CHƢƠNG 2 : PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN
3.1 Khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu đƣợc lựa chọn nằm sát đƣờng bờ biển, bao gồm 11 phƣờng nội thành của thành phố Nha Trang với diện tích 7,9 km2 và tổng số dân là 163.885 ngƣời (Hình 3.1).
Bảng 3.1: Dân số và diện tích các phường khu vực nghiên cứu năm 2009.
STT Tên Phƣờng Dân số (ngƣời) Diện tích (km2)
1 Vĩnh Phƣớc 20.662 1,09 2 Vĩnh Thọ 14.823 1,3 3 Vạn Thắng 13.012 0,28 4 Xƣơng Huân 17.873 0,61 5 Phƣơng Sài 13.284 0,29 6 Phƣớc Tân 13.103 0,48 7 Phƣớc Tiến 12.680 0,3 8 Phƣớc Hòa 14.461 1,12 9 Tân Lập 16.242 0,59 10 Lộc Thọ 12.861 1,47 11 Vạn Thạnh 14.884 0,37
3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS tổng hợp phục vụ đánh giá rủi ro sóng thần.
3.2.1 Các dữ liệu thuộc tính
Các dữ liệu thuộc tính đƣợc sử dụng bao gồm hai loại chính là dữ liệu về dân số và dữ liệu về nhà cửa, trong đó các dữ liệu về dân số đƣợc khai thác từ các niên giám thống kê. Số liệu dân số chi tiết tới cấp phƣờng đƣợc liệt kê trong bảng 3.1 [11].
Để khảo sát và thu thập các dữ liệu thuộc tính về nhà cửa, công tác thực địa đƣợc tổ chức quy mô tại khu vực đô thị sát bờ biển thành phố Nha Trang. Các cán bộ khảo sát đã tiến hành khảo sát các cơng trình xây dựng trên tồn bộ các khu phố, các ngõ phố, các cụm dân cƣ trên địa bàn theo mẫu phiếu điều tra đã lập sẵn. Các dữ liệu thuộc tính về nhà cửa đƣợc nối kết với các dữ liệu khơng gian về nhà cửa, đƣợc số hóa từ ảnh nền Google ở tỷ lệ 1:2000.
Ngơn ngữ lập trình Avenue đƣợc sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu thành phần mang tên “Cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa thành phố Nha Trang’’ và đƣa vào lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu GIS tổng hợp. Cơ sở dữ liệu này hoạt động trên môi trƣờng GIS của phần mềm ArcView. Các công cụ tùy biến đƣợc xây dựng cho phép nhập các dữ liệu thuộc tính từ 1911 phiếu điều tra thu đƣợc từ chuyến khảo sát nhà cửa tại thành phố Nha Trang vào cơ sở dữ liệu. Đồng thời, các cơng cụ chỉnh sửa, tìm kiếm và kết xuất dữ liệu cũng đƣợc xây dựng để nâng cao hiệu quả của công tác quản lý và khai thác dữ liệu. Trên hình 3.2 minh họa giao diện của cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa. Ngoài ra, các cơng cụ nhập, tìm kiếm và kết xuất dữ liệu cũng đƣợc xây dựng để trợ giúp cho ngƣời sử dụng trong việc khai thác cơ sở dữ liệu (các hình 3.3, 3.4).
Hình 3.2. Bảng chọn chính của cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa
Hình 3.3. Cơng cụ tìm kiếm dữ liệu.
3.2.2 Các dữ liệu khơng gian
Cở sở dữ liệu GIS đƣợc bổ sung các dữ liệu không gian dƣới dạng các bản đồ chuyên đề chứa các lớp thơng tin đồ họa phục vụ cho các tính tốn và thành lập các bản đồ kết quả. Toàn bộ các bản đồ chuyên đề và các bản đồ kết quả đƣợc lƣu trữ trong môi trƣờng của phần mềm Arcview GIS. Việc xây dựng các bản đồ chuyên đề đƣợc mô tả chi tiết trong mục 3.4.1 của chƣơng này.
