CHƯƠNG 7 CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG THỦY NỘI ĐỊA

*Các nước có sản lượng T.Km/năm vận tải bằng đường thủy nội địa cao nhất % tổng SL... * Xu hướng phát triển: - Vận tải liên quốc gia bằng xà lan chở container gom từ các tuyến sông nội đ

CHƯƠNG 7 CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG THỦY NỘI ĐỊA

7.1 Khái quát về giao thông thủy nội địa.

7.2 Đường thủy nội địa.

7.3 Âu thuyền.

7.4 Thiết bị nâng và mặt nghiêng.

7.5 Cảng nội địa.

7.1 KHÁI QUÁT VỀ GIAO THÔNG THỦY NỘI ĐỊA

7.1.1 Lịch sử phát triển của giao thông thủy nội địa

a.Thế giới

* Thời xa xưa: phát triển mạnh ở các sông lớn: Nile, Hằng,

Dự án Đại Vận Hà (Trung Quốc)…

* Thế kỷ 12 (1179-1239): Xây dựng kênh Naviglio Grande (Ý):

Tổng chiều dài 50km; rộng 22-50m; nối các thành phố quan trọng của Ý

* Kênh đào Suez (Pháp): 1859-1869

Dài 195 km, rộng 60-305m; sâu 16-24m ; nối Biển Địa Trung

Hải và Biển Đỏ;

* Kênh đào Panama: 1529-1914

Dài 79.6km, rộng 150-304m, sâu 13.5-26.5m; 3 hệ thống âu tầu,

5% hàng hóa, 15000 lượt tầu/năm

* Giao thông thủy trong công trình đập Tam Hiệp(Trung Quốc): 1994-2009

Chênh cao TL và HL là 113m: Âu tầu 5 bậc; Công trình nâng tầu bên cạnh đập được sử dụng cho các tầu nhỏ.

* Cầu nước (Đức): 1919/1930-1942—1990-1996

Dài 918m, rông 34m, sâu 4,25m, nối các cảng nội địa ở Berlin

với các cảng doc theo sông Rhine; 24000 tấn thép, 68000m3 bê

tông; giảm 12km so với tuyến đường thủy cũ.

b.Việt Nam

- Thế kỷ 10 (nhà Đinh, Tiền Lê): cho đào kênh ở Thanh

Hóa, Nghệ An để vận tải thủy

- Dời đô từ Hoa Lư ra Thăng Long: bằng đường thủy

- Nhà Lý: phát triển GT thủy trên sông Tô Lịch, Đuống

b.Việt Nam (tiếp)

-Âu thuyền sông Vân (Ninh Bình):

b.Việt Nam (tiếp)

-Âu Phủ Lý (Hà Nam): 2010

b.Việt Nam (tiếp)

Âu Tắc Thủ (Cà Mau): Dài 260m; rông 14m; 80 tỉ (WB); ngăn mặncho các sông Giành Hào và sông Đốc

Đập và Âu tầu Cầu Hội (Ninh Bình): Thi công 2007

Ngăn lũ núi Tam Điệp từ sông Càn và Hồ chứa Yên Đồng;

Tiêu thoát nhanh lũ sông Cầu Hội; ngăn mặn, giữ ngọt

Bến đợi 90x25m; đầu âu 22x(14-40)m; buồng âu 100x14m

Luồng Lạch Huyện (Hải Phòng):

Giai đoạn 2015: 50.000DWT; Giai đoạn 2020: 100.000DWT

Luồng cho tầu có tải trọng lớn vào sông Hậu: Khởi công 12/2009

Hiện tại: 5.000DWT; Thiết kế: 20.000DWT

* Các lợi thế của giao thông thủy nội địa:

- Tiêu thụ năng lượng thấp (so với đường sắt, bộ)

- Yêu cầu về trang thiết bị vận tải thấp

- Hiệu quả cao đối với mỗi phương tiện vận tải (tàu, thuyền)

- Ảnh hưởng đến môi trường ít (tiếng ồn, khói, bụi)

