Chapter 5 - Approach channel - Thiết kế luồng cảng

• Chapter 1: Overview of port • Chapter 2: Type of ships & ship motions • Chapter 3: Aids to navigation • Chapter 4: Port basin • Chapter 5: Approach channel • Chapter 6: Terminals • Cha

Trang 1

Port and Navigation

huongpht@wru.vn

Vu Minh Anh

vuminhanh@wru.vn

March 2012

Water Resources University

Faculty of Marine and Coastal Engineering

Trang 2

• Chapter 1: Overview of port

• Chapter 2: Type of ships & ship motions

• Chapter 3: Aids to navigation

• Chapter 4: Port basin

• Chapter 5: Approach channel

• Chapter 6: Terminals

• Chapter 7: Morphological aspects

• Chapter 8: Environmental aspects

Trang 3

Chuyển động theo phương thẳng đứng -

Vertical movement

• Sự dịch chuyển tương đối theo phương thẳng đứng của tàu có thể do sóng gây ra nhưng nó cũng có thể xảy ra do tốc độ di chuyển về phía trước của tàu trên mực nước tĩnh Chuyển động này được chia thành hai thành phần: Squat và trim khi mà sóng làm tăng dịch chuyển theo

phương thẳng đứng qua việc di chuyển đứng, xoay đứng và xoay ngang tàu

• Squat

• Trim

Trang 4

Squat (tăng mớn)

Thuật ngữ dùng để chỉ tình trạng mớn nước (draught) của tàu biển bị tăng lên do tàu di chuyển vào vùng nước nông, tạo ra vùng áp suất thấp dưới thân tàu, kéo tàu chìm xuống.

Trang 5

Hiện tượng chìm mớn nước do vận tốc – Squat

• Squat là sự hạ xuống một cách đồng nhất của tàu - và thấy rõ sự gia tăng của mớn nước- do sự thay đổi của áp suất ở vùng nước quanh tàu

• Khi tàu chuyển động về phía trước thì nước chảy theo hướng ngược lại từ mũi tàu tới đuôi tàu

• Ứng dụng định luật Bernoulli cho thấy: áp suất tại một mực nước nhất định trong dòng chảy ngược này phải thấp hơn so với vị trí cùng độ cao ứng với mực nước tĩnh Bề mặt nước hạ thấp xuống và tàu cũng hạ xuống theo

Trang 6

Hiện tượng chìm không đều giữa mũi và lái -

Trim

• Trim là độ chìm chênh lệch của đuôi tàu tương đối

so với mũi tàu Do đó trim là sự xoay vòng của tàu gần như theo trục ngang; nó xảy ra như là kết quả của sự không đối xứng giữa dòng chảy ngược ở mũi và đuôi tàu

• Tác dụng của chân vịt làm tăng ảnh hưởng của

dòng chảy ngược tại đuôi tàu ở những kiểu tàu mà hàng hóa được sắp xếp hợp lý chẳng hạn như tàu container hay tàu chở hàng nhanh, những tàu như vậy thì độ chìm ở đuôi tàu chúi sâu hơn mũi tàu

Trang 7

Lpp: Chiều dài của tàu (m)

B: Chiều rộng tàu (m)

T: Mớn nước của tàu (m)

CB: Hệ số khối

Fnh: Số Froude độ sâu (~0,6-0,7) F : Số Froude

V: Vận tốc (m/s)

h : Độ sâu mực nước tĩnh (m)

Trang 8

BARRASS (1979) đề xuất công thức kinh nghiệm:

Trong đó:

• S2: hệ số khối  diện tích mặt cắt ngang

– Blockage factor = CSA of ship / CSA of river or

V S

C

S

s

b b

2

75 , 3

2 2

/ 1 4

Trang 9

Barrass 11 (1979,1981) đã thay đổi và đơn giản hóa công thức

ban đầu và được:

• Vk: tốc độ của tàu qua vùng nước (tương đối so với vùng nước tĩnh) (knots)

30

08 , 2 3

/

2 2 max

k

b S V C

Trang 10

Giới hạn cho phép bồi lắng

• Sự bồi lắng trên một đơn vị thời gian càng nhiều thì giới hạn cho phép càng lớn hay tần suất nạo vét càng cao

Sai số đo sâu:

Thường khoảng 0,1 đến 0,2m

Dung sai nạo vét:

Vì không thể nạo nét lòng dẫn phẳng trơn hoàn toàn nên dung sai hợp lý phải được tính đến

