Nội dung của bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu về các giải pháp công nghệ được áp dụng khi đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển ven bờ khi khảo sát thiết kế và thi công các công trình cảng biển ở Việt Nam. Một số kết quả đo đạc và tính toán thực nghiệm trong đo vẽ địa hình dưới nước.
Trao đổi - Ý kiến NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ TRONG ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY BIỂN VEN BỜ PHỤC VỤ KHẢO SÁT THIẾT KẾ CÁC CƠNG TRÌNH CẢNG BIỂN VIỆT NAM TS TRẦN VIẾT TUẤN Trường Đại học Mỏ-Địa chất Hà Nội Tóm tắt: Nội dung báo trình bày số kết nghiên cứu giải pháp công nghệ áp dụng đo vẽ đồ địa hình đáy biển ven bờ khảo sát thiết kế thi cơng cơng trình cảng biển Việt Nam Một số kết đo đạc tính tốn thực nghiệm đo vẽ địa hình nước Đặt vấn đề H iện Việt Nam việc xây dựng cải tạo nâng cấp cơng trình cảng biển có ý nghĩa quan trọng phát triển kinh tế biển Để khảo sát thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình cảng biển cần phải đo vẽ đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn Do đặc điểm đo vẽ địa hình nước ven bờ có chế độ thủy triều phức tạp, chịu ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh như: sóng biển, gió v.v nên cơng tác đo đạc thành lập đồ địa hình đáy biển ven bờ có nhiều điểm khác biệt so với phương pháp đo vẽ truyền thống đất liền Mặt khác, cơng trình xây dựng cảng biển địa hình tiếp giáp biển đất liền nên nhiều nơi có địa hình phức tạp khơng đủ điều kiện cho tàu khảo sát hoạt động Vì vậy, cần phải nghiên cứu giải pháp công nghệ thiết bị đo đạc nhằm đảm bảo độ xác nâng cao hiệu công tác đo vẽ đồ địa hình đáy biển ven bờ, phục vụ cho công tác khảo sát thiết kế thi công xây dựng cơng trình cảng biển nước ta 13 Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu 2.1 Đặc điểm đo vẽ đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn Để đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ lớn khu vực xây dựng cơng trình cảng biển, thường phải sử dụng phương pháp đo vẽ trực tiếp đất liền vùng địa hình nước Địa hình nước thường đo vẽ theo phương pháp mặt cắt Các mặt cắt đo vẽ thiết kế vng góc với đường bờ Do đó, cần phải thiết kế tuyến đo sâu dẫn đường cho tầu đo sâu theo tuyến đo thiết kế Khu vực đo vẽ địa hình ven bờ nên yếu tố thuỷ triều sóng biển có ảnh hưởng lớn đề kết đo vẽ địa hình đáy biển Tại vùng ven bờ Việt Nam biên độ dao động thuỷ triều thường đạt từ 0.5m ÷ 4.0m vùng biển xa bờ biên độ dao động thuỷ triều 0.2 ÷ 0.3m [2] Vì vậy, việc quan trắc tính số hiệu chỉnh biên độ thuỷ triều gây vào kết đo sâu có ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề đảm bảo cho độ an toàn phương tiện vận tải vào cảng sau t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 Trao đổi - Ý kiến cần phải lắp đặt kết nối thiết bị máy thu GPS máy đo sâu hồi âm tàu khảo sát Tọa độ đo tâm anten máy thu GPS, độ sâu đo từ điểm đầu cần phát 2.2.1 Ứng dụng công nghệ GPS biến máy đo sâu hồi âm Yêu cầu tâm anten đo vẽ địa hình đáy biển ven bờ máy thu GPS phải đặt trùng với tâm cần Để xác định vị trí mặt điểm đo sâu phát biến hình Trong trường hợp đo