- Yêu cầu địa chất thấp (đối với kênh GT)

7.1.2 Phân loại đường thủy nội địa

*Theo hình thức lòng dẫn:

- Sông tự nhiên (có thể được cải tạo bằng một số công trình

chỉnh trị)

- Sông được kênh hóa: dòng chảy được điều khiển bằng các

CT chuyên môn (đập + âu thuyền)

- Kênh đào: nối 2 sông, nối sông với khu kinh tế

*Theo năng lực vận tải:

- Không thống nhất giữa các nước

VD: ở Châu Âu:

+ Loại I: cho phép tàu ≤ 400 tấn+ Loại II: ≤ 650 T; loại III: ≤ 1000T

7.1.3 Đường thủy sử dụng đa mục đích

*Các dạng kết hợp.

- Dạng 1 (thường gặp nhất): kết hợp kênh tưới, tiêu, phát

điện với vận tải thủy, du lịch

- Dạng 2: vận tải thủy trên sông có nhiều bậc thang thủy

điện

VD: trên sông Đà có bậc thang Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu

*Lưu ý đối với dạng 1:

- Lịch tháo nước cho tưới, phát điện phải chiếu cố đến GT

thủy

- Xử lý nước thải trước khi đổ vào kênh

*Lưu ý đối với dạng 2:

- Cần XD âu thuyền (hay CT nâng thuyền) tại các vị trí

bậc.

- Vị trí âu nên làm tách rời NMTĐ và CTTL.

- Nếu không có vị trí thích hợp thì phải đặt âu cạnh

NMTĐ, CTTL Khi đó phải có tường ngăn dài để hạn chế

ảnh hưởng của NMTĐ, CTTL đến an toàn khi chuyển

thuyền.

- Có thể cải tiến cách điều hành tổ máy TĐ để giảm ảnh hưởng đến âu thuyền.

Một phương án bố trí mặt bằng âu thuyền

(1) Đập; (2) Nhà máy thủy điện; (3) Âu thuyền (Novak và Cabelka, 1981)

7.2 ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA

7.2.1 Vận tải trên ĐT nội địa.

*Các nước có sản lượng (T.Km/năm) vận tải bằng đường

thủy nội địa cao nhất (% tổng SL)

*Hệ thống kéo, đẩy và xà lan bốc dỡ hàng:

Ưu điểm của HT kéo, đẩy (so với tàu vận tải)

- Lực cản của tàu đẩy xà lan thấp hơn

- Số lượng thủy thủ trên tàu ít hơn

- Chi phí đầu tư thấp hơn

- Dễ kiểm soát an toàn hơn

* Xu hướng phát triển:

- Vận tải liên quốc gia bằng xà lan chở container (gom từ

các tuyến sông nội địa)

- Tiêu chuẩn hóa tàu và đường thủy nội địa

- Tổ chức hợp lý hệ thống vận tải + kho chứa + dịch vụ

- Thành lập các hiệp hội vận tải sông biển liên quốc gia

*Tổ chức vận tải theo hình thức kéo đẩy

Tầu đẩy được sử dụng ở Châu Âu (Cabelka and Gabriel, 1985).

7.2.2 Kênh hóa các sông và kênh GT nội địa.

1 – Kênh hóa:

* Sông tự do: nhiều đoạn có h nhỏ, V lớn => bất lợi cho GT

* Cải tạo (kênh hóa):

- Đắp 1 chuỗi đập chắn =>tăng h, tăng B, giảm V

- Làm âu thuyền tại vị trí đập

- Chiều cao mỗi bậc: P = 5 – 15m (tùy thuộc vào đk địa

hình, địa chất, thủy văn)

- Ưu điểm: Chủ động trong vận tải thủy

Giảm V sông => tiết kiệm nhiên liệu v/c

- Nhược điểm: vốn đầu tư cao, ngập nhiều đất

2 – Kênh giao thông nội địa:

* Bố trí:

- Nối tiếp các đoạn sông cong bất lợi cho GT thủy

- Kết nối 2 con sông

(VD: Kênh Vonga – Đông, kênh Matxcova ở Nga)

