Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Vật lý địa cầu (mã số: 9 44 01 11) của nghiên cứu sinh Phạm Thế Truyền với đề tài "Nghiên cứu đánh giá rủi ro động đất khu vực đô thị thành phố Hà Nội", được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Hồng Phương và GS. Kuo-Liang Wen tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (2020).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Thành phố Hà Nội là trung tâm chính trị, văn hóa, giáo dục và khoa học kỹ thuật của Việt Nam. Sau khi mở rộng địa giới hành chính năm 2008, thành phố có diện tích 3.324,92 km² (thuộc nhóm 17 thủ đô lớn nhất thế giới) với quy mô dân số năm 2019 vượt trên 8 triệu người, mật độ trung bình đạt 2.398 người/km² (gấp 8,2 lần mật độ trung bình cả nước). Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng dẫn đến sự gia tăng mật độ xây dựng và các dự án cơ sở hạ tầng tập trung.

Về điều kiện tự nhiên và địa chấn kiến tạo, Hà Nội nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của các hệ thống đới đứt gãy hoạt động bao gồm đứt gãy Sông Hồng, đứt gãy Sông Chảy và đứt gãy Sông Lô, thuộc vùng phát sinh động đất cấp VIII theo thang cường độ chấn động MSK-64 trên nền loại B. Bên cạnh đó, địa bàn thành phố có lớp trầm tích mặt dày và nền đất yếu, dẫn đến hiệu ứng khuếch đại rung động địa chấn cục bộ, gia tăng mức độ rủi ro đối với người và công trình.

Mặc dù hiểm họa động đất tại Hà Nội đã được ghi nhận, công tác đánh giá rủi ro động đất trước đây chưa được tích hợp chính thức vào khuôn khổ quản lý nhà nước về quy hoạch và kiến trúc đô thị. Đa phần các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam áp dụng phương pháp luận HAZUS-99 chỉ dừng lại ở cách tiếp cận tất định theo kịch bản đơn lẻ, chưa thực hiện đánh giá rủi ro theo phương pháp xác suất, thiếu các bản đồ gia tốc phổ nền (SA) ở các chu kỳ dao động khác nhau, và chưa cập nhật quy chuẩn phân loại nền đất theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9386:2012 cũng như các mô hình tắt dần chấn động (GMPE) hiện đại.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 02 mục tiêu cụ thể:

  1. Hoàn thiện công cụ đánh giá rủi ro động đất đô thị ở Việt Nam trên cơ sở những tiến bộ mới về phương pháp luận và công cụ đánh giá rủi ro động đất trên thế giới, kết hợp với kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây.
  2. Xây dựng một bức tranh toàn cảnh về mức độ rủi ro động đất đô thị thành phố Hà Nội trên cơ sở những cập nhật mới về phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất và cơ sở dữ liệu.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Để hiện thực hóa các mục tiêu trên, luận án triển khai 03 nhiệm vụ:

  1. Thu thập, cập nhật và chuẩn hóa dữ liệu về khuôn dạng GIS (địa chấn kiến tạo, địa chất công trình, số liệu vận tốc sóng ngang $V_{s30}$, dữ liệu nhà cửa và dân số điều tra năm 2019; danh mục động đất 1903–2019 từ mạng lưới Viện Vật lý địa cầu kết hợp dữ liệu quốc tế ISC, USGS, NEIC).
  2. Xây dựng, cập nhật và hoàn thiện công cụ đánh giá rủi ro động đất ở Việt Nam (ArcRisk) trên cơ sở các cập nhật phương pháp luận quốc tế.
  3. Đánh giá độ nguy hiểm động đất và rủi ro động đất cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội theo hai cách tiếp cận xác suất (PSHA) và tất định (DSHA) bằng công cụ được hoàn thiện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Khả năng rung động nền đất do động đất; mức độ thiệt hại nhà cửa và ước lượng thương vong về người.
  • Phạm vi không gian:
    • Toàn thành phố Hà Nội: Thực hiện đánh giá khả năng rung động nền đất (PGA, SA).
    • Khu vực 05 quận nội thành (Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân): Thực hiện đánh giá chi tiết thiệt hại nhà cửa và ước lượng thiệt hại về người.
  • Phạm vi thời gian và số liệu: Dữ liệu chuỗi quan trắc địa chấn cập nhật giai đoạn 1903–2019; dữ liệu dân số và công trình cập nhật theo Tổng điều tra dân số và nhà ở năm 2019.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

