Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Thiện Dũng, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Nguyễn Quang Kim và PGS. Nguyễn Thu Hiền, bảo vệ năm 2018 tại Trường Đại học Thủy lợi, chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước (mã số: 62-58-02-12).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hiện tượng úng ngập do mưa lũ cực đoan dưới tác động của biến đổi khí hậu và quá trình đô thị hóa nhanh chóng đang gia tăng cả về quy mô lẫn mức độ thiệt hại. Tại Việt Nam, quá trình bê tông hóa làm suy giảm diện tích thấm tự nhiên, hệ thống ao hồ bị san lấp và hệ thống công trình tiêu thoát nước xuống cấp, không đáp ứng kịp tốc độ phát triển. Điển hình như trận mưa lịch sử năm 2008 tại Hà Nội đã gây thiệt hại kinh tế ước tính sơ bộ ít nhất 3.000 tỷ đồng (chưa kể các tổn thất gián tiếp đối với sản xuất công nghiệp, dịch vụ và đời sống). Tình trạng tương tự cũng diễn ra thường xuyên tại nhiều đô thị như TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Vĩnh Yên và Vinh.

Trong thực tiễn lập quy hoạch tiêu úng hiện nay, các cơ quan chuyên môn chủ yếu tiếp cận thuần túy theo góc độ kỹ thuật: tính toán cân bằng nước, lập bản đồ ngập lụt, xác định lưu lượng cần tiêu và lựa chọn tần suất thiết kế công trình (đê bao, trạm bơm) theo quy chuẩn định sẵn. Cách tiếp cận này bộc lộ khoảng trống lớn khi chưa tích hợp phân tích kinh tế toàn diện, chưa lượng hóa đầy đủ các dạng thiệt hại trực tiếp và gián tiếp, và chưa có cơ sở khoa học để xác định cấp bảo vệ đạt mức tối ưu giữa chi phí đầu tư công trình và rủi ro thiệt hại còn lại của toàn xã hội.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu phương pháp luận, xây dựng cơ sở khoa học phục vụ tính toán bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên cơ sở phân tích tối ưu về rủi ro thiệt hại do úng ngập gây ra.
  2. Vận dụng cơ sở nghiên cứu lý thuyết để áp dụng tính toán bài toán quy hoạch tiêu úng ngập cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc.

Câu hỏi nghiên cứu

Để hiện thực hóa mục tiêu, luận án đặt ra bốn câu hỏi nghiên cứu cốt lõi:

  1. Quan điểm tiếp cận quy hoạch giảm thiểu rủi ro úng ngập hiện nay là gì?
  2. Làm thế nào để nhận dạng, phân loại rủi ro úng ngập và xác định phương pháp ước lượng thiệt hại phù hợp cho từng đối tượng?
  3. Phương pháp tiếp cận phân tích đánh giá rủi ro tối ưu được thiết lập như thế nào?
  4. Xây dựng mô hình toán tối ưu, lựa chọn phương pháp giải và công cụ giải nào để đảm bảo tính phù hợp và khả thi?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Rủi ro thiệt hại do úng ngập gây ra đối với con người, hoạt động sản xuất kinh tế, môi trường và xã hội; các giải pháp quy hoạch tiêu tổng thể đáp ứng mục tiêu quản lý rủi ro úng ngập bền vững trên cơ sở phân tích tối ưu rủi ro.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu tổng thể và áp dụng thực nghiệm tại lưu vực sông Phan – Cà Lồ thuộc địa phận tỉnh Vĩnh Phúc (tập trung vào Vùng 2 của lưu vực).
  • Phạm vi nội dung: Tập trung vào rủi ro úng ngập do mưa lớn không tiêu thoát kịp thời; nghiên cứu giải pháp công trình đầu mối trong giai đoạn quy hoạch tổng thể (không xét tiêu nội đồng cục bộ); lượng hóa tiền tệ hóa thiệt hại có xét tính dài hạn và cường độ úng ngập.
  • Phạm vi thời gian và số liệu: Dữ liệu khí tượng thủy văn, kinh tế - xã hội cập nhật đến năm 2016; có xét quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 và định hướng phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