- Nối từ các vùng kinh tế ra sông lớn

(VD: Kênh Quản Lộ - Phụng Hiệp, Hồng Ngự…)

- Trên kênh có thể bố trí các âu thuyền (nếu cần)

*Ưu điểm: Rút ngắn chiều dài đường GT;

Chủ động tạo được các thông số thích hợp (h, B, V)

*Nhược điểm: Chiếm đất’

* Bề rộng tối thiểu đoạn kênh thẳng:

- GT 2 chiều: B = 3b, hoặc B = 2b+3Db

b – bề rộng xà lan (thuyền)

Db – khoảng cách giữa các xà lan (thuyền)

- GT 1 chiều: B = (1,5÷2)b

*Kích thước đoạn cong:

- Bán kính cong tối thiểu: r = Kc.L

L – chiều dài của xà lan điển hình

Kc – hệ số; Kc = 3 (tàu đẩy); Kc =4,5 (tàu kéo)

- Chiều rộng đoạn cong: B0 = B + DB

r

L B

r

L B

2 2

2 2





 D

* Đoạn đường thủy uốn cong

Đoạn cong và độ lệch kéo cong trên đường thủy (Novak, 1994).

- Tính B 0, theo Hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ:

+ GT 1 chiều:

+ GT 2 chiều:

L,b – chiều dài, chiều rộng tàu;

c – khoảng cách giữa tàu và bờ;

c’ – khoảng cách giữa 2 tàu tránh nhau;

ad – góc lệch khi tàu xuôi dòng

au – góc lệch khi tàu ngược dòng(thường a = a /2)

c b

L

B01  1 sin d  1  2

, 2

2 1

7.2.3 Lực cản tàu

* Các nhân tố ảnh hưởng:

- Vtàu, Vsông, hình dạng mũi, đuôi tàu; độ vát đuôi, độ

mớn nước, độ sâu dưới đáy, khoảng cách đến bờ

*Công thức chung:

bT v C gbTz

A u v C

2

1 '

)

( 2

u - vận tốc dòng chảy hồi phục (ở đuôi tàu);

z - độ hạ thấp mực nước ở đuôi tàu (độ chúi đuôi)

CF - hệ số ma sát cản;

A’ - diện tích phần ngập nước của mặt cắt tàu

b - bề rộng của tàu; r– khối lượng riêng của nước

T – độ mớn nước;

Cp = f(V,T)

* Công thức xác định u và z (pt Bernoulli):

(7.5)(7.6)

) (

2 gz  v  u  v

) )(

( v u AC AM AC

Quan hệ R = f(V, T, n), với n = Ac/A’

7.2.4 Tác dụng của sóng tàu vào bờ

* Chiều cao sóng do tàu (h st )

hst = f(V, hình dạng, kích thước tàu, khoảng cách đến

- Tiếp giáp với mặt mái: có tầng lọc ngược

7.3.1- Khái niệm:

 Là CT xây trên sông, kênh, nơi có cột nước chênh lệch

tập trung  đảm bảo tàu thuyền qua lại.

Phân biệt 2 nguyên lý nâng hạ thuyền:

- Nâng, hạ bằng thủy lực  âu thuyền;

- Nâng, hạ bằng cơ giới  Công trình nâng thuyền.

 Các ví dụ:

 Âu Đồng Quan ( Hà Nội).

 Âu Sông Vân, Sông Chanh ( Ninh Bình),

7.3 ÂU ÂU THUYỀN THUYỀN

Các bộ phận chủ yếu âu thuyền 1 bậc:

Buồng âu: là nơi thuyền đậu khi đang nâng, hạ ( bằng cách

điều chỉnh mực nước trong buồng).

Đầu âu: là nơi đặt cửa van, thiết bị điều khiển cấp, thoát nước

Có đầu âu thượng, hạ lưu.

Đường dẫn thuyền: nơi thuyền ra vào, chờ đợi.

