Đang tải... (xem toàn văn)
Kết quả xây dựng và cập nhật một số mô đun dựa trên các tiến bộ mới trên thế giới về đánh giá rủi ro động đất cho công cụ ArcRisk có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu đánh giá rủi ro[r]
(1)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
(2)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: 1. PGS TS NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG
2.GS TS KUO-LIANG WEN
(3)i
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 cơng bố riêng hoặc đồng tác giả, phần cịn lại chưa công bố công 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
(4)ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt q 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 trình học tập hoàn 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 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 trình thực hoàn thành luận án
(5)
iii
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
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 1 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
(6)iv
2.4.3 Dữ liệu địa chất công 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 ĐƠ THỊ 59
2.5.1 Mơ 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 2 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 Sông 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 3 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
(7)v
4.5.2 Hiệu chỉnh gián tiếp giá trị khuếch đại rung động 106
4.6. THẢO LUẬN KẾT QUẢ CHƯƠNG 4 109
4.7.KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 112
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 5 127
5.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 129
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131
1. KẾT LUẬN 131
2. KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 133
(8)vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu/ Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
DEM Digital elevation model Mô hình số độ cao
DSHA Deterministics seismic
hazard assessment
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 Earth Observatory of
Singapore
Trung tâm quan trắc Trái đất Singapore
FEMA Federal Emergency
Management Agency
Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang
GEM Global earthquake model Mơ hình động đất toàn
cầu
GIS Geographic information
system
Hệ thống thông tin địa lý
GMPE Ground motion
prediction equation
Phương trình tắt dần chấn động
GSHAP Global seismic hazard
assessment program
Chương trình đánh giá độ nguy hiểm động đất toàn cầu
HAZUS Hazard risk assessment
and loss estimation
Chương trình đánh giá rủi ro động đất ước lượng thiệt hại
HAZUS-MH Multi-hazard risk
assessment and loss estimation
Chương trình đánh giá rủi ro đa thiên tai ước lượng thiệt hại
HLCD Hợp lý cực đại
IDNR International Decade
for Natural
Disaster Reduction
Thập kỷ quốc tế giảm nhẹ thiên tai
ISC International
Seismological Center
Trung tâm địa chấn quốc tế
NCS Nghiên cứu sinh
NDSHA Neodeterministics
seismic hazard assessment
(9)vii
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
diagnosis of urban areas against seismic disasters
Công cụ phân tích đánh giá rủi ro động đất độ thị
RISK-EU European RISK-UE
project
Dự án đánh giá rủi ro động đất khu vực Châu âu
SA Spectra Acceleration Gia tốc phổ
SHARE
Seismic Hazard
Harmonization in Europe
Hợp độ nguy hiểm địa chấn khu vực Châu âu
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
UNDRO United Nations Disaster
Relief Organization - United Nations Disaster Relief Coordinator
Văn phòng điều phối viên cứu trợ thiên tai liên hợp quốc
USGS US Geological Survey Cục khảo sát địa chất
Hoa kỳ
Vs30 Vận tốc sóng ngang trung
(10)viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
(11)ix
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
(12)x
(13)xi
(14)xii
Hình 11 Sơ đồ phân bố gia tốc phổ (SA) chu kỳ dài 1.0 giây có tính đến hiệu ứng theo kịch đứt gãy Sông Hồng 109
(15)1
MỞ ĐẦU
Hà Nội, thủ nước Việt Nam, trung tâm trị, văn hóa, giáo dục và khoa học kỹ thuật nước Từ năm 2008, thành phố Hà Nội (Hà Nội) mở rộng trở thành thành phố có diện tích lớn nước, đồng thời địa phương đứng thứ hai dân số nước Theo số liệu thống kê năm 2019, Hà Nội có diện tích 3.324,92 km², nằm 17 thủ đô lớn giới, với triệu dân Mật độ dân số trung bình Hà Nội 2.398 người/km2, cao gấp 8.2 lần so với
