Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá rủi ro

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả
trong luận văn là hoàn toàn đúng với thực tế và chưa được công bố trong các công
trình trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 23 tháng 04 năm 2015
Tác giả luận văn

Vũ Thị Hoài


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá rủi ro và tính toán thiết kế cho kè
Phú Đa - tỉnh Phú Yên” tác giả đã hoàn thành theo đúng nội dung của đề cương
nghiên cứu, được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của trường Đại học Thủy Lợi phê
duyệt. Luận văn được thực hiện với mục đích nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin
cậy trong thiết kế tối ưu hệ thống phòng chống lũ.
Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc tới TS.Đồng Kim Hạnh Bộ môn Công nghệ & quản lý xây dựng, các thầy cô
giáo chuyên nghành - Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và
đóng góp các ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi,
Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Công trình và các thầy cô đã tham gia
giảng dạy trong thời gian qua, đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có thể hoàn
thành khóa học và Luận văn của mình.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
những người đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu vừa qua.
Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kiến thức còn hạn chế

nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện về mặt
kiến thức trong học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội,ngày 23 tháng 04 năm 2015
Tác giả luận văn

Vũ Thị Hoài


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục đích của đề tài .................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................2
5. Kết quả đạt được .....................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ
XÂY DỰNG KÈ ........................................................................................................3
1.1. Lý thuyết độ tin cậy trong an toàn công trình trên thế giới và Việt Nam ............3
1.1.1. Trên thế giới ................................................................................................3
1.1.2. Tại Việt Nam ...............................................................................................5
1.2. Các công trình bảo vệ bờ......................................................................................7
1.2.1. Công trình bảo vệ bờ sông ...........................................................................7
1.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển ...........................................................................8
1.3. Phương pháp thiết kế truyền thống ......................................................................9
1.3.1. Phương pháp ứng suất cho phép ..................................................................9
1.3.2. Phương pháp tính theo hệ số an toàn .........................................................10
1.3.3. Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn ................................................10
1.4. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên. ......................................................................10

1.5. Kết luận chương 1 ..............................................................................................11
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ ..................................................13
2.1. Phân tích rủi ro do lũ lụt ..................................................................................14
2.2. Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống .................................................16
2.3. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên..................................................18
2.3.1 Tính toán cấp độ I .......................................................................................18
2.3.2. Tính toán cấp độ II.....................................................................................19
2.3.3 Tính toán cấp độ III ....................................................................................24
2.4. Các bài toán trong thiết kế ngẫu nhiên công trình phòng chống lũ ...................25
2.4.1. Bài toán 1 – Đánh giá an toàn của hệ thống đê. ........................................25
2.4.2. Bài toán 2: Tối ưu tiêu chuẩn an toàn theo quan điểm kinh tế ..................33
2.5 Kết luận chương 2 ...........................................................................................36


CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ VÀ
ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ TUYẾN KÈ PHÚ ĐA,
HUYỆN ĐÔNG HÒA, PHÚ YÊN .........................................................................37
3.1. Một số đặc điểm chính về khu vực xây dựng kè Phú Đa...................................37
3.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................37
3.1.2. Điều kiện địa hình......................................................................................37
3.1.3. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................38
3.1.4. Tình hình mạng lưới quan trắc ..................................................................38
3.1.5. Đặc diểm Khí tượng năm 2009 .................................................................39
3.1.6. Tình hình dân sinh kinh tế - Kinh tế Xã hội huyện Đông Hòa theo thống
kê năm 2009.........................................................................................................39
3.1.7. Một số đánh giá hiện trạng về khu vực xây dựng kè Phú Đa ....................40
3.2. Mô tả hệ thống kè Phú Đa ..................................................................................41
3.3. Tính toán cao trình đỉnh đê theo thiết kế truyền thống ......................................43
3.3.1. Cao trình đỉnh kè .......................................................................................44

3.3.2.Cao trình đỉnh chân kè ................................................................................44
3.3.3. Cao trình đáy chân kè ................................................................................44
3.4. Xác định cao trình đỉnh đê hợp lý theo lý thuyết độ tin cậy ..............................45
3.4.1 Bài toán 1 – Đánh giá an toàn hệ thống đê hiện tại ...................................45
3.4.2. Bài toán 2 – Xác định cao trình đỉnh kè hợp lý theo phương pháp lý thuyết
độ tin cậy..............................................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................68
1. Những kết quả đạt được ........................................................................................68
2. Những tồn tại .........................................................................................................68
3. Kiến nghị ...............................................................................................................69
4. Hướng tiếp tục nghiên cứu ....................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2. 1– Đường kính (cm) tương đương của đất sét .............................................30
Bảng 2. 2 - Hệ số không đều của lưu tốc n: ..............................................................30
Bảng 3. 1- Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế chảy tràn đỉnh đê: ...................45
Bảng 3. 2 - Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế chảy tràn ...........................................46
Bảng 3. 3 - Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế mất ổn định mái bảo vệ ..........47
Bảng 3. 4- Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn định KCBV mái ......................48
Bảng 3. 5- Danh sách biến ngẫu nhiên theo cơ chế mất ổn định mái bảo vệ ...........49
Bảng 3. 6 - Xác suất sự cố và hệ số ảnh hưởng cơ chế mất ổn định mái bảo vệ ......49
Bảng 3.7 - Các biến ngẫu nhiên của cơ chế xói ngầm, đẩy trồi cho Đoạn 1 ..........51
Bảng 3. 8 - Xác suất xảy ra sự cố và ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiênđến cơ chế
xói ngầm ....................................................................................................................52
Bảng 3. 9 - Xác suất xảy ra sự cố và ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiênđến cơ chế
đẩy trồi ......................................................................................................................53
Bảng 3. 10 - Các biến ngẫu nhiên của cơ chế mất ổn định mái đê ..........................54

