Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải hải phòng phục vụ công tác dẫn tàu an toàn

TRƯỜNGĐẠI HỌCGIAOTHƠNGVẬNTẢI TP.HỒCHÍ MINH NCS.NGUYỄNVĂNCANG NGHIÊNC Ứ U X Â Y DỰNGTHỬN G H I Ệ M B Ả N Đ Ồ D Ò N G C HẢYTUYẾNL U Ồ N G H À N G H Ả I H Ả I P H Ò N G P H Ụ C V Ụ CƠ NGTÁCDẪNTÀUANTỒN LUẬNÁNTIẾNSĨ TP.HỒCHÍMINH –8/2022 NCS.NGUYỄNVĂNCANG NGHIÊNC Ứ U X Â Y DỰNGTHỬN G H I Ệ M B Ả N Đ Ồ D Ò N G CHẢYTUYẾNL U Ồ N G H À N G H Ả I H Ả I P H Ò N G P H ỤC V Ụ CƠNGTÁCDẪNTÀUANTỒN LUẬNÁNTIẾNSĨ Ngành: Khoa học hàng hảiMãsốngành:9840106 NGƯỜIHƯỚNGDẪN: 1.PGS.TS.NGUYỄNXUÂNPHƯƠNG 2.PGS.TS.PHẠMKỲQUANG LỜICAMĐOAN Tôi tên Nguyễn Văn Cang - Nghiên cứu sinh ngành Khoa học hàng hảivà tác giả luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảytuyến luồng hàng hải Hải Phịng phục vụ cơng tác dẫn tàu an toàn”, sựhướng dẫn tập thể người hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Xuân Phương vàPGS.TS Phạm Kỳ Quang, thực Trường Đại học Giao thông vận tảiThành phố Hồ ChíMinh Bằngdanh dựcủabảnthân,nghiên cứusinh camđoanrằng: - Luận án cơng trình nghiên cứu riêng nghiên cứu sinh, khơngcóphần nộidung nàođượcsaochépmộtcách bấthợp pháp, từ cơngt r ì n h nghiên cứucủa tác giảhaynhómtác giả khác; - Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án, chưa aicơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnghiêncứunàokháctrướcđó; - Các thơng tin, số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo luận án đềuđượcchỉ rõvềxuất xứ,nguồngốcvàđảmbảotínhtrungthực./ TP.HồChí Minh,ngày05tháng8năm2022 Nghiêncứusinh NguyễnVănCang LỜI CẢMƠN Với nỗ lực khơng ngừng thân q trình học tập, nghiêncứu, tìm tịi tài liệu, vận dụng kiến thức học Nhà trường trải qua thựctiễncơngtác.Mặtkhác,đượcsựgiúpđỡtậntình,chuđáocủacácthầyhướngdẫn khoa học, nhà khoa học, thầy cô giáo, đồng nghiệp gia đình, đến đềtàiluậnántiến sĩcủanghiên cứusinhđãđược hồnthành Có kết này, trước tiên, nghiên cứu sinh xin trân trọng bày tỏsự tri ân đến PGS.TS Nguyễn Xuân Phương, PGS.TS Phạm Kỳ Quang, đãhướng dẫn trách nhiệm, tận tình suốt trình học tập, nghiên cứu thực hiệnđềtàiluậnántiếnsĩtạiTrường Nghiên cứu sinh trân trọng cám ơn động viên tạo điều kiện thuận lợinhấtcủa TrườngĐạihọc Giao thôngvậntảiThành phốH Chí Minh, V i ệ n Hàng hải, ViệnĐào tạo Sau đại học, Lãnh đạocácB a n / N g n h l i ê n q u a n , c c đơn vị, Công ty vận tải biển, Cảng vụ Hàng hải, Tổng công ty Bảo đảm An tồnHànghảiMiềnBắc,…trongqtrìnhhọctậpvànghiêncứu Nghiên cứu sinh bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè vàđồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện tốt nhất, suốt thờigianlàmnghiêncứusinh Rất mong tiếp tục nhận đóng góp ý kiến cho luận án, từ nhàkhoahọc,các thầycơgiáo,cánbộ,giảngviênvàđồngnghiệp Nghiêncứusinh NguyễnVănCang TĨMTẮT Một nguyên tắc dẫn tàu an toàn tuyến luồng hàng hảinói chung, điều động tàu cập cầu cảng để phục vụ cơng tác xếp, dỡ hàng hóahay dẫn tàu đến khu neo đậu dẫn tàu ngược dòng (dịng chảy thủy triều gâyra có tính chất tuần hoàn) Hiện nay, Hoa tiêu Thuyền trưởng dẫn tàu trêncáct u y ế n l u n g h n g h ả i c ủ a V i ệ t N a m đ ề u d ù n g b ả n g t h u ỷ t r i ề u V i ệ t N a m (gồm3tập)hoặcdùngbảngthủytriềuAnh.Việcdùngbảngthuỷtriềuxuấthiệnnhữngnhượcđiểmlà:Bảngthuỷtriều chỉchobiếtthờigianvàđộcaonướclớnvà nước ròng ngày khu vực địa lý, nghĩa mang tính tức thời.Vì vậy, việc dự đốn thuỷ triều thời điểm khác cần phải tính tốn nội suy.Việcn y í t n h i ề u d ẫ n đ ế n s u y g i ả m đ ộ c h í n h x c , k h ô n g c ó t í n h l i ê n t ụ c v khơng trực quan, gây khó khăn cho Hoa tiêu Thuyền trưởng trìnhdẫn tàu,đặc biệtkhidẫntàuhànhtrìnhtrongtuyếnluồnghànghải Xuất phát từ sở lýluậnt r ê n , n h ằ m t n g b c k h ắ c p h ụ c n h ợ c đ i ể m này, góp phần dẫn tàu an tồn tuyến luồng hàng hải, tác giả chọn đề tài“Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải HảiPhịng phục vụ cơng tác dẫn tàu an tồn” Để đạt mục tiêu đề ra, tác giả đãnghiêncứuvềtuyếnluồnghànghảiHảiPhòng, phânchiatuyếnluồngthànhcác đoạn luồng để tính tốn mơ phỏng, kế thừa số liệu bảng thủy triều sốliệu trạm quan trắc mực thủy triều tuyến luồng hàng hải Hải Phịng(gồmcáctrạm:Arroyo,SơngCấmvàLạchHuyện),sauđótiếnhànhkhả osát,đo đạc thực tế thực địa khu vực nghiên cứu, với ứng dụng CFD(Computational Fluid Dynamics) với Fluent - Ansys, để tính tốn mơ vàsử dụng kỹ thuật xây dựng đồ khu vực, để đưa đồ dòng chảy (dòngtriều) dạng giấy số hố Trên đồ dịng chảy hiển thị tường minh vàliên tục hướng, tốc độ dòng chảy thời điểm ngày ngàytrong năm khu vực khảo sát nghiên cứu, cụ thể khu vực tuyến luồng hànghảiHảiPhịng Từ khố: Dẫn tàu an tồn, luồng hàng hải Hải Phịng, bảng đồ dòng chảy,CFD ABSTRACT One of principles for safe navigation on fairways, berthing for load anddischarge cargo or navigating to anchor area, is to maneuver upstream (thecurrent caused by tidal and it is cyclical) Currently, Pilots and Captains, whomaneuver their vessels in the Vietnam fairways, use the Vietnam tidal table (03volumes) or British tidal table The disadvantages of this method are it onlyindicates daily the height and time of high and low-tide in a specific area,meaning that it is only instantaneous Therefore, the prediction of tidal at othertimes has to be calculated by using the interpolation method This practice canlead to a decrease in the accuracy, continuation and visualization, which causesdifficulty