vẽ đồ địa hình nước thường điều kiện lắp đặt trùng tâm thực sử dụng công nghệ DGPS phương pháp được, đặt anten máy đo GPS hiệu chỉnh toàn cầu (Gc-GPS) kết thu GPS vị trí khác tàu đo hợp với máy đo sâu hồi âm gắn tầu sâu cần phải tính số hiệu chỉnh để tâm khảo sát Cơng nghệ Gc-GPS cho phép đo anten máy thu trùng với vị trí cần phát biến đạc biển với máy thu GPS gắn trực Trên hình giả thiết A vị trí anten thu GPS tiếp tầu đo, khơng cần trạm base C vị trí cần phát biến máy đo sâu bờ, mà tầm hoạt động máy không hồi âm Khi cần tính chuyển toạ độ điểm bị hạn chế, đo cách xa bờ độ đo sâu từ A C theo cơng thức: xác định vị biển không phụ thuộc X C = XA + ΔX vào vị trí tầu đo đạt cỡ 0.25 ÷ 1.0m [3] Y =Y +Δ (1) 2.2 Nghiên cứu số giải pháp kỹ thuật trong đo vẽ địa hình đáy biển ven bờ C Về chất phương pháp đo Gc-GPS tương tự phương pháp định vị vi phân DGPS Tuy nhiên phương pháp tính số hiệu chỉnh vào kết đo GPS trạm động thực phạm vi toàn cầu với mạng lưới điểm tham chiếu sở xác định toàn giới [3] Máy thu C-Nav GPS chế tạo theo công nghệ Gc-GPS có cấu tạo hình A Y ΔX = SACcos αAC ΔY = SACsin αAC (2) αAC = αT - BAC Hình a Lắp đặt kết nối máy thu GPS máy đo sâu hồi âm tàu đo sâu Hình Để tiến hành đo c a hỡnh ỏy bin tạp chí khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 14 Trao i - Ý kiến c Ứng dụng công nghệ GPS động kết hợp với máy đo sâu hồi âm đo vẽ đồ địa hình vùng đặc biệt khó khăn ven sơng, ven biển Hình b Sử dụng cơng nghệ GPS để dẫn đường cho tàu đo nhằm đảm bảo đo sâu tuyến đo thiết kế: Để bắt đầu chuyến đo đạc biển, phải dẫn tàu tới điểm xuất phát tuyến đo Muốn vậy, cần phải thiết kế tuyến đo sâu biển dựa vào tỷ lệ đồ yêu cầu độ xác đo vẽ địa hình đáy biển hình Dựa vào tọa độ vị trí tàu bến đỗ tọa độ đầu tuyến đo xác định “đường dẫn” tàu đo sâu đến vùng đo Cài đặt thông tin vào phần mềm chuyên dụng đo sâu (C-Nav, Hydro…) để đưa tàu đến vùng cần khảo sát Máy thu C-Nav phần mềm máy tính C-View Nav cho phép dẫn đường cho tàu chạy đến khu vực cần đo điều khiển tàu đo chạy tuyến đo thiết kế biển theo nguyên tắc dẫn đường cho tầu [4] Đặc điểm vùng xây dựng cảng biển thường vùng ngập nước ven biển, có hệ thực vật đa dạng phong phú có độ sâu khơng lớn Tại vùng ngập nước công tác lại thông hướng gặp nhiều khó khăn nhiều trường hợp khơng thể sử dụng tầu đo sâu có gắn hệ thống máy GPS máy đo sâu hồi âm để tiến hành đo vẽ vùng tiếp giáp nước bờ Trong trường hợp sử dụng máy đo sâu cầm tay Hondex-PS7 (hình 5) kết hợp với phương pháp đo GPS động (RTK) (PPK) máy thu GPS tần số hai tần số để đo vẽ địa hình vùng bán ngập nước khảo sát cơng trình cảng biển Hình Hình 15 Bằng cơng nghệ đo GPS động với trạm base (hoặc hai trạm base) xác định toạ độ điểm đo chi tiết bán kính 10km với độ xác cao, khơng cần phải tăng dày lưới khống chế trạm đo bờ, khơng u cầu phải thơng hướng ngắm đo đạc điều kiện thời tiết Máy đo sâu Hondex-PS7có thể đo độ sâu H = 0.6 - 80 m với độ xác đo sâu m h= 0.1 m Với kết hợp công nghệ đo GPS động với đo sâu cầm tay tạp chí khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 Trao đổi - Ý kiến thiết bị đo sâu thủ cơng (sào đo sâu dọi đo sâu) tiến hành