ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÌNH THÁI CỤC BỘ TRONG PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN VÀ SA BỒI LUỒNG CỬA ĐÁY

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÌNH THÁI CỤC BỘ TRONG PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN VÀ SA BỒI LUỒNG CỬA ĐÁY 93

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ QUY HOẠCH LUỒNG

TÀU QUA CỬA ĐÁY

3.1 CÁC CĂN CỨ LẬP QUY HOẠCH

3.1.1.Các số liệu về quy mô cụm cảng Ninh Phúc – Ninh Bình

a.Lượng hàng hoá thông qua cụm cảng Ninh Phúc – Ninh Bình

+ Thống kê lượng hàng hoá thông qua cảng Ninh Phúc – Ninh Bình

Bảng 3.1 Hàng hoá thông qua cụm cảng

Đơn vị: 1000đ

1

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

Chủng loại hàng hoá thông qua cụm cảng Ninh Bình bao gồm: phân

lân, Xi măng, gỉ mật, than

Trong tương lai, cụm cảng đầu mối Ninh Bình – Ninh Phúc sẽ được

Nhà nước đầu tư cơ sở hạ tầng và các trang thiết bị xếp dỡ hiện đại đủ nănglực thực hiện nhiệm vụ tiếp chuyển hàng hoá cho khu vực và liên tiếp vận

chuyển giữa đường sông với đường bộ và đường sắt

- Dự kiến công suất Cụm cảng Ninh Bình – Ninh Phúc đến năm 2010

là 1,9 triệu tấn và đến năm 2020 là 2,5 triệu tấn hàng hoá thông qua

+ Thống kê lượng hàng dự báo thông qua tuyến cửa Đáy

Bảng 3.2: Hàng hoá dự báo thông qua tuyến cửa Đáy.

b Đội tàu thông qua cảng Ninh Phúc

Theo số liệu thống kê của công ty vận tải và xếp dỡ đường thuỷ nội địa đội tàu ra vào cảng Ninh Phúc – Ninh Bình tỷ lệ tàu ≤ 600T ra vào cảngvẫn chiếm chủ yếu khoảng 97%), loại tàu pha sông biển có trọng tải 1000T chỉ chiếm 3% Số liệu ra vào Cảng Ninh Phúc xem bảng sau:

Bảng 3.3 Số lượng tàu qua Cảng Ninh Phúc

- Chi phí vân tải tàu 600DWT xấp xỉ chi phí vận tải tàu 400DWT và chỉ bằng 75% so với tàu 1000DWT.

- Chi phí thấp và giảm nhanh khi vận tải bằng tàu 3000 DWT (Bằng 50% so với tàu 400DWT, bằng 35% so với tàu 1000DWT)

3.1.2 Dự kiến đội tàu lớn nhất ra vào cửa đáy.

Việc lựa chọn đội tàu hoạt động trên tuyến là bài toán tổng hợp, liên quan đến các yếu tố:

+ Luồng hàng và loại hàng, loại tàu vận tải sẽ đi và đến cảng

+ Điều kiện tự nhiên, khả năng cho phép của luồng lạch

+ Đảm bảo tính phổ biến, có tính đến khả năng phát triển phương tiện vận tải thuỷ trong tương lai để tránh sự thấp kém, hạn chế khả năng thu hút,cạnh tranh của cảng trong kinh tế thị trường

+ Chất lượng và an toán vận tải thuỷ

+ Phù hợp, tương xứng với quy mô xây dựng cảng để đảm bảo về mặt hiệu quả tài chính, khả năng nguồn vốn đầu tư

Bảng 3.4: Kích thước cơ bản của đội tàu quy hoạch

3.2.TÍNH TOÁN CHUẨN TẮC LUỒNG TÀU

3.2.1 Quy mô luồng lạch dẫn tàu yêu cầu

+ Số làn giao thông theo yêu cầu của kênh

Số lượt tàu ra vào cảng có thể xác định sơ bộ theo biểu thức sau

T K P

Q N

d i

h

.

 (3-1) (Lượt tàu/Ngày)

Trong đó:

N: Tổng số lượt tàu ra vào cảng trong ngày đêm (Lượt tàu/Ngày)

Qh: Tổng lượng hàng theo yêu cầu vận chuyển trong một năm (T/năm)

Kd: Hệ số chở đầy của tầu

T: Thời gian khai thác trong năm

Pt: Tải trọng chở đầy hàng của tàu thứ I tương ứng (tấn)

Bảng 3.5: Thống kê kết quả tính toán

Thời gian khai thác (ngày)

Số lượng tầu qua cửa Đáy

(Tầu/ngày) Năm

2005

Năm 2010

Năm

Năm 2010

Năm 2020

400T 812 1.135 1.495 0,85 400 300 7,96 11,13 14,66 600T 812 1.135 1.495 8,85 600 300 5,31 7,42 9,77 1000T 812 1.135 1.495 0,85 1000 300 3,18 4,45 5,86 2000T 812 1.135 1.495 0,85 2000 300 1,59 2,23 2,93 3000T 812 1.135 1.495 0,85 3000 300 1,06 1,48 1,95