  1. Đánh giá độ nguy hiểm động đất:
    • Phương pháp xác suất (PSHA): Khởi xướng bởi Cornell (1968) và Esteva (1968), phát triển bởi McGuire (1976). Hướng nghiên cứu này được mở rộng qua các dự án toàn cầu và khu vực như Chương trình Đánh giá độ nguy hiểm động đất toàn cầu GSHAP (1999), Mô hình Động đất Toàn cầu GEM (2013, 2018), Chương trình Bản đồ độ nguy hiểm động đất quốc gia Hoa Kỳ của USGS (Algermissen và Perkins 1976, cập nhật 1996, 2002, 2008, 2014, 2018), và Dự án SHARE tại Châu Âu (2013). Các dự án NGA-West1 và NGA-West2 đã cập nhật hệ thống phương trình tắt dần chấn động (GMPE).
    • Phương pháp tất định (DSHA / NDSHA): Phương pháp tất định truyền thống phát triển từ đầu thế kỷ 20. Đến đầu thế kỷ 21, cách tiếp cận tất định mới (NDSHA) được phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Trieste (Italia) do Panza khởi xướng, kết hợp mô phỏng sóng đầy đủ và xem xét tương tác giữa môi trường địa chất và yếu tố chịu rủi ro.
  2. Đánh giá rủi ro động đất:
    • Khái niệm rủi ro động đất tách khỏi nguy hiểm động đất từ báo cáo của UNDRO (1979) và nghiên cứu của Stepp (1980s).
    • Các chương trình và công cụ rủi ro đô thị: Dự án RADIUS thuộc chương trình IDNR (1996); phương pháp luận HAZUS và HAZUS-MH của Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang Hoa Kỳ (FEMA, 1997, 2015); các dự án RISK-UE (2001), SYNER-G (2009–2013), và ESRM20 / OpenQuake (Crowley và cs., 2017; Silva và cs., 2020).

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

  • Quy mô quốc gia: Bản đồ phân vùng động đất thành lập năm 1985 và cập nhật 1989 (thang MSK-64); Nguyễn Hồng Phương (1993, 1997, 2004, 2010, 2015) thành lập các tập bản đồ xác suất nguy hiểm động đất; Nguyễn Đình Xuyên và cs. (1993–1996, 2004) thành lập bản đồ phân vùng PGA đưa vào Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006; Trần Thị Mỹ Thành (2002); Cao Đình Triều và cs. (2008) ứng dụng phương pháp tất định mới NDSHA.
  • Khu vực thành phố Hà Nội: Các nghiên cứu phân vùng nhỏ động đất bằng phương pháp độ cứng địa chấn từ năm 1960, hiệu chỉnh năm 1973 (sau động đất Côn Minh), năm 1978 (Viện Vật lý địa cầu), giai đoạn 1993–1995 (Viện Kỹ thuật Xây dựng và Viện Vật lý địa cầu cho 4 quận nội thành và 4 huyện ngoại thành), và giai đoạn 2003–2004 (mở rộng Sóc Sơn và bãi sông Hồng, sông Đuống). Nguyễn Hồng Phương (2008) mô phỏng băng địa chấn theo tuyến mặt cắt 12 km; Thái Anh Tuấn (2011) mô phỏng các tham số chuyển động nền; Đề tài nhánh thuộc Viện Vật lý địa cầu (2012–2014) đánh giá PSHA cho Hà Nội mở rộng.
  • Đánh giá rủi ro động đất đô thị: Nguyễn Hồng Phương (2001) ứng dụng HAZUS-99 cho quận Hoàn Kiếm, sau đó mở rộng cho Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, Thanh Xuân (Hà Nội) và các Quận 1, 3, 4, 7, Nhà Bè (TP. Hồ Chí Minh năm 2007, 2010).

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Các công trình đánh giá rủi ro động đất trước đây tại Việt Nam bộc lộ các hạn chế:

  1. Mô hình suy giảm chấn động áp dụng từ thập niên 1990 (Campbell & Borzognia 1994) chưa được cập nhật theo các mô hình GMPE mới của khu vực và thế giới.
  2. Việc phân loại nền đất và xác định hệ số khuếch đại dựa vào chuẩn cũ của Mỹ thay vì Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9386:2012 hoặc chưa sử dụng trực tiếp bản đồ vận tốc sóng ngang $V_{s30}$.
  3. Nghiên cứu rủi ro trước đây chỉ thực hiện theo hướng tiếp cận tất định (kịch bản đơn lẻ), chưa kết hợp hướng tiếp cận xác suất (chu kỳ lặp 475 năm).
  4. Đánh giá thương vong người mới chỉ xét trong phạm vi khối nhà, chưa tính toán đa thời điểm và phân cấp thương vong chi tiết theo dữ liệu nhân khẩu học cập nhật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Rủi ro động đất được xác định là hàm kết hợp giữa độ nguy hiểm động đất ($H$), độ phơi nhiễm của các yếu tố chịu rủi ro ($E$), và tính dễ bị tổn thương ($V$):

$$R = \sum_{i=1}^{n} H \cdot E_i \cdot V_i$$

  1. Phương pháp xác suất (PSHA - Mô hình Cornell-McGuire):

    • Động đất xảy ra tuân theo phân bố Poisson đồng nhất theo thời gian với tần suất $\lambda$.
    • Mối quan hệ giữa tần suất và độ lớn tuân theo luật Gutenberg-Richter dạng cụt:

    $$\log_{10}N(M) = a - b(M - M_{min}) \quad (M_{min} \le M \le M_{max})$$

    • Hàm phân bố xác suất tích lũy của độ lớn:

    $$F_M(m) = k \left[1 - \exp\left(-\beta(M_{max} - M_{min})\right)\right], \quad \text{với } \beta = b\ln(10), , k = \left[1 - \exp\left(-\beta(M_{max} - M_{min})\right)\right]^{-1}$$

    • Tích phân xác suất độ nguy hiểm:

    $$P[A] = \iint P[A \mid M, r] f_M(m) f_R(r) , dM , dr$$

  2. Phương pháp tất định (DSHA):

    • Thực hiện qua 4 bước: (1) Xác định nguồn chấn động; (2) Xác định động đất kịch bản cực đại có độ tin cậy lớn nhất (MCE); (3) Áp dụng phương trình GMPE; (4) Tính toán tham số chuyển động nền tại các điểm lưới.

  3. Mô hình tổn thất công trình và con người:

    • Sử dụng các đường cong khả năng chịu lực (capacity curves) và đường cong tổn thương (fragility curves) để tính xác suất phá hủy nhà cửa ở 4 trạng thái: nhẹ, trung bình, nặng, hoàn toàn.
    • Ước lượng thương vong con người bằng mô hình cây sự kiện, phân thành 4 mức độ thương vong tại 3 mốc thời gian (02h00, 14h00, 17h00).
Mức độ thương vong Mô tả trạng thái thương tật
Mức 1 Bị thương nhẹ, cần sơ cứu y tế tại chỗ, không cần nhập viện.
Mức 2 Bị thương mức độ trung bình, cần can thiệp y tế và nhập viện điều trị.
Mức 3 Bị thương nặng, đe dọa tính mạng nếu không được cấp cứu kịp thời.
Mức 4 Tử vong ngay lập tức hoặc bị thương chí mạng dẫn đến tử vong.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng kết hợp 03 nhóm phương pháp:

  • Nhóm phương pháp địa chất - địa chấn: Khảo sát các đới đứt gãy hoạt động, phân tích chuỗi số liệu động đất, thiết lập tham số $a, b$, và đánh giá quy luật tắt dần chấn động.
  • Nhóm phương pháp tin học tính toán - mô hình hóa: Áp dụng thuật toán EQRISK, CRISIS2015 (R-CRISIS), mô hình hóa cấu trúc nền và phổ phản ứng.
  • Nhóm phương pháp GIS và phát triển phần mềm: Sử dụng ArcGIS, Avenue, Python, Matlab để xây dựng và tích hợp hệ thống hỗ trợ ra quyết định ArcRisk.