mật độ trung bình nước [1] Bên cạnh mật độ dân số lớn, trình thị hóa của thủ diễn nhanh năm gần Hà Nội dường trở thành đại công trường với hàng loạt dự án phát triển sở hạ tầng xây dựng khu đô thị
Xét điều kiện tự nhiên, Hà Nội dễ bị tổn thương trước tai biến thiên nhiên Một hiểm họa thiên nhiên có khả đe dọa Hà Nội động đất Theo kết nghiên cứu nhà địa chấn cho thấy Hà Nội nằm đới đứt gãy Sông Hồng, Sông Chảy, Sông Lô nằm vùng động đất cấp VIII đồ phân vùng động đất toàn lãnh thổ Việt Nam loại B [2–4] Hơn nữa, Hà Nội lại nằm vùng đất yếu, rung động địa chấn tác động đến khu vực thành phố Hà Nội khuếch đại lên hiệu ứng địa phương, gây thiệt hại nhà cửa người
Mặc dù Hà Nội nằm vùng chịu ảnh hưởng động đất có nguy chịu thiệt hại động đất gây cộng đồng đánh giá cao [5–7], tuy nhiên, vấn đề đánh giá rủi ro động đất chưa thức đặt ra khuôn khổ quản lý nhà nước quy hoạch kiến trúc thành phố
(16)2
Trên sở vấn đề nêu, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất khu vực đô thị thành phố Hà Nội”, nhằm nâng cao lực nghiên cứu chuyên sâu chủ đề đánh giá rủi ro động đất đô thị Trên sở kế thừa tài liệu từ nghiên cứu trước đây, kết hợp với liệu thu thập cập nhật, đồng thời áp dụng tiến phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất giới cơng nghệ tính tốn đại thực môi trường GIS để tiến hành thực đánh giá rủi ro động đất cho khu vực nghiên cứu
Mục tiêu luận án:
Trong khuôn khổ luận án này, hai mục tiêu cụ thể đặt sau: - Hồn thiện cơng cụ đánh giá rủi ro động đất đô thị Việt Nam sở những tiến phương pháp luận công cụ đánh giá rủi ro động đất giới, kết hợp với kế thừa kết nghiên cứu trước
- Xây dựng tranh toàn cảnh mức độ rủi ro động đất đô thị thành phố Hà Nội sở cập nhật phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất sở liệu
Nhiệm vụ luận án:
Để đạt mục tiêu Luận án, nhiệm vụ cần thực gồm có: - Thu thập, cập nhật chuẩn hóa liệu khn dạng GIS Cụ thể, số liệu địa chấn-kiến tạo khu vực nghiên thành phố Hà Nội lân cận, số liệu địa chất cơng trình, số liệu Vs30, nhà cửa dân số từ nghiên cứu điều tra khảo
sát Đặc biệt đó, số liệu quan trắc động đất thu thập từ mạng lưới quan trắc Viện Vật lý địa cầu kết hợp nguồn số liệu từ trung tâm liệu quốc tế (ISC, USGS, NEIC…), cập nhật đến năm 2019
- Xây dựng, cập nhật hồn thiện cơng cụ đánh giá rủi ro động đất Việt Nam sở cập nhật sở phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất giới
(17)3
Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận án:
Song song với nhiệm vụ luận án đặt ra, đối tượng phạm vi nghiên cứu xác định bao gồm:
Đối tượng nghiên cứu:
- Đánh giá khả rung động
- Đánh giá thiệt hại nhà cửa ước lượng thiệt hại người Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi toàn thành phố Hà Nội: Đánh giá khả rung động động đất
- Phạm vi 05 quận nội thành Hồn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng Thanh Xuân: Đánh giá thiệt hại nhà cửa ước lượng thiệt hại người động đất.
Những điểm luận án:
Trong trình thực nội dung nghiên cứu Luận án, số điểm mới rút sau:
- Cập nhật hồn thiện cơng cụ đánh giá rủi ro động đất thị có chức của Hệ thống hỗ trợ định mang tên ArcRisk vận hành môi trường GIS ArcRisk xây dựng sở kết hợp ưu điểm phương pháp luận sử dụng rộng rãi Thế giới HAZUS-MH, OpenQuake và đổi cho phù hợp với điều kiện áp dụng Việt Nam việc áp dụng phương trình tắt dần chấn động kiểm nghiệm phù hợp theo số liệu gia tốc nền, sử dụng Tiêu chuẩn Việt Nam công đoạn quy trình thực hiện, số liệu cấu trúc dân số theo kết điều tra dân số năm 2019
- Xây dựng tập đồ gia tốc phổ chu kỳ ngắn 0.3 giây chu kỳ dài 1.0 giây khu vực thành phố Hà Nội ứng với chu kỳ lặp lại 475, 975, 2475 9975 năm
- Áp dụng kỹ thuật hiệu chỉnh trực tiếp khuếch đại rung động theo sơ đồ phân bố Vs30 phục vụ đánh giá rủi ro động đất
(18)4
diện theo hai cách tiếp cận áp dụng phổ biến giới xác suất tất định đưa tranh thực hiểm họa động đất cộng đồng đô thị
Cơ sở tài liệu phương pháp:
Cơ sở tài liệu kế thừa kết nghiên cứu từ đề tài cơng trình nghiên cứu trước đây, kết hợp với cập nhật số liệu quan trắc động đất của Viện Vật lý địa cầu, liệu điều tra dân số thực năm 2019 Tổng cục thống kê