7

1,2.đường dẫn thuyền TL, HL; 3.buồng âu;

4,5.đầu âu TL,HL; 6.bến thuyền ; 7.giá dắt thuyền

7.3.2- Phân loại:

a) Theo số bậc (cấp):

âu 1 bậc (đơn cấp): dùng khi cột nước không cao.

- Loại cơ bản ( 1 buồng + 2 đầu): Khi H < (8 - 12)m.

- Loại có cửa phụ ở giữa: để tiết kiệm nước khi số thuyền qua âu ít.

1,2.cửa van TL, HL; 3.cửa van phụ.

- Âu có bể trữ nước bên cạnh: nhằm mục đích tiết

âu kiểu giếng:

Dùng khi cột nước H lớn

Đặc điểm: có ngưỡng bậc

thượng lưu và tường ngực ở hạ

lưu  giảm kích thước cửa van.

Âu nhiều bậc (đa cấp):

- Điều kiện: khi cột nước H

quá lớn.

- Bố trí: các bậc nối tiếp nhau

 có đầu âu thượng lưu, hạ lưu và các đầu trung gian.

1

3 5

2

V h

h

- Thời gian dẫn tháo nước ngắn.

- Thuyền đậu ổn định trong buồng âu, dễ cơ động.

Phân loại:

- Dẫn tháo nước tập trung.

1 Dẫn tháo nước tập trung (tiếp):

 Dẫn tháo nước tập trung bằng đường ống.

- Bố trí: các ống dẫn nước đặt ở 2 bên thành đầu âu thượng hạ lưu.

nước đối xứng xô vào nhau).

3

2

4 1

1,2 -cửa van; 3 -đường hầm dẫn nước;

4 -cửa van của đường hầm dẫn nước.

1 Dẫn tháo nước tập trung (tiếp):

 Dẫn tháo nước vào buồng âu khi dùng van cung.

- Khi tháo nước:

+ Nhấc van lên, tạo độ mở cần thiết;

+ Hoặc hạ van xuống  Nước tràn qua đỉnh

 Không cần làm van phụ.

- Nhược điểm:

+ Đoạn đầu âu phải dài.

3 1

2

1 – Dẫn tháo nước tập trung (tiếp):

 Đặt đường ống trong tường và ngưỡng bậc đầu âu.

- Khi ngưỡng cao: ống dẫn luồn trong ngưỡng bậc đầu âu

(mp thẳng đứng).

- Khi ngưỡng thấp: ống dẫn luồn trong thành bên đầu âu

(mp nằm ngang).

- Các cửa cấp nước vào buồng (và hút nước từ buồng ra)

được đặt phân tán trên chiều dài của buồng.

2 Dẫn tháo nước phân tán:

b) Các hình thức bố trí:

ống cấp, tháo nước chính đặt ở 2 tường bên buồng âu (đối xứng):

- Cửa cấp nước bố trí đối xứng ở 2 bên tường bên.

- Cửa cấp nước bố trí so le, từ dưới đáy âu.

2 Dẫn tháo nước phân tán(tiếp):

ống cấp, tháo nước đặt ở đáy buồng âu:

dưới đáy  thuyền kém ổn định.

trên toàn đáy âu.

7.3.3 kích thước cơ bản của âu ( kích thước cơ bản của âu (1 1 bậc) bậc) 1- Chiều dài hữu ích của buồng âu:

Khi dùng tầu kéo ( dắt thuyền vào buồng âu):

La = L1 + nL2 + (n + 2) DL

 Khi dùng tàu đẩy:

L1 - chiều dài tầu kéo/đẩy.

L2 - chiều dài thuyền.

1-tàu kéo; 2- thuyền;

3 , 4-đầu âu thượng và hạ

2- ChiÒu réng h÷u Ých cña buång ©u:

Khi c¸c thuyÒn cã gi·n c¸ch ngang (B):

3- Chiều cao buồng âu:

H a = Z max + h v + 

DZmax: phạm vi dao động mực nước lớn nhất của âu.

DZmax = ZVTmax - ZHLmin

ZVTmax: MNTL lớn nhất cho phép vận tải qua âu.