Nguồn tư liệu và cấu trúc công cụ ArcRisk

  • Cơ sở dữ liệu: Danh mục động đất miền Bắc Việt Nam (1903–2019); dữ liệu địa chất công trình và các điểm đo địa chấn thăm dò vi địa chấn xác định $V_{s30}$; cơ sở dữ liệu GIS về hiện trạng nhà cửa (phân loại theo chiều cao, kết cấu, công năng) và phân bố mật độ dân số cấp phường cập nhật năm 2019.
  • Cấu trúc công cụ ArcRisk gồm 3 mô đun:
    • Mô đun 1: Xác định vùng nghiên cứu theo ranh giới hành chính (tỉnh/thành, quận/huyện, phường/xã).
    • Mô đun 2: Đánh giá khả năng rung động nền (tích hợp PSHA và DSHA, hiệu chỉnh hiệu ứng nền gián tiếp theo TCVN 9386:2012 và trực tiếp theo $V_{s30}$).
    • Mô đun 3: Ước lượng tổn thất (tính toán thiệt hại diện tích/kết cấu nhà và số người thương vong).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu

Chương 1 tổng kết có hệ thống các công trình nghiên cứu về độ nguy hiểm và rủi ro động đất trên phạm vi quốc tế và tại Việt Nam. Tác giả phân tích sự chuyển dịch từ các mô hình tính toán đơn lẻ sang các khung tính toán tích hợp như GEM, OpenQuake, HAZUS-MH, và ESRM20. Tại Việt Nam, tác giả điểm lại lịch sử nghiên cứu từ các bản đồ phân vùng động đất năm 1985, 1993, 2004 đến 2015, đồng thời nêu rõ các nghiên cứu rủi ro động đất đô thị tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh từ năm 2001 đến 2010. Kết luận chương khẳng định sự cần thiết phải nâng cấp khung phương pháp luận HAZUS-99 cũ sang hệ thống mới tương thích tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, bổ sung đánh giá xác suất và bản đồ gia tốc phổ nền chu kỳ ngắn/dài.

Chương 2: Cơ sở phương pháp luận, dữ liệu và công cụ đánh giá rủi ro động đất đô thị

Chương 2 trình bày khung toán học của PSHA, DSHA và các quy trình hiệu chỉnh rung động nền. Luận án làm rõ hai phương pháp hiệu chỉnh:

  1. Hiệu chỉnh gián tiếp: Dựa trên phân loại đất nền (A, B, C, D, E) và hệ số khuếch đại $S$ theo TCVN 9386:2012.
  2. Hiệu chỉnh trực tiếp: Sử dụng trực tiếp giá trị vận tốc truyền sóng ngang trung bình 30 m lớp mặt ($V_{s30}$).

Chương này cũng thiết lập cơ sở dữ liệu GIS cho 5 quận nội thành Hà Nội (Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, Thanh Xuân) bao gồm phân loại nhà theo kết cấu (bê tông cốt thép, tường gạch chịu lực, khung thép, nhà gỗ), chiều cao tầng, mục đích sử dụng và phân bố dân cư. Đồng thời, cấu trúc mã nguồn và giao diện 3 mô đun của phần mềm ArcRisk được mô tả chi tiết.