3.2.3 Cơ sở dữ liệu GIS tổng hợp
Các dữ liệu thuộc tính và khơng gian đƣợc nối kết trong một cơ sở dữ liệu GIS tổng hợp, phục vụ cho các tính tốn đánh giá độ rủi ro sóng thần cho khu vực nghiên cứu. Do cơ sở dữ liệu đƣợc quản lý bằng phần mềm ArcView, mọi thao tác với cơ sở dữ liệu đƣợc thực hiện dễ dàng và thuận tiện trong môi trƣờng của phần mềm này. Ngƣời sử dụng có thể sử dụng các cơng cụ và chức năng ngầm định của ArcView để hiển thị, cập nhật, chỉnh sửa và in các sản phẩm đồ họa từ cơ sở dữ liệu ra máy in với độ chính xác, hình thức đẹp và chất lƣợng cao.
3.3 Xây dựng các cơng cụ tính tốn trên mơi trƣờng GIS.
Việc tính tốn theo các cơng thức đề xuất trong phƣơng pháp luận chỉ sử dụng các công cụ ngầm định của arcview sẽ tốn rất nhiều thời gian và cơng sức. Để thực hiện quy trình đánh giá độ rủi ro sóng thần một cách có hiệu quả, một bộ cơng cụ tính tốn đƣợc xây dựng dƣới dạng các chƣơng trình con viết trên ngôn ngữ Avenue, một ngôn ngữ lập trình mặc định của phần mêm Arcview GIS. Bộ công cụ đƣợc xây dựng cho phép áp dụng phƣơng pháp luận đề xuất cho một khu vực bất kỳ tại Việt Nam.
Các cơng cụ tính tốn đƣợc xây dựng có lƣu ý tới việc sử dụng các dữ liệu đầu vào, bao gồm dữ liệu về nhà cửa và dân số. Các công cụ này cho phép tự động nhập các tham số đầu vào, thực hiện việc tính tốn theo các
công thức đề xuất trong phƣơng pháp luận và hiển thị trên màn hình các bản đồ kết quả.
Bộ cơng cụ tính tốn bao gồm 20 chƣơng trình đƣợc viết trên ngơn ngữ Avenue, trong đó quan trọng nhất là các chƣơng trình tính tốn đƣợc liệt kê dƣới đây :
- Chƣơng trình tính tốn và lập bản đồ mức độ tổn thƣơng nhà cửa do sóng thần gây ra cho một khu vực đô thị, sử dụng công thức (2.3) trong chƣơng 2.
- Chƣơng trình tính tốn và lập bản đồ dự báo mức độ tổn thƣơng về ngƣời do sóng thần gây ra cho một khu vực đơ thị, sử dụng các công thức (2.4) trong chƣơng 2.
- Chƣơng trình tính tốn và lập bản đồ rủi ro sóng thần cho khu vực đơ thị, áp dụng công thức (2.7) trong chƣơng 2.
3.4 Đánh giá độ rủi ro sóng thần cho khu vực đơ thị thành phố Nha Trang
Nhƣ đã trình bày trong chƣơng 2, tồn bộ quy trình đánh giá rủi ro sóng thần cho khu vực đô thị đƣợc thực hiện theo ba bƣớc chính, bao gồm : 1) đánh giá mức độ tổn thƣơng do sóng thần (V) ; 2) đánh giá mức độ nguy hiểm sóng thần (H) và 3) đánh giá độ rủi ro sóng thần (R). Nội dung thực hiện các bƣớc của quy trình đƣợc mơ tả chi tiết dƣới đây.
3.4.1 Đánh giá mức mức độ tổn thương đối với nhà cửa và người
3.4.1.1 Xây dựng các bản đồ chuyên đề về nhà cửa tại thành phố Nha Trang
Việc đánh giá mức độ tổn thƣơng đối với nhà cửa dựa trên kết quả tính tốn và xây dựng 5 bản đồ chuyên đề. Các bản đồ chuyên đề biểu thị phân bố không gian của các tham số đƣợc sử dụng để tính tốn và thành lập bản đồ dự báo mức độ tổn thƣơng đối với nhà cửa do sóng thần. Bản đồ kết quả đánh giá mức độ tổn thƣơng đối với nhà cửa sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong mục 3.4.1.3. Dƣới đây mô tả việc xây dựng các bản đồ chuyên đề bằng công cụ GIS.