ZHLmin: MNHL nhỏ nhất.

hv - chiều sâu vận tải thủy:

hv = T + DT

T - chiều sâu ngập nước khi thuyền chở đầy;

DT - độ sâu an toàn dưới đáy thuyền.

 - độ cao an toàn ~ quy mô (cấp) CT.

4- Các cao trình đỉnh và đáy buồng âu:

Cao trình đáy âu và kênh dắt thuyền:

- Khi Z VTmax = Z TLmax  Z đỉnh âu = Z đỉnh đập .

- Khi Z VTmax < Z TLmax  Z đỉnh âu < Z đỉnh đập .

7.3.4 Qu¸ tr Qu¸ tr××nh vµ kh¶ n nh vµ kh¶ n¨ ¨ng vËn chuyÓn ng vËn chuyÓn

qua ©u thuyÒn 1- Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn qua ©u:

a) ThuyÒn qua ©u 1 chiÒu:

Tr¹ng th¸i ban ®Çu: ©u ®ang chê thuyÒn h¹ l­u.

1- Quá trình vận chuyển qua âu (tiếp):

b) Thuyền qua âu 2 chiều:

Trạng thái ban đầu: âu đang chờ thuyền hạ lưu.

1 - 5 Như trường hợp trên (chuyển 1 chiều)

1- Quá trình vận chuyển qua âu (tiếp):

c) Nhận xét:

Hợp lý nhất là thường xuyên phối hợp nhịp nhàng 2 đoàn

thuyền ngược + xuôi  giảm thời gian vận hành và tiết kiệm nước.

 Tuy nhiên trong thực tế, có lúc buộc phải vận hành theo

kiểu 1 chiều (không có đoàn thuyền ngược lại).

Thời gian trung bình cho 1 lượt chuyển thuyền:

4 2

) 2

( 2

1

T T

T T

2- Năng lực vận tải của âu thuyền:

Khái niệm:

đơn vị thời gian (thường là 1 năm).

2- Năng lực vận tải của âu thuyền:

Năng lực thực tế: có xét đến các yếu tố ảnh hưởng:

a- hệ số lợi dụng trọng tải thuyền (a < 0,7 -0,8).

- hệ số không cân đối của biểu đồ vận chuyển:

lượng hàng trong tháng nhiều nhất



= -lượng hàng tháng bình quân Thường  = 1,25 - 1,75

- số giờ làm việc thực tế trong ngày.

24

P m

N n

Psd p 



a

 . . . .

3- Lượng nước dùng của âu thuyền:

Thành phần: bao gồm

- Nước tháo khỏi buồng âu khi vận chuyển thuyền (Q1).

- Nước rò rỉ qua các cửa van (Q2).

86

V

Q1   (m3 /s)

3- Lượng nước dùng của âu thuyền (tiếp):

V0 - thể tích tính toán của khối nước tháo:

V0 = (1,15 - 1,20)La.Ba.H

La- chiều dài buồng; Ba - chiều rộng buồng.

H - chiều cao khối nước tháo:

H = MNTL - MNHL

Lưu lượng nước rò rỉ qua các thiết bị chắn:

Q 2 = C L (m 3 /s)

L- Tổng chiều dài các thiết bị chắn nước (m).

C- lượng rò rỉ đơn vị; theo kinh nghiệm:

- Khi H<10m: C = (1,5 - 2,0) 10 -3 m 3 /s.m

- Khi H>10m: C = (2,5 - 3,0) 10 -3 m 3 /s.m.