Bảng 3. 11 - Hệ số ổn định mái kè ............................................................................55
Bảng 3. 12 - Xác suất xảy ra sự cố của cơ chế mất ổn định mái kè .........................56
Bảng 3. 13 – Các hệ số chi phí nâng cấp đơn vị của kè Phú Đa ..............................59
Bảng 3. 14 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí nâng cấp kè ......60
Bảng 3. 15– Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí q.lý vận hành .....61
Bảng 3. 16 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ và chi phí đầu tư ...............62
Bảng 3. 17 – Số liệu thống kê về thiệt hại kinh tế do lũ lụt tại huyện Đông Hòa .....62
Bảng 3. 18 – Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ tổng chi phí đầu tư, chi phí
rủi ro và tổng chi phí của hệ thống ...........................................................................65


DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1- Sơ đồ quá trình phân tích rủi ro [6]. .................................................. 16
Hình 2. 2 - Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS [6]. ................................. 17
Hình 2. 3 - Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy [6] ................... 18
Hình 2. 4 - Cơ chế xói ngầm/đẩy trồi [8] ............................................................ 31
Hình 2. 5 – Phương pháp xác định điểm tối ưu thiết kế về kinh tế ........................ 35
Hình 3. 1 - Khu vực xây dựng kè ...............................................................................37
Hình 3. 2 - Sơ họa khu vực xây dựng kè ...................................................................42
Hình 3. 3 - Sơ đồ cây sự cố hệ thống phòng lũ huyện Đông Hòa, Phú Yên .............43
Hình 3. 4 - Phân phối MNL dựa trên số liệu đo đạc theo BESTFIT ........................46
Hình 3. 5 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến xác suất xảy ra sự cố của cơ
chế chảy tràn .............................................................................................................46
Hình 3. 6 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế mất ổn định KCBV mái .....48
Hình 3. 7 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói chân .....................50
Hình 3. 8 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế xói ngầm ....................52
Hình 3. 9 - Ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên đến cơ chế đẩy trồi.......................53
Hình 3. 10 - Trường hợp 1 - Công trình vừa thi công xong, mực nước sông là mực
nước kiệt MNK= -2,5m .............................................................................................55
Hình 3. 11- Trường hợp 2 - Mực nước rút từ MNL =5m xuống mực nước =3.5m

trong một ngày ..........................................................................................................56
Hình 3. 12 - Mặt cắt đại diện tuyến phòng chống lũ ................................................59
Hình 3. 13- Xác định giá trị thiệt hại do lũ lụt .............................................................63
Hình 3. 14 - Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ Pf với Chi phí rủi ro kinh tế
Rpf và Tổng chi phí nâng cấp của hệ thống Ctot .........................................................66


BẢNG CÁC KÝ HIỆU
σmax

: Ứng suất tính toán lớn

[σ]

: Ứng suất cho phép

K

: Hệ số an toàn;

Fg

: Yếu tố gây ổn định;

Ft

: Yếu tố gây mất ổn định;

Kcp

: Hệ số an toàn cho phép

Ntt

: Trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;

R

: Độ bền hay khả năng kháng hư hỏng

S

: Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng.

Z

: Hàm tin cậy

γΡ

: Hệ số an toàn của độ bền;

γΣ

: Hệ số an toàn của tải trọng.

qc

: Lưu lượng tràn tới hạn gây hư hỏng công trình [m3/s/m];

q0

: Lưu lượng tràn thực tế qua công trình [m3/s/m];

Zc

: Cao trình đỉnh đê (m);

Zmax

: Mực nước lớn nhất trước (m);

ht

: Chiều sâu bảo vệ của kết cấu chân đê;

hx

: Chiều sâu hố xói dự kiến trước chân đê.

h

: Chiều sâu nước trước chân đê;

Hs

: Chiều cao sóng trước chân đê;

α

: Góc mái thượng lưu đê.


ρc

: Trọng lượng đơn vị bão hòa của lớp đất nền;

ρw

: Trọng lượng đơn vị của nước;

g

: Gia tốc trọng trường;

d

:Bề dày lớp đất sét tính từ chân đê đến lớp cát nền bên dưới;

∆Η

:Cột nước áp lực;

I∆H

: Chi phí nâng cấp cho hệ thống phòng chống lũ

IPf

: Tổng vốn đầu tư cho hệ thống phòng chống lũ

D

: Thành phần rủi ro thiệt hại

MNTK

: Mực nước thiết kế;

MNBĐ

: Mực nước biến đổi;

∇MĐTN

: Cao trình mặt đất tự nhiên của bãi trước chân đê;

Pf

: Xác suất sự cố trong 1 năm;

E(M)

: Chi phí duy tu bảo dưỡng khả dĩ hàng năm;

E(D)

: Thiệt hại có thể trong trường hợp lũ xảy ra;

r

: Tỷ lệ lãi suất hiệu quả;

T

: Thời đoạn quy hoạch (tuổi thọ công trình), năm.


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các vùng châu thổ sông thường là các vùng được thiên nhiên ưu đãi: đất đai
màu mỡ, gần nguồn nước, địa hình bằng phẳng thuận lợi cho sự tập trung phát triển
kinh tế xã hội của con người. Vì thế hầu hết các thành phố lớn, các trung tâm kinh
tế, các khu công nghiệp, các vùng nông nghiệp tập trung tại đây. Tuy vậy các vùng
này hàng năm cùng thường xuyên bị đe dọa bởi nguy cơ ngập lụt do nước lũ từ các
hệ thống sông. Tại nhiều vùng ở Việt Nam, nhiều năm gần đây lũ lụt đã xảy ra và
đã gây thiệt hại rất lớn đến con người tài sản, ảnh hưởng lớn đến quá trình phát triển
kinh tế và ổn định xã hội.
Sông Bánh Lái là một đoạn của con sông Bàn Thạch. Độ dốc sông ở thượng
nguồn rất lớn 750/00, sau đó chảy qua vùng đồng bằng độ dốc chỉ còn 20/00. Sông
Bánh Lái có diện tích không lớn, nhưng sông nằm cạnh dãy núi cao đón gió mùa
Đông Bắc, nên thuộc vùng có lượng mưa dồi dào chỉ sau vùng núi cao lưu vực sông
Hinh, lại nằm sát biển nên hay xảy ra những trận lũ riêng biệt ngay trong mùa khô.
Điển hình là trận lũ lịch sử năm 2009 vừa qua đã gây thiệt hại không ít về người và
của cho khu vực hai bên bờ sông.
Hiện nay trong tính toán thiết kế đều dựa vào các tiêu chuẩn, quy phạm hiện
hành để xác định quy mô, cấp công trình từ đó tính toán và xác định các hệ số an
toàn, thông số thiết kế cho công trình, chưa xét đến tính tổng thể của một hệ thống
hoàn chỉnh, chưa xem xét cục bộ để có giải pháp đánh giá sự an toàn cho công trình.

Tuy nhiên, phương pháp thiết kế công trình theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích
rủi ro có nhiều ưu điểm và giải quyết được tổng thể bài toán này.
Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình xây dựng nói chung
và công trình thủy lợi nói riêng hiện đang phổ biến và là xu thế chung trên thế giới.
Ở Việt Nam nghiên cứu ứng dụng lý thuyết này trong thiết kế công trình đang ở
những bước đầu. Trước những ảnh hưởng bất lợi của các biến hình thời tiết và diễn
biến bất thường của thiên tai do hiện tượng BĐKH, cộng với yêu cầu đảm bảo độ an
toàn cao hơn của các vùng bảo vệ nhằm phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã
hội, việc nghiên cứu phát triển ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế tối ưu hệ
thống phòng chống bão, lũ và dựa trên cơ sở đó xây dựng lên bộ tiêu chí đánh giá


2
an toàn theo lý thuyết độ tin trong điều kiện Việt Nam ở thời điểm hiện tại và tương
lai là vô cùng cần thiết.
2. Mục đích của đề tài
-

Xây dựng được phương pháp đánh giá an toàn hệ thống đê sông theo lý thuyết
độ tin cậy;

-

Thiết lập được các bài toán mẫu trong phân tích độ tin cậy, đánh giá an toàn, độ
rủi ro và mức đảm bảo an toàn áp dụng cho hệ thống đê sông;

-

Ứng dụng nghiên cứu cho hệ thống kè Phú Đa, ;

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phát triển ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn
hệ thống kè Phú Đa – Bờ Bắc sông Bánh Lái huyện Đông Hòa, tỉnh Phú Yên và đưa
ra kiến nghị để đưa tần suất thiết kế đảm bảo tối ưu theo quan điểm kinh tế.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
-

Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro;

-

Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về phát triển ứng dụng lý thuyết độ
tin cậy trong thiết kế tối ưu hệ thống công trình đặc biệt là hệ thống đê sông;

-

Kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan tới hệ thống đê sông.

5. Kết quả đạt được
-

Nghiên cứu và áp dụng được lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro cho bài toán
đánh giá, nâng cấp kè Phú Đa – bờ Bắc sông Bánh Lái – Huyện Đông Hòa –
Tỉnh Phú Yên.

-

Xác định được tần suất đảm bảo tối ưu cho kè Phú Đa.

-

Với các kết quả đóng góp của luận văn làm cơ sở ban đầu cho các cơ quan hữu
quan, các nhà hoạch định chính sách trong công tác xây dựng, nâng cấp tiêu
chuẩn an toàn, quy hoạch hệ thống phòng lũ, bảo vệ bờ cho huyện Đông Hòa –
tỉnh Phú Yên nói riêng và vùng hệ thống đê sông trên cả nước nói chung.


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ
XÂY DỰNG KÈ
1.1. Lý thuyết độ tin cậy trong an toàn công trình trên thế giới và Việt Nam
Việt Nam có hệ thống sông ngòi dày đặc và bờ biển kéo dài từ Bắc vào Nam,
vì vậy hệ thống đê và các công trình bảo vệ bờ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng
trong việc phòng chống, giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an toàn cho các trung tâm văn
hóa, chính trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trải dài theo các triền sông, các
vùng duyên hải của cả nước.
Trong những năm gần đây, trên thế giới nguy cơ thiên tai nói chung và lũ lụt
nói riêng có xu thế gia tăng đáng kể về tần suất xuất hiện và mức độ ảnh hưởng tại.
Các sự kiện thiên tai lũ lụt gần đây mang tính lịch sử phải kể đến như: New
Orleans, Mỹ 2005; Anh Quốc và Đông Âu (2007), Bangladesh và khu vực Nam Á
(2007), Pakistan (2008), và gần đây nhất là thảm họa lũ lụt lịch sử tại khu vực thủ
đô Bang Kok của Thái Lan (2011). Lũ lụt đã gây ra những thiệt hại nặng nề về con
người và tài sản. Vì vậy việc giảm thiểu rủi ro do lũ lụt hiện nay được đặc biệt quan
tâm tại nhiều quốc gia trên thế giới.
1.1.1. Trên thế giới
Một số các dấu ấn khoa học và các chương trình nghiên cứu tiêu biểu ngoài
nước liên quan đến an toàn phòng chống lũ lụt và an toàn đê điều, phát triển ứng
dụng lý thuyết độ tin cậy trong an toàn hệ thống, an toàn công trình có thể kế đến
như sau:
Hà Lan: Là quốc gia đi đầu trong công tác phòng chống lũ Hà Lan liên tục

đầu tư nghiên cứu và đi đầu trong KHCN thuộc lĩnh vực này. Lý thuyết độ tin cậy
đã được đưa vào ứng dụng thiết kế các hợp phần quan trọng của các chương trình
Đồng bằng (Deltaplan) từ nhừng năm 70. Lý thuyết độ tin cậy tiếp tục được phát
triển và mở rộng ứng dụng liên tục và trở thành các môn học bắt buộc trong khối
ngành kỹ thuật xây dựng từ những năm 1985. Tiêu chuẩn thiết kế theo lý thuyết độ
tin cậy được cập nhật vào các năm 1990, 1995 và 2000. Dự án VNK được thực hiện


