Quản lý rủi ro và mô hình TELEMAC.[16/08/11]

QUẢN LÝ RỦI RO VÀ MÔ HÌNH TELEMAC

Tô Văn Trường

 

BBT. ‘Phân tích rủi ro (Risk Analysis)’ là lý thuyết toán học liên quan đến các phân tích xác suất, thống kê, bất định (uncertainty),… và được áp dụng ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực (y học, kỹ thuật, phòng tránh thiên tai, kinh doanh, tài chính,…) giúp cho việc cân nhắc khi ra quyết định nhằm tránh hay giảm nhẹ những tổn thất có thể xảy ra. Xin chuyển đến bạn đọc bài dưới đây giới thiệu phần mềm ứng dụng lý thuyết này trong tính toán dòng chảy. Trong bài có vài thuật ngữ nên được chọn lựa cho sát hơn. ‘Vulnerability’ thường vẫn được hiểu là ‘trạng thái dễ bị tổn thương’, ‘điểm yếu’ (từ ‘yếu’ ở đây là từ thuần Việt, khác với từ Việt-Hán có nghĩa là ‘hết sức quan trọng’ trong các cụm từ ‘yếu điểm’, ‘thiết yếu’,...),...’Exposure’ luôn được hiểu là ‘phơi bày’, ‘xuất lộ’,...

 

ooo

 

Ở Việt Nam, đúng là xưa nay chúng ta chưa quan tâm đúng mức đến quản lý rủi ro.

            Theo tác giả Kron (2002)  từ  rủi ro (risk) được định nghĩa như hàm số của 3 biến: hiểm họa (hazard), sự đối mặt (exposure) và khả năng đối kháng (vulnerability).

            Hiểm họa chính là nguy cơ mà các tác động của tự nhiên và của con người mang lại. Muốn xác định rủi ro phải xác định hiểm họa. Đối với bài toán về ngập lụt,  việc  xác định hiểm họa nghĩa là xây dựng được bản đồ ngập lụt "tĩnh" (vị trí ngập, độ sâu ngập, thời gian ngập) và ngập lụt "động" (quá trình xẩy ra ngập, trường vận tốc ở các thời điểm trong quá trình ngập). Sự đối mặt (exposure)  của con người và tài sản trước "hiểm họa". Ví dụ như  ngập lụt trên đồng ruộng sẽ gây thiệt hại hoàn toàn khác với ngập lụt ở nơi đô thị, nơi đông dân, có nhiều tài sản. Vulnerability tạm dịch là "khả năng đối kháng" trước hiểm họa.

Trong quản lý rủi ro một cách bền vững (Sustainable Risk Management):  Cần có ít nhất hai phần cơ bản là đánh giá sự đối mặt (exposure) và đánh giá khả năng đối kháng (vulnerability) của từng vùng được nghiên cứu. Để làm được 2 viêc này, cần tiến hành điều tra thực địa  và thu thập các tài liệu kinh tế xã hội, dân sinh cho từng vùng được nghiên cứu. Sau đó xây dựng bản đồ sự đối mặt và khả năng đối kháng cho từng vùng. Từ 3 bản đồ hiểm họa (tức bản đồ ngập lụt chẳng hạn), bản đồ sự đối mặt và bản đồ sự đối kháng để đưa ra bản đồ rủi ro (Risk Map).  Xây dựng các phương án giảm thiểu và thích ứng với rủi ro (Risk mitigation and Adaptation) và xây dựng các hệ thống dự báo sớm (Early Warning Systems). Điều cần lưu ý là để bảo đảm xây dựng thành công quy hoach rủi ro, nhất thiết phải xây dựng và có cách quản lý tốt ngân hàng dữ liệu.

            Công cụ để tính toán thủy văn, thủy lực rất thông dụng ở Việt Nam hiện nay là các mô hình bộ MIKE của Đan Mạch. Ở đây, chúng tôi giới thiệu hệ thống mô hình TELEMAC là một công cụ tổng hợp, mạnh dùng để mô hình hóa dòng chảy có mặt thoáng. Ở Châu Âu, hệ thống TELEMAC trở thành công cụ hữu hiệu  trong lĩnh vực tính toán dòng chảy hở trong sông và biển.

TELEMAC bao gồm nhiều modules được xây dựng dựa trên các thuật toán mạnh khi dùng phương pháp phần tử hữu hạn. Miền tính toán được rời rạc hóa bằng lưới các phần tử tam giác không có cấu trúc. Nhờ vậy, TELEMAC có thể chi tiết hóa miền tính toán, đặc biệt tại vị trí có địa hình hay địa mạo phức tạp.