Luận án đã tổng quan lịch sử phát triển của lý thuyết phân tích rủi ro và các mô hình quản lý ngập lụt trên thế giới:

  • Khái niệm và cấu trúc rủi ro: Frank Knight (1921) phân biệt giữa rủi ro (bất trắc đo lường được) và sự bất định; Irving (1906) gắn rủi ro với xác suất. Vrouwenvelder (2001) và Rudolf Faber (2006) hệ thống hóa quy trình phân tích rủi ro gồm nhận dạng mối nguy, phân tích thủy văn - thủy lực, đánh giá tính dễ bị tổn thương và định lượng tổn thất. Khung đánh giá rủi ro thiên tai của Wisner et al. (2004), IPCC (2001, 2012), UNDP (2004) và Birkmann (2006) xác định rủi ro là hàm số của nguy cơ (Hazard), tính phơi bày (Exposure), tính dễ bị tổn thương (Vulnerability) và khả năng thích ứng (Adaptive capacity).
  • Phân tích tối ưu rủi ro trong công trình thủy lợi: Van Dantzig (1956) khởi xướng việc sử dụng chu kỳ lặp lại của lũ (Flood Return Period - FRP) để tính toán đê biển tại Hà Lan, sau đó được phát triển bởi Van Der Most và Wehrung (2005), Eijgenraan et al. (2014). Yeou Koung Tung (2002, 2005) nghiên cứu mô hình xác định cao trình đê tối ưu dựa trên phân tích rủi ro ngập lụt lưu vực sông. Danandehmehr (2005) áp dụng quy hoạch phi tuyến trong quản lý lũ vùng đồng bằng. Jay R. Lund (2002) xây dựng mô hình tuyến tính hai giai đoạn tối thiểu hóa chi phí và thiệt hại. Jonkman et al. (2003, 2008) ứng dụng phân tích rủi ro để tối ưu hóa hệ thống đê ngăn lũ bảo vệ đô thị tại Hoa Kỳ. Brundl et al. (2009) và Lentz (2007) phát triển phương pháp tiền tệ hóa các thiệt hại phi vật chất và môi trường tại Thụy Sỹ.

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

  • Đánh giá thủy văn, thủy lực và bản đồ ngập lụt: Nghiên cứu của Lưu Văn Quân và nnk (2014, 2015) về hồ điều hòa và trạm bơm; Việt Trinh (2010), Nguyễn Tuấn Anh và nnk (2012) xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt bằng mô hình thủy lực; Nguyễn Mai Đăng (2010), Cấn Thu Văn và nnk (2014) đánh giá tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Đáy và sông Vũ Gia – Thu Bồn; Vũ Thanh Tú (2014) tích hợp GIS và phương pháp chồng lớp bản đồ để lập bản đồ rủi ro ngập lụt.
  • Nghiên cứu kinh tế và tối ưu hóa hệ số tiêu: Dương Thanh Lượng (2003) nghiên cứu hệ số tiêu tối ưu cho lúa dựa trên tiêu chí NPVmax; Đặng Ngọc Hạnh và nnk (2011, 2012, 2014) xác định hệ số tiêu kinh tế cho trạm bơm Triều Dương (Hưng Yên); Nguyễn Bá Quỳ và Nguyễn Văn Thìn (2009) lựa chọn cao trình đê trên cơ sở dự báo tỷ lệ phần trăm thiệt hại GDP; Nguyễn Mai Đăng (2012) tối ưu hóa tổ hợp đê và trạm bơm trên sông Trà Khúc. Hồ Phi Long và nnk (2013) ước lượng thiệt hại tài sản đô thị do ngập tại TP. Hồ Chí Minh.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Tổng quan tài liệu chỉ ra các tồn tại chính trong nghiên cứu trong nước:

  1. Đa số nghiên cứu nghiêng về giải pháp kỹ thuật công trình đơn thuần, thiếu sự tích hợp đánh giá hiệu quả kinh tế trong giai đoạn quy hoạch tổng thể.
  2. Các ước lượng thiệt hại còn sơ sài, chủ yếu dựa trên số liệu thống kê hành chính, chỉ tính cho nông nghiệp hoặc tài sản hạ tầng trực tiếp; thiếu phương pháp định lượng và tiền tệ hóa các thiệt hại gián tiếp (y tế, môi trường, gián đoạn giao thông, đình trệ sản xuất kinh doanh).
  3. Thiếu mô hình toán tối ưu toàn diện có khả năng giải quyết bài toán quy hoạch tiêu thoát nước cho vùng phát triển hỗn hợp (nông thôn, ven đô và đô thị hóa nhanh) với tổ hợp đa giải pháp công trình (trạm bơm, cống, nạo vét sông, hồ điều hòa).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và các khái niệm sử dụng

  • Khái niệm rủi ro úng ngập: Được định nghĩa theo Meyer et al. (2007) và Einstein (1988) dưới dạng tích hợp: $\text{Rủi ro} = \text{Xác suất} \times \text{Thiệt hại}$.
  • Rủi ro còn dư (Residual Risk - $R_{Res}$): Theo Plate (2002) và Merz (2006), là phần rủi ro tồn tại sau khi đã đầu tư và vận hành hệ thống công trình bảo vệ, xuất hiện khi trận ngập vượt quá tần suất thiết kế ($k \ge P^$). Trong mô hình rời rạc: $$R_{Res}(P, C_{P^}) = \sum_{k \in K} L_k \times P_k$$ Trong đó: $P^$ là cấp bảo vệ thiết kế; $L_k$ là giá trị thiệt hại ứng với cấp lũ $k$; $P_k$ là tần suất xuất hiện cấp lũ $k$ ($P_k = 1/k$); $C_{P^}$ là chi phí đầu tư ứng với mức bảo vệ $P^*$.
  • Tiếp cận tối ưu rủi ro (Risk Based Optimization - RBO): Mục tiêu là tìm điểm cân bằng sao cho tổng chi phí xã hội (gồm tổng chi phí đầu tư giải pháp $C$ và giá trị rủi ro còn dư $R_{Res}$) đạt giá trị nhỏ nhất: $$\text{Min } Z = C(P^) + R_{Res}(P^)$$
Phương pháp tiếp cận quy hoạch Tần suất / Xác suất Thiệt hại / Rủi ro Chi phí đầu tư
I. Tiếp cận kinh nghiệm Không Không Không
II. Chu kỳ lặp của trận ngập Có xét Không Không
III. Chu kỳ lặp theo từng vùng Có xét Có xét Không
IV. Mức rủi ro chấp nhận được Có xét Có xét Không
V. Phân tích tối ưu rủi ro (RBO) Có xét Có xét Có xét

Khung phân tích kinh tế và các phương pháp ước lượng thiệt hại

Luận án so sánh 4 công cụ phân tích kinh tế: Phân tích chi phí tối thiểu (CMA), Phân tích chi phí hiệu quả (CEA), Phân tích đa mục tiêu (MCA) và Phân tích chi phí - lợi ích (CBA). Để phục vụ bài toán RBO, luận án xây dựng hệ thống phương pháp ước lượng 10 nhóm thiệt hại:

Nhóm thiệt hại Tính chất thiệt hại Phương pháp ước lượng / Tiền tệ hóa
1. Mất hoàn toàn diện tích canh tác Trực tiếp, hữu hình Chi phí đầu tư sản xuất, giá trị sản lượng mất trắng theo giá thị trường
2. Giảm năng suất cây trồng Trực tiếp, hữu hình Hàm suy giảm năng suất theo độ sâu và thời gian ngập
3. Sửa chữa nhà cửa, công trình đô thị Trực tiếp, hữu hình Khảo sát chi phí sửa chữa thực tế, đơn giá xây dựng
4. Cơ sở hạ tầng xã hội Trực tiếp, hữu hình Chi phí khôi phục đường giao thông, trạm điện, cấp thoát nước
5. Giảm giá trị đất đai định cư Gián tiếp, hữu hình Phương pháp định giá theo giá thị trường và sai khác giá giao dịch
6. Chi phí vệ sinh môi trường Gián tiếp, hữu hình Chi phí nhân công, hóa chất tẩy trùng, thu gom rác thải sau ngập
7. Chi phí y tế phát sinh Gián tiếp, vô hình Chi phí khám chữa bệnh đường ruột, sốt xuất huyết, da liễu
8. Ảnh hưởng sản xuất công nghiệp Trực tiếp & gián tiếp Thống kê hư hỏng thiết bị, nguyên vật liệu và chi phí ngừng máy
9. Đình trệ lao động, giao thông Gián tiếp, vô hình Chi phí cơ hội thời gian lao động, mất thu nhập do gián đoạn đi lại
10. Tổn thất phi vật chất khác Gián tiếp, vô hình Phương pháp đánh giá ngẫu nhiên (CVM), mức sẵn sàng chi trả (WTP/WTA)

