Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Xác định đáy chạy tàu hợp lý trong bùn loãng tại luồng hàng hải Việt Nam - Nguyễn Anh Tuấn

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PT NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐÁY CHẠY TÀU HỢP LÝ TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ BÙN LOÃNG TẠI MỘT SỐ LUỒNG HÀNG HẢI Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ HÀ NỘI, NĂM 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PT NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM ĐỀ TÀI LUẬN ÁN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐÁY CHẠY TÀU HỢP LÝ TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ BÙN LOÃNG TẠI MỘT SỐ LUỒNG HÀNG HẢI Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ MÃ SỐ: 09-58-02-02 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU SINH Cán bộ hướng dẫn 1 GS. TSKH Nguyễn Ngọc Huệ Nguyễn Anh Tuấn Cán bộ hướng dẫn 2 PGS. TS Nguyễn Khắc Nghĩa Hà Nội, 2020 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng đƣợc bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn luan an ii LỜI CÁM ƠN Tác giả xin chân thành cám ơn Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã đào tạo, hƣớng dẫn và tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Chân thành cảm ơn Cục Hàng hải Việt Nam và gia đình đã tạo điều kiện về thời gian và cơ hội tiếp cận, sử dụng nhiều nguồn số liệu phục vụ cho quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy hƣớng dẫn GS. Nguyễn Ngọc Huệ và PGS.

Nguyễn Khắc Nghĩa đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng giúp tác giả hoàn thành luận án này. luan an iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẠY TÀU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG 6 1. Tổng quan các nghiên cứu về bùn loãng 7 1. Các vấn đề nghiên cứu 8 1.

Phƣơng pháp nghiên cứu 8 1. Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới 13 1. Nghiên cứu về bùn loãng 13 1. Nghiên cứu về đáy chạy tầu và độ sâu chạy tầu 18 1.

Nghiên cứu về tính khả thi của chạy tầu trên bùn loãng 21 1. Các ứng dụng xử lý lớp bùn loãng 23 1. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam 27 1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tại luồng Nam Triệu, Hải Phòng 27 1.

Kết quả nghiên cứu tại luồng Soài Rạp 28 1. Kết quả nghiên cứu tại luồng tầu nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 29 1. Kết quả nghiên cứu tại luồng Sông Hậu 30 1. Phân tích chung các vấn đề nghiên cứu ở Việt Nam 31 1.

Định hƣớng nghiên cứu của luận án 32 Kết luận chƣơng 1 34 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LỚP BÙN LOÃNG VÀ ĐÁY CHẠY TẦU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG 36 2. Cơ sở lý thuyết của các vấn đề nghiên cứu 36 2. Cơ sở lý thuyết về chuyển động bùn dƣới tác động của các yếu tố 36 động lực cửa sông ven biển 2. Cơ sở lý thuyết về phép phân tích Fourier 46 2.

Cơ sở lý thuyết mô hình hồi quy đa biến 48 2. Cơ sở số liệu phục vụ cho nghiên cứu 50 2. Số liệu địa hình 50 2. Số liệu thủy hải văn, bùn cát 54 luan an iv 2.

Ảnh viễn thám 55 2. Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 56 2. Phƣơng pháp khảo sát tại hiện trƣờng 56 2.2 Phƣơng pháp phân tích Fourier 58 2. Phƣơng pháp phân tích mô hình hồi quy đa biến xây dựng tƣơng 60 quan giữa chiều dày lớp bùn loãng và một số yếu tố thủy hải văn, bùn cát Kết luận chƣơng 2 64 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG CHẠY TẦU TRÊN BÙN LOÃNG, PHÂN TÍCH FOURIER VÀ MÔ HÌNH HỒI QUY ĐA BIẾN XÁC ĐỊNH QUY LUẬT SA BỒI VÀ CHIỀU DÀY LỚP BÙN LOÃNG 65 3.

