Hai cơ sở dữ liệu chuyên đề được xây dựng, có tên gọi là 5 quận và
Kịch bản, được thiết kế để làm việc trên môi trường của phần mềm ArcView GIS.
4.1. Cơ sở dữ liệu 5 quận
Cơ sở dữ liệu 5 quận chứa toàn bộ các bản đồ chuyên đề được xây dựng cho các quận phạm vi nghiên cứu là các quận 4, 7 và huyện Nhà Bè , đồng thời các dữ liệu mới được gộp vào trong cùng khuôn dạng với các kết quả xử lý dữ liệu của đề tài trước đây với các dữ liệu được thu thập từ hai quận 1 và 3, thành phố Hồ Chí Minh. Toàn bộ các bản đồ được nhóm theo chuyên đề và được thiết kế để có thể truy cập từ bảng chọn chính của cơ sở dữ liệu qua các lệnh đơn được tuỳ biến trên giao diện của phần mềm ArcView GIS. Các lệnh đơn đại diện cho từng chuyên đề được mô tả chi tiết dưới đây.
4.1.1. Lệnh đơn Địa chất
Lệnh đơn này được minh hoạ trên hình 2.13. Khi chọn lệnh đơn này, người sử dụng có thể truy cập tới các bản đồ thuộc chuyên đề địa chất, đã được số hoá và thành lập cho các quận nghiên cứu. Chuyên đề này gồm ba bản đồ: bản đồ địa chất thuỷ văn, bản đồ địa chất công trình và bản đồ phân loại nền.
4.1.2. Lệnh đơn Khả năng rung động nền
Lệnh đơn Khả năng rung động nền quản lý các dữ liệu và kết quả nghiên cứu động đất và đánh giá khả năng rung động nền đất tại năm quận, trong đó có các quận nghiên cứu (hình 2.14). Từ lệnh đơn này, người sử dụng có thể mở bản đồ địa chấn kiến tạo cho khu vực Nam Bộ, hoặc truy cập vào các tập bản đồ gia tốc cực đại nền (PGA) tính bằng phương pháp xác suất cho các chu kỳ thời gian lần lượt bằng 250, 500 và 1000 năm. Ngoài ra, các bản đồ phổ gia tốc nền (SA) xây dựng cho năm quận nghiên cứu với các chu kỳ dao động bằng 0,3 và 1,0 giây và chu kỳ thời gian lần lượt bằng 250, 500 và 1000 năm cũng được lưu trữ tại đây. Đây là các dữ liệu đầu vào quan trọng cho các tính toán thiệt hại về nhà cửa và người tại khu vực các quận nghiên cứu.
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Hình 2.13. Lệnh đơn Địa chất
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
4.1.3. Lệnh đơn Khả năng phá huỷ nền
Lệnh đơn này được thiết kế để quản lý toàn bộ các kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng phá huỷ nền đất tại khu vực các quận nghiên cứu (hình 2.15). Toàn bộ nhóm chuyên đề bao gồm 8 bản đồ, được liệt kê theo tên gọi dưới đây:
1) Bản đồ độ nhạy cảm hoá lỏng nền 2) Bản đồ xác suất hoá lỏng nền
3) Bản đồ dịch chuyển ngang do hoá lỏng (m) 4) Bản đồ lún nền do hoá lỏng (m)
5) Bản đồ độ nhạy cảm trượt lở nền 6) Bản đồ xác suất trượt lở nền 7) Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) 8) Bản đồ góc dốc
3.1.4. Lệnh đơn Xây dựng
Lệnh đơn này được thiết kế để quản lý toàn bộ cơ sở dữ liệu về nhà cửa tại khu vực các quận nghiên cứu. Các bản đồ chứa các thông tin quan trọng nhất phục vụ cho các tính toán thiệt hại về nhà cửa và người được liệt kê theo tên gọi bao gồm :
1) Bản đồ phân loại nhà cửa theo chức năng sử dụng 2) Bản đồ phân loại nhà cửa theo mức độ kháng chấn 3) Bản đồ phân loại nhà cửa theo kết cấu
4) Bản đồ hiện trạng nhà cửa và sử dụng đất
Ngoài ra, cơ sở dữ liệu khảo sát hiện trạng nhà cửa tại các quận nghiên cứu cũng được nối kết vào lệnh đơn này. Mục cuối cùng của lệnh đơn Xây dựng cho phép người sử dụng truy cập vào cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa (hình 2.16).