3.2.2.Xác định số lượng làn tàu

Số lần giao thông của kênh dẫn yêu cầu lựa chọn theo qui trình thiết

kế kênh biển Theo qui trình này kênh dẫn cho phép giao thông hai chiềukhi bất đẳng thức sau không thoả mãn

N

T V

L k

 max (3-1)

Trong đó:

Lk: Chiều dài kênh dẫn tàu tính toán từ phao số “0” (km)

Vmax Vận tốc chạy tàu qua kênh cho phép

T là thời gian tồn tại mức nước cho phép thông tàu (T = 24h)

N Là số tàu qua kênh yêu cầu (tàu/ngày)

Với số lượng tàu nêu trên cho ta bảng thống kê sau

Bảng 3.6: Tính toán số lượng làn tàu luồng Cửa Đáy

TT Loại tàu Lk N Vmax Lk/Vmax T/N Luồng

Bảng 3.7: Số lượng làn tàu trên luồng Sông Đáy

3.2.3 Xác định chiều sâu luồng chạy tàu:

Chiều sâu chạy tàu tối thiểu luồng được xác định từ biểu thức tổng quát trong “Qui trình thiết kế kênh biển” của Bộ GTVT như sau:

H0 = Hct + Z4 (3-4)

Hct = T + Z0 +Z1+Z2 +Z3 ± ∆H (3-5)

Trong đó:

Hct Chiều sâu tối thiểu trên luồng tàu theo yêu cầu chạy tàu (m)

Z0 Dự phòng độ sâu do chất tải không đều hoặc bẻ lái đột ngột (m)

Z1 Chiều sâu dự phòng để đảm bảo lái tàu, phụ thuộc vào mớn nước T

và đất ở đấy kênh trong phạm vi Hct ± 0,5m (m)

Z2 Dự phòng độ sâu do ảnh hưởng của sóng khi chạy tàu (m)

Z3 Chiều sâu dự phòng tính đến sự thayđổi mớn nước T của tàu (m)

Z4 Dự phòng độ sâu do sa bồi của luồng tàu giữa hai lần nạo vét duy tu

T Mớn nước đầy tải của tàu tính toán

∆H Trị số chuyển mực nước tính toán về số không độ sau (với dấu trừnếu mực nước tính toán cao hơn và dấu cộng nếu mực nước tính toán thấp hơn số không độ sâu)

Tính toán Z0, Z1, Z2, Z3

Z1 - Chiều sâu dự phòng để đảm bảo lái tàu: Z1 = 0.04T = 0.12m

Z2 - Đối với tàu chạy một chiều và các tàu tránh nhau trên kênh có mặtcắt ngang không đầy đủ xác định theo đồ thị hình 2 trang 9 QTTKKB, tuỳ thuộc vào các trị số cho trước Lt, T, H0 và chiều cao sóng h3%

Bảng 3.8: Kết quả tính toán tổng hợp chiều sâu chạy tàuLoại

tàu

T(m) Z1 (m) Z2 (m) Z3 (m) Z0(m) Hct (m) Hct

chọn (m)

3.2.4 Chiều rộng đáy luồng tàu

* Theo “Qui trình thiết kế kênh biển” của Bộ GTVT chiều rộng đáy luồng một lần một làn tối thiểu được xác định theo công thức sau:

Bct =L.sin + B.Cos + t.Sin.Vmax + 2.C1 + B (3-6)

Tính toán với tàu 1000T

Trong đó:

Bct Chiều rộng chạy tàu (m)

Lt: Chiều dài tàu tính toán (Lt = 75m)

Bt: Chiều rộng tàu tính toán (Bt = 10.5m)

C1 Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của với bờ kênh (C1 = 0.5

Bt = 5,25m)

Vmax Vận tốc chạy tàu lớn nhất tính toán trên luồng (m/s)

Vmax = 3.0m/s

: Góc dạt tàu do gió, dòng chảy gây ra (150)

∆B Chiều rộng dữ trữ tính tới sa bồi ∆B = 2.Z4.m0 = 2.0.5.7 = 7mt.sin = 3s thời gian tối thiểu để tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệchKết quả tính toán chiều rộng đáy tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệch.Kết quả tính toán chiều rộng đáy tàu là:

Bct = 2 (L.Sin + B.Cos + t.Sin.Vmax) + 2.C1 + C + ∆B

Trong đó:

Bct: Chiều rộng chạy tàu (m)

Lt: Chiều dài tàutính toán (Lt = 52m)

Bt: Chiều rộng tàu tính toán (Bt = 8.5m)

Ct: Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của tàu với bờ kênh (Ct = 0.5Bt = 4.25m

Vmax Vận tốc chạy tàu lớn nhất tính toán trên luồng (m/s)

Vmax = 3.0 m/s

: Góc dạt tàu do gió, dòng chảy gây ra (50)