Trang 11

Tĩnh không dưới sống tàu tối thiểu

• Giữa điểm cao nhất của đáy kênh và điểm thấp

Trang 12

Ước tính độ sâu kênh:

• Mớn nước tĩnh của tàu thiết kế;

• Độ lớn triều trong toàn bộ dọc kênh;

• Squat;

• Chuyển động do sóng gây ra;

• Mép dìa phụ thuộc vào loại đáy;

• Mật độ nước và ảnh hưởng của nó đến mớn nước

Trang 13

Thiết kế bề rộng kênh phụ thuộc vào các yếu tố

(1) Bề rộng, chiều dài thiết kế của tàu và mớn

nước

(2) Kiểm soát tàu hoa tiêu địa phương

(3) Mặt cắt ngang kênh và luồng

(4) Sông và dòng thuỷ triều

(5) Kiểu giao thông (một hoặc hai chiều)

(6) Mật độ giao thông tàu biển và ùn tắc

(7) Các hiệu ứng sóng gió

(8) Tầm nhìn

(9) Chất lượng và khoảng cách báo hiệu hàng hải

(10) Thành phần của nền và bờ kênh

(11) Thay đổi đa dạng của kênh và dòng chảy

(12) Tốc độ của tàu thiết kế

Trang 14

Điều khiển tàu trong gió mạnh

Giã

Trang 16

Chiều rộng: đối với đoạn kênh thẳng

• Độ rộng của kênh vận tải thủy một chiều:

Bg Br

n i

Trang 17

• Đụ́i với kờnh giao thụng hai chiờ̀u:

Br

n i

Trục kênh

Khỏang cỏch giữa hai làn

WP

Khoảng trống đến

Trang 18

Bảng 5.1 Làn chuyển động cơ bản

Khả năng điều động của tàu Tốt Trung

Làn chuyển động cơ bản,

Trang 19

Chiều rộng dự phòng cho đoạn kênh thẳng Wi

• (a) Tốc độ tàu (knots)

• (b) Gió mạn thịnh hành(knots)

• (c) Dòng mạn thịnh hành (knots)

• (d) Dòng chảy dọc thịnh hành (knots)

• (e) Chiều cao sóng có ý nghĩa HS và chiều dài sóng (m)

• (f)Trợ giúp hàng hải

• (g) Bề mặt đáy

• (h) Độ sâu của kênh

• (i) Mức rủi ro của hàng hóa

Trang 20

Bảng 5.2 – Chiều rộng dự phòng cho đoạn kênh thẳng

của tàu

Outer Channel exposed to open water

Inner Channel protected water

(a) Tốc độ tàu (knots)

(b) Gió mạn thịnh hành (knots)

- nhẹ  15 ( cấp 4) Tất cả 0,0 0,0

- trung bình > 15 - 33 Nhanh 0,3 B

-(> cấp 4 – cấp 7) Trung bình 0,4 B 0,4 B

-(> cấp 7 – cấp 9) Trung bình 0,8 B 0,8 B

Trang 21

(c) Dòng mạn thịnh hành (knots)

Trang 22

(d) Dòng chảy dọc thịnh hành

(knots)

Trang 23

(e) Chiều cao sóng có ý nghĩa

H S và chiều dài sóng  (m)

Trang 24

(f)Trợ giúp hàng hải

Xuất sắc với điều khiển giao

Trang 25

(g) Bề mặt đáy

Nếu độ sâu < 1,5T thì

Trang 26

(h) Độ sâu của kênh

Trang 27

(i) Mức rủi ro của hàng hóa

Trang 28

Kênh phía ngoài cảng Kênh ở trong

vùng nước được

Trang 29

0.7B 0.5B 0.3B

0.5B 0.3B

-Công trình, bơ

-Trung bình -Chậm

1.3 1.0B 0.5B

1.0B 0.5B

-Nêu đ sâu nươc ô lơn hơn 1,5 lần mơn nươc của tàu thiêt kê thì không cần thiêt phai tnh chiêu r ng dư phong ô

Trang 30

• Ở đoạn kênh cong, chiều rộng dự phòng:

(LxL)/(8R)

Trong đó:

• L là chiều dài toàn bộ của tàu,

• R là bán kính của đoạn kênh cong

Ví dụ:

Bán kính đoạn cong: 3L;

Chiều rộng của kênh: 5B;

L= 200 m; B = 20 m

Tính chiều rộng dự phòng yêu cầu?