4
từ 2001 đến 2003 bởi Viện nghiên cứu chiến lước PNO, Viện Thủy Lực Delft
Hydraulics và trường Đại học Công nghệ Delft với mục tiêu nghiên cứu cập nhật
công nghệ tính toán, nghiên cứu phương pháp mô phỏng an toàn các hệ thống đê
theo lý thuyết độ tin cậy với sai số rất nhỏ và độ tin cậy cao. Kết quả dự án là các
tiêu chí độ tin cậy được cập nhật trong tiêu chuẩn thiết kế. Tiếp theo, Dự án VNK2
(2007-2010) và SBW (2008-2011) được thực hiện bởi cùng nhóm nghiên cứu nêu
trên. Các dự án này tập trung nghiên cứu nâng cao độ chính xác của các mô hình
mô phỏng ngẫu nhiên tải trọng và độ bền của các công trình phòng chống lũ, đầu
vào quan trọng của bài toán phân tích độ tin cậy công trình. Ngoài ra, vấn đề ảnh
hưởng chiều dài của hệ thống đê trong đánh giá an toàn cũng được nghiên cứu kỹ.
Mô hình thiết kế 3 chiều (3D) theo lý thuyết độ tin cậy được đưa ra. Tiêu chuẩn rủi
ro lũ lụt được rà soát và cập nhật lại theo các quan điểm về cá nhân, cộng đồng,
kinh tế và kể đến các giá trị khác không quy về tiền được như văn hóa, lịch sử, môi
trường vv...
Anh Quốc và Châu Âu: Kế thừa và phát triển các nghiên cứu của Hà Lan
vận dụng theo các đặc điểm chung và riêng của các quốc gia trong khu vực. Dự án
“Reliability of Flood Defences and Intergrated Flood Risk Management”, tên viết
tắt FLOODSite được thực hiện từ 2005-2009 bởi 38 viện nghiên cứu và các trường
đại học lớn của hơn 20 quốc gia trong khu vực, đã đưa ra cách tiếp cận tổng hợp
trong đánh giá an toàn hệ thống phòng chống lũ, trong quản lý và giảm thiểu rủi ro
lũ lụt. Lý thuyết độ tin cậy được khẳng định sử dụng và phát triển thành mô hình lõi

trong đánh giá an toàn hệ thống và phân tích rủi ro hệ thống phòng chống lũ. Các
mô hình đánh giá an toan, thiết kế hệ thống tối ưu, các mô hình phỏng thiệt hại do
ngập lụt được phát triển và kiểm nghiệm thông qua ứng dụng thử nghiệm tại các
quốc gia. Các mô hình kết hợp Nhóm giải pháp 1 & 2 được phát triển để áp dụng
cho các quốc gia thành viên. Các quốc gia đi đến thống nhất chung xây dựng và
cùng sử dụng hệ thống tiêu chuẩn đánh giá an toàn đê điều và phòng chống lụt bão.
Mỹ và Canada: Hai quốc gia này đã phát triển ứng dụng lý thuyết độ tin cậy
trong an toàn đập, đặc biệt là áp dụng cho đập cao từ những năm 90. Hệ thống tiêu


5
chuẩn đã được chuyển đổi hoàn toàn từ tiêu chuẩn an toàn truyền thống (theo
phương pháp hệ số an toàn) sang phương pháp an toàn theo độ tin cậy cho phép [β].
Tiêu biểu về ứng dụng toàn diện tiêu chuân thiết kế theo độ tin cậy gần đây tại Mỹ
là dự án thiết kế, quy hoạch hệ thống phòng chống lũ bảo vệ vùng New Orleans với
độ tin cậy cho phép của hệ thống [β]=4.2.
Nga và Trung Quốc: Đã ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong định lượng an
toàn công trình thông qua các tiêu chuẩn kỹ thuật bằng độ tin cậy cho phép [β]. Ứng
dụng chủ yếu được triển khai trong công tác thiết kế đập dâng.Trung Quốc khống
chế độ tin cậy của một số kết cấu cụ thể bằng những giá trị độ tin cậy cố định. Ví dụ
độ tin cậy của kết cấu bê tông cốt thép 3,6 ≤ β ≤ 4,2. Nga dùng độ tin cậy β để điều
chỉnh một số hệ số trong thiết kế như hệ số vượt tải v.v. Các tiêu chuẩn quản lý rủi
ro và đánh giá an toàn công trình phòng chống lũ như đê điều, hồ đập đã được xây
dựng và áp dụng trong 5 năm trở lại đây.
Thành phần quan trọng trong đánh giá an toàn công trình theo lý thuyết độ
tin cậy là xác định xác suất xảy ra ngập lụt Pf. Giá trị này thể hiện khả năng xảy ra
sự cố hệ thống công trình chống lũ như các hệ thống đê, đập. Nó liên quan trực tiếp
đến độ an toàn hay mức đảm bảo của một công trình, hệ thống công trình liên quan
đến các cơ chế phá hỏng riêng biệt được mô tả là các xác suất xảy ra sự cố có liên
quan đến các cơ chế phá hỏng công trình.

1.1.2. Tại Việt Nam
Tiếp cận với thiết kế ngẫu nhiên và phân tích rủi ro trong lĩnh vực công trình
xây dựng đối với Việt Nam đây còn là một cách tiếp cận mới. Cho đến nay, ở Việt
Nam, các hệ thống thủy lợi đã và đang được thiết kế theo phương pháp truyền
thống. Một số các nghiên cứu mới gần đây ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh
vực thủy lợi cũng mới chỉ thu được ở mức độ các luận văn tiến sĩ và thạc sĩ về các
vấn đề như: “Probabilistic Design of Coastal Flood Defences in Viet Nam – Thiết
kế ngẫu nhiên hệ thống phòng lũ bờ biển Việt Nam” [8]; “ Nghiên cứu xây dựng
phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông theo lý thuyết độ