Bản đồ phân bố kết cấu nhà cửa (m)
Bản đồ kết cấu nhà cửa cho khu vực nghiên cứu đƣợc xác định căn cứ theo kết cấu nhà cửa và hiện trạng chất lƣợng của cơng trình theo các số liệu khảo sát thực địa. Trên cơ sở số liệu khảo sát nhà cửa thực tế, có thể phân loại nhà cửa theo 3 dạng chính : nhà gỗ, nhà gạch xây nề, nhà xây dựng bê tông cốt thép có chịu lực (Hình 3.5).
Hình 3.5. Bản đồ phân bố giá trị trọng số (m) theo vật liệu xây dựng nhà cửa
Bản đồ mô tả chức năng sử dụng tầng trệt (g)
Giá trị của g đƣợc xác định dựa trên sự kết hợp các thông tin từ chức năng sử dụng và số tầng của ngôi nhà. Chức năng sử dụng của các ngôi nhà đƣợc phân ra thành 3 nhóm theo số tầng nhƣ sau (Hình 3.6):
nhóm 1 chứa các nhà có số tầng 1, 2, 7, 9;
nhóm 2 chứa các nhà có số tầng là 3, 4, 8;
Hình 3.6. Bản đồ phân bố giá trị trọng số (g) theo chức năng sử dụng tầng trệt.
Bản đồ phân bố giá trị trọng số (s) của nhà cửa theo số tầng
Giá trị của s (số tầng của ngôi nhà) đƣợc xác định thông qua số liệu khảo sát thực tế (Hình 3.7).
Bản đồ phân bố nhà cửa theo khoảng cách tới bờ biển (d)
Trên cơ sở số liệu nhà cửa đƣợc số hóa tại khu vực nghiên cứu, việc xác định khỏang cách của từng ngơi nhà so với bờ biển đƣợc tính tốn trực tiếp trên môi trƣờng GIS thông qua việc xác định centroid của từng khối nhà dạng polygon đến đƣờng bờ biển (Hình 3.8).
Bản đồ phân bố giá trị trọng số ( f) nhà cửa theo kết cấu móng nhà.
Giá trị f đƣợc xác định theo số liệu về kết cấu của móng nhà, tuy nhiên trên thực tế để thu thập đƣợc dữ liệu về kết cấu móng nhà là rất khó khăn. Theo các chun gia xây dựng cơng trình, kết cấu móng nhà có thể xác định đƣợc dựa trên số liệu về kết cấu của ngơi nhà và số tầng (Hình 3.9).
Bảng 3.2 liệt kê mối quan hệ phổ biến nhất giữa chức năng sử dụng nhà cửa và số tầng nhà tại khu vực khảo sát. Căn cứ vào các tiêu chuẩn đề ra, các yếu tố ảnh hƣởng đƣợc gán các trị số nhƣ trình bày trong bảng 3.3.
Công thức (3) đƣợc áp dụng để tính giá trị mức độ tổn thƣơng cho từng khối nhà trên bản đồ nhà cửa tại khu vực nghiên cứu. Các chƣơng trình viết trên ngơn ngữ Avenue cho phép thực hiện các tính tốn nhanh chóng và tự động trên môi trƣờng GIS. Các giá trị VNC nhận đƣợc đƣợc sử dụng để thành lập bản đồ mức độ tổn thƣơng nhà cửa do sóng thần tại khu vực nghiên cứu ở ba mức độ: cao, thấp và trung bình.