Chương 3: Đặc điểm địa chấn kiến tạo khu vực thành phố Hà Nội và lân cận

Chương 3 tập trung phân tích hoạt động địa chấn kiến tạo khu vực miền Bắc, trọng tâm là đới đứt gãy Sông Hồng - Sông Chảy (ĐGSH-SC) và các đới lân cận. Luận án xử lý danh mục động đất cập nhật (1903–2019), phân tích không gian chấn tâm động đất có $M \ge 1.0$ và $M \ge 4.0$. Phân tích chuỗi thời gian chỉ ra mối quan hệ giữa tần suất và độ lớn ($a, b$), độ sâu chấn tiêu, và khảo sát quy luật tỷ lệ đồng dạng động đất (scaling law) cho tính địa chấn ngắn hạn và dài hạn tại khu vực nghiên cứu.

Chương 4: Đánh giá độ nguy hiểm động đất cho khu vực thành phố Hà Nội

Chương 4 thiết lập mô hình nguồn phát sinh chấn động gồm các nguồn diện và nguồn tuyến quanh Hà Nội, ước tính các tham số nguy hiểm ($M_{max}$, độ sâu, giá trị Gutenberg-Richter) và lựa chọn mô hình tắt dần GMPE phù hợp.

Kết quả đánh giá PSHA và DSHA:

  • Thành lập tập bản đồ gia tốc nền cực đại (PGA) và bản đồ gia tốc phổ nền chu kỳ ngắn ($SA = 0.3\text{s}$) và chu kỳ dài ($SA = 1.0\text{s}$) ứng với 4 chu kỳ lặp lại: 475 năm, 975 năm, 2475 năm và 9975 năm.
  • Xây dựng các kịch bản động đất tất định trên đứt gãy Sông Hồng, Sông Chảy và Sông Lô.
  • Áp dụng bản đồ phân bố $V_{s30}$ và bản đồ phân loại nền theo TCVN 9386:2012 để tạo ra các bản đồ SA hiệu chỉnh hiệu ứng nền cho khu vực nội thành.
Chu kỳ lặp lại ($T$) Xác suất vượt quá trong 50 năm Dạng bản đồ thành lập
475 năm 10% PGA, SA 0.3s, SA 1.0s (trên nền đá và sau hiệu chỉnh nền)
975 năm 5% PGA, SA 0.3s, SA 1.0s
2475 năm 2% PGA, SA 0.3s, SA 1.0s
9975 năm 0.5% PGA, SA 0.3s, SA 1.0s

Chương 5: Đánh giá rủi ro động đất cho khu vực đô thị thành phố Hà Nội

Chương 5 trình bày kết quả ước lượng tổn thất định lượng cho 5 quận nội thành (Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân):

  • Thiệt hại nhà cửa: So sánh kết quả từ phương pháp xác suất ($T = 475\text{ năm}$) và phương pháp tất định (kịch bản đứt gãy Sông Hồng). Kết quả được lượng hóa theo tỷ lệ diện tích sàn xây dựng bị hư hại (%) và xác suất hư hại theo từng loại kết cấu công trình ở 4 trạng thái phá hủy (nhẹ, trung bình, nặng, hoàn toàn).
  • Thiệt hại về người: Tính toán số lượng người bị thương vong theo 4 cấp độ tại 3 thời điểm trong ngày (02h00 - ban đêm, 14h00 - ban ngày/giờ làm việc, 17h00 - giờ tan tầm). Kết quả chỉ ra sự biến động thương vong phụ thuộc vào sự phân bố dân cư giữa khu dân cư và nơi làm việc/trường học theo từng khung giờ.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Hoàn thiện công cụ tính toán ArcRisk: Xây dựng và tích hợp thành công hệ thống hỗ trợ ra quyết định đánh giá rủi ro động đất vận hành trên môi trường GIS, kết hợp ưu điểm của HAZUS-MH và OpenQuake, tích hợp hệ thống phân loại nền và hệ số khuếch đại theo Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, phương trình tắt dần kiểm nghiệm thực tế và dữ liệu nhân khẩu học năm 2019.
  2. Thành lập tập bản đồ gia tốc phổ nền đa chu kỳ: Xây dựng bộ bản đồ gia tốc phổ nền chu kỳ ngắn ($SA = 0.3\text{s}$) và chu kỳ dài ($SA = 1.0\text{s}$) cho khu vực thành phố Hà Nội ứng với các chu kỳ lặp lại 475, 975, 2475 và 9975 năm.
  3. Áp dụng kỹ thuật hiệu chỉnh rung động nền tiên tiến: Triển khai kỹ thuật hiệu chỉnh trực tiếp khuếch đại rung động địa chấn dựa trên sơ đồ phân bố vận tốc sóng ngang tầng nông $V_{s30}$ song song với hiệu chỉnh gián tiếp theo TCVN 9386:2012.
  4. Đánh giá rủi ro định lượng song song hai phương pháp: Đưa ra bộ số liệu dự báo định lượng về thiệt hại nhà cửa và thương vong về người tại 5 quận nội thành đông dân nhất của Hà Nội theo cả hai cách tiếp cận xác suất (PSHA) và tất định (DSHA).