Tỷ lệ % so với bề rộng kênh?

Trang 31

Ví dụ 1: Kênh giao thông một chiều thẳng -

Straight One Way Channel ‑

• Một kênh giao thông thẳng một chiều có chiều dài 10 hải lý với điều kiện là tàu chất đầy quặng có kích thước lớn

nhất như sau:

Chiều dài tàu giữa hai đương vuông

Trang 32

• Gió thịnh hành đạt tới giá trị lớn nhất là 25 knots chéo qua kênh

• Sóng thì nhỏ với chiều cao sóng có ý nghĩa nhỏ hơn 1mét và thịnh hành trên toàn bộ chiều dài của kênh

• Kênh được đánh mốc bằng các cặp phao đặt cách nhau 1 dặm và tầm nhìn tương đối tốt

• Kênh được thiết kế cho các tàu chở quặng và

phương tiện trợ giúp hàng hải ở mức độ vừa phải

• Kênh được nạo vét từ đầu đến cuối trơn chu, mềm, phẳng với chiều sâu toàn bộ khoảng 12m dưới mực chuẩn

Trang 33

• Chu kỳ triều là bán nhật với đặc điểm hình sin có

đỉnh triều là 5 mét và chân triều là 0,5mét trên mặt chuẩn (xem hình 5.8)

• Dòng chảy chỉ có dòng triều có hướng 450 so với trục kênh và có độ lớn vận tốc như hình 5.8

Trang 34

• Kha năng di chuyển cua tàu:

• Tốc độ của tàu:

để vượt qua kênh

– Nếu tàu khởi hành qua kênh vào đỉnh triều thì

mực nước sẽ bị hạ thấp xuống 0,3m vào thời điểm nó đi hết đoạn kênh.

– Đối với khoảng thời gian ngắn, giả thiết rằng nó

có thể chấp nhận được

– Sự gia tăng chiều rộng dự phòng đối với tốc độ

(bảng 5.2) 0,0 B

Trang 35

• Chiều sâu cua kênh

– Chiều sâu nước lớn nhất ở đỉnh triều

Trang 36

35 ,

0 22

81 , 9

514 ,

Trang 37

Dự phòng chiều rộng: Gió mạn

Tốc độ gió cắt ngang thịnh hành lớn nhất là 25knots,

tốc độ trung bình qua nước là 10knots,

Dự phòng chiều rộng của làn cơ bản = 0,4B

(bảng 5.2)

Trang 38

• Dự phòng chiều rộng: Dòng chay

– Dòng chảy cắt ngang lớn nhất được tính toán sẽ rơi vào trước hoặc sau đỉnh triều 1 giờ

– Xem trong hình 5.8 thì vận tốc dòng chảy lúc đó là 2,5knots,

= 1,7 knots

Tra bảng 5.2 có:

– Dòng chảy theo chiều dọc có cùng vận tốc

nên:

0,1 B

Trang 39

• Dự phòng chiều rộng: Sóng

Chiều cao sóng nhỏ hơn 1,0 m

Dự phòng chiều rộng cho sóng: 0,0 B

• Dự phòng chiều rộng: Trợ giúp hàng hải Trợ giúp hàng hải ở mức trung bình

Bảng 5.2, dự phòng chiều rộng là 0,2 B

Trang 40

• Dự phòng chiều rộng: Bề mặt đáy biển

• Khu vực bằng phẳng từ đầu đến cuối kênh

được nạo vét là trơn nhẵn và mềm

Trang 41

• Dự phòng chiều rộng: Mức nguy hiểm hàng hóa

• Quặng cấu thành ở mức nguy hiểm thấp

• Bảng 5.2: Dự phòng chiều rộng cho mức nguy hiểm hàng hóa là 0,0 B

• Dự phòng khoang trống đến bờ (bank clearance)

• Bờ dốc và nông (nạo vét)

• Bảng 5.4:

• Mức cho phép đối với chiều sâu nước ở thành bờ kênh là 0,5B

Trang 42

Kết luận:

• Kênh khi thiết kế có thể được dùng mở rộng 1 giờ

quanh đỉnh triều và yêu cầu tốc độ vận hành

10knots

• Cần phải được nạo vét mặt đáy biển xung quanh với bờ cao 5m

Trang 43

Chiều rộng vận tai cua kênh

Trang 44

Bài tập: Tính toán chiều rộng dự phòng

• Đoạn kênh 2, hợp với đoạn kênh 1 góc 1350 ,

kênh thẳng, một chiều, có chiều dài 8 hải lý,

• Gió thịnh hành đạt tới giá trị lớn nhất là 35

knots

• Sóng nhỏ với chiều cao sóng có ý nghĩa 2m và

thịnh hành trên toàn bộ chiều dài của kênh

• Kênh được đánh mốc bằng các cặp phao đặt

cách nhau 1 dặm và tầm nhìn tương đối tốt

• Kênh được thiết kế cho các tàu chở quặng và

phương tiện trợ giúp hàng hải ở mức độ vừa

phải.

• Kênh được nạo vét từ đầu đến cuối trơn chu,

mềm, phẳng

Tính toán chiều rộng dự phòng kênh 2?

- Tính vận tốc dòng mạn và dọc

B1)Dòng chảy có góc tới -45 0 so với trục kênh thứ

1

B2)Dòng chảy có góc tới 45 0 so với trục kênh thứ 1

Chiều dài toàn bộ 335 m

Chiều dài tàu giữa hai đương vuông góc

320 m

Trang 45

Làn chạy tàu cơ bản

Trang 46

Làn chạy tàu cơ bản

Trang 47

Đoạn kênh thẳng 1 và 2

nghiêng 1350 so với nhaú và được nối băng m t đoạn cong ộCho bán kính cong băng 6,8 lần chiều dài định hình của tàu

Tính chiều r ng đoạn kênh ộ

Trang 48

• Tốc độ di chuyển là 10 hải lý/h

• Dòng cắt ngang thấp trong khi tàu tiến vào cảng

• Dòng chảy theo chiều dọc khoảng 1hải lý/h

• Gió mạn có tốc độ 25 hảilý/h phải không ảnh

hưởng lớn đến sự di chuyển qua

• Sóng có thể bị bỏ qua

• Phương tiện trợ giúp hàng hải là tốt

• Bề mặt đáy là trơn nhẵn và mềm và kênh biển được nạo nét dưới đáy với độ sâu trung bình là 8m

• Mật độ giao thông khoảng 1,0 tàu/giờ

Ví dụ:

Tính toán chiều rộng dự phòng

Trang 49

Lựa chọn tàu thiết kế

Các loại tàu điển hình dùng để thiết kế kênh là:

• Tàu chở dầu Panamax: dài 250 m, rộng 32,25 m,

Trang 50

Tàu chở hàng có trọng tải trong khỏang từ 55.000 DWT đến 80.000 DWT nhưng chiều rộng không vượt quá 100 ft hay

32.25 met (Chiều rộng tàu có thể vượt qua kênh đào

Panama)

Panamax?

Trang 51

Tàu Container?

Trang 52

Dung tích tàu biển - Capacity

• TEU - Đây là dung tích của tàu thường được dùng để biểu thị thể tích của các kho chứa

hàng trên tàu.

• Khoảng không gian cho một khối hàng tiêu

chuẩn có kích thước như sau:

– Chiều dài = 20 feet = 6,10 m

– Chiều cao= 8 feet = 2,44 m, và

– Chiều rộng = 8 feet = 2,44 m,

Hoặc thể tích béo 6,10 x 2,44 x 2,44 = 36,2 m3

Thể tích thực thường khoảng 32 m3.

Trang 53

• Container tiêu chuẩn ISO: dài 20-feet (6.1 m) = 1 TEU.

Trang 54

Tàu LNG

Trang 55

• Tàu container là lớn nhất

• Tàu Panamax sâu nhất

• Tàu LNG lại có toàn hàng hóa nguy hiểm

• Khả năng chuyển động của tàu Panamax từ trung bình tới tốt

• Tàu container ở tốc độ thấp và ở trong gió mạn mạnh thì từ trung bình tới mức khiêm tốn

• Tàu LNG trong gió mạn là khiêm tốn

Do đó cần phải tính thiết kế sơ bộ với tất cả ba loại tàu để tìm ra tàu thiết kế và xác định kích

thước của kênh

Trang 56

Chiều rộng cho phép Tàu

Khả năng chuyển động 2x 1,5 B 2 x 1,8 B 2x 1,8 B

Trợ giúp hàng hải 2x0,1 B 2 x 0,1 B 2 x 0,1 B

Mức độ rủi ro hàng hóa 2 x 0,6 B 2 x 0,0 2 x 1,5 B

Chiều rộng giữa hai dải hoạt động

Trang 57

Chiều rộng cho tàu:

Trang 58

Quy trình thiết kế kênh biển cua Bộ giao thông

vận tai

1 Ghi lại tất cả các đặc trưng cần thiết của các tàu sẽ đi trên

kênh, xác định mớn nước tính toán của tàu T và Tb,

chiều rộng B và chiều dài L

2 Xác định các đặc trưng của tuyến kênh cho từng phương

án (nếu có một số phương án) góc phương vị của từng đoạn kênh, và sau đó xác định theo từng đoạn chiều sâu

Ht theo tuyến kênh, các hệ số mái dốc m0 và m1, tỷ số

Ht/T và Ht/Tb cho từng Km kênh hoặc từng đoạn kênh

ngắn hơn (bảng 5.7)

Trang 59

PHẦN 3 Khu đất và khu nước trong cang

Trang 60

5.3 KHU NƯỚC TRONG CẢNG

Trang 61

Cảng sông

- Cảng ngoài lòng sông

cảng sông

5.3.1 Cấu tạo, công dụng và yêu cầu

Trang 62

port Adelaide river system Containers at the Fraser River Port

- Canada

Containers at the Fraser River Port

- Canada

river-cruise-vienna

Trang 63

1-3 : Đập chắn sóng

4 : Bến nhô

5 : Bến liền bờ

6 : Kho bãi

7 : Vũng sửa chữa tàu

8 : Bến du thuyền (ụ tàu nhỏ)

Trang 64

Cang biển tự nhiên

Trang 65

Cấu tạo khu nước trong cang

+ Cảng có đê chắn sóng: khu nước trong cảng được xác

định bởi giới hạn bên trong tuyến đê

+ Cảng không có đê chắn sóng: giới hạn khu nước bên

trong được xác định bởi luồng chạy tàu chung

Trang 66

Công dụng các khu nước trong cang:

+ khu nước cho tàu neo đậu chờ đợi

+ khu nước cho tàu neo đậu bốc xếp hàng hoá giữa tàu với tàu

+ khu nước sát bến để cho tàu neo đậu bốc xếp hàng hoá

giữa tàu với bờ

+ khu nước để cho tàu giảm tốc độ quay vòng ra vào bến

+ khu nước để cho tàu đi lại

* Đối với cảng sông thường dùng các đoàn xà lan nên thường bố trí một khu tập trung và một khu giải thể các đoàn xà lan

Trang 68

Cảng Dover

Trang 69

Nha Trang Port

Harbor_Beach

Marina

Port Austin

Port at a Glance

Trang 70

Presque_Isle_Harbor Rotterdam port

Trang 71

Yêu cầu chung cua khu nước:

- Đủ kích thước để tàu đi lại, neo đậu, quay trở

- Đủ độ sâu cần thiết để tàu có thể đi lại, neo đậu, quay trở một cách thuận tiện, an toàn và nhanh chóng

- Đảm bảo độ yên tĩnh về sóng, gió, dòng chảy

- Điều kiện địa chất đáy thuận lợi cho việc thả neo hoặc phải xây dựng được các công trình neo đậu cần thiết

- Đảm bảo ít bị bồi lắng bùn cát

Trang 72

Lối vào cảng

- Hướng vào tuyến luồng (chương 5 – Phần 1)

- Bề rộng kênh dẫn (chương 5 – Phần 2)

- Độ sâu kênh dẫn

5.3.2 Kênh dẫn, luồng vào cang

Trang 73

Tuyến kênh

1 Chi phí thiết kế và bao dưỡng kênh ít nhất

Trang 74

Tuyến kênh

2 Bao đam an toàn và thuận tiện cho tàu đi trên kênh

và vào cang

Trang 75

Tuyến kênh

3 Bao đam có thể bố trí tổng thể công trình chắn sóng

ở cang thuận lợi

a Trước cũng như sau khi xây dựng kênh, khi mặt cắt thực tế của nhánh sông tăng lên thì lưu lượng nước và phù sa trong nhánh sông có đặt tuyến sông, vào thời kỳ nước lũ lớn, phải nhỏ nhất so với các nhánh khác

b Sử dụng ít nhất các biện pháp bảo vệ bờ khỏi sóng do tàu gây ra

Định dạng
Số trang	153
Dung lượng	9,17 MB