Kết quả nghiên cứu về điều kiện sử dụng công nghệ chạy tầu trên bùn loãng tại các luồng tầu biển ở Việt Nam 65 3. Điều kiện khai thác, vận tải 65 3. Điều kiện tự nhiên 67 3. Thực tế bùn loãng và cao trình đáy luồng tại một số luồng hàng hải 78 3.

Xây dựng phƣơng trình xác định chiều dày lớp bùn loãng bằng mô hình hồi quy đa biến 81 3. Xác định các tham số đầu vào 81 3. Tính toán xây dựng công thức đặc trƣng xác định chiều dày lớp bùn loãng bằng mô hình hồi quy đa biến 90 3. Xây dựng mô hình tính toán biến động sa bồi luồng tầu theo tháng 99 3.

Dữ liệu đầu vào 100 3. Chƣơng trình tự động hóa tính toán 100 3. Quy trình tính toán 102 3. Kết quả xây dựng hàm chiều dày sa bồi theo tháng cho luồng 102 Bạch Đằng Kết luận chƣơng 3 107 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 109 4.

Ứng dụng công thức đặc trƣng tính toán độ dày lớp bùn loãng xác định đáy chạy tầu và đáy nạo vét hợp lý trong trƣờng hợp có bùn loãng luồng Soài Rạp – Hiệp Phƣớc 109 4. Tính toán thử nghiệm dự báo chiều dày lớp bùn loãng 109 4. Xác định đáy chạy tầu và thiết kế đáy nạo vét 117 4. Xác định thời điểm nạo vét hợp lý theo tiêu chí về hiệu quả khai luan an v thác luồng Bạch Đằng.

119 Kết luận chƣơng 4 123 KẾT LUẬN 124 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC luan an vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Băng đo sâu ở các tần số 210 kHz và 33 kHz ……………………. Kết quả mô phỏng tƣơng tác sóng và bùn loãng …………. Tính chất lƣu biến của bùn loãng ……………….

Độ sâu luồng đƣợc đo bằng thiết bị hồi âm đa tần (h.vẽ minh họa). Cảng Savannah và vùng lân cận, bẫy bùn cát và cửa ngăn triều …. Giải pháp công trình cửa sông Tapi: (a) phƣơng án kết hợp đê chìm hƣớng dòng dọc tuyến luồng; (b) phƣơng án đào bẫy bùn tại vũng quay 27 tầu Hình 1. Vị trí lấy mẫu bùn cát loãng trên tuyến luồng Soài Rạp.

Luồng tầu nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 …………………. Sơ đồ biến động của lớp bùn loãng. Biểu đồ mô tả khởi động và bứt phá của bùn loãng ……………… 38 Vw  Vbe Hình 2. Biểu đồ quan hệ S  …………………………………… gh 40 Hình 2.

Phân bố nồng độ khi sự kết bông đƣợc lựa chọn. Tính toán tốc độ chìm lắng khi bị cản trở ………………………… 43 Hình 2. Các quá trình trong vận chuyển bùn …. Kỹ thuật đo sâu hồi âm (hình vẽ minh họa) ……………………….

Sơ đồ quá trình phân tích Fourier ……. Lƣợc đồ quy trình thiết lập phƣơng trình dự báo. Cao độ đáy luồng tại các tần số 33kHz và 200kHz – Đoạn luồng Lạch Huyện …. Cao độ đáy luồng tại các tần số 33kHz và 200kHz – Đoạn luồng Soài Rạp ……………………………………………………….

Cao độ đáy luồng tại các tần số 33kHz và 200kHz – Đoạn luồng Quan Chánh Bố ………………………………………………………. Cao độ đáy luồng tại các tần số 33kHz và 200kHz – Đoạn luồng Vũng Tầu Thị Vải …………………………………………….……… 80 luan an vii Hình 3. Bản đồ phân bố bùn lỏng toàn tuyến 2018………………………… 83 Hình 3. Bản đồ phân bố bùn lỏng (mặt cắt 30-42) năm 2016-2017……….