for the Pilots and Captainso n navigation, e s p e c i a l l y w h e n m a n e u v e r on fairways Stemmedfromthementionedtheoreticalbasis,toovercometheshortcoming and contribute to safe navigation in the fairway, I make this thesisnamed „Building a tidal stream chart on Hai Phong fairway for safe navigation“.To achievethesetobjectives,TheauthorhasstudiedtheHaiPhongnavigationfairway, dividing the channel into sections for simulation calculation, observedfigures of monitoring station on Hai Phong fairway (including Arroyo, CamRiver,andLachHuyenstation),combinedwiththereal-timedataofthesurveyed areas, applied the CFD (Computational Fluid Dynamics) with Fluent– Ansysapplication,tosimulatealongwithmappingtechnique,toconstructcurrent chart (tidal stream) in paper form and in digital form This chart willconstantlyandexplicitlydisplaythecurrentdirectionandvelocityata n y specific time in a day and daily in a year of surveyed areas, specially, the HaiPhong navigationfairway Index Terms – Navigation safely, Hai Phong navigation fairway, tidal streamchart,CFD MỤCLỤC LỜICAMĐOAN i LỜICÁMƠN ii TÓMTẮT iii ABSTRACT iv MỤCLỤC v DANHMỤCCÁCCHỮVIẾTTẮTVÀKÝHIỆU ix DANHMỤCHÌNH VẼVÀĐỒTHỊ xi DANHMỤCCÁCBẢNG .xv MỞĐẦU 1 Tínhcấp thiết củaluận án Mụctiêunghiên cứu củaluậnán 3 Đốitượngvàphạmvinghiên cứucủaluậnán Phươngpháp nghiêncứu củaluận án Ýnghĩakhoahọcvàthực tiễn luậnán Những điểmđónggóp củaluậnán Kếtcấucủaluậnán CHƯƠNG1.TỔNGQUANVỀ XÂY DỰNGBẢNĐỒDÒNGCHẢYTUYẾN LUỒNGHÀNGHẢIHẢIPHÒNG 1.1 Tổngquan vềvấn đềnghiêncứu củaluận án 1.1.1 Tìnhhìnhnghiên cứutrên thếgiới liênquan đếnluận án 1.1.2 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnướcliênquanđếnluận án .9 1.2 Tổngquanvềtuyến luồnghànghải HảiPhòng 18 1.2.1 Đặcđiểmcơbản củatuyến luồng Hải Phòng 18 1.2.2 Đặc điểmchếđộ thủytriềutạikhuvực HảiPhòng 22 1.3 PhânchiatuyếnluồnghànghảiHảiPhịngthànhcácđoạnluồngphụcvụ tínhtốn mơ 24 1.4 Giớihạnvấn đềnghiên cứu củaluận án 32 1.5.Kếtluận chương1 33 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY, ẢNHHƯỞNG CỦA DÒNG CHẢY ĐẾN SỰC H U Y Ể N Đ Ộ N G C Ủ A TÀU V À ỨNG DỤNG CFD TÍNH TỐN MƠ PHỎNG DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNGHÀNGHẢI 35 2.1 Cơsởlýluậnđộnglực họcdòngchảytuyếnluồnghànghải 35 2.2 Tínhtốnthủytriềutronghànghải .42 2.2.1 Giớithiệu lịchthủytriềuAnhvàbảng thủytriều Việt Nam 42 2.2.2 Phươngpháp tínhtốnthủytriều tronghànghải 44 2.2.3 Sửdụng lịchthủytriều Anhkết hợphảiđồđểtínhtốn dịngtriều5 2.3 Ảnhhưởng củadòng chảyđến sựchuyểnđộng củatàu 57 2.4 Lựac h ọ n p h n g p h p t í n h t o n m ô p h ỏ n g d ò n g c h ả y t r ê n t u y ế n l u n g hànghải 58 2.4.1 Giới thiệu CFD 58 2.4.2 GiớithiệuphầnmềmMIKE 62 