ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÌNH THÁI CỤC BỘ TRONG PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN VÀ SA BỒI LUỒNG CỬA ĐÁY

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÌNH THÁI CỤC BỘ TRONG PHÂN TÍCH DIỄN BIẾN VÀ SA BỒI LUỒNG CỬA ĐÁY 93

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ QUY HOẠCH LUỒNG TÀU QUA CỬA ĐÁY 3.1. CÁC CĂN CỨ LẬP QUY HOẠCH 3.1.1.Các số liệu về quy mô cụm cảng Ninh Phúc – Ninh Bình a.Lượng hàng hoá thông qua cụm cảng Ninh Phúc – