2.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG
2.2.3 Phương pháp tính chỉ số
Ngoài các phương pháp đánh giá tính dễ bị tổn thương trực tiếp thì các phương pháp gián tiếp (xây dựng bộ chỉ số để đánh giá tính dễ bị tổn thương) cũng đang được sử dụng rộng rãi ở trong và ngoài nước [71, 76, 94].
Xây dựng bộ chỉ số dễ bị tổn thương lũ lụt gồm các bước: 1- Lựa chọn vùng nghiên cứu; 2- Thiết lập các tiêu chí; 3- Chuẩn hóa các biến số; 4- Xác định trọng số; 5- Tính giá trị chỉ số dễ bị tổn thương; 6- Xây dựng bản đồ mức độ tổn thương do lũ lụt; 7- Phân tích, đánh giá mức độ tổn thương lũ lụt. Sơ đồ thực hiện các bước được thể hiện trong hình 2.2.
Hình 2.2: Sơ đồ khối phương pháp chỉ số đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ lụt trong đó:
- H, T, V – các đặc trưng: độ sâu ngập lụt, thời gian ngập và vận tốc dòng chảy lũ; - NK, SK, CS, MT – các thành phần: nhân khẩu học, sinh kế, cơ sở hạ tầng và môi
trường;
- ĐK, KN, HT, PH – các thành phần: điều kiện chống lũ, khả năng chống lũ, sự hỗ trợ và khả năng phục hồi.
Bước 1: Lựa chọn vùng nghiên cứu. Vùng nghiên cứu được lựa chọn là lưu vực hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, nơi hàng năm phải hứng chịu sự khốc liệt của lũ lụt.
Bước 2: Thiết lập bộ tiêu chí. Để triển khai việc thiết lập bộ tiêu chí đánh giá
tính dễ bị tổn thương lũ lụt cho lưu vực sông cần phải tập hợp những dữ kiện về tự nhiên, kinh tế - xã hội và môi trường trong mối liên quan đến tai biến lũ lụt. Các phản ứng của lưu vực nhiều khi là thể hiện đơn lẻ lên từng tiêu chí nhưng có khi lại thể hiện lên nhiều tiêu chí. Xuất phát từ quan điểm, mục tiêu cần đánh giá mà lựa chọn xếp yếu tố ảnh hưởng này vào tiêu chí này hay tiêu chí kia.
Trên cơ sở lý luận đã tổng quan ở Chương 1, luận án này chọn bộ tiêu chí gồm 4 thành phần: nguy cơ ngập lụt, độ phơi nhiễm, tính nhạy và khả năng chống chịu để mơ tả tính dễ bị tổn thương của lưu vực trước tai biến lũ lụt. Bộ tiêu chí được xác lập bằng cách xác định riêng lẻ từng tiêu chí, sau đó được tổng hợp lại theo phương pháp được lựa chọn, cụ thể như sau:
+ Tiêu chí nguy cơ ngập lụt phản ánh tính chất, quy mơ, cường độ của tai biến lũ lụt, nó được coi là mối đe dọa trực tiếp đến hệ thống. Các đặc trưng thuộc tiêu chí này có thể là: độ sâu ngập lụt, thời gian ngập lụt, diện tích ngập, vận tốc dịng chảy lũ, cường suất lũ hay tần suất xuất hiện lũ lớn, vv..
Giá trị các đặc trưng thuộc tiêu chí nguy cơ ngập lụt có thể được xác định bằng các hình thức điều tra hay mơ phỏng những trận lũ thực, lũ thiết kế bằng mơ hình tốn phù hợp. Mơ hình áp dụng để mơ phỏng lũ có thể là mơ hình thủy văn (xác định lượng mưa sinh dòng chảy trên lưu vực), thủy lực 1 chiều (để diễn toán dịng chảy lũ trong sơng) hay mơ hình 2 chiều (để xác định dịng chảy vượt đê tràn vào khu chứa, vùng đồng bằng)... Ngoài ra, một số đặc trưng khác như tần suất xuất hiện, cường suất đỉnh lũ,… có thể được xác định bằng các phần mềm, phương pháp tính tốn thủy văn.
+ Tiêu chí độ phơi nhiễm đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của hiện trạng bề mặt hệ thống khi tiếp xúc trực tiếp với nguy cơ lũ lụt. Hiện trạng bề mặt hệ thống ở
đây có thể là: hiện trạng sử dụng đất, mật độ nhà cửa, mật độ các cơng trình cơng cộng hay diện tích gieo trồng,…
Mỗi một đặc trưng hiện trạng bề mặt khác nhau khi tiếp xúc trực tiếp với cùng một mức độ tai biến lũ lụt như nhau vẫn có tính dễ bị tổn thương khác nhau, ví dụ cùng một mức độ ngập lụt tương đương nhưng vùng trồng cây lâu năm hay vùng đất trống chưa sử dụng sẽ bị tổn thương ít hơn là vùng đất nơng nghiệp, thủy sản hay đất ở. Thêm nữa, một loại sử dụng đất sẽ bị tổn thương khác nhau với các đặc trưng nguy cơ lũ lụt khác nhau, ví dụ đất trồng lúa chịu tác động nhiều bởi đặc trưng thời gian ngập hơn là đặc trưng độ sâu ngập lụt hay vận tốc dòng chảy lũ.
Các đặc trưng thuộc tiêu chí độ phơi nhiễm có thể được xác định bằng các hình thức: khai thác bản đồ, dữ liệu hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội; niên giám thống kê hay điều tra xã hội học,…
+ Tiêu chí tính nhạy đặc trưng các tính chất về kinh tế, xã hội và môi trường,
chúng sẽ phản ứng ra sao trước tai biến lũ lụt? Các biến thuộc tiêu chí tính nhạy như: dân số, dân tộc, trình độ học vấn, giới tính, độ tuổi... và mơi trường. Mỗi đặc trưng thuộc tiêu chí tính nhạy có mức ảnh hưởng khác nhau trước tai biến lũ lụt (cùng mức độ nguy cơ lũ lụt), ví dụ như người dân có trình độ học vấn cao hơn sẽ có nguy cơ bị tổn thương thấp hơn, hay một địa phương có hệ thống giao thơng, liên lạc tốt hơn thì người dân ở đó có nguy cơ tổn thương là thấp hơn, và ngược lại. Giả sử, xét cụ thể đối với đặc trưng độ tuổi thì trẻ em và người già sẽ bị tác động nhiều hơn và dễ bị tổn thương hơn là thanh niên và trung niên trước tai biến lũ lụt.
Các đặc trưng thuộc tiêu chí tính nhạy có thể được xác định từ: niên giám thống kê (cùng thời điểm tính tốn với các đặc trưng khác), phiếu điều tra xã hội học hay phỏng vấn (ghi âm, ghi hình) dành cho các cá thể và tổ chức hành chính quản lý các cấp,... Để kết quả thu thập có chất lượng và đảm bảo đủ độ tin cậy thì phải thiết kế bộ câu hỏi (cả phiếu và phỏng vấn) có mục tiếu, trọng tâm và chứa đựng đủ thơng tin, ngồi ra việc tiến hành điều tra, phỏng vấn cần đảm bảo tính đại diện.
+ Tiêu chí khả năng chống chịu đặc trưng cho khả năng chống đỡ và chịu
đựng trước tai biến lũ lụt. Khả năng chống chịu phản ánh sức kháng cự của của người dân, của cộng đồng, của chính quyền và hệ thống tự nhiên trước tai biến lũ lụt. Các biến thuộc tiêu chí khả năng chống chịu như kinh nghiệm; điều kiện; khả năng chống lũ; cơng trình phịng, tránh lũ; khả năng dự báo, cảnh báo lũ; sự hỗ trợ của cộng đồng; khả năng tự phục hồi…
Giống như các đặc trưng tiêu chí tính nhạy, các đặc trưng tiêu chí khả năng chống chịu cũng nhận được từ điều tra xã hội học (phiếu, phỏng vấn, ghi âm, ghi hình…) và thơng tin trong niên giám thống kê cấp huyện thuộc lưu vực nghiên cứu.
Phần lớn các đặc trưng thuộc hai tiêu chí tính nhạy và khả năng chống chịu rất khó tách bạch và có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau chứ khơng phản ánh tính độc lập tuyệt đối, và vì vậy, sự thay đổi của biến này (thuộc tiêu chí này) sẽ kéo theo sự thay đổi biến khác (thuộc tiêu chí kia). Trong mỗi nghiên cứu cụ thể, việc phân chia các đặc trưng theo tiêu chí tính nhạy hay tiêu chí khả năng chống chịu là mang tính tương đối và phụ thuộc vào mục đích của bài tốn cần giải quyết.
Để thuận tiện cho việc xác định tính dễ bị tổn thương do lũ lụt của một lưu vực nhất định, có thể tập hợp các đặc trưng có tính chất tương đối đồng nhất thành một nhóm trong cùng một tiêu chí. Tuy nhiên khi có một thành phần thỏa mãn bằng hoặc hơn hai tiêu chí thì chỉ được phép gán nó cho một tiêu chí mà người sử dụng quan tâm (tiêu chí ưu tiên)
Trên cơ sở thiết lập bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ lụt và điều kiện áp dụng đối với lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, luận án đề xuất bộ tiêu chí bao gồm 43 biến, trong đó: nguy cơ lũ lụt - 3 biến, độ phơi nhiễm - 1 biến, tính nhạy - 23 biến, khả năng chống chịu - 16 biến như bảng 2.1 [4, 21, 53, 54, 78].
Bảng 2.1: Danh mục bộ tiêu chí được sử dụng để đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ lụt trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn
Tiêu chí/Biến Ý nghĩa Nguồn thu thập 1. Tiêu chí nguy cơ lũ lụt
Tiêu chí/Biến Ý nghĩa Nguồn thu thập
Độ sâu ngập lụt (H1)
Thời gian ngập lụt (H2)
Vận tốc dịng chảy lũ (H3)
2. Tiêu chí độ phơi nhiễm
Hiện trạng sử dụng đất (E1) 3. Tiêu chí tính nhạy Số dân (S.nk1) Số hộ (S.nk2) Số dân bị ngập (S.nk3) Tỷ lệ hộ nghèo (S.nk4) Tỷ lệ giới tính (S.nk5) Lao động (S.nk6) Dân trí (S.nk7) Thu nhập chính (S.sk1) Mức sống hộ gia đình (S.sk2)
Thu nhập bình qn đầu người (S.sk3)
Nghề nghiệp chính hộ gia đình (S.sk4)
Tỷ lệ ngành cơng nghiệp (S.sk5)
Tỷ lệ ngành dịch vụ (S.sk6)
Tỷ lệ ngành nông nghiệp (S.sk7)
Loại nhà ở của hộ gia đình (S.cs1)
Hệ thống thông tin liên lạc (S.cs2)
Hệ thống giao thông (S.cs3)
Dịch vụ y tế (S.cs4)
Tỷ lệ y, bác sĩ (S.cs5)
Thể hiện độ lớn của yếu tố nguy cơ lũ lụt.
Sự tiếp xúc của hệ thống với nguy cơ
Sự tác động của nguy cơ lũ lụt đến yếu tố dân sinh, nhân khẩu của người dân hệ thống
Sự tác động của nguy cơ lũ lụt đến yếu tố sinh kế của người dân.
Sự tác động của nguy cơ lũ lụt và hoạt động của cơ sở hạ tầng, y tế ở địa phương. Kết quả mơ phỏng bằng mơ hình thủy văn, thủy lực Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất
Phiếu điều tra hộ gia đình
Phiếu điều tra cán bộ xã
Niên giám thống kê cấp huyện
Phiếu điều tra Niên giám thống kê
Phiếu điều tra Niên giám thống kê
Tiêu chí/Biến Ý nghĩa Nguồn thu thập
Nguồn nước sinh hoạt (S.mt2)
Dịch bệnh (S.mt3)
Chất lượng môi trường sống (S.mt4)
3. Tiêu chí khả năng chống chịu
Nhu yếu phẩm sinh hoạt (A.dk1)
Phương tiện chống lũ (A.dk2)
Khả năng chống lũ (A.dk3)
Bản tin dự báo, cảnh báo lũ (A.dk4)
Cơng trình phịng chống lũ lụt (A.dk5)
Cơng trình cơng cộng (A.dk6)
Kinh nghiệm chống lũ (A.kn1)
Khả năng bảo vệ tài sản (A.kn2)
Khả năng áp dụng các biện pháp phòng tránh lũ lụt (A.kn3)
Chính quyền tổ chức tập huấn (A.ht1)
Hỗ trợ của cộng đồng (A.ht2)
Hỗ trợ của chính quyền (A.ht3)
Khơi phục sinh hoạt (A.kp1)
Khôi phục sản xuất (A.kp2)
Khôi phục sức khỏe (A.kp3)
Khôi phục môi trường sống (A.kp4)
Yếu tố môi trường bị ảnh hưởng bởi lũ lụt.
Khả năng chống chịu và đối phó với nguy cơ lũ lụt với điều kiện sống của người dân và cộng đồng Kinh nghiệm và sự từng trải trước hoạt động chống lũ. Sự giúp đỡ của cộng đồng và chính quyền. Khả năng tự phục hồi của hệ thống sau lũ. gia đình
Phiếu điều tra hộ gia đình
Phiếu điều tra hộ gia đình
Phiếu điều tra hộ gia đình
Phiếu điều tra hộ gia đình
Tổng cộng 43 biến thuộc 4 tiêu chí được sử dụng tính chỉ số dễ bị tổn thương
Bước 3: Chuẩn hóa dữ liệu. Các biến, thành phần có thứ ngun khác nhau, vì
thế khi sử dụng trong hàm quan hệ (2.1) cần chuẩn hóa trước khi tính tốn giá trị tính dễ bị tổn thương lũ lụt. Trong nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp đánh
làm được điều đó cần gán các mối phụ thuộc giữa các tiêu chí và các biến trong các quan hệ thuận – nghịch khi xác định tính dễ bị tổn thương.
+ Hàm quan hệ thuận với tính dễ bị tổn thương và chuẩn hóa biểu diễn bằng công thức:
(2.9)
+ Mặt khác khi xem xét đến các biến mà giá trị của biến càng cao mà khả năng gây tổn thương càng thấp thì cơng thức đối với hàm quan hệ nghịch sẽ là:
(2.10)
trong đó: xij – giá trị điểm thứ j thuộc biến thứ i đã chuẩn hóa;
Xij - giá trị điểm thứ j thuộc biến thứ i chưa chuẩn hóa;
– giá trị lớn nhất thuộc biến thứ i chưa chuẩn hóa;
– giá trị nhỏ nhất thuộc biến thứ i chưa chuẩn hóa.
Từ hai công thức (2.9, 2.10) cho thấy các giá trị chuẩn hóa của các biến thu được nằm trong khoảng từ 0 đến 1 và sau bước tính này thiết lập được bộ giá trị các biến đã chuẩn hóa.
Bước 4: Tính trọng số. Các tiêu chí được thiết lập liên quan đến tai biến lũ lụt
được thể hiện qua chỉ số dễ bị tổn thương. Thực chất, mỗi tiêu chí đều có một vai trị nhất định trong việc hình thành tính dễ bị tổn thương của lưu vực. Tùy thuộc vào mục đích đánh giá mà mỗi tác giả có thể coi vai trị của các tiêu chí là ngang bằng hoặc có trọng số đáp ứng yêu cầu của từng bài toán.
* Phương pháp hằng số - được giới thiệu qua phương pháp bình quân số học và phương pháp suy luận mờ
+ Phương pháp bình quân số học [88, 99] giả thiết các yếu tố, thành phần có đóng góp như nhau để hình thành giá trị tổng hợp thể hiện chỉ số tổng hợp là trung
bình cộng các giá trị biến thành phần.
Các trọng số bằng nhau hay hằng số được nhận từ giá trị bình quân số học các giá trị đã chuẩn hóa theo cơng thức:
(2.11)
ở đây: xij, yij, là giá trị các thành phần thứ i được tính từ j yếu tố của nó; K là tổng số
các thành phần xij, yij,..; VI là giá trị chỉ số tổng hợp do tổng số thành phần xij, yij..
cấu tạo thành.
Theo cách này, Patnaik và Narain [99] đánh giá tính dễ bị tổn thương VI (2.13): là trung bình nhân của giá trị trung bình của các thành phần AI (2.12) :
(2.12) (2.13) trong đó: Xi – giá trị biến thứ i; m – tống số các biến; n – số các thành phần và α = n, AI -là giá trị các thành phần, VI -là giá trị chỉ số dễ bị tổn thương.
+ Phương pháp suy luận mờ là tập hợp đơn giản (hoặc hình học hoặc số học) để ước tính chỉ số dễ bị tổn thương. Thuật toán hệ thống suy luận mờ cho phép chuyển đổi các giá trị định tính thành định lượng, đồng thời cũng cho phép kết hợp các nguyên lý phân loại riêng biệt thành tổng thể theo quy ước không thực sự tường minh – suy luận mờ. Khi sử dụng hai giá trị logic sẽ bị giới hạn xác định có bị tổn thương hay khơng, một đa trị logic có thể được sử dụng để đánh giá tính dễ bị tổn thương – nghĩa là nó được gán với các giá trị so sánh như “cao”, “thấp”, “trung bình” được chuyển đổi từ các dãy số. Theo phương pháp suy luận mờ cần xem xét một số khái niệm:
Hệ thống suy luận mờ: phương pháp lượng hóa mức độ dễ bị tổn thương là tương đối khó khăn vì: (a) có nhiều yếu tố tham gia tính tốn và kết hợp rất phức
tạp; (b) sự hiểu biết về các yếu tố để tính tốn cũng khơng thực sự rõ ràng; (c) khả năng quan hệ phi tuyến giữa các yếu tố và tính dễ bị tổn thương; (d) là tính trọng số của các yếu tố. Sử dụng các yếu tố khác nhau để tính tốn mức độ dễ bị tổn thương không phải là mới, nhưng xác định và sử dụng các biện pháp khác nhau theo các khái niệm về tính dễ bị tổn thương được nêu trong phần trước khơng phải phổ biến.
Mờ hóa: Thực hiện q trình mờ hóa là chuyển đổi các giá trị định tính thành
các giá trị số bằng việc sử dụng các hàm thành viên. Ví dụ: “Nếu tỉ lệ người dân biết chữ cao, tổn thương sẽ là thấp”. Trong hệ logic nhị phân như ‘cao’ và ‘thấp’ được gán một ranh giới rõ ràng, trong khi hệ logic mờ thì ranh giới này lại rất mơ hồ (mờ).
Suy luận mờ: Các biến có liên quan với nhau với một hệ thống quy tắc dựa trên sự hiểu biết. Một báo cáo về biến kết quả có thể thực hiện kết hợp cho toàn bộ các biến. Giả sử mơ hình gồm 2 biến là tỷ lệ biết chữ và phần trăm chi tiêu cho giáo dục. Nếu mỗi biến này được gán giá trị là ‘thấp’ và ‘cao’ sẽ có 4 nguyên lý được đề xuất để xác định biến kết quả (chỉ số khả năng của con người). như sau:
Nguyên lý 1: Nếu tỷ lệ người biết chữ là ‘thấp’, % chi tiêu cho giáo dục là ‘thấp’ thì chỉ số khả năng của con người là ‘thấp’;
Nguyên lý 2: Nếu tỷ lệ người biết chữ là ‘thấp’, % chi tiêu cho giáo dục là ‘cao’ thì chỉ số khả năng của con người là ‘trung bình’;