6
tin cậy trong điều kiện Việt Nam”, “ Phân tích ổn định của một số tuyến đê thuộc
hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình”, “ Thiết kế xác suất và phân tích rủi ro cho
đê sông Đuống – Đồng bằng châu thổ sông Hồng Việt nam”, “ Nghiên cứu độ ổn
định mái dốc đê đập” [10]. Các nghiên cứu trên là tiền đề thuận lợi cho việc nghiên
cứu áp dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro vào bài toán đánh giá an toàn
cho công trình thủy lợi và hệ thống thủy lợi của Việt Nam nói chung và kè Phú Đabờ Bắc sông Bánh Lái – Huyện Đông Hòa – Tỉnh Phú Yên nói riêng.
Để đánh giá một cách tổng quan về công tác đê điều và vấn đề an toàn phòng
chống lũ lụt hiện tại Việt Nam có thể trích dẫn một số điểm được nêu rõ trong
“Chiến lược quốc gia phòng chống và giảm nhẹ thiên tai đến năm 2020” như sau:
- Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, một trong năm ổ bão của khu
vực châu Á - Thái Bình Dương, thường xuyên phải đối mặt với các loại hình thiên
tai, nhiều nhất là lũ và bão.
- Trong những năm qua, thiên tai xảy ra ở khắp các khu vực trên cả nước gây
ra nhiều tổn thất về người, tài sản, các cơ sở hạ tầng về kinh tế, văn hóa, xã hội, tác
động xấu đến môi trường. Trong 10 năm gần đây (1997-2006) thiên tai đã làm chết,
mất tích gần 7500 người, thiệt hại ước tính chiếm khoảng 1,5% GDP. Do tác động
của biến đổi khí hậu toàn cầu, Việt Nam nằm trong nhóm nước chịu ảnh hưởng nhất
của nước biển dâng và các tác động khác làm cho thiên tai ngày càng gia tăng về

quy mô cũng như chu kỳ lặp lại và khó lường.
- Trong nhiều thập kỷ, đầu tư của nhà nước và công sức của nhân dân đã tạo
nên hệ thống cơ sở hạ tầng phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai tương đối đồng bộ
trên các vùng. Hệ thống đê sông đê biển dài trên 4.500 km, các hồ chứa nước lớn
phục vụ cắt giảm lũ, điều tiết nước, phát điện đã căn bản định hình trên những lưu
vực sông lớn. Các công trình thủy lợi giao thông, xây dựng các khu dân cư vượt lũ,
tránh lũ, công trình chống sạt lở, các khu neo đậu tàu thuyền tránh bão, hệ thống
cảnh báo dự báo, thông tin liên lạc, cứu hộ cứu nạn ...


7
- Tăng cường hợp tác quốc tế có tầm quan trọng về phòng, chống và giảm
nhẹ thiên tai. Việt Nam đã tích cực tham gia và có đóng góp vào các diễn đàn và
cam kết quốc tế và khu vực về phòng chống và giảm nhẹ rủi ro thiên tai và biến đổi
khí hậu như Khung hành động Hyogo, Nghị định thư Kyoto, Thỏa thuận chung
Asean về hợp tác ứng phó trước thảm họa. Cộng đồng quốc tế đã giúp đỡ Việt Nam
đào tạo nguồn nhân lực, chuyển giao công nghệ, kinh nghiệm, nâng cao nhận thức
cộng đồng, xây dựng các mô hình trình diễn, đặc biệt là các dự án ODA giành cho
các công trình phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai, các dự án ODA không hoàn lại
cho các ngành các địa phương đã đem lại hiệu quả rất thiết thực.
1.2. Các công trình bảo vệ bờ
Hiện nay với vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu, Việt Nam là một trong ít nước
trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Từ thực tế các trận lũ lụt trong những
năm trong những năm qua cho thấy có những đoạn bờ sông, bờ biển đã ổn định
trong nhiều năm, nay phải trải qua những diễn biến phức tạp do đổi dòng, biển lấn
vào đất liền…Ngoài ra, xu hướng phát triển của Việt Nam cũng như các nước trên
thế giới là hướng ra biển, các thành phố lớn tập trung ở ven biển, phát triển tài
nguyên biển, du lịch và giao thông thủy. Do đó, hệ thống đê và đặc biệt các công
trình bảo vệ bờ có vai trò hết sức quan trọng, ngoài nhiệm vụ bảo vệ dân cư và các
cơ sở hạ tầng, còn có nhiệm vụ tạo ra các điểm du lịch nghỉ dưỡng, cảnh quan thiên

nhiên tươi đẹp, tạo ra các vùng trú ẩn cho tàu thuyền, bảo vệ cảng khi có bão.
Do đặc điểm tác dụng của dòng chảy và sóng gió lên công trình, thường phân
biệt các công trình bảo vệ bờ sông và công trình bảo vệ bờ biển.
1.2.1. Công trình bảo vệ bờ sông
Loại này chịu tác động chủ yếu là từ các dòng chảy trong sông, đặc biệt là về
mùa lũ. Các công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng bảo vệ bờ khỏi bị xói lở, biến
dạng do dòng chảy mặt, và để lái dòng chảy mặt hay dòng bùn cát di theo hướng
xác định theo mục đích chỉnh trị sông.
Thuộc loại này bao gồm:


8

+ Các loại kè mái.
+ Các đập mỏ hàn để lái dòng chảy trong sông đi theo hướng xác định.
+ Các mỏ hàn mềm được làm phên và cọc hay bãi cây chìm để điều khiển
bùn cát đáy, gây bồi, chống xói bờ và chân dốc.
+ Các hệ thống lái dòng đặc biệt (ví dụ hệ thống lái dòng Potapop) để hướng
dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói trôi bãi bồi, bảo vệ các đoạn bờ xung yếu…
1.2.2. Công trình bảo vệ bờ biển
Khác với công trình bảo vệ bờ sông, các công trình bảo vệ bờ biển chịu tác
động của hai yếu tố chính là:
+ Tác dụng của sóng gió.
+ Tác dụng của dòng ven bờ. Dòng này có thể mang bùn cát bồi đắp cho bờ
hay làm xói chân mái dốc dẫn đến sạt lở bờ.
Ngoài ra các công trình bảo vệ bờ biển được xây dựng trong môi trường
nước mặn nên cần lựa chọn vật liệu thích hợp.
Công trình bảo vệ bờ biển gồm các loại sau:
+ Các loại kè biển:
Dùng các vật liệu khác nhau để gia cố bờ trực tiếp, chống lại sự phá hoại của