∆B Chiều rộng dữ trữ tính tới sa bồi ∆B = 2.Z4.m0 = 2.0.5.7 = 7mt.sin = 3s thời gian tối thiểu để tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệch C: Chiều rộng dự phòng giữa 2 giải hoạt động ngược chiều (C = Bt = 8.5m)

Kết quả tính toán đáy luồng 2 làn là:

Bct = 73.9 m Làm tròn lấy Bct = 75m

Chọn chiều rộng đáy luồng thiết kế Bct = 75m

3.2.5 Bán kính cong tối thiểu của luồng tàu vào cửa đáy

Dựa vào điều kiện địa hình khu vực xây dựng ta thấy rằng tuyến luồngchỉ có thể đi thẳng ra cửa sông hoặc chệch về hướng Đông nam thì đảmbảo an toàn hơn và chi phí cho việc xây dựng luồng vào cảng ít tốn kémhơn điều đó được chứng minh cụ thể là phía Bắc do có ngưỡng cạn đượchình thành do dòng chảy khu cực Nam Vịnh Bắc Bộ về mùa đông và mùa

hè thường có hướng Đông Nam và hướng Nam tạo nên dòng ven có hướng

từ nam lên Bắc ngược chiều với dòng ven khu vực vịnh Bắc Bộ có hướng

từ Bắc xuống Nam điều này sẽ làm tăng chi phí nẹo vét khi thi công

Luồng Cửa Đáy được chia làm 2 đoạn như sau:

Đoạn I: Từ trụ đèn 03 đến trụ đền N1 dài khoảng 2625m

Đoạn II: Từ trụ đến N2 ta đến độ sâu thoả mãn chạy tàu mà không cầnđến giải pháp công trình dài khoảng 4250m

Như vậy ta cần phải xác định bán kính cong ở hai vị trí trên bình đócho ta thấy rõ ràng hơn.

Theo tài liệu “Tính toán chuẩn tắc luồng tàu tính toán” tác giả củaGS.TS Lương Phương Hậu Khi đoạn cong ở trong sông thì bán kính congtối thiểu của luồng là: Rmin =(3,5 – 4,5)L1 (3-7)

Như vậy ta có bán kính cong tối thiểu cho tàu 1000DWT (L1 =75m)

Rmin = 4.5 x75 = 337.5 m (3-8)

Dựa vào điều kiện địa hình khu vực ta thấy rằng chọn R = 800m làphù hợp nhất, nó thoả mãn thuận lợi cho luồng đi theo rãnh nước sâu củasông điều này sẽ dẫn đến việc giảm nhỏ khối lượng nạo vét

Mở rộng luồng tại đoạn cong:

Độ mở rộng thêm được tính theo công thức:

B R

2

(3-8)B: Bề rộng luồng tàu tại đoạn thẳng (m)

R: Bán kính cong tim luồng (m)

x

60 800 2

L R

R

t

5 , 2 05 0

Lt là chiều dài tàu tính toán: (m)

R: Bán kính cong của luồng (m)

Vậy ta thống nhất chọn bán kính cong của hai đoạn là R = 800m

Chiều dài đoạn luồng thẳng chuyển tiếp giữa hai đỉnh cong trái chiềuđược tính theo công thức sau

R

L

2 min  12 (3-10)

m

800

75 12

2

Chọn Smin = 85m

3.2.6 Xác định mái dốc của luồng

Mái đốc của luồng được xác định tuỳ thuộc vào trạng thái đất đào tạiluồng ở bảng (3-6) CTCSVB

Tại khu vực Cửa Đáy địa chất hầu hết là cát nhỏ, mịn có pha lẫn bùnsét phù sa do đó dựa vào bảng dưới đây ta chọn mái dốc của kênh m0 = 7

Bảng 3.9: Các kích thước cơ bản của luồng tàu

R min (m) S min (m) m 0

3.2.7 Xác định tốc độ giới hạn chạy tàu

Tốc độ giới hạn chạy tàu được xác định theo công thức 4-17 (trang

147 giáo trình Chỉnh trị cửa sông ven biển)

H H

Vm: Tốc độ chạy tàu trong luồng

Hm: Chiều sâu nước trong kênh

T: Mớn nước tàu thiết kế 3m

L: Chiều dài tàu thiết kế 75m

B: Chiều rộng tàu thiết kế 10,5m

,

0

6 , 0 6

, 0

5 , 10

75 3

0 , 4 125 , 0 0

, 4 81

- Tốc độ chạy tàu Vm trong không gian nước một phía là giải nước vôhạn được xác định theo công thức (công týưc 4-21 Giáo trình Chỉnh trị cửasông ven biển)

Vm = 0 , 8 g H

Trong đó:

Vm: Tốc độ chạy tàu trong luồng

Hm: Chiều sâu nước trong kênh

Vậy tốc độ giới hạn chạy tàu là 5,7m/s

3.3.CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI TUYẾN LUỒNG

Luồng tàu qua cửa sông cần phải đảm bảo các yêu cầu sâu:

- Tuyến luồng phải ổn định trên mặt bằng

- Trục tuyến luồng có gốc lệch so với phương gió mạnh, sóng lớn vàdòng chảy thịnh hành càng nhỏ càng tốt