Các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng khuôn khổ luận án có thể phân thành nhóm phương pháp sau:
a Nhóm phương pháp nghiên cứu địa chất-địa chấn b Nhóm phương pháp tin học tính tốn-mơ hình hố c Nhóm phương pháp GIS
Để áp dụng nhóm phương pháp trên, chương trình phần mềm máy tính chun dụng ngơn ngữ lập trình tính tốn sử dụng gồm có: Golden Surfer, ArcGIS, ArcRisk, Crisis2015 (R-Criss), Avenue, Matlab, Python
Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án:
Ý nghĩa khoa học luận án:
Trong khuôn khổ thực luận án tìm hiểu, xây dựng cập nhật quy trình đánh giá rủi ro động đất đô thị Việt Nam môi trường GIS sở những tiến quy trình đánh giá rủi ro động đất giới, kết hợp với hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện Việt Nam Các yếu tố mô hình tắt đần chấn động, hiệu chỉnh giá trị rung động theo Tiêu chuẩn phân loại Việt Nam hiệu chỉnh trực giá trị Vs30, đồng thời mơ hình ước lượng
thiệt hại nhà cửa người cập nhật giới xây dựng tích hợp cơng cụ tính tốn ArcRisk khơng phục vụ khn khổ nghiên cứu luận án mà cịn áp dụng cho khu vực đô thị khác Việt Nam
(19)5
Kết xây dựng cập nhật số mô đun dựa tiến giới đánh giá rủi ro động đất cho công cụ ArcRisk có ý nghĩa quan trọng nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất Việt Nam
Các kết ước lượng thiệt hại nhà cửa người năm quận đông dân nhất thành phố Hà Nội trình bày Luận án phản ánh tranh thực hiểm họa động đất cộng đồng thị Ngồi việc góp phần cảnh báo nâng cao nhận thức cộng đồng mức độ nghiêm trọng tổn thất mà hiểm họa động đất gây ra, kết ước lượng thiệt hại sở để người có thẩm quyền định đắn nhằm:
a) Có kế hoạch phịng tránh, ngăn ngừa giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng có động đất xảy ra;
b) Dự đoán trước chất quy mô hoạt động ứng cứu trường xảy động đất;
c) Có kế hoạch cụ thể việc khơi phục xây dựng lại sau động đất xảy
Cấu trúc luận án:
Cấu trúc luận án phần mở đầu kết luận gồm Chương, nội dung Chương trình bày khái quát
Chương 1 giới thiệu tổng quan tình hình nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm
động đất rủi ro động đất giới nước, nhằm cung cấp thông tin về đối tượng nghiên cứu luận án, quy trình tiến hành nhiệm vụ nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất rủi ro động đất cho khu vực nghiên cứu
Chương 2 giới thiệu chi tiết sở phương pháp luận thực đánh giá độ
nguy hiểm động đất tiến thành theo hai cách tiếp cận tất định xác suất Tiếp sau giới thiệu việc hiệu chỉnh giá trị khuếch đại phương pháp đánh giá rủi ro động đất đô thị
(20)6
Chương 3 trình bày chi tiết đặc điểm tính địa chấn khu vực miền Bắc
Việt Nam lân cận, dựa kết phân tích khơng gian phân tích chuỗi thời gian hoạt động động đất khu vực nghiên cứu
Chương 4 trình bày kết đánh giá độ nguy hiểm động đất khu vực
thành phố Hà Nội theo hai cách tiếp cận xác suất tất định Trong đó, kết đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất thực sở liệu quan trắc động đất cập nhật, áp dụng phương trình tắt dần chấn động kiểm nghiệm phù hợp với khu vực nghiên cứu sử dụng cơng cụ tính toán kiểm định Các đồ PGA SA thành lập ứng với chu kỳ lặp lại khác phục vụ trực tiếp cho việc đánh giá rủi ro động đất
Bên cạnh kết đánh giá xác suất độ nguy hiểm động đất, kết đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất từ kịch động đất thực trình bày chương Các kịch động đất giả định xây dựng đới đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Chảy đứt gãy Sông Lô theo tiêu chí cụ thể để phục vụ đánh giá rủi ro động đất đô thị Các đồ rung động thành lập là liệu đầu vào để đánh giá rủi ro động đất
Chương 5 trình bày kết nghiên cứu đánh giá định lượng thiệt hại nhà
cửa người theo phương pháp xác suất tất định cho khu vực nghiên cứu bao gồm quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Ba Trưng Thanh Xuân Các kết đánh giá thiệt hại nhà cửa người thực theo phương pháp xác suất đánh giá sở giá trị phổ gia tốc rung động ứng với chu kỳ lặp lại 475 năm Trong đó, kết đánh giá thiệt hại nhà cửa thực dựa động đất kịch xây dựng đới đứt gãy Sông Hồng, Sông Chảy Sông Lô
Kết công bố liên quan đến luận án
Seismic thủ đô dân số