Bản đồ phân bố bùn lỏng (mặt cắt 30-42) năm 2018………. Lựa chọn khu vực lựa chọn tính toán. Xây dựng mô hình khu vực tính toán (a) địa hình lòng dẫn; (b) lƣới tính; (c) điều kiện biên. Kiểm định mực nƣớc, theo mực nƣớc theo số liệu thực đo …….

Kiểm định vận tốc dòng chảy …………………………………. Kiểm định hƣớng dòng chảy …. Đồng bộ dữ liệu trên cùng một hệ thống lƣới trực giao. Sơ đồ quá trình định dạng đồng bộ dữ liệu ……………………… 92 Hình 3.

Sơ đồ tính toán xây dựng hàm hồi quy đa biến ………………… 93 Hình 3. Sơ đồ rút gọn quy trình tính toán hồi quy đa biến ……………… 95 Hình 3. Scatter plot giữa giá trị thu đƣợc từ phƣơng trình hồi quy và giá trị quan trắc thực sử dụng 3 nhân tố dự báo…………………………… 98 Hình 3. So sánh kết quả tính toán độ dày lớp bùn loãng bằng các hàm hồi quy 5 biến, 3 biến và 1 biến, luồng Soài Rạp 99 Hình 3.

Sơ đồ thuật toán mô hình tính toán sa bồi tháng (SBThang) …… 100 Hình 3. Sơ đồ giản lƣợc quá trình tính toán ……………………………… 101 Hình 3. Biểu đồ độ dày sa bồi trung bình luồng Bạch Đằng……………. So sánh kết quả dự báo sa bồi luồng Bạch Đằng với chuỗi trung bình tháng sử dụng các công thức BĐ1-BĐ3 và hàm hồi quy bậc 2 ….

So sánh lựa chọn các công thức theo hệ số tƣơng 105 quan R2……. Đoạn luồng lựa chọn tính toán thử nghiệm (Phao 49 đến phao 58 Luồng Soài Rạp) ……………………………………………………………. Trƣờng vận tốc tính toán trung bình năm (từ P49 đến P58) ……. Trƣờng hệ số kéo tính toán …………………………….

Trƣờng SPM (độ đục) trung bình đƣợc tính toán từ ảnh Landsat8. Phân bố độ dày trung bình lớp bùn loãng ………………………… 111 luan an viii Hình 4. Độ dày lớp bùn loãng đoạn từ P54 đến đoạn P56 ………………… 112 Hình 4. Độ dày lớp bùn loãng cho đoạn luồng từ phao 49 đến phao 54…… 112 Hình 4.

Sơ đồ mật cắt dọc tuyến nghiên cứu thử nghiệm gồm 79 điểm …. Biểu đồ tổng giá trị hcl khi tổ chức nạo vét vào các tháng khác nhau luồng Bạch Đằng …………………. 122 luan an ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Nguyên nhân hình thành bùn loãng …………………….

Chỉ tiêu cơ lý của bùn ứng với từng loại bùn …. Tiêu chí xác định độ sâu hành hải theo McAnally & cộng sự (2007). Kết quả thí nghiệm xác định khối lƣợng riêng của bùn loãng theo độ sâu ở luồng Soài Rạp. Tổng hợp số liệu địa hình ………………………………………… 51 Bảng 2.

Tổng hợp số liệu thủy hải văn, bùn cát………………………. Các cảnh ảnh sử dụng tính toán độ đục tại luồng Soài Rạp. Thông số kỹ thuật và nhu cầu khai thác cho các cỡ tầu lớn hơn thiết kế tại một số luồng hàng hải chính. Phân vùng địa mạo động lực học hình thái ven biển Việt Nam và điều kiện xuất hiện bùn loãng.

Cao trình đáy luồng đo hồi âm ứng với tần số 33kHz và 200kHz. Các tham số trong mô hình hồi quy đa biến ………. Bảng quy ƣớc các tham số trong mô hình hồi quy đa biến …. Kết quả chạy mô hình hồi quy đa biến (11.