- Trục tuyến luồng thẳng ít chuyển hướng Trong trường hợp do hạnchế của địa hình, địa chất cần phải chuyển hướng nhiều lần thì cố gắnggiảm nhỏ góc chuyển hướng, tăng khoảng cách giữa hai lần chuyển hướng,tăng bán kính cong và mở rộng thêm nhiều rộng luồng

- Luồng phải đảm bảo chiều rộng, chiều sâu ổn định cho phép tàuchạy an toàn dưới mức nước thiết kế

- Tầm nhìn của người lái tàu không bị che khuất bởi chướng ngại vật

- Nếu có điều kiện mở thêm các trạm dịch vụ và đảm bảo an toàn chạytàu

- Tuyến luồng nên tránh những vùng kinh tế dân sinh hoặc các danhlam thắng cảnh, nhằm giảm bớt ô nhiễm môi trường.

Trên cơ sở những yêu cầu nói trên để lựa chọn được tuyến luồng hợp

lý ta có thể sử dụng một số phương pháp sau để phân tích

3.4 CHỌN HƯỚNG TUYẾN LUỒNG

Việc bố trí tuyến luồng phù hợp là rất cần thiết đối với tất cả các cảng,chúng ta biết rằng nếu như tuyến luồng phù hợp sẽ làm giảm chi phí chotàu luồng tàu của cảng, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tàu vào cảng làmhàng nên có thể làm tăng lượng hàng vào cảng

Với địa hình tại Cửa Đáy này đưa ra hai phương án bố trí tuyến luồngnhư sau:

+ Phương án 1: Tuyến luồng đi theo đường trũng tự nhiên đến Km13+00 rồi theo bán kính R = 874m và đường thẳng có góc phương vị -1530

đi thẳng ra biển (xem hình 3-1 và bảng 3.10)

Bảng 3.10: Các tham số về tuyến luồng PA1

Bảng 3.11: Các tham số về tuyến luồng PA2

Phân tích lựa chọn phương án

Từ hai phương án tuyến luồng đã lựa chọn ta có một số nhận định về

ưu nhược điểm của từng phương án

- Với phương án 1: ưu điểm của phương án này là tận dụng đượcchiều sâu tự nhiên, nạo vét ít, nhược điểm là tuyến luồng dài, phải đặtnhiều hệ thống phao tiêu báo hiệu, tầm nhìn bị hạn chế, tầu đi trong tuyếnluồng này chịu ảnh hưởng mạnh của các yếu tố sóng, gió

- Với phương án 2: ưu điểm là tuyến luồng ngắn, tàu từ ngoài biển đithẳng vào trong sông, hệ thống phao tiêu báo hiệu ít, tuyến luồng trùng vớidòng chủ lưu từ sông chảy ra, tầu đi trong tuyến luồng này chịu ảnh hưởngcủa các yếu tố sóng, gió ít hơn phương án 1 nhược điểm là khối lượng nạovét tương đối nhiều, đầu tư nạo vét duy tu lớn

Dựa vào sự phân tích ở trên ta thấy phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn

do đó ta lựa chọn phương án tuyến luồng 2 làm phương án thiết kê.s

3.5 LỰA CHỌN MỰC NƯỚC CHẠY TÀU HỢP LÝ

3.5.1.Các mực nước đặc trưng

Trong quá trình tính toán qui hoạch cho tuyến luồng ta cần chú ý tớimực nước chạy tàu Đây là tiêu chuẩn rất quan trọng nó liên quan đến khảnăng thông qua của luồng và nó ảnh hưởng rất lớn đến thời gian của mộtchuyến đi của tàu thuyền vào cảng, chính vì lẽ đó ta phải xác định cụ thể vàchính xác thời gian cũng như khả năng xuất hiện những mực nước đặctrưng để có được chi phí cho chờ tàu là bé nhất

3.5.2 Tính khối lượng nạo vét cơ bản và nạo vét duy tu

Bảng 3.12: Khối lượng nạo vét tương ứng với mực nước có tần suất p = 9,5% ứng

với mực nước giờ h = +0.4m

Bảng 3.13: Khối lượng nạo vét tương ứng với mực nước có tần suất P=85% ứng

với mực nước giờ h = +0.9m

Bảng 3.14: Khối lượng nạo vét tương ứng với mực nước có tần

suất P =70% ứng với mực nước giờ h = +1.4m

Bảng 3.15: Khối lượng nạo vét tương ứng với mực nước có tần

suất P = 28% ứng mực nước giờ h = + 2.4m

TT Loại tàu

Chiềurộngluồng(m)

Khối lượng nạo vét ứng với các loại tàu vàcác cấp mực nước chạy tàu tính toán (m3)

1 2

t

xK E

xQ t N

Kp%: Tổng các chi phí với mực nước P% trong mùa vận tải;

Kt: Chi phí nạo vét cơ bản với chiều sâu thiết kế cho trước H0 củakênh (0.1Kk – chi phí khấu hao);

Ek: Chi phí nạo vét, sửa chữa hàng năm (thay đổi theo chiều sâu luồngđào);