2.4.3 Giới thiệuphầnmềmFlow-3D .64 2.5 Kếtluậnchương2 .66 CHƯƠNG3.TÍNHTỐNMƠPHỎNGDỊNGCHẢYTUYẾNLUỒNGHÀNGHẢI HẢIPHỊNG 68 3.1 Xâydựng mơ hình nghiên cứu 68 3.2 Xâydự ng q u y tr ì nh ứ n g d ụ n g C F D t í nh t o n m ô p h ỏ n g d ò n g c h ả y t uyế nluồnghànghải HảiPhòng 70 3.3 Phântíchsơđồquytrìnhứng dụng CFDtính tốn mơphỏng .71 3.3.1 Thựchiện quytrình xâydựng mơhìnhnghiêncứubámsát thựctế .71 3.3.2 Vẽ mơhình,chialưới vàđặtđiều kiệnbiên chomơhìnhtínhtốn .71 3.3.3 ỨngdụngCFDvớiFluent-Ansystínhtốnmơphỏngvậntốcdịngchảy 73 3.4 Phântíchkếtquảtínhtốn mơ phỏng(hiệu chỉnhmơ hìnhnếu cần) 88 3.5 Kếtluận chương3 .89 CHƯƠNG4 N G H I Ê N C Ứ U T H Ự C N G H I Ệ M V À X Â Y D Ự N G B Ả N Đ Ồ DÒNGCHẢYTUYẾNLUỒNGHÀNGHẢIHẢIPHÒNG 90 4.1 Nghiêncứu thựcnghiệmtại thựcđịatrên tuyếnluồng HảiPhòng 90 4.1.1 Phươngánnghiêncứu thựcnghiệm 90 4.1.2 Thực phương án thứ - Sử dụng liệu trạmquantrắcđo mựcthủytriềutrêntuyến luồnghànghảiHải Phòng 97 4.1.3 Thực phương án thứ hai - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sátvà đo đạc thực tế thực địa đoạn luồng tuyến luồng hàng hải HảiPhòng .100 4.1.4 Phân tích, so sánh đánh giá độ xác giá trị vận tốc dòng chảy theocácphương án trongnghiên cứu thựcnghiệm 103 4.2 Đềxuất mẫubảnđồdòngchảytuyếnluồng hàng hảiHải Phịng 106 4.2.1 Phân tíchthơng tinchungvềbảnđồdịngchảy 106 4.2.2 Mẫubản đồ dòng chảytuyến luồnghànghải Hải Phòngdạng giấy 107 4.2.3 Mẫu đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng dạng số hóa 1144.3.Kếtluận chương4 116 KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ 117 KẾTLUẬN 117 KIẾNNGHỊ 118 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUANĐẾNĐỀTÀILUẬN ÁN(12 cơng trình) .120 TÀILIỆUTHAMKHẢO 123 PHẦNPHỤ LỤC (Gồm6 phụlục) 132 PHỤL Ụ C : K ế t q u ả t ổ n g h ợ p k ế t q u ả t í n h t o n m p h ỏ n g d ị n g c h ả y b ằ n g CFDkhithủytriềudângcủa10đoạntrêntuyếnluồnghànghảiHảiPhòng, xét trường hợp Vdc= 0,7 m/s (các trường hợp lạitươngtự) PHỤLỤC2:Minhhọahiểnthịgiátrịmựcthủytriềutứcthời(10phút/ giátrị)tạitrạmđo LạchHuyện trêntuyến luồng hànghảiHảiPhòng PHỤ LỤC 3: Kết tổng hợp, so sánh hệ sốh i ệ u c h ỉ n h g i t r ị m ự c t h ủ y triều theocác trạm đo thực tế bảng thủy triều tươngứ n g nămkhảosát PHỤ LỤC 4: Kết tính tốn giá trị độ cao mực thủy triều cho bảng thủy triềumới 2020 (hiệu chỉnh lần thứ hai) theo hệ số hiệu chỉnh mực thủytriều trạm đo Lạch Huyện năm 2019 (k lh) kết hợp bảng thủytriều Việt Nam 2020 Tính tốn vận tốc (V dc) hướng dòng chảybámsátđiềukiệnbiên PHỤ LỤC 5: Kết đo giá trị vận tốc dòng chảy thực tế (V tt) kết sosánh,đánh giá theo tỷ lệ (%) với giá trị vận tốc dịng chảy tính tốn(Vdc) PHỤLỤC6: Mộtsố hìnhảnh nghiên cứuthựcnghiệmcủaNCScùng cộng