Hình 3.8. Bản đồ phân bố giá trị trọng số (d) nhà cửa theo khoảng cách tới bờ biển
Bảng 3.2. Phân nhóm các chức năng sử dụng nhà cửa
Chức năng sử dụng nhà Số tầng
Quân đội 1
Tôn giáo (Nhà thờ, chùa) 2
Khách sạn, khách sạn + nhà ở 3
Nhà ở, Nhà ở + cửa hàng 4
Siêu thị, chợ 5
Nhà hàng, Cửa hàng dịch vụ 6
Trƣờng học, viện bảo tàng 7
Cơ quan, văn phòng+nhà ở 8
Bảng 3.3. Gán giá trị cho các yếu tố ảnh hưởng
Yếu tố ảnh hƣởng Giá trị đề nghị 1 2 3 4 5 m Bê tông cốt thép chịu lực Gạch, gỗ , bê tơng khơng có cốt thép Gỗ g Mặt tiền mở, khơng có các đồ vật di động Mặt tiền mở, có các đồ vật di động Khơng có mặt tiền mở s 5 tầng 4 tầng 3 tầng 2 tầng 1 tầng
3.4.1.2 Xây dựng thuật toán đánh giá mức độ tổn thương về người do sóng
thần tại thành phố Nha Trang
Để đánh giá mức độ tổn thƣơng cho tham số «Ngƣời», trong nghiên cứu này chỉ xét trƣờng hợp sóng thần xảy ra trong mùa du lịch. Khi đó cơng thức (2.4) trở thành :
VNG = KE.SNĐ.PVC (3.1)
Do trong thực tế thời gian sơ tán dân có thể vƣợt q 15 phút tính từ khi báo động nên các giá trị của KE đƣợc gán bằng 1. Các tiêu chuẩn đánh giá biểu thị các dạng thiệt hại do sóng thần gây ra trong trƣờng hợp này sẽ bao gồm:
- Thiệt hại do ngập lụt;
- Thiệt hại do các đồ vật trôi dạt gây ra.
Quá trình gán trọng số đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp phân tích đa tiêu chuẩn theo các bƣớc đã mô tả trong mục 3. Biểu thức tƣơng quan giữa các yếu tố ảnh hƣởng nhận đƣợc trong trƣờng hợp này có dạng:
PVC =0.317 d + 0.317 c + 0.293 g + 0.07126 m (3.2)
Từ (3.1) và (3.2) ta có:
VNG = KE.SNĐ(0.317 d + 0.317 c + 0.293 g + 0.07126 m) (3.3)
Nhƣ vậy, cơng thức tính mức độ tổn thƣơng cho tham số dân cƣ trong trƣờng hợp sóng thần tấn cơng ban ngày là:
VNGN = KE.(VNC /10 + ½)(0.317 d + 0.317 c + 0.293 g + 0.07126 m) (3.4)
Và trong trƣờng hợp sóng thần tấn cơng ban đêm là:
VNGĐ = KE.(VNC /10 + ½)(0.317 d + 0.317 c + 0.293 g + 0.07126 m) (3.5)
Các cơng thức (3.4) và (3.5) đƣợc sử dụng để tính mức độ tổn thƣơng cho tham số « Ngƣời » trong hai thời điểm tấn cơng của sóng thần vào ban ngày và ban đêm. Các chƣơng trình tính tốn viết trên ngơn ngữ Avenue đƣợc áp dụng cho từng đơn vị tham chiếu tƣơng đƣơng cấp phƣờng tại khu vực nghiên
cứu. Các giá trị VNGN và VNGĐ đƣợc xếp thành ba mức độ : cao, trung bình, thấp và đƣợc thể hiện trên bản đồ mức độ tổn thƣơng về ngƣời do sóng thần.
3.4.1.3 Các bản đồ kết quả mức độ tổn thương do sóng thần đối với nhà cửa và người
Các bản đồ kết quả đƣợc thể hiện trên môi trƣờng đồ họa của phần mềm ArcView GIS. Trên hình 3.10 minh họa bản đồ mức độ tổn thƣơng nhà cửa do sóng thần gây ra tại khu vực đơ thị ven biển thành phố Nha Trang . Từ h́nh 3.10, có thể nhận thấy nguy cơ tổn thƣơng nhà cửa cao nhất tập trung tại khu vực cửa sông Cái, đặc biệt là trên cù lao Dê nằm sát biển, nơi tập trung nhiều nhà cấp 4 và phải đối mặt với sóng thần từ biển ập vào qua một cửa sông hẹp.