N: Thời gian mùa vận tải, tính bằng ngày đêm;

T1: Số ngày đêm trong mùa vận tải mà tầu không vào kênh được donguyên nhân khí tượng và các nguyên nhân khác không phụ thuộc tínhtrạng chiều sâu kênh;

t2: Số ngày đêm trong mùa vận tải mà tầu không qua kênh được dokhông đủ chiều sâu

xN P

Et: Giá tiền chi cho một tàu tính toán phải đậu trong một ngày đêm;

Kt: Thời gian tính toán khai thác tàu trong 1 năm, tính bằng ngày đêm;

E2: Chi phí khấu hao của cảng liên quan đến thời gian chờ đợi của tàu;P: Tần suất bảo đảm mực nước

Bảng 3.17: Tính toán thời gian chết trong suốt mùa vận tải

càng giảm) Như vậy, kiến nghị lấy mực nước là +0.4m ứng với tần suất P

= 95% (mực nước giờ) làm mực nước chạy tàu, tổng các chi phí trong mùa vận tải là 292237.8USD

3.5 CÁC PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT KHAI THÁC LUỒNG CỬA ĐÁYVấn đề cơ bản của kỹ thuật khai thác luồng tàu cửa sông là duy trì ổnđịnh chiều sâu và tuyến luồng tầu Giải pháp kỹ thuật được chia theo 2hướng chính để giải quyết là:

- Nhóm phương án khai thác bị động: chủ yếu là tận dụng luồng tựnhiên hoặc nạo vét duy tu luồng từ 1-2 lần/năm

- Nhóm phương án khai thác chủ động: xây dựng công trình chỉnh trị

Trên các cửa sông lớn thường kết hợp cả 2 phương án trên để chỉnh trịcủa sông phục vụ cho tầu vận tải lớn hoạt động.

3.6.PHƯƠNG ÁN KHAI TÁC TẬN DỤNG LUỒNG TỰ NHIÊN

3.6.1 Xác định mực nước tính toán

Trên cơ sở tài liệu địa hình, thuỷ văn xác định được các cấp mựcnước từ chân triều thấp đến đỉnh triều cao Từ đó xác định được những khảnăng và hạn chế cho các loại tầu 400T đến 1000T có thể hoạt động trêntuyến

Bảng 3.20: Kết quả thời gian xuất hiện các mực nưúơc TKMực nước

TK

Thời gian hoạt động

(Hệ hải

đồ)

Kỳ nướckém

-Ghi chú: + Tàu có thể hoạt động đựôc

-: Tầu không thể hoạt động được

3.6.2 Nhận xét phương án tận dụng luồng tự nhiên

- Trong điều kiện tự nhiên các loại tầu sông biển lớn hơn 400T chỉ có

thể hoạt động với mực nước triều > +1,90m

Tầu 1000T chỉ có thể hoạt động được vào kỳ nước cường với thờigian cho phép chỉ từ 5-6 giờ trong 1 ngày

Chỉ nên sử dụng tầu pha sông biển có trọng tải đến 600T hoạt động ởsông Đáy trong điều kiện tự nhiên (chưa có nạo vét) Thời gian hoạt độngtuy có hạn chế nhưng vẫn thuận lợi cho tầu hoạt động qua Cửa Đáy vớithời gian từ 9-12 giờ trong ngày

3.7 PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC LUỒNG BẰNG NẠO VÉT

3.7.1 Tính toán khối lượng nạo vét

Khai thác luồng Cửa Đáy trong điều kiện tự nhiên như đã phân tích ởtrên gặp nhiều hạn chế và thời gian hoạt động và độ sâu Để đảm bảo việckhai thác thuận tiện và thường xuyên phải tiến hành nạo vét để tăng độ sâukhai thác

Mực nước tính toán thấp nhất khai thác vận tải được chọn ứng vớimực nước với tần suất P95% + 0,4m (theo hệ hải đồ)

Bảng 3.18: Tính toán khối lượng nạo vét theo các mực nước thiết kế

TT Loại tàu

Chiềurộngluồng(m)

Khối lượng nạo vét ứng với các loại tàu vàcác cấp mực nước chạy tàu tính toán (m3)

- Đối với tầu 2000T, 3000T hoạt động, cho dù lợi dụng triều từ 1,5 2m phải nạo vét với khối lượng rất lớn (hầu như phải đào sâu thêm toàn bộluồng nên không phù hợp.