Đề xuất và kiến nghị ứng dụng

  • Tích hợp kết quả bản đồ gia tốc phổ nền và bản đồ phân vùng rủi ro vào công tác lập quy hoạch đô thị và quản lý kiến trúc xây dựng của thành phố Hà Nội.
  • Cung cấp dữ liệu định lượng về số lượng thương vong và mức độ phá hủy công trình theo từng khung giờ để các cơ quan phòng chống thiên tai xây dựng phương án ứng phó, bố trí lực lượng cứu hộ cứu nạn và chuẩn bị phương án tái thiết sau thiên tai.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi đánh giá chi tiết thiệt hại nhà cửa và thương vong con người mới chỉ tập trung tại 05 quận nội thành trung tâm (Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân), chưa mở rộng toàn bộ các quận, huyện của Hà Nội mở rộng.
  • Mạng lưới trạm quan trắc ghi nhận gia tốc nền thực tế còn thưa, dẫn đến việc kiểm nghiệm các phương trình suy giảm chấn động GMPE vẫn phải dựa một phần vào số liệu tương đồng khu vực.
  • Đường cong tổn thương cho các loại hình nhà cửa tại Hà Nội được kế thừa và hiệu chỉnh từ mô hình quốc tế kết hợp điều kiện thực tế, cần tiếp tục thực nghiệm kiểm chứng quy mô lớn đối với các kiểu kết cấu đặc thù tại địa phương.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng phạm vi đánh giá rủi ro công trình và con người ra các quận/huyện còn lại của Hà Nội và các đô thị lớn khác trên toàn quốc.
  • Bổ sung số liệu đo đạc chi tiết $V_{s30}$ và cấu trúc địa chất tầng nông để nâng cao độ phân giải của bản đồ hiệu ứng nền.
  • Cập nhật các hàm tổn thương công trình dựa trên thí nghiệm động lực học công trình xây dựng thực tế tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị khoa học và thực tiễn cho nhiều đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học giả, giảng viên ngành Địa vật lý, Địa chất công trình, Kỹ thuật xây dựng: Tham khảo quy trình tích hợp PSHA - DSHA, mô hình suy giảm chấn động GMPE, kỹ thuật xử lý dữ liệu $V_{s30}$, và phương pháp mô hình hóa rủi ro trên nền tảng GIS.
  • Kỹ sư kết cấu công trình: Khai thác các giá trị gia tốc nền PGA và gia tốc phổ nền $SA$ (0.3s và 1.0s) ứng với chu kỳ lặp 475 năm để tính toán tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012.
  • Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách (UBND TP. Hà Nội, Sở Xây dựng, Sở Quy hoạch - Kiến trúc, Ban Chỉ huy PCTT&TKCN): Sử dụng các kịch bản tổn thất nhà cửa và thương vong theo giờ để lập phương án cứu nạn, phân bổ bệnh viện dã chiến và quy hoạch sử dụng đất an toàn trước hiểm họa động đất.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những chu kỳ lặp lại nào để thành lập bản đồ độ nguy hiểm động đất theo phương pháp xác suất?

Luận án tiến hành tính toán và thành lập bản đồ PSHA cho thành phố Hà Nội ứng với 04 chu kỳ lặp lại: 475 năm (xác suất vượt quá 10% trong 50 năm), 975 năm (5% trong 50 năm), 2475 năm (2% trong 50 năm) và 9975 năm (0.5% trong 50 năm). Các thông số thể hiện gồm gia tốc nền cực đại (PGA) và gia tốc phổ nền (SA) ở chu kỳ 0.3 giây và 1.0 giây.

2. Hai phương pháp hiệu chỉnh khuếch đại rung động nền được thực hiện như thế nào trong luận án?

Luận án áp dụng hai cách tiếp cận:

  • Hiệu chỉnh gián tiếp: Xác định loại nền đất (từ A đến E) theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9386:2012 và nhân giá trị rung động nền trên đá (nền loại A) với hệ số khuếch đại nền $S$ tương ứng.
  • Hiệu chỉnh trực tiếp: Sử dụng trực tiếp giá trị vận tốc truyền sóng ngang trung bình trong 30 m đất mặt ($V_{s30}$) từ các điểm đo địa chấn thăm dò và vi địa chấn để tính toán hệ số khuếch đại tại từng vị trí không gian.

3. Các kịch bản động đất tất định (DSHA) phục vụ đánh giá rủi ro được xây dựng dựa trên những đới đứt gãy nào?

Các kịch bản động đất tất định trong luận án được xây dựng dựa trên các nguồn sinh chấn chính chi phối khu vực Hà Nội gồm đới đứt gãy Sông Hồng, đới đứt gãy Sông Chảy và đới đứt gãy Sông Lô, với các tham số độ lớn động đất cực đại ($M_{max}$) và khoảng cách chấn nguyên được xác định từ số liệu địa chấn kiến tạo.

4. Thiệt hại về người được ước lượng theo các cấp độ nào và tại những thời điểm nào trong ngày?

Thương vong về người được phân cấp theo 4 mức độ:

  • Mức 1: Bị thương nhẹ, sơ cứu tại chỗ.
  • Mức 2: Bị thương trung bình, cần nhập viện điều trị.
  • Mức 3: Bị thương nặng, đe dọa tính mạng.
  • Mức 4: Tử vong hoặc thương tổn chí mạng. Ước lượng được thực hiện tại 3 thời điểm trong ngày: 02h00 (ban đêm, dân cư tập trung tại nhà ở), 14h00 (ban ngày, dân cư tập trung tại công sở/trường học), và 17h00 (giờ tan tầm/di chuyển).

5. Công cụ tính toán ArcRisk được xây dựng dựa trên nền tảng phương pháp luận nào?

Công cụ ArcRisk là hệ thống hỗ trợ ra quyết định vận hành trên môi trường GIS, được xây dựng trên cơ sở kế thừa và tích hợp các ưu điểm của hai phương pháp luận đánh giá rủi ro động đất quốc tế là HAZUS-MH (FEMA - Hoa Kỳ) và OpenQuake (GEM), kết hợp với việc hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện Việt Nam (áp dụng TCVN 9386:2012, các mô hình GMPE phù hợp và số liệu điều tra dân số năm 2019).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thế Truyền đã hoàn thiện khung phương pháp luận và công cụ phần mềm ArcRisk phục vụ đánh giá độ nguy hiểm và rủi ro động đất đô thị tại Việt Nam. Công trình đã thành lập thành công hệ thống bản đồ gia tốc nền cực đại và gia tốc phổ nền đa chu kỳ lặp cho toàn bộ thành phố Hà Nội, đồng thời định lượng hóa mức độ thiệt hại công trình nhà cửa và thương vong về người tại 05 quận nội thành theo cả hai hướng tiếp cận xác suất và tất định. Các kết quả đạt được cung cấp cơ sở khoa học và công cụ tính toán phục vụ thiết kế kháng chấn, quy hoạch phát triển đô thị bền vững và xây dựng các phương án giảm nhẹ rủi ro thiên tai địa chấn cho thủ đô Hà Nội.