Mô hình toán tối ưu và công cụ tính toán

  • Thiết lập hàm phi tuyến: Các hàm thiệt hại và hàm chi phí đầu tư công trình được quy đổi và xấp xỉ hóa theo dạng hàm lũy thừa phi tuyến: $$Y = a \cdot X^b$$ Trong đó: $Y$ là chi phí hoặc thiệt hại; $X$ là chu kỳ lặp lại của trận ngập ($FRP$); $a, b$ là các tham số hồi quy được xác định qua xử lý dữ liệu.
  • Công cụ giải toán tối ưu: Sử dụng hệ thống mô hình đại số tổng quát GAMS (General Algebraic Modeling System) để giải bài toán quy hoạch phi tuyến (NLP).
  • Mô hình thủy lực: Sử dụng mô hình toán thủy lực kết hợp hệ thông tin địa lý (GIS) để mô phỏng diễn biến mực nước, độ sâu ngập, diện tích ngập và thời gian duy trì ngập tương ứng với các kịch bản mưa và các phương án công trình tiêu thoát.

Nguồn dữ liệu

  • Dữ liệu khí tượng thủy văn nhiều năm (lượng mưa ngày cực đại, phân bố mưa giờ, mực nước sông) tại lưu vực sông Phan – Cà Lồ.
  • Dữ liệu địa hình, mặt cắt sông suối, bản đồ số độ cao (DEM) và quy hoạch sử dụng đất tỉnh Vĩnh Phúc.
  • Số liệu điều tra xã hội học: Khảo sát phỏng vấn trực tiếp các hộ gia đình và phỏng vấn sâu các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất kinh doanh tại vùng nghiên cứu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu quy hoạch phòng chống úng ngập trên cơ sở phân tích rủi ro

  • Hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về rủi ro thiên tai, rủi ro ngập lụt, rủi ro úng ngập đô thị và nông thôn; phân tích các thành phần của rủi ro gồm nguy cơ, tính phơi bày, tính nhạy cảm và tính dễ bị tổn thương.
  • Tổng kết tình hình úng ngập và thiệt hại trên thế giới (Thái Lan năm 2011 thiệt hại 3-5 tỷ USD; Bangladesh năm 1998 ngập 70% diện tích lãnh thổ; Hà Lan; Hoa Kỳ năm 1993 trên sông Mississippi thiệt hại 16 tỷ USD; Australia năm 2011 thiệt hại 13 tỷ USD; Malaysia) và thực trạng úng ngập tại ba miền của Việt Nam.
  • Phân tích ưu nhược điểm của các cách tiếp cận quy hoạch tiêu thoát nước hiện hành: từ tiếp cận kinh nghiệm thuần túy, tiếp cận theo chu kỳ lặp cố định, tiếp cận theo phân vùng rủi ro chấp nhận được, đến tiếp cận phân tích tối ưu rủi ro.
  • Xác định 4 tồn tại lớn của các nghiên cứu tại Việt Nam và xác lập khung nghiên cứu gồm 3 phần (xác định vấn đề, phát triển phương pháp luận, áp dụng thực nghiệm lưu vực sông Phan – Cà Lồ).