÷ Phương án sẽ có hiệu quả và giảm đầu tư nếu tận dụng mực nướctriều và chọn thời gian khai thác hợp lý cho các loại tầu <1000 tấn

3.8 PHƯƠNG ÁN CHỈNH TRỊ LUỒNG CỬA ĐÁY

3.8.1 Tổng quan chung về các dạng công trình chỉnh trị cửa sông

Về ý nghĩa khoa học của các công trình chỉnh trị luồng cửa sông đượcthể hiện trong 3 ý tưởng:

- Dùng năng lượng của dòng chảy trong sông, dòng chảy của sóng vàcủa các yếu tố tự nhiên khác đẩy bùn cát ra vùng nước sâu ở xa bờ

- Giảm bớt lượng bùn cát từ các nguồn tải cửa sông (nguồn bùn cát từsông, nguồn bùn cát từ biển, nguồn bùn cát tại chỗ)

- Dồn bùn cát vào những chỗ không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng ít đếnviệc giảm độ sâu của luồng

Các công trình chỉnh trị, ổn định luồng tầu cửa sông được phân loạitheo chức năng, tác dụng của công trình, bao gồm:

1- Đê ngăn cát: giữ bùn cát không lắng đọng về phía luồng tàu

2- Đê ngăn sóng, ngăn cát: để tạo ra khu nước có ít bùn cát và chiềucao sóng nhỏ hơn chiều cao sóng bên ngoài khu nước luồng tầu

3- Đê dẫn dòng: nhằm tăng tốc độ dòng chủ lưu để đẩy bùn cát ra khunước sâu xa bờ

4- Tường giữ bãi, doi cát: vừa để tăng tốc độ dòng chảy trong luồng,vừa ngăn không để xót các bãi cát, doi cát đã có sẵn; thường được kết hựpvới mục đích lẫn biển và nuôi thuỷ sản

5- Đập khoá: để khống chế bùn cát lắng đọng tại các lạch phụ

6- Kè bờ: trách xói lở, xâm thực bờ biển giảm nguồn bùn cát tại chỗ

7- Hệ thống đập đinh, đập mỏ hàn, vừa làm giảm bùn cát tại chỗ, vừatạo thêm năng lượng cho dòng chủ lưu đẩy bùn cát trong luồng ra khu vựcnước sâu xa bờ, đồng thời tạo ra các doi cát nhân tạo, phục vụ cho lấn biển.8- Xây dựng hệ thống đê thuỷ khí dọc theo 1 bên luồng tầu nhằm xụcbùn cát và đẩy tản mạn ra xa luồng tầu.

9- Ngăn cát, phù xa bằng các cây thực vật như: xú vẹt, thống đước,cói lác, dứa dại, cỏ lau

Việc chọn lựa giải pháp công trình tối ưu cũng như bố trí tuyến côngtrình chỉnh trị luồng tầu cửa sông hiện chưa có các tổng kết đầy đủ về quyluật cũng như thực nghiệm Quá trình khai thác, chỉnh trị sông ngay cả ởcác nước tiên tiến, có nhiều kinh nghiệm cũng phải nghiên cứu thực hiệntừng bước, có thử nghiệm và điều chỉnh dần Trong đó công tác đo đạckhảo sát diễn biến, nghiên cứu trên mô hình toán, thí nghiệm mô hình toán,thí nghiệm mô hình vật lý đặc biệt được quan tâm

3.8.2 Chỉnh trị luồng cửa đáy – phương án 1

Theo phương án này sẽ xây dựng 1 đê ngăn sóng theo hướng songsong với hướng Bắc Nam, có các thông số sau:

- Tập trung dòng chủ trong sông, khi triều rút tại thời điểm mực nướctrung bình sẽ có lưu tốc dòng triều khá lớn sẽ có khả năng xói hạ thấp caotrình ngưỡng cạn.

- Giảm sóng hướng Đông và Đông – Đông Bắc

- Ngăn bùn cát di chuyển ven biển từ phía bờ Hải Hậu xuống phíaNam, đưa dòng bùn cát ra vùng nước sâu xa bờ sẽ có tác dụng làm giảmbồi lắng bùn cát ven biển tại Cửa Đáy

Phương án công trình này hay đi cùng hướng luồng chỉnh trị là hướngNam (đang là hướng luồng khai thác hiện trạng)

3.8.3 Chỉnh trị luồng cửa đáy – Phương án 2

Phương án chỉnh trị này chọn hướng luồng tầu chỉnh trị theo phương

án hướng luồng Bắc Nam Công trình chỉnh trị bao gồm:

Hệ thống đê phía Đông luồng tầu gồm đê dọc chính gần theo hướngBắc Nam

Có các thông số sau:

+ Chiều dài đê L = 7200m

+ Góc phương vị - 1740

+ Khoảng cách ngắn nhất từ đê tới luồng 1 = 325m

Đê phia Tây luồng tầu gồm 2 phân đoạn, đoạn AB theo hướng BắcNam và đoạn BC theo hướng Đông Nam

Các thông số đoạn AB:

+ Chiều dài đê L = 4250m

+ Góc phương vị 1800

+ Khoảng cách ngắn nhất từ đê tới luồng 1 = 1075m

Các thông số đoạn BC: + Chiều dài đê L = 4200m

+ Hướng luồng chỉnh trị theo hướng Bắc Nam cho phép tận dụngđược luồng hiện trạng.