đo vẽ đồ địa hình vùng bán ngập nước 2.2.2 Xác định số hiệu chỉnh thủy triều vào kết đo sâu Khi khảo sát thiết kế và thi công xây dựng công trình cảng biển, độ sâu cảng tuyến luồng vào cảng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn loại tàu thuyền vào cảng Các loại đồ địa hình ven biển độ sâu thường tính theo mức “0” hải đồ (mức nước biển trung bình thấp vịng 100 năm), kết đo sâu biển độ sâu tức thời (độ sâu tính từ mặt biển thời điểm đo) Tại vùng ven bờ, biên độ dao động thuỷ triều có ảnh hưởng lớn đến kết đo sâu Ở nước ta biên độ dao động mặt nước biển tức thời so với mực “0” hải đồ đạt từ 0.5 ÷ m [4] yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị độ sâu điểm đo sâu biển Để xác định độ sâu xác đồ địa hình nước ven biển, tiến hành khảo sát cơng trình cảng biển cần phải tiến hành quan trắc thủy triều tính số hiệu chỉnh biên độ dao động thủy triều để hiệu chỉnh vào kết đo sâu biển Số hiệu chỉnh thuỷ triều xác định từ số liệu quan trắc trạm nghiệm triều bố trí vùng khảo sát Số liệu đo thuỷ triều ghi lại theo phương pháp đo trực tiếp tự ghi máy triều ký [4] Dựa vào kết quan trắc mực nước trạm tính số hiệu chỉnh biên độ dao động thủy triều gây vào kết đo sâu a Trong trường hợp điểm đo sâu biểu diễn theo hệ độ cao lục địa đó: Hđo độ sâu đo máy đo sâu hồi âm; Ho = Htc - Ho(tc) (4) Htc số đọc thước đo mực nước; Ho(tc) độ cao số “0” thước đo mực nước theo hệ độ cao lục địa b Trường hợp sử dụng mặt “0” hải đồ: Độ sâu đo so với mặt nước biển tức thời cần tính chuyển mặt “0” hải đồ Trong trường hợp cần xác định độ chênh số “0” thước đo mực nước mặt “0” hải đồ d đặt trạm quan trắc mực nước biển (hình 6) Khi độ sâu điểm chi tiết tính theo công thức: Hi = Hđo - Htc d (5) Hình Giá trị d xác định trạm quan trắc mực nước có thời gian quan trắc liên tục kéo dài vòng 18 ÷ 61 năm Các trạm quan trắc mực nước cố định đặt số vị trí, hải cảng cố định (Ở Việt Nam trạm Dấu, Ngư v.v ) Vì vậy, để có số chênh số “0” thước đo mực nước mặt “0” hải đồ vùng đặt trạm quan trắc mực nước sử dụng phương pháp “tương thích” để nội suy [2] c Trường hợp khơng có số liệu đo nghiệm triều: sử dụng “nguyên lý đo Khi cần phải hiệu chỉnh độ sâu đo vẽ đồ địa hình nước theo cách hệ cao lục địa: khơng có nghiệm triều” Sơ đồ nguyên lý H i = Hđo - Ho (3) phương pháp đo vẽ trình bày t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 16 Trao đổi - Ý kiến hình Độ cao điểm đo vẽ nước Hi tính theo cơng thức: Hi = hk0 - hP (6) (7) theo công thức Δ Xi = (XGPS)i - (XTĐĐT)i ΔYi = (YGPS)i - (YTĐĐT)i ; đó: hr hk độ cao anten trạm r k hro độ cao điểm r (trên bờ) độ cao trắc địa điểm r k Hình Khi sử dụng nguyên lý đo vẽ cần lưu ý rằng: khoảng cách trạm tĩnh trạm động khơng nên vượt q 20km cần phải tính đến ảnh hưởng dao động tầu đo gây [1] đó: (XGPS)i, (YGPS)i toạ độ điểm thứ i đo GPS (XTĐĐT)i, (YTĐĐT)i toạ độ điểm thứ i đo máy toàn đạc điện tử Kết đo thực nghiệm 55 điểm đo cho kết mP = 0.160 m So sánh với yêu cầu độ xác đo vẽ đồ địa hình đáy biển ven bờ dùng khảo sát thiết kế thi công xây dựng công trình cảng biển [4] cho thấy: hồn tồn sử dụng công nghệ đo GPS động máy đo sâu hồi âm cầm tay để đo vẽ đồ địa hình vùng bán ngập nước ven bờ Đo đạc tính tốn thực nghiệm Để đánh giá khả ứng dụng công nghệ GPS đo vẽ đồ địa hình vùng ven bờ bán ngập nước, tổ chức đo thực nghiệm: đo vẽ địa hình nước cơng nghệ GPS động (PPK) sử dụng máy thu GPS tần số Trimble -R3, máy đo sâu cầm tay Hondex - PS7 xuồng máy để đo vẽ vùng bến Bạc (sông Hồng) Sơ đồ đo GPS động bố trí với hai trạm base đặt hai điểm toạ độ quốc gia (104548 TL12) Toạ độ điểm đo sâu xác định theo chế độ đo Continuous đo kiểm tra máy toàn đạc điện tử đặt bờ đo đến gương gắn kèm anten máy thu GPS (hình 8) Tính giá trị chênh lệch toạ độ hai phương pháp đo 17 Hình t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 Trao đổi - Ý kiến Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Từ kết nghiên cứu lý thuyết tính tốn thực nghiệm chúng tơi rút số kết luận sau đây: [1] Phan Văn Hiến, Nguyễn Duy Đơ (2013), Giáo trình “Cơ sở trắc địa cơng trình”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - Khi đo vẽ thành lập đồ địa hình phục vụ khảo sát thiết kế cơng trình cảng biển cần phải ứng dụng số giải pháp công nghệ chuyên dụng nhằm đảm bảo độ xác nâng cao hiệu công tác thành lập đồ địa hình đáy biển ven bờ tỷ lệ lớn [2] Phạm Hoàng Lân (1998), Cơ sở Trắc địa biển, Bài giảng cho học viên cao học Trắc địa, Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội - Do địa hình xây dựng cơng trình cảng biển thường ven bờ nên để đảm bảo độ an toàn cho phương tiên vận tải vào cảng sau cần phải đo đạc để tính số hiệu chỉnh biên độ dao động thuỷ triều vào kết đo sâu biển.m [3] Trần Viết Tuấn, Nguyễn Văn Hiệp (2009), “Nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ GPS hiệu chỉnh tồn cầu (GcGPS) trắc địa cơng trình biển Việt Nam”, Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất (số 27), Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội [4] Trần Viết Tuấn - Phạm Doãn Mậu (2011), “Giáo trình trắc địa biển”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.m Summary ON THE RESEACH OF SOME TECHNICAL SOLUTIONS ESTABLISHES A SEASHORE SURFACE TOPOGRAPHY TO SURVEY AND DESIGN SEAPORTS IN VIETNAM Dr Tran Viet Tuan Hanoi University of Mining and Geology The content of this paper shows some results of research into technical solutions which are appliedon surveying the seashore topography when surveying and designing seaports in Vietnam In addition, this also presents some consequences of measurement and experimental calculation on the seabed.m Ngày nhận 15/3/2013 t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 16-6/2013 18 ... Khi đo vẽ thành lập đồ địa hình phục vụ khảo sát thiết kế cơng trình cảng biển cần phải ứng dụng số giải pháp cơng nghệ chun dụng nhằm đảm bảo độ xác nâng cao hiệu công tác thành lập đồ địa hình. .. máy đo sâu cầm tay Hondex-PS7 (hình 5) kết hợp với phương pháp đo GPS động (RTK) (PPK) máy thu GPS tần số hai tần số để đo vẽ địa hình vùng bán ngập nước khảo sát cơng trình cảng biển Hình Hình... kiến thiết bị đo sâu thủ công (sào đo sâu dọi đo sâu) tiến hành đo vẽ đồ địa hình vùng bán ngập nước 2.2.2 Xác định số hiệu chỉnh thủy triều vào kết đo sâu Khi khảo sát thiết kế và thi công xây