7.4 Bố trí mặt bằng âu thuyền

2 Âu thuyền ở hồ chứa nước hoặc sông rộng

1.âu thuyền; 2.đập tràn; 3.nhà máy thuỷ điện; 4.đập đất;

7.4 Bố trí mặt bằng âu thuyền

2 Âu thuyền ở hồ chứa nước hoặc sông rộng

Yêu cầu : Âu thuyền đặt sát vào bờ, ở vị trí sâu, không bị

bồi lắng và có địa chất tốt Để ổn định âu thuyền thì phải

xây xa những chỗ thoát nước lớn như nhà máy thuỷ điện

hay đập tràn ra ở phía hạ lưu hoặc những chỗ nước chảy

mạnh ở thượng lưu

- Ưu điểm : giảm được lượng nạo vét đường dẫn thuyền

- Nhược điểm : khi xây dựng phải đắp đê quai, trước âu

phải xây dựng công trình bảo vệ; Phía hạ lưu phải nghiên

cứu vấn đề bồi xói,

- áp dụng: những công trình đầu mối thuỷ lợi như đập

tràn, các công trình lấy nước,v.v , chú ý bố trí âu khi

đoạn sông có bãi cát rộng

7.4 Bố trí mặt bằng âu thuyền

3 Trường hợp bố trí âu thuyền nhô về phía thượng lưu

1.đập; 2.âu thuyền; 3và4.đê bảo vệ thượng hạ lưu.

* Ưu điểm:

- Tránh được trường hợp tàu thuyền bị cuốn va vào đập.

- Có thể rút ngắn được chiều dài đê bảo vệ thượng lưu

- Bố trí giao thông thuận tiện do độ tĩnh không lớn

* Nhược điểm:

1

4 2

3

7.4 Bố trí mặt bằng âu thuyền

4 Trường hợp bố trí âu thuyền nhô về phía hạ lưu

1.đập; 2.âu thuyền; 3và4.đê bảo vệ thượng hạ lưu.

* Ưu điểm:

- Đê bảo vệ hạ lưu ngắn

- áp lực nước tác dụng vào âu nhỏ

* Nhược điểm:

- Phải kéo dài đê bảo vệ thượng lưu.

- Độ tĩnh không ở thượng lưu nhỏ, khi không đảm bảo giao

1

2

7.4 Bố trí mặt bằng âu thuyền

5 Bố trí âu thuyền trên đoạn sông cong

* Ưu điểm:

- Bố trí thuận tiện cho thi công,

- Hạn chế được hiện tượng bồi lắng kênh dắt tàu thuyền.

- âu thuyền nằm xa đập tràn, nhà máy thuỷ điện, nên tránh

được luồng nước mạnh

7.5 THIẾT BỊ NÂNG VÀ MẶT NGHIÊNG

*Áp dụng:

Với các bậc có chiều cao lớn, nếu dùng âu thuyền phải

chia nhiều bậc => tốn nhiều nước, thời gian kéo dài

=> Khắc phục: sử dụng thiết bị nâng tàu

* Thiết bị nâng tàu thẳng đứng gồm:

- Máng chứa tàu (thuyền)

- Máy nâng (bằng phao, đối trọng)

*Thiết bị nâng nghiêng:

- Máng nghiêng + tường giữ nước = nêm nước

(Thuyền được thả trong nêm)

- 2 đầu máy đẩy nêm đi lên cùng với thuyền

7.6 CẢNG NỘI ĐỊA

*Chức năng:

- Phục vụ bốc dỡ hàng của tàu, chuyển hàng

- Kết nối nội địa bằng đường thủy, đường bộ, ống chuyển

* Bố trí: phụ thuộc vào năng lực vận chuyển

(mở rộng = 2÷3 lần bề rộng tàu)

thông với sông

với nhau và thông với lòng sông Cảng có vùng tàu bè chờ

đợi, dỡ hàng, quay đầu

*Phương thức bốc dỡ hàng:

- Vận chuyển liên tục tự động (băng tải, đường ống): phù

hợp với số lượng hàng hóa lớn (hàng rời, chất lỏng)

- Cần trục có đường ray nằm dọc suốt chiều dài bến cảng,

gần với mặt nước: thông dụng

- Bốc dỡ hàng siêu trường, siêu trọng: dùng cẩu cố định có

công suất lớn, di chuyển bằng bánh xe

*Hệ thống kho bãi chứa hàng:

- Bãi hở: chứa hàng chất đống tạm thời và các Silô

- Bãi kín: trữ các hàng đóng gói

- Kho lưu giữa chất dễ cháy: bố trí tách khỏi khu vực cảng