+ Tuyến đê phía Đông và Phía Tây có tác dụng giảm sóng, chống bồilấp luồng trong cả thời kỳ gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam, ngănbùn cát di chuyển ven biển từ phía bờ Hải Hậu xuống đưa dòng bùn cát ravùng nước sâu xa bờ sẽ có tác dụng làm giảm bồi lắng bùn cát ven biển tạiCửa Đáy

Dòng chảy sông khi triều rút được tập trung sẽ có tác dụng xói sâungưỡng cạn

3.8.4 Nhận xét, chọn phương án chỉnh trị của đáy

Mỗi phương án chỉnh trị luồng Cửa Đáy đều có mục tiêu, đối tượngchỉnh trị, quy mô xây dựng, mức độ chỉnh trị và hiệu quả chỉnh trị khácnhau

- Phương án 1: Thiên hướng theo xu thế diễn biến tự nhiên, quy môxây dựng công trình nhỏ, mức độ và hiệu quả chỉnh trị thấp, độ sâu duy trìluồng không lớn, phải nạo vét tương đối nhiều

- Phương án 2: Thiên hướng chọn 1 tuyến luồng ổn định, quy mô xâydựng công trình lớn, mức độ và hiệu quả chỉnh trị dự kiến là cao, mang chủđộng khắc phục lớn sự sa bồi luồng tầu và chống bồi lấp luồng và duy trì ở

độ sâu lớn Khi công trình phát huy hiệu quả thì chỉ cần nạo vét duy tuluồng ít Dựa vào sự phân tích ở trên ta thấy phương án 2 có nhiều ưu điểmhơn do đó ta chọn phương án 2 làm phương án thiết kế

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

ĐÊ NGĂN CÁT - GIẢM SÓNG

L: Đà gió (m)

Vw: Vận tốc gió tính toán

Kw = 3.4.10-6

Hệ số được tra trong bảng theo tiêu chuẩn 22TCN 222-95

d: Độ sâu đáy biển tại điểm khởi điểm nước sâu

w: Góc giữa trục dọc của vùng nước và hướng gió

b Gió tính toán.

* Tốc độ gió

Vận tốc gió tính toán theo quy phạm có tần suất 2% theo chuỗi thống

kê tương ứng với các hướng

Vw = knklVl (m/s) – 22TCN 222 -95

Trong đó:

Vl: Vận tốc gió ở độ cao 10m trên mặt đất, lấy trung bình trong khoảngthời gian 10' với tần suất bảo đảm 2% (với công trình cấp I và cấp II) Vận tốcgió bão =38m/s cho các hướng (Lấy theo tài liệu từ trạm Hòn Dấu).

kn: Hệ số tính lại tốc độ gió được xác định

kn = 0.675+4.5

l V

5 4

Vl (nhưng không được lớn hơn 1)

kl: Hệ số đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

kl = 1 khi tốc độ gió đo trên địa hình là bãi cát bằng phẳng

kl: được lấy theo bảng 3 của 22TCN 222-95

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 2.5

Kvis: Hệ số lấy bằng 5.1011

v: Hệ số nhớt động học của không khí lấy v = 10-5m2/s

Vw: Vận tốc tính toán (m/s)

Đà gió tính toán với 7 hướng ứng với 7 tia -4, -3, -2 1, 2, 3, 4

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 2.6

Bảng 4.2: Tính toán đà gió trung bình.

Bảng 4.3: Chiều cao nước dân và mực nước tính toán.

L(m) Vw d (m) w (độ) hset (m) MN5% MNTT

4.1.2.Tính toán các thong số sóng khởi điểm ở vùng nước sâu

Khi đường bờ có hình dạng phức tạp thì chiều cao trung bình h d

của sóng khởi điểm được xác định theo công thức:

) (

5 3 ) (

3 1 ) (

21 25

2 3

2 3

2 2

2 2

- Chiều cao sóng trung bình h dđược xác định theo các đại lượng

- Chung kỳ trung bình của sóng được xác định căn cứ vào đại lượng

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 2.8

- Chiều dài sóng trung bình







2

:

2

T g

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 2.7

Bảng 4.4: Tính toán chiều cao sóng khởi điểm nước sâu.

a Tính toán các thông số sóng khởi điểm ở vùng nước nông.

Chiều cao trung bình và chu kỳ trung bình của sóng khởi điểm vùngnước nông với độc dốc đấy ≤.1 được xác định theo hình 1 (không phảiđường bao trên cùng) của 22TCN 222-95 Theo các đại lượng không thứ

h g

rồi các giá trị này tính được

Bảng 4.6: Các tổng số sóng khởi điểm ở vùng nước nông.

di: Đường đồng mức thứ i đã được trơn hoá

di-1: Đường đồng mức thứ i -1 được được trơn hoá

dtb: Đường đồng mức trung bình giữa hai đường đồng mức di và di-1

i: Góc khúc xạ giữa của tới đến đường đồng mức i+1

i: Góc hợp bởi tia sóng tới và pháp tuyến của đường đồng mức trungbình tính toán thứ i

Bảng 4.7a: Xây dựng mặt bằng khúc xạ tại độ sâu d=63.5m

với hướng 1 (Đông Nam)

Bảng 4.8b: Xây dựng mặt bằng khúc xạ tại cao độ d=63.5m

với hướng 3 (Đông)

Bảng 4.8c: Xây dựng mặt bằng khúc xạ tại cao độ d=63.5m

với hướng Đông - Đông Nam

c Tính toán sự biến thiên của các thông số sóng khi qua vùng nước nông.

