8. Phương pháp nghiên cứu
5.2.3. Yếu tố nguy cơ tai nạn khi điều động tàu chạy đối hướng
a. Tai nạn đâm va khi tàu hành trình đối hướng tại Vũng Tàu
- Kết quả thống kê tai nạn trong 10 năm qua cho thấy đã xảy ra 07 vụ (chiếm 20%) tai nạn đâm va xảy ra trên luồng khi hai tàu hành trình đối hướng và tai nạn đâm va vẫn xảy ra mặc dù thực tế là thuyền trưởng hai tàu phát hiện thấy nhau khi hai tàu còn ở khoảng cách an toàn.
b. Phương trình toán mô phỏng khi hành trình đối hướng
- Xét hai tàu hành trình đối hướng nhau, tốc độ thật SOG (Speed over Ground) và hướng thật COG (Course over Ground) của tàu chủ lần lượt là và
; Tốc độ thật và hướng của tàu mục tiêu là và [28]; [29]:
Hình 5.6. Sơ đồ dịch chuyển của tàu chủ và tàu mục tiêu đối hướng
+ Vận tốc tương đối của tàu chủ với tàu mục tiêu là + Hướng tương đối của tàu mục tiêu
+ Phương vị của tàu mục tiêu là
Các giá trị CPA và TCPA thể hiện mức độ các tàu qua nhau an toàn. Giá trị TCPA = 0 là thời điểm hai tàu qua nhau tại vị trí tiếp cận gần nhất. CPA trong trường hợp hai tàu đi đối hướng chính là Khoảng cách chính ngang (D) giữa 02 mạn tàu khi hai tàu đi qua nhau.
- Ảnh hưởng và lực tương tác của các tàu thuyền trong tình huống các tàu đang chạy theo hướng trực diện được đánh giá dựa trên: chiều dài lớn nhất của tàu; khoảng cách giữa hai tàu tại thời điểm đi qua trên luồng và tốc độ tương đối giữa hai tàu (chia cho 5 cấp độ) [IAMU]. Trong nghiên cứu tác động giữa hai tàu qua nhau khi hành trình đối hướng, ông Sungwook Lee thuộc viện nghiên cứu của Sam Sung-Hàn Quốc [30] đã xem xét lực tương tác thủy động lực tác động theo chiều ngang lên thân tàu, cụ thể:
Hình 5.7. Hệ thống tọa độ cho tương tác tàu-tàu qua nhau
Các hệ thống tọa độ cho tương tác tàu - tàu được thể hiện như Hình 5.6;
Trong hệ tọa độ, mặt phẳng Oxy - đại diện cho mặt phẳng nước tĩnh lặng. Gốc tọa độ tại vị trí giữa của thân tàu và trục x được hướng về phía mũi tàu, trục y hướng theo chiều phải.
Mối quan hệ giữa hệ tọa độ cố định trái đất và hệ tọa độ cố định tàu có thể được viết như sau [30]:
bằng định lý Bernoulli như phương trình sau [30]:
(5-9)
Trong đó: là sự chênh lệch của áp suất dòng chảy theo hướng x, được viết như sau [30]:
∫ ;
=
∫ = .
(5-10)
Khi đó, phương trình (5-9) có thể viết lại như sau:
{ ∫
} (5-11) Các lực F ti( ) tác động lên thân tàu chủ được thể hiện theo phương trình sau [30]:
∫
(5-12)
i( )
F t là lực trên một đơn vị độ sâu của nước trong mặt phẳng xy− hai chiều.
Lý thuyết cho phương pháp nhiễu loạn hai chiều đã được giới thiệu trong [30], lực này được tính như sau:
(5-13)
Trường hợp các lực trên tương ứng với , là tỷ trọng nước, là chiều ngang của tàu, là mớn nước trung bình của tàu chủ, là vận tốc của tàu chạy đối hướng, là hệ số thực nghiệm.
- Theo nghiên cứu của ông Sungwook Lee trên (thực nghiệm trong các tình huống khoảng cách chính ngang giữa 2 tàu dao động từ 1,1 đến 2,3 lần chiều rộng tàu chủ), tác giả đã có kết luận là đường đặc tuyến của hệ số lực phụ
rủi ro của chuyên gia khi tàu hành trình đối hướng.
Bảng 5.3 dưới đây là đánh giá yếu tố ảnh hưởng với trường hợp tàu chạy đối hướng (D là khoảng cách chính ngang giữa 02 mạn tàu khi hai tàu đi qua nhau) theo phương pháp chuyên gia.
Bảng 5.3. Bảng tổng hợp đánh giá của chuyên gia về mức độ rủi ro khi 02 tàu hành trình đối hướng TT
Đối tượng
Khoảng cách giữa hai (2) tàu dưới 01 hải lý
Khoảng cách 2 tàu
từ 01 đến 02 hải lý
Khoảng cách 2 tàu trên 02 hải lý D<50m D
<100m
D
<200m
1
Tàu biển chạy đối hướng với tàu biển
-2 -1 +1 +2 0 +1
2
Tàu biển chạy đối hướng với tàu sông
-2 -1 -1 +2 0 +1
3
Tàu sông chạy đối hướng với tàu sông
-1 0 -1 +2 +3 +1
Từ biểu thức toán và bảng đánh giá yếu tố ảnh hưởng khi 02 tàu hành trình đối hướng, thiết lập sơ đồ khối trên Matlab như sau:
Hình 5.8. Sơ đồ mô phỏng ảnh hưởng của yếu tố tàu chạy đối hướng
Ground) và hướng thật COG (Course over Ground) của tàu chủ lần lượt là và
; Tốc độ thật và hướng của tàu mục tiêu là và [28]; [29]:
Hình 5.9. Sơ đồ dịch chuyển của tàu chủ và tàu mục tiêu Trong đó:
+ Khoảng cách tương đối của tàu chủ và tàu mục tiêu là R;
+ Vận tốc tương đối của tàu chủ với tàu mục tiêu là + Hướng tương đối của tàu mục tiêu
+ Phương vị của tàu mục tiêu là
Gọi là khoảng cách tiếp cận gần nhất, là thời gian đến điểm tiếp cận gần nhất. Khi đó công thức tính như sau [28]; [29]:
| | (5-14) / (5-15)
Các giá trị DCPA và TCPA thể hiện mức độ các tàu qua nhau an toàn. Giá trị TCPA = 0 là thời điểm hai tàu qua nhau tại vị trí tiếp cận gần nhất.
Từ kết quả thực nghiệm thu được qua các video quay lại quá trình tránh va an toàn của 10 tình huống tàu chạy cắt hướng ở Vịnh Gành Rái - Vũng Tàu, khoảng cách đo được trong 10 tình huống tránh va khi chạy cắt hướng và lấy ý kiến đánh giá của các chuyên gia, hội thảo thống nhất đánh giá: các tàu qua nhau bảo đảm an toàn khi khoảng cách DCPA (D) giữa 2 tàu khi qua nhau là (đối với các tàu có chiều dài lớn nhất trên 150m) và đối với các tàu có chiều dài lớn nhất không quá 150m thì: .
50m<DCPA 100m -1 -1 +1 +1
100m<DCPA 200m +1 +1 +1 +1
DCPA>200m +2 +2 +2 +2
Từ biểu thức toán và Bảng đánh giá yếu tố rủi ro khi điều động tàu hành trình cắt hướng, thiết lập sơ đồ khối trên Matlab như sau:
Hình 5.10a. Sơ đồ chi tiết trên matlab khối cắt hướng