Các bản đồ mức độ tổn thƣơng về ngƣời do sóng thần gây ra tại hai thời điểm ngày và đêm đƣợc minh họa trên các hình 3.11a và 3.11b tƣơng ứng. Các bản đồ trên hình 3.11 cho thấy nguy cơ tổn thƣơng về ngƣời tại hai thời điểm trong ngày là khác nhau. Khu vực sát bờ biển, nơi tập trung nhiều khách sạn, nhà cao tầng và đƣợc gia cố tốt lại có mức độ tổn thƣơng thấp hơn so với khu dân cƣ thuộc các phƣờng Phƣớc Hòa, Vạn Thanh, … nằm sâu hơn trong lục địa. Qua đó cho thaýa việc thiết kế nhà cửa để phòng chống và giảm nhẹ hậu quả khi thiên tai xảy là hết sức quan trọng.
(a)
Hình 29. Bản đồ mức độ tổn thương về người do sóng thần gây ra cho
khu vực đô thị ven biển thành phố Nha Trang cho trường hợp ban ngày (a)
(b)
Hình 29. Bản đồ mức độ tổn thương về người do sóng thần gây ra cho
3.4.2 Đánh giá độ nguy hiểm sóng thần
Nhƣ đã trình bày ở trên, bản đồ ngập lụt do sóng thần đối với khu vực thành phố Nha Trang đƣợc lấy trực tiếp từ kịch bản số 4 trong cơ sở dữ liệu 25 kịch bản sóng thần (Hình 3.12). Từ hình 3.12 có thể nhận thấy trong khu vực nghiên cứu một số phƣờng ven biển nhƣ Vĩnh Thọ, Xƣơng Huân, Lộc Thọ chịu mức độ ngập lụt lớn hơn 3m tƣơng ứng với H = 2. Trong khi đó một số khu vực thuộc phƣờng Tân Lập và Vạn Thạnh chịu tác mức độ ngập lụt dƣới 2m tƣơng ứng với H =1. Các phƣờng nằm sâu hơn trong phía đất liền khơng bị ngập lụt [1].
Bảng 3.4 Các thông số vùng nguồn máng sâu Manila
Stt Mô hinh Tọa độ Độ sâu Chiều dài Chiều rộng Đƣờng phƣơng Góc dốc Góc trƣợt Mw 1 Fault 1 120.00 20.88 20 201.3 154.5 334.46 15 90 8.5
Hình 3.12. Bản đồ ngập lụt khu vực đơ thị thành phố Nha Trang (theo[1]).
3.4.3 Đánh giá độ rủi ro sóng thần cho khu vực đơ thị thành phố Nha Trang. Trên cơ sở phƣơng pháp luận và quy trình thực hiên đƣợc trình bày trong chƣơng 2, các kết quả tính tốn mức độ tổn thƣơng sóng thần, độ nguy hiểm ngập lụt do sóng thần theo kịch bản số 4 trình bày ở trên, đƣợc sử dụng để tính tốn mức độ rủi ro sóng thần cho khu vực nghiên cứu.
Từ cơng thức (2.7), mức độ rủi ro do sóng thần đối với tham số nhà cửa và ngƣời đƣợc viết lại thành:
R = (VNCx H)/4 R = (VNxH)/4
Trong đó R là giá trị độ rủi ro, VNC, VN là các giá trị mức độ tổn thƣơng đối với nhà cửa và ngƣời, H giá trị độ nguy hiểm ngập lụt.
Các bản đồ kết quả đánh giá rủi ro do sóng thần gây ra đối với nhà cửa và người.
Kết quả tính tốn mức độ rủi ro sóng thần đối với nhà cửa ứng với kịch bản số 4, với độ lớn 8.5 độ Rích te, đƣợc thể hiện dƣới dạng bản đồ (hình