Chiều cao sóng: Chiều cao sóng có suất đảm bảo i% ở vùng nướcnông được xác định:

n i L r t



Trong đó: h n :Chiều cao sóng trung bình khởi điểm nước nông

kt: Hệ số biến hình được xác định theo đường cong 1trên đồ thị hình 5 (22TCN222-95)

kt: Hệ số khúc xạ được tính theo công thức

a

a

r Trong đó: ad: Khoảng cách giữa các tia sóng cạnh nhau ở vùng nước sâu

a: Khoảng cách giữa chính các tia sóng đó nhưng theohướng thẳng vẽ qua một điểm cho trước ở vùng nước nông

kL: Hệ số tổng hợp các tổn thất được tra trong bảng 5 (22TCN222-95)ki: Hệ số được xác định theo hình 2(22TCN222-95)

Kết quả tính toán cụ thể xem phụ lục tính toán sóng

- Chiều dài, chu kỳ sóng bình quân

Chiều dài, chu kỳ sóng bình quân được xác định dựa trên hình 4 –

22TCN22-95, phụ thuộc vào các đại lượng không thứ nguyên  d

d

,

Kết quả tính toán cụ thể xem bảng 4.10

Bảng 4.10a: Sự biến thiên các thông số sóng khi qua vùng

nước nông hướng 1 (Đông Nam)d(m) gd/Vw2 d / d kt kl kr k2% k13% h2%(m) h13%(m)

Bảng 4.10b: Sự biến thiên các thông số sóng khi qua vùng

nước nông hướng 3 (Đông)d(m) gd/Vw2 d / d kt kl kr k2% k13% h2%(m) h13%(m)

Bảng 4.10c: Sự biến thiên các thông số sóng khi qua vùng

nước nông hướng Đông - Đông Namd(m) gd/Vw2 d / d kt kl kr k2% k13% h2%(m) h13%(m)

d Tính toán sự biến thiên các thông số sóng ở vùng sóng đổ

Chiều cao sống đổ:

Chiều cao sóng ở vùng sóng đổ được xác định theo độ dốc i cho trướctheo các đường cong 2, 3, 4 trên hình 5-22TCN 222-95; cách xác định làcăn cứ và giá trị của đại lượng không thứ nguyên d/d để tìm ra trị số

Chiều dài sóng ở vùng sóng đổ sur(m) phải được xác định theođường cong bao trên cùng ở hình 4-22TCN 222-95.

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 411

Bảng 4.11a: Chiều cao và chiều dài sóng đổ ứng với tần suất 1%

hướng 1 (Đông Nam).

d (m) id d/d h sur.1% / T g 2 sur / d hsur1% (m) sur (m)

Bảng 4.11b: Chiều cao và chiều dài sóng đổ ứng với

tần suất 1% hướng 3 (Đông).

d (m) id d/d h sur.1% / T g 2 sur / d hsur1% (m) sur (m)

Bảng 4.11c: Chiều cao và chiều dài sóng đổ ứng với

tần suất 1% hướng Đông - Đông Nam

d (m) id d/d h sur.1% / T g 2 sur/ d hsur1% (m) sur (m)

Độ sâu lâm giới.

Độ sâu lâm giới dcr (m) tại vị trí sóng đổ lần thứ nhất được xác địnhtuỳ thuộc vào độ dốc đáy i cho trước theo các đường cong 2, 3, 4 trên hình5-22TCN 222-95 bằng phương pháp gần đúng dần Căn cứ vào dãy các giátrị cho trước của độ sâu d sẽ xác định được các giá trị h i / T g 2rồi theo cácđường cong 2, 3, 4 trên hình 5-22TCN 222-95 sẽ xác định được các giá trịtương ứng d cr / d, chọn trong số đó lấy dcr có giá trị gần đúng với mộttrong số các độ sâu d cho trước

Kết quả tính toán được thể hiện trong phần phụ lục tính toán sóng

Độ sâu lâm giới ứng với vị trị sóng đổ lần cuối cùng dcru khi độc dốcđáy không đổi được xác định

cr n

Bảng 4.12: Độ sâu lâm giới ứng với tần suất 2% và 13% hướng 1

T g

h

2

% 13

T g

h

d cr d



% 2

d cr d



% 13

Từ bảng trên ta thấy chiều sâu ranh giới dcr=8.3m và dcru=0.753 x8.3=3.5m

e Nhận xét từ kết quả tính sóng.

+ Vùng có độ sâu ≤d / 2là vùng nước sâu

+ Vùng có độ sâu d / 2>d>dcr là vùng nước nông

+ Vùng có độ dâu d<dcr là vùng sóng đổ

Bảng 4.13: Bảng kết quả phân vùng sang

Vùng nước nông 78>d≥8.3 78>d≥8.3 78>d≥8.3