Agency Global earthquake model Trung tâm quan trắc Trái đất Singapore Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang Mơ hình động đất tồn cầu Hệ thống thông tin địa lý GIS Geographic information system GMPE Ground motion prediction equation Phương trình tắt dần chấn động GSHAP Global seismic hazard assessment program HAZUS Hazard risk assessment and loss estimation HAZUS-MH Multi-hazard assessment and estimation Chương trình đánh giá độ nguy hiểm động đất tồn cầu Chương trình đánh giá rủi ro động đất ước lượng thiệt hại Chương trình đánh giá rủi ro đa thiên tai ước lượng thiệt hại Hợp lý cực đại Thập kỷ quốc tế giảm nhẹ thiên tai HLCD IDNR ISC NCS NDSHA risk loss International Decade for Natural Disaster Reduction International Trung tâm địa chấn quốc Seismological Center tế Nghiên cứu sinh Neodeterministics Đánh giá tất định độ seismic hazard nguy hiểm động đất assessment vi NEIC National Earthquake Information Center Trung tâm thông tin động đất quốc gia NHERP National Earthquake Hazards Reduction Program Chương trình quốc gia giảm nhẹ thiệt hại động đất PGA Peak ground acceleration Gia tốc cực đại PSHA Probabilistics seismic hazard assessment Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất RADIUS Risk assessment tools for Cơng cụ phân tích đánh diagnosis of urban areas giá rủi ro động đất độ thị against seismic disasters RISK-EU European RISK-UE Dự án đánh giá rủi ro project động đất khu vực Châu âu Spectra Acceleration Gia tốc phổ Hợp độ nguy hiểm Seismic Hazard địa chấn khu vực Châu âu Harmonization in Europe SA SHARE TCVN UNDRO Tiêu chuẩn Việt Nam United Nations Disaster Văn phòng điều phối viên Relief Organization - cứu trợ thiên tai liên hợp United Nations Disaster quốc Relief Coordinator USGS US Geological Survey Vs30 vii Cục khảo sát địa chất Hoa kỳ Vận tốc sóng ngang trung bình lớp phủ có độ dày 30 m tính từ bề mặt DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Phân loại theo Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam thiết kế kháng chấn cho công trình xây dựng TCVN 9386:2012 [83] 37 Bảng 2 Hệ số khuếch đại theo Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam TCVN 9386:2012 thiết kế kháng chấn cho cơng trình xây dựng [83] 38 Bảng Thang phân cấp mức độ thương vong động đất 45 Bảng Các cơng thức mặc định tính phân bố dân cư nội thành thành phố Hà Nội 47 Bảng Phân loại nhà cửa theo kết cấu chiều cao 53 Bảng Phân loại nhà cửa theo chức sử dụng 55 Bảng Tham số nguy hiểm động đất vùng nguồn chấn động khu vực thành phố Hà Nội lân cận 93 Bảng Danh mục kịch động đất 100 Bảng Hệ số phổ gia tốc phản ứng 106 Bảng Kết uớc lượng thiệt hại người bốn mức độ thương vong ba thời điểm ngày kịch động đất Sông Hồng 126 viii ... KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ NỘI 95 4.4.1 Đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội9 5 4.4.2 Đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất khu vực thành phố Hà Nội 98 4.5 HIỆU CHỈNH GIÁ... CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐỘNG ĐẤT CHO KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 114 5.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI NHÀ CỬA TẠI KHU VỰC ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ HÀ NỘI 114 5.1.1 Kết đánh thiệt hại nhà cửa... cơng cụ đánh giá rủi ro động đất Việt Nam sở cập nhật sở phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất giới - Đánh giá độ nguy hiểm động đất rủi ro động đất cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội theo