Chương 2: Phương pháp luận về quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích rủi ro

  • Xây dựng khung lý thuyết phân tích tối ưu rủi ro (RBO), làm rõ bản chất của việc xác định điểm tối ưu toàn cục và tối ưu cục bộ dưới các điều kiện biên ràng buộc (giới hạn ngân sách $C_{max}$, ngưỡng rủi ro chấp nhận được, chuẩn an toàn tối thiểu).
  • Thiết lập quy trình phân loại và ước lượng tiền tệ hóa đối với 10 nhóm thiệt hại do úng ngập gây ra, kết hợp giữa phương pháp đánh giá trực tiếp (chi phí phục hồi, giá trị sản lượng) và gián tiếp (CVM, WTP/WTA, chi phí cơ hội).
  • Xây dựng cấu trúc mô hình toán tối ưu tổng quát và bài toán tối ưu rời rạc/liên tục nhằm tìm kiếm cấp lũ tiêu tối ưu và tổ hợp công trình tiêu thoát tối ưu.
  • Đề xuất phương pháp hồi quy thiết lập hàm quan hệ phi tuyến dạng $Y = a X^b$ biểu diễn mối quan hệ giữa chu kỳ lặp lại của lũ với giá trị rủi ro còn dư và chi phí đầu tư xây dựng.
  • Giới thiệu ngôn ngữ lập trình và cấu trúc chương trình giải bài toán tối ưu phi tuyến trên phần mềm GAMS.

Chương 3: Xây dựng và phân tích kết quả mô hình bài toán quy hoạch phòng chống úng ngập tối ưu lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc

  • Đặc điểm vùng nghiên cứu: Lưu vực sông Phan – Cà Lồ thuộc tỉnh Vĩnh Phúc có địa hình trũng, mạng lưới tiêu thoát tự nhiên phức tạp, chịu áp lực lớn từ tốc độ đô thị hóa (TP. Vĩnh Yên và các khu công nghiệp tập trung).
  • Mô phỏng thủy lực và bản đồ úng ngập:
    • Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thủy lực dựa trên chuỗi số liệu thực đo các trận ngập lịch sử (năm 2008, 2013).
    • Tính toán diện tích ngập, độ sâu ngập và thời gian duy trì ngập cho các kịch bản: mưa thường xuyên và mưa tương ứng với các chu kỳ lặp khác nhau trong điều kiện hiện trạng công trình.
  • Tính toán thiệt hại kinh tế và xây dựng hàm rủi ro:
    • Tổng hợp thiệt hại chi tiết cho từng nhóm đối tượng: mất diện tích canh tác lúa, hoa màu, thủy sản; giảm năng suất cây trồng; sửa chữa nhà cửa đô thị; hư hại cơ sở hạ tầng; chi phí vệ sinh môi trường; chi phí y tế; thiệt hại đình trệ công nghiệp và giao thông.
    • Xây dựng bảng tổng hợp giá trị rủi ro còn dư ứng với từng cấp lũ ($FRP$).
    • Thiết lập hàm chi phí đầu tư trạm bơm, công trình tiêu và hàm rủi ro còn dư theo chu kỳ lặp của lũ.
  • Kết quả giải bài toán tối ưu:
    • Áp dụng phần mềm GAMS giải bài toán tối ưu liên tục và rời rạc, kết quả xác định được cấp ngập bảo vệ tối ưu ứng với tần suất lũ thiết kế $P = 10%$ (chu kỳ lặp lại 10 năm - FRP = 10 năm).
    • Tại điểm tối ưu này, tổng chi phí đầu tư công trình và giá trị rủi ro thiệt hại còn dư của toàn xã hội đạt mức tối thiểu.
    • Lựa chọn tổ hợp công trình tiêu thoát tối ưu tương ứng với cấp lũ $P = 10%$, gồm quy mô công suất các trạm bơm tiêu đầu mối kết hợp nạo vét trục tiêu chính sông Phan – Cà Lồ.
  • Đề xuất quy trình quy hoạch: Đúc kết quy trình 6 bước lập quy hoạch phòng chống úng ngập dựa trên phân tích tối ưu rủi ro để chuyển giao áp dụng cho các lưu vực sông khác.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Xây dựng phương pháp luận tích hợp kỹ thuật và kinh tế: Luận án đã phát triển thành công khung lý thuyết kết hợp giữa mô phỏng thủy lực - thủy văn với phân tích kinh tế rủi ro (RBO), vượt qua hạn chế của phương pháp quy hoạch truyền thống vốn chỉ dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật cố định.
  2. Hoàn thiện hệ thống phương pháp lượng hóa rủi ro: Xây dựng phương pháp nhận dạng, phân loại và tiền tệ hóa toàn diện 10 nhóm thiệt hại do úng ngập (bao gồm cả thiệt hại gián tiếp, y tế, môi trường và đình trệ sản xuất).
  3. Mô hình hóa bài toán tối ưu quy hoạch tiêu thoát nước: Thiết lập thành công mô hình toán tối ưu phi tuyến, xây dựng các hàm tương quan thiệt hại - chi phí dạng $Y = a X^b$ và giải toán thành công bằng phần mềm GAMS.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Xác định thông số quy hoạch tối ưu cho vùng nghiên cứu: Đã xác định được tần suất lũ thiết kế tối ưu ($P = 10%$, chu kỳ lặp 10 năm) và phương án tổ hợp công trình đầu mối tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc.
  2. Xây dựng quy trình quy hoạch thực tiễn: Đề xuất quy trình các bước tính toán quy hoạch phòng chống úng ngập tối ưu rủi ro, cung cấp cơ sở khoa học để UBND tỉnh Vĩnh Phúc và các cơ quan quản lý phân bổ nguồn vốn ngân sách đầu tư công trình tiêu thoát nước hiệu quả.