TELEMAC có công cụ chuẩn bị và xử lý số liệu trước và sau khi tính toán (pre- and post-processing) đặc biệt hiệu quả, tạo giao diện thuận tiện và dễ dàng cho người dùng. Hầu hết các chương trình xử lý số liệu đều được xây dựng nên từ các thư viện ilog/Views vì thế có thể cung cấp cho người sử dụng một số lượng rất lớn các thông tin cần thiết.  Lưới tính toán có thể đễ dàng được tạo nên khi dùng một bộ chương trình tạo lưới được gắn sẵn trong hệ thống TELEMAC.   

Hệ thống TELEMAC được phát triển bởi LNHE (Trung tâm quốc gia nghiên cứu Thủy lực của Điện Lực Pháp). Hệ thống này trước đây khi sử dụng phải trả tiền như các mô hình thương mại khác nhưng gần đây có thể lấy miễn phí  từ mạng www.opentelemac.org  Hệ thống TELEMAC có thể chạy trên các hệ thông sau :

·         Windows (NT, XP, Vista)

·         Linux (Debian)

·         UNIX

·         Siêu máy tính (Cray, Fujitsu, IBM, ..)

Cấu trúc của hệ thống TELEMAC :

Ưu điểm vượt trội cả hệ thống TELEMAC là tất cả các mô hình thành phần đều được song hành hóa việc tính toán (parallelisation). Khi chạy TELEMAC trên các hệ thông máy có nhiều processors, TELEMAC cho thời gian tính nhanh. Thủy động lực học :

·         TELEMAC-2D : mô hình tính dòng chảy 2 chiều, giải hệ phương trình Saint-Venant (bao gồm mô phỏng hiện tượng truyền các chất hòa tan). TELEMAC-2D có hai phiên bản khi dùng hai phương pháp tính khác biệt :

o    Phiên bản dùng Phần tử hữu hạn : trong phiên bản này, hệ phương trình Saint-Venant viết dưới dạng không bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp chiếu (Projection Method) khi dùng sơ đồ ẩn. Phương pháp này có tính ổn định cao với tốc độ tính rất nhanh.

o    Phiên bản dùng thể tích khối hữu hạn không có cấu trúc: trong phiên bản này, hệ phương trình Saint-Venant viết dưới dạng bảo toàn sẽ được giải bằng phương pháp Godunov (xấp xỉ bất biến Riemann) khi dùng sơ đồ hiện. Phương pháp này cho phép tính sóng gián đoạn ngay cả khi địa hình phức tạp (bài toán vỡ đập) với tốc độ tính rất nhanh.

 

·         TELEMAC-3D : mô hình tính dòng chảy 3 chiều, giải hệ phương trình Navier-Stokes (bao gồm mô phỏng hiện tượng truyền các chất hòa tan có hoặc không tham gia phản ứng hóa học)

·         ARTEMIS : tính sóng biển có xét đến các hiện tượng vật lý như phản xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán của sóng biển khi truyền vào vùng nước nông trước và trong cảng biển

·         TOMAWAC : Tính truyền sóng trong vùng ven bờ. 

 

Tải bùn cát :

·         SISYPHE : giải bài toán tải bùn cát và biến hình lòng dẫn 2 chiều. Mô hình này phân miền tính toán thành hai phần :

o    Phần dòng chảy phía trên đáy : tính tải bùn cát lơ lửng (suspended) hay sát đây (bed load), dính và không dính, với nhiều cấp hạt khác nhau.

o    Phần dưới đáy giả định : giải bài toán nén sụt (sedimentation) và cứng hóa (consolidation) của bùn cát dưới đáy. Hai phần sẽ trao đổi bùn cát tương tác nhau.

·         SEDI-3D : Giải bài toán tải bùn cát 2 chiều.

 

Bộ xử lý trước và sau tính toán (pre- post processing)

 

• RUBENS : vẽ kết quả tính toán (graphical post-processor)
• MATISS : Bộ tạo lưới
• STBTEL : Giao diện lưới
• POTEL-3D : Vẽ các lát cắt 2-D từ kết quả 3-D

Hạn chế của mô hình :

            Bản thân mô hình Telemac cũng giống như nhiều mô hình khác là chưa xác định được độ tin cậy của bài toán. Thông thường các số liệu đầu vào và điều kiện biên sai ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả tính toán. Giải pháp khắc phục cần nghiên cứu có thể giả định độ tin cậy theo phần trăm rồi tính chuyển vào trong miền tính toán. Ví dụ như giả định độ tin cậy 50% ở Vũng Tàu, ta tính được độ tin cậy ở Phú An là bao nhiêu.

Kết luận: Hy vọng một số giới thiệu trên đây sẽ giúp cho các nhà khoa học quan tâm có thể download tính toán về ích lợi của hệ thống mô hình Telemac khi so sánh, kiểm chứng với các bộ mô hình thủy văn, thủy lực khác.