sóng và dòng chảy.
Do tác dụng của sóng gió, giới hạn trên của kè phải xét đến tổ hợp bất lợi của
sóng gió và thủy triều, trong đó kể cả độ dâng cao của mực nước do gió bão.
+ Các loại công trình giảm sóng, ngăn cát.
Được xây dựng trên vùng bãi phía trước mục tiêu cần bảo vệ. Thuộc loại này
bao gồm:
Các rừng cây ngập mặn chống sóng. Đây là một giải pháp bảo vệ bờ rất hữu
hiệu, tạo ra hiệu quả tổng hợp về ngăn sóng và tăng khả năng lắng đọng phù sa,
hình thành các bãi bồi ven biển. Tuy nhiên nó chỉ thích hợp những vùng gần cửa
sông, có bãi thoải và nguồn phù sa tương đối dồi dào.


9
Đê mỏ hàn cũng như đập mỏ hàn ở bờ sông, được xây dựng nhô ra khỏi bờ
để cản sóng và hạn chế các dòng ven có tính xâm thực. Loại này không thích hợp
với bờ có bãi thoải và rộng.
Đê dọc đứt khúc xa bờ: Thích hợp với các bờ có bãi thoải và rộng. Khi có đê
được đặt song song với bờ, và cách bờ một khoảng nhất định (xác định theo điều kiện
kinh tế - kỹ thuật). Đê được bố trí gồm các quãng liền và đứt xen kẽ, các quãng liền có
thể làm cao hơn mặt nước (đê nổi) hoặc chìm dưới nước (đê ngầm giảm sóng)
Các mỏ hàn dang chữ T, chữ Y: là các phương án kết hợp giữa đê mỏ hàn và
đê dọc đứt khúc để tăng hiệu quả cản sóng, bảo vệ bờ.
1.3. Phương pháp thiết kế truyền thống
Thiết kế truyền thống hiện nay là tính toán công trình theo mô hình tất định.
Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng và các tham số độ bền được
xem là xác định, tương ứng với trường hợp và tổ hợp thiết kế. Người thiết kế lựa
chọn điều kiện giới hạn và tương ứng với nó là các tổ hợp tải trọng thiết kế thích
hợp. Giới hạn này thường tương ứng với độ bền đặc trưng của công trình.
Công trình được coi là an toàn khi khoảng cách giữa tải trọng và độ bền đủ lớn
để đảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của tất cả các thành phần công trình.

Tính toán theo cách này mới chỉ giải quyết được hai vấn đề là ổn định tổng
thể và ổn định theo độ bền của công trình.
Nội dung các phương pháp thiết kế như sau:
1.3.1. Phương pháp ứng suất cho phép
Theo phương pháp này, điều kiện bền có dạng:
σmax≤ [σ]

(1.1)

* Trong đó:
+ σmax- ứng suất tính toán lớn nhất tại một điểm, xác định từ tổ hợp tải trọng
bất lợi nhất;
+ [σ] - ứng suất cho phép, lấy theo tài liệu, tiêu chuẩn


10
1.3.2. Phương pháp tính theo hệ số an toàn
Phương pháp này thường được ứng dụng trong tính toán ổn định. Khi đó
công thức kiểm tra là:
K = Fg/Ft≥ Kcp

(1.2)

* Trong đó:
+ K - hệ số an toàn;
+ Fg - yếu tố gây ổn định;
+ Ft- yếu tố gây mất ổn định;
+ Kcp - hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng;
1.3.3. Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn
Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử dụng

một nhóm các hệ số an toàn mang đặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp tải trọng nc, hệ
số điều kiện làm việc m, hệ số tin cậy Kn, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu
KVL. Nhóm các hệ số này thay thế cho một hệ số an toàn chung K. Phương pháp
này phân làm 2 nhóm tính toán là theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới
hạn thứ 2. Điều kiện đảm bảo ổn định hay độ bền của công trình là:
nc.Ntt≤ mR/Kn

(1.3)

Trong đó:
+ Ntt - trị số tính toán của tải trọng tổng hợp;
+ R: trị số tính toán của độ bền công trình.
1.4. Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên.
Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở toán
xác suất thống kế để phân tích tương tác giữa các biến ngẫu nhiên của tải trọng và
của sức chịu tải trong các cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của công trình.
Trong thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ chế phá hỏng được mô tả bởi mô hình toán
hoặc mô hình mô phỏng tương ứng. Tính toán xác suất phá hỏng của một bộ phận
kết cấu hoặc của công trình được dựa trên hàm độ tin cậy của từng cơ chế phá hỏng
[8]. Cở sở lý thuyết và ứng dụng của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên tác giả đi sâu
vào phân tích và nghiên cứu trong chương 2.


11
1.5. Kết luận chương 1
Từ tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài, trong chương 1 của luận văn đã làm
rõ được những nội dung sau:
Nêu được chức năng, nhiệm vụ của của các loại công trình bảo vệ bờ. Hiện
nay, nhiều khu vực nghiên cứu có tiềm năng phát triển kinh tế và ngư nghiệp, xong
kinh tế còn chậm phát triển, cuộc sống luôn bị đe dọa vì lũ lụt hàng năm, đất đai

canh tác theo đầu người thấp, hàng năm lại mất đi một số diện tích đáng kể làm cho
tình hình ngày càng trở nên trầm trọng. Kinh tế xã hội thấp không phát triển, còn bị
đe dọa về tính mạng gây nên tình trạng bất ổn định trong cộng đồng dân cư. Hiện
tượng xói lở chân, sạt lở bờ tiếp tục xảy ra ở nhiều khu vực, nếu khống chế được
quá trình xói lở thì hạn chế quá trình xói lở tiếp diễn phía hạ lưu, giữ được thế sông
và làm tăng khả năng thoát lũ nhanh của sông.Vì thế kè bảo vệ bờ chống xói lở
đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và đời sống của nhân dân.
Tổng quan được các phương pháp đánh giá ổn định công trình trong hệ thống
đó là: Phương pháp ứng suất cho phép, phương pháp hệ số an toàn, phương pháp
trạng thái giới hạn và phương pháp lý thuyết độ tin cậy. Từ cái nhìn tổng quan đó có
những nhận định, phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp này.
Mục tiêu của luận văn chính là nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của
phương pháp tính truyền thống, bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác
suất của lý thuyết độ tin cậy để đánh giá và từ đó nâng cao chất lượng như mong
muốn của các công trình xây dựng trong điều kiện Việt Nam. Đó cũng là xu hướng
phát triển hiện nay trên thế giới nhằm góp phần nâng cao năng suất nông nghiệp,
bảo đảm an toàn lương thực, an ninh xã hội
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nhiều hệ thống công trình thủy lợi được
xây dựng đã lâu, xuống cấp nhưng không được đầu tư nâng cấp thỏa đáng mà hầu
như sửa chữa mang tính chắp vá, không đồng bộ. Vì vậy, việc xây dựng phương
pháp đánh giá ổn định hệ thống công trình theo độ tin cậy được nghiên cứu trong
luận văn không chỉ nhằm phục vụ xây dựng mới hệ thống, đúng địa chỉ, mang lại


12
hiệu quả cao (tức là kiểm soát được chất lượng công trình và của hệ thống theo độ
tin cậy) mà còn có thể hỗ trợ cho việc lập và so sánh các phương án tu sửa, nâng
cấp các công trình thủy lợi đang khai thác.


13
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ
Trong vài thập kỷ gần đây, công tác thiết kế đê, kè, đập và các công trình
phòng chống lũ khác đã có những phát triển đột biến. Trước đây, như thường lệ, đê
đã được thiết kế chủ yếu dựa theo kinh nghiệm. Theo đó, cao trình đỉnh đê được xác
định căn cứ vào mực nước lũ lớn nhất của các sự kiện lũ lịch sử có thể ghi chép
được. Tại nhiều nơi trên thế giới, việc thiết kế đê, kè biển cũng như đê sông được
dựa vào khái niệm “mực nước ứng với tần suất thiết kế”. Đối với đê biển mực nước
này xác định dựa trên các số liệu thống kê và được gọi là mực nước thiết kế, xác
định dựa trên một tần suất thiết kế hay tần suất suất hiện [6].
Tần suất xuất hiện của mực nước thiết kế được thành lập để dùng áp dụng
rộng rãi như là một tiêu chuẩn an toàn cho vùng được bảo vệ bởi đê, nó được xây
dựng căn cứ vào xác suất xảy ra ngập lụt. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng cho những
trường hợp lý thuyết khi mà sự cố đê xảy ra do nguyên nhân lũ vượt quá mực nước
thiết kế, nó không thích hợp khi sự cố khác xảy ra ứng với trường hợp mực nước lũ
nhỏ hơn mực nước thiết kế [6].
Tiêu chuẩn an toàn cho từng loại hình công trình cụ thể theo cách tiếp cận
truyền thống là tần suất thiết kế của tải trọng và hệ số an toàn cho phép chung và
của từng thành phần công trình, theo từng cơ chế phá hỏng. Theo cách tiếp cận ngẫu
nhiên và lý thuyết độ tin cậy, tiêu chuẩn an toàn là giới hạn về xác suất xảy ra sự cố
của toàn hệ thống công trình và hư hỏng hệ thống công trình được coi là sự tổ hợp
ngẫu nhiên hư hỏng của các thành phần thuộc hệ thống theo các cơ chể phá hỏng có
thể có. Xác suất xảy ra sự cố của hệ thống công trình có liên quan mật thiết với tần
suất vượt quá của tại trọng tác động. Tuy nhiên, hai khái niệm không đồng nhất và
không thay thể được cho nhau [6].
Trong trường hợp tất cả các nguyên nhân xảy ra hư hỏng đê có thể liệt kê và
xác suất xảy ra từng hư hỏng đó có thể chắc chắn được xác định thì về nguyên tắc
có thể xác định được xác suất xảy ra ngập lụt. Do hiện tại các tính toán này chưa

14
chưa thể thực hiện ứng dụng dễ dàng trong thiết kế, vì vậy thiết kế đê hiện tại vẫn
xác định tần suất thiết kế (tần suất vượt quá của các thông số tải trọng chính) dựa
theo tần suất chấp nhận xảy ra ngập lụt) [6].
Căn cứ vào các vấn đề nêu trên, xác suất xuất hiện các thông số tải trọng
chính được xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế và được chọn làm tiêu chuẩn đánh
giá an toàn phòng chống lũ lụt. Tại Việt Nam, tần suất mực nước thiết kế vào
khoảng 1/20 đến 1/100, tần suất thiết kế lưu lượng (đối với đê sông) khoảng từ 1/50
đên 1/1000, giá trị này phụ thuộc mức độ quan trọng của khu vực được bảo vệ [6].
Theo ý tưởng của phương pháp luận nêu trên, người ta hoàn toàn có thể đưa
ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình với ý tưởng “Cần xem
xét về mức độ có thể xây dựng tiêu chuẩn an toàn công trình căn cứ vào phân tích
rủi ro của tất cả các yếu tố liên quan”. Đây chính là lý do cơ bản cho sự phát triển
"Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy" [6].
2.1.

Phân tích rủi ro do lũ lụt
Theo các báo cáo nghiên cứu về giải pháp giảm thiểu rủi ro trong phòng

tránh lũ lụt và thiên tai của các nước tiên tiến như Đức, Hà Lan, Nhật, Anh Quốc và
Mỹ, định nghĩa tổng quát nhất về rủi ro do lũ lụt và thiên tai được các tổ chức khoa
học quốc tế công nhận và hiện đang được các quốc gia áp dụng rộng rãi như sau:
Rủi ro= (Xác suất xảy ra ngập lụt) × (Hậu quả của ngập lụt)

(1)

Để giảm thiểu rủi ro do lũ lụt, nhiểu quốc gia đã thực hiện việc vận dụng định nghĩa
trên bằng sự kết hợp hai nhóm giải pháp chính:

1) Nhóm giải pháp 1- chống lũ: Giảm xác suất xảy ra ngập lụt, bằng các biện
pháp nâng cao an toàn của các hệ thống phòng chống lũ lụt như gia tăng độ
bền, củng cố và nâng cấp các tuyến đê, đập và hệ thống công trình phòng
chống lũ;
2) Nhóm giải pháp 2- phòng tránh lũ: Giảm thiểu hậu quả thiệt hại khi có
nguy cơ ngập lụt xảy ra, bằng các biện pháp mềm như lập kế hoạch ứng phó


15
khẩn cấp, cứu hộ, cứu nạn kịp thời; quy hoạch sử dụng đất, sử dụng không
gian hợp lý, tăng cường tính chính xác của hệ thống dự báo và cảnh bảo sớm;
bảo hiểm lũ lụt vv.
Theo xu thế chung trên thế giới, vấn đề an toàn phòng chống lũ và an toàn hệ thống
đê sông hiện nay được hiểu theo nghĩa rộng liên quan đến các khía cạnh sau:
-

Hệ thống đê sông: Bao gồm hai thành phần chính:
i)

Các tuyến đê, đoạn đê tạo thành “vòng bảo vệ khép kín” cho một khu
vực dân cư/ vùng được bảo vệ;

ii)
-

Vùng được bảo vệ bởi hệ thống đê.

An toàn hệ thống đê: bao gồm An toàn ổn định tuyến đê, đoạn đê và an
toàn phòng lũ của vùng được bảo vệ.
Như vậy, đánh giá an toàn hệ thống đê sẽ bao gồm việc đánh giá an toàn ổn

định của vòng đê và việc đánh giá về sự phù hợp của mức đảm bảo phòng lũ hiện
tại của vùng bảo vệ mà tuyến đê mang lại. Việc đánh giá này có thể thực hiện được
một cách thấu đáo thông qua vận dụng định nghĩa tổng quát rủi ro nêu trên với tiêu
chí đạt ra là: rủi ro tiềm tàng do lũ đe dọa vùng bảo vệ là nhỏ nhất có thể (1).
Để đánh giá đúng mức rủi ro lũ lụt ứng với mỗi kịch bản kết hợp hai nhóm giải
pháp trên, việc xác định và mô phỏng các thành phần trong định nghĩa (1) là đặc
biệt quan trọng.
Quá trình phân tích rủi ro của một hệ thống theo phương pháp ngẫu nhiên
bao gồm các bước:
+ Mô tả các thành phần của hệ thống;
+ Liệt kê các kiểu nguy cơ và sự cố có thể xảy ra;
+ Định lượng hậu quả cho tất cả các sự cố có khả năng xảy ra;
+ Xác định và đánh giá rủi ro;
+ Ra quyết định trên kết quả phân tích rủi ro.


16
Sơ đồ tiếp cận tổng quát để đánh giá, phân tích rủi ro ứng dụng cho hệ thống phòng
chống lũ được thực hiện như minh họa tại Hình 2.1
Đối tượng phân tích rủi ro

Mô tả hệ thống

Tiêu chuẩn
tham chiếu
Xác định xác
suất xảy ra sự
cố

Liệt kê các sự
cố và thảm họa
có thể xảy ra

Kết hợp XS
và thiệt hại

Định lượng
hậu quả

Tần suất và
mức độ thiệt
Rủi ro
Đánh giá

Tiêu chuẩn
tiêu chí

Ra quyết định

Điều chỉnh

Cấp độ rủi ro
chấp nhận

Hình 2. 1- Sơ đồ quá trình phân tích rủi ro [6].
2.2.

Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống
Trạng thái giới hạn là trạng thái ngay trước khi sự cố xảy ra. Độ tin cậy là

xác suất mà trạng thái giới hạn không bị vượt qua. Người ta thường dùng các trạng
thái giới hạn để xây dựng, thành lập các hàm tin cậy. Công thức tổng quát của một
hàm tin cậy có dạng 2.1 sau:
Z=R-S
* Trong đó: + R – Độ bền hay khả năng kháng hư hỏng;
+ S – Tải trọng hay khả năng gây hư hỏng.

(2.1)


17
Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần được dựa trên hàm tin
cậy của từng cơ chế phá hỏng. Hàm tin cậy Z được thiết lập căn cứ vào trạng thái
giới hạn tương ứng với cơ chế phá hỏng đang xem xét và là hàm của nhiều biến và
tham số ngẫu nhiên. Theo đó, Z<0 được coi là có hư hỏng xảy ra và hư hỏng không
xảy ra nếu Z nhận các giá trị còn lại (Z ≥ 0).
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà tại đó Z=0 trong mặt phẳng RS; đây
được coi là biên sự cố.
Xác suất phá hỏng được xác định:
Độ tin cậy được xác định là :

Pf = P(Z≤0) = P(S≥R)
P(Z>0) = 1-Pf

Trường hợp đơn giản, hàm tin cậy tuyến tính với các biến ngẫu nhiên cơ bản
phân bố chuẩn, việc tính toán xác suất xảy ra sự cố thông qua hàm phân phối tiêu
chuẩn ΦN(-β) bằng cách sử dụng các giá trị kỳ vọng µZ, độ lệch chuẩn σZ và chỉ số
độ tin cậy β=µZ/σZ của hàm tin cậy.
Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS và xác suất xảy ra sự cố và chỉ số

độ tin cậy được định nghĩa trên Hình 2.2 và 2.3 dưới đây:

S

Z=0 Biên sự cố
Z<0 Vùng sự cố

Z>0 Vùng an toàn

R

Hình 2. 2 - Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS [6].