Kiến nghị của luận án

  • Đề nghị UBND tỉnh Vĩnh Phúc và các sở, ban ngành liên quan tham khảo kết quả nghiên cứu và quy mô công trình tối ưu ứng với tần suất $P = 10%$ để triển khai các dự án đầu tư trạm bơm và nạo vét hệ thống sông Phan – Cà Lồ.
  • Kiến nghị Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Xây dựng xem xét bổ sung phương pháp phân tích tối ưu rủi ro vào quy trình lập quy hoạch tiêu thoát nước và quản lý thiên tai cấp lưu vực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Dữ liệu kinh tế - xã hội, quy hoạch sử dụng đất và khí tượng thủy văn mới được cập nhật và xử lý đến năm 2016.
  • Mô hình bài toán tối ưu chỉ tập trung giải quyết quy hoạch tổng thể công trình đầu mối cấp lưu vực, chưa tích hợp chi tiết các giải pháp tiêu thoát nước nội đồng hoặc tiêu cục bộ giữa các tiểu khu vực.
  • Mô hình tính toán đặt trên giả thiết hệ thống công trình vận hành hoàn hảo, chưa xét đến các rủi ro phát sinh từ sự cố kỹ thuật bất thường hoặc sai số trong quy trình vận hành thực tế.
  • Việc lượng hóa tiền tệ đối với một số nhóm thiệt hại vô hình và tổn thất môi trường lâu dài vẫn còn phụ thuộc vào các giả định điều tra mẫu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Cập nhật chuỗi số liệu khí tượng thủy văn mới nhất có xét đến các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan và nước biển dâng chi tiết hơn.
  • Mở rộng phạm vi mô hình hóa bài toán tối ưu liên kết giữa mạng lưới tiêu nội vùng với công trình tiêu đầu mối liên vùng.
  • Tích hợp thêm các yếu tố rủi ro vận hành công trình và kiểm định mô hình cho các lưu vực sông khác có đặc điểm kinh tế - xã hội đa dạng tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn trong các lĩnh vực:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và nhà nghiên cứu: Cung cấp khung phương pháp luận kết hợp liên ngành giữa Kỹ thuật tài nguyên nước và Kinh tế tài nguyên; phương pháp xây dựng hàm mục tiêu tối ưu rủi ro và kỹ thuật lập trình giải mô hình phi tuyến trên phần mềm GAMS.
  • Giảng viên các trường đại học khối kỹ thuật và kinh tế: Dùng làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy các học phần Quy hoạch tài nguyên nước, Quản lý rủi ro thiên tai, Kinh tế tài nguyên nước và Đánh giá dự án thủy lợi.
  • Cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị tư vấn quy hoạch (Bộ Nông nghiệp và PTNT, Viện Quy hoạch Thủy lợi, Sở Nông nghiệp và PTNT, Sở Xây dựng các địa phương): Tham khảo quy trình 6 bước và phương pháp xác định cấp bảo vệ tối ưu để phân bổ nguồn vốn đầu tư công trình tiêu thoát nước hợp lý, tránh lãng phí ngân sách hoặc đầu tư dưới mức yêu cầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Khái niệm "rủi ro còn dư" (Residual Risk) trong luận án được hiểu và tính toán như thế nào?
Rủi ro còn dư là phần rủi ro thiệt hại vẫn tồn tại sau khi đã xây dựng và đưa vào vận hành hệ thống công trình bảo vệ. Nó phát sinh khi xảy ra trận mưa lũ vượt quá tần suất thiết kế bảo vệ của hệ thống ($k \ge P^*$). Trong bài toán rời rạc, rủi ro còn dư được tính bằng tổng tích số giữa giá trị thiệt hại ứng với từng cấp lũ vượt ngưỡng ($L_k$) và xác suất xuất hiện của cấp lũ đó ($P_k = 1/k$).

2. Điểm khác biệt cốt lõi giữa tiếp cận quy hoạch tối ưu rủi ro (RBO) và tiếp cận chu kỳ lặp truyền thống là gì?
Tiếp cận chu kỳ lặp truyền thống chỉ dựa trên tần suất ngập danh định và tiêu chuẩn kỹ thuật có sẵn để chọn công suất công trình mà không đánh giá định lượng thiệt hại kinh tế và chi phí đầu tư. Ngược lại, tiếp cận RBO tích hợp đồng thời cả ba thành phần: tần suất ngập, hàm thiệt hại kinh tế thực tế và hàm chi phí đầu tư xây dựng - vận hành nhằm tìm ra cấp bảo vệ có tổng chi phí xã hội (chi phí đầu tư + rủi ro còn dư) là nhỏ nhất.

3. Luận án đã lượng hóa những nhóm thiệt hại kinh tế nào cho vùng nghiên cứu lưu vực sông Phan – Cà Lồ?
Luận án lượng hóa 10 nhóm thiệt hại gồm: mất diện tích lúa; giảm năng suất hoa màu; thiệt hại nuôi trồng thủy sản; hư hại nhà cửa và đô thị; hư hại hạ tầng kỹ thuật xã hội; sụt giảm giá trị đất đai; chi phí vệ sinh môi trường; chi phí y tế; đình trệ sản xuất công nghiệp; và thiệt hại do gián đoạn giao thông, thời gian lao động.

4. Kết quả tính toán cụ thể cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc đã xác định tần suất tiêu tối ưu là bao nhiêu?
Qua việc thiết lập mô hình thủy lực và giải bài toán tối ưu phi tuyến trên phần mềm GAMS, luận án xác định tần suất lũ thiết kế tối ưu cần bảo vệ cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ là $P = 10%$ (tương ứng chu kỳ lặp lại 10 năm - FRP = 10 năm), đi kèm với phương án tổ hợp công trình trạm bơm tiêu đầu mối và nạo vét trục tiêu chính.

5. Mô hình toán tối ưu trong luận án được giải bằng công cụ phần mềm nào và dạng hàm mục tiêu ra sao?
Bài toán tối ưu trong luận án là bài toán quy hoạch phi tuyến (NLP), được thiết lập với hàm mục tiêu cực tiểu hóa tổng chi phí đầu tư và rủi ro còn dư ($Min \ Z = C + R_{Res}$), trong đó các hàm thành phần có dạng hàm lũy thừa $Y = a X^b$. Bài toán được lập trình và giải trên phần mềm GAMS (General Algebraic Modeling System).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thiện Dũng đã giải quyết thành công bài toán tích hợp giữa kỹ thuật thủy lực và phân tích kinh tế rủi ro trong lập quy hoạch phòng chống úng ngập. Bằng việc xây dựng hệ thống phương pháp tiền tệ hóa toàn diện các dạng thiệt hại và thiết lập mô hình tối ưu phi tuyến trên phần mềm GAMS, công trình đã xác định được tần suất lũ thiết kế tối ưu $P = 10%$ cùng tổ hợp giải pháp công trình đầu mối cho lưu vực sông Phan – Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và quy trình tính toán thực tiễn phục vụ công tác quản lý rủi ro thiên tai và phân bổ vốn đầu tư công trình tiêu thoát nước hiệu quả.