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Hình 2.15. Lệnh đơn Khả năng phá huỷ nền
Hình 2.16. Truy cập vào cơ sở dữ liệu khảo sát nhà cửa từ Lệnh đơn
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
4.2. Cơ sở dữ liệu Kịch bản
Cơ sở dữ liệu Kịch bản chứa toàn bộ các kết quả tính thiệt hại về nhà cửa và người tại mỗi quận trong khu vực nghiên cứu theo các kịch bản động đất được giả thiết là phát sinh trên các hệ đứt gẫy sinh chấn chạy cắt qua hoặc gần địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. Các kết quả tính rủi ro cho từng kịch bản động đất được trình bày cho từng quận dưới dạng các bản đồ chuyên đề sau:
1) Bản đồ rung động nền (PGA);
2) Tập bản đồ xác suất thiệt hại nhà cửa ở 4 trạng thái phá huỷ Nhẹ, Trung bình, Nặng và Hoàn toàn;
3) Tập bản đồ thiệt hại về người ở 4 mức độ thương vong khác nhau ứng với ba thời điểm khác nhau trong ngày: 2 giờ sáng, 14 giờ và 17 giờ chiều.
Ngoài ra, các báo biểu đã lập sẵn liệt kê các con số thống kê về thiệt hại nhà cửa và người cho từng kịch bản cũng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu Kịch bản. Các báo biểu được xây dựng sẵn theo mẫu bao gồm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1) Báo cáo về thiệt hại nhà cửa theo kết cấu; 2) Báo cáo về thiệt hại nhà cửa theo phường; 3) Báo cáo về thiệt hại người tại thời điểm 2 h; 4) Báo cáo về thiệt hại người tại thời điểm 14 h; 5) Báo cáo về thiệt hại người tại thời điểm 17 h.
Trên hình 2.17 minh hoạ bản đồ rung động nền của một kịch bản đã tính sẵn. Giao diện đồ hoạ cho phép truy cập tới các bản đồ và báo biểu minh hoạ kết quả tính rủi ro cho kịch bản vừa chọn. Hình 2.18 minh hoạ một báo biểu thống kê những thiệt hại về nhà cửa theo phường. Các bản đồ và báo biểu được truy cập từ các lệnh đơn trên giao diện chính của cơ sở dữ liệu. Các công cụ đã xây dựng cũng cho phép tra vấn các thông tin thuộc tính tại một điểm bất kỳ trên bản đồ và in ra các bản đồ và báo biểu kết quả.
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Hình 2.17. Chọn một kịch bản từ cửa sổ Cơ sở dữ liệu Kịch bản
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Chƣơng III
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG RUNG ĐỘNG NỀN VÀ HIỆU ỨNG KHUẾCH ĐẠI RUNG ĐỘNG NỀN TẠI KHU VỰC CÁC QUẬN 4, 7
VÀ HUYỆN NHÀ BÈ, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Đánh giá khả năng rung động nền là nghiên cứu các điều kiện nền đất để đánh giá ảnh hưởng của chúng tới cường độ và biến động của các lực do động đất gây ra trên bề mặt tại khu vực nghiên cứu. Thông tin về rung động nền được biểu diễn dưới nhiều hình thức khác nhau, từ dạng cơ sở như bản đồ phân vùng nhỏ động đất, đến những dạng có tính định lượng và mức độ chuyên biệt cao hơn như phân bố không gian của các thông số rung động nền như gia tốc dao động cực đại (PGA), vận tốc hạt (PGV) hay phổ gia tốc (SA) của nền đất tại khu vực nghiên cứu. Khi đã xác định được các thông số rung động nền, các phương pháp chuyên môn được áp dụng để hiệu chỉnh các thông số này cho phù hợp với từng loại nền có mặt tại khu vực nghiên cứu, nhằm tính đến các hiệu ứng rung động nền địa phương trước khi tính toán rủi ro.
Trong chương này, các phương pháp đánh giá khả năng rung động nền áp dụng cho khu vực các quận nghiên cứu được mô tả chi tiết theo trình tự sau đây:
1) Phương pháp thành lập các bản đồ độ nguy hiểm động đất cho thành phố Hồ Chí Minh theo cách tiếp cận xác suất;
2) Phương pháp đánh giá khuếch đại rung động nền và các hiệu ứng nền địa phương tại khu vực các quận nghiên cứu;
3) Phương pháp xây dựng đồ thị phổ phản ứng chuẩn cho các loại nền đất khu vực các quận nghiên cứu.
1. Đánh giá khả năng rung động nền bằng phƣơng pháp xác suất
Để đánh giá khả năng rung động nền cho khu vực các quận 4, Bảy và huyện Nhà Bè , phạm vi nghiên cứu phải được mở rộng ra để có thể xét được hết các nguồn chấn động do động đất phát sinh trên các đới đứt gẫy khu vực gây ra. Nói cách khác, việc đánh giá khả năng rung động nền tại khu vực các quận nghiên cứu chỉ có thể được thực hiện được sau khi tính toán và lập bản đồ độ nguy hiểm động đất cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Độ nguy hiểm động đất cho một khu vực có thể được đánh giá theo hai cách tiếp cận khác nhau: cách tiếp cận xác suất và cách tiếp cận tất định. Sự khác biệt cơ bản giữa hai cách tiếp cận này có thể được tóm lược như sau: trong khi phương pháp xác suất dựa trên các số liệu tổng hợp về động đất và kiến tạo địa động lực chung của khu vực nghiên cứu thì phương pháp tất định dựa trên số liệu đầu vào là một trận động đất đơn lẻ (động đất kịch bản), được giả thiết là phát sinh trên một đới đứt gẫy cụ thể tại khu vực nghiên cứu. Phương pháp xác suất cho kết quả dưới dạng tập bản đồ rung động nền dự báo cho những khoảng thời gian khác nhau, với xác suất xuất hiện khác nhau của các tham số rung động nền như gia tốc, vận tốc hay dịch chuyển nền tại khu vực nghiên cứu, còn phương pháp tất định cho kết quả là một bản đồ rung động nền duy nhất ứng với kịch bản động đất cụ thể đã xác định trước tại khu vực nghiên cứu.
Kết quả áp dụng phương pháp tất định đánh giá độ nguy hiểm động đất và ước lượng thiệt hại do các động đất kịch bản gây ra sẽ được trình bày trong các chương V và VI. Dưới đây sẽ mô tả việc đánh giá độ nguy hiểm động đất cho thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp xác suất.
1.1. Quy trình chung
Quy trình chung đánh giá và thành lập tập bản đồ độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp xác suất bao gồm các bước sau đây:
1) Xác định các vùng nguồn chấn động trong khu vực nghiên cứu; 2) Ước lượng các tham số nguy hiểm động đất cho từng vùng nguồn; 3) Thiết lập quy luật tắt dần chấn động cho khu vực nghiên cứu; 4) Tính toán và vẽ bản đồ độ nguy hiểm động đất.
1.2. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp giải tích đánh giá độ nguy hiểm động đất được A.C. Cornell công bố lần đầu tiên năm 1968 [23]. Độ nguy hiểm động đất được định nghĩa là xác suất Pa để cường độ rung động nền Y tại một điểm sẽ bị vượt quá trong vòng T năm do ảnh hưởng của tất cả các nguồn thế động đất ở xung quanh điểm đó gây ra. Ở đây cường độ rung động có thể được biểu thị bằng các thông số rung động nền như gia tốc A, vận tốc V hay dịch chuyển nền D. Phương pháp Cornell dựa trên những giả thiết cơ sở sau đây:
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
1) Độ lặp lại các động đất có magnitude vượt quá một cận dưới Mmin
cho trước tuân theo luật phân bố Poát xông thuần nhất theo thời gian với tần suất trung bình là ;
2) Tương quan giữa magnitude M và tần suất lặp lại động đất là một hàm tuyến tính cụt:
a M<Mmin
log10N(M) = a-b(M-Mmin) Mmin≤M≤Mmax (III.1)
0 M>Mmax (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ở đây Mmin và Mmax là các cận trên và dưới của magnitude, N(M) là số động đất có magnitude lớn hơn M xảy ra trong khu vực nghiên cứu, a và b là các hằng số của biểu thức Gutenberg-Richter xét trong khoảng (Mmin, Mmax).
Hàm phân bố xác suất tích luỹ của magnitude có dạng:
0 M<Mmin
FM(m) = k[1-exp(- (Mmax-Mmin))] Mmin≤M≤Mmax (III.2)
1 M>Mmax
ở đây k=[1-exp(- (Mmax-Mmin))]-1, =bln10.
3) Tương quan giữa magnitude M, cường độ rung động (gia tốc cực đại) nền Y tại điểm đang xét và khoảng cách R từ điểm đó tới nguồn thế do động đất gây ra có dạng: 3 2 1 c M c R e c Y (III.3)
ở đây là sai số của quy luật tắt dần chấn động, còn c1, c2 và c3 là các hằng
số đặc trưng cho từng khu vực.
Trên cơ sở thuật toán của phương pháp Cornell, năm 1976, R.K. McGuire đã xây dựng chương trình EQRISK làm công cụ tính toán và vẽ bản đồ độ nguy hiểm động đất, theo đó độ nguy hiểm động đất được tính bởi công thức [40]: M R M r dMdr r f m f r M A P A P[ ] [ , ] ( ) ( ) (III.4)
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
trong đó P là ký hiệu chỉ xác suất, A là biến cố có xác suất cần tìm và M, r là các biến ngẫu nhiên liên tục có ảnh hưởng tới biến cố A. Như vậy, nếu coi A
là giá trị cường độ chấn động tại điểm đang xét, M là số đo kích thước động đất (magnitude hay chấn cấp), và r là khoảng cách từ nguồn tới điểm đang xét, thì từ (III.4) ta có xác suất để cho chấn động tại điểm đang xét đạt cường độ bằng A khi động đất xảy ra, tính được bằng phép tích phân theo M và r
của tích giữa xác suất có điều kiện của A (khi cho trước M và r) với các xác suất độc lập của M và r. Phép tích phân theo magnitude được đưa về dạng giải tích, còn hàm mật độ xác suất của khoảng cách fR(r) được cho bởi biểu thức lan truyền chấn động giữa nguồn và điểm đang xét (III.3).
1.3. Các mô hình vùng nguồn phát sinh động đất
Để đánh giá được khả năng rung động nền đất tại thành phố Hồ Chí Minh có tính đến cả ảnh hưởng lan truyền chấn động từ các khu vực xung quanh, phạm vi nghiên cứu được mở rộng ra toàn bộ lãnh thổ miền Nam Việt Nam và vùng biển kế cận. Dựa trên quy luật biểu hiện của hoạt động động đất và mối tương quan địa chấn kiến tạo, các vùng nguồn chấn động được xác định cho khu vực nghiên cứu. Đầu tiên, ranh giới các vùng phát sinh động đất mạnh được vạch ra dọc theo các đứt gẫy hoạt động liên quan theo nguyên tắc sau: các vùng phát sinh động đất được coi là tổng cộng các vùng cực động của tất cả các trận động đất cực đại có khả năng xảy ra trong mỗi đới phá huỷ kiến tạo. Đó chính là hình chiếu của các mặt đứt gẫy kiến tạo kể từ ranh giới bên dưới của tầng hoạt động. Trong trường hợp các số liệu địa chất, địa vật lý và động đất không đầy đủ, ranh giới xác định theo nguyên tắc nêu trên có thể được mở rộng ra tuỳ theo đặc điểm và mật độ phân bố các chấn tâm quan sát thấy, hay căn cứ vào tổ hợp các đứt gẫy liên quan, có tính đến mối liên quan giữa magnitude với kích thước chấn tiêu động đất. Ranh giới cuối cùng nhận được này, vẫn phản ánh trung thực các đặc trưng địa chấn kiến tạo cơ bản của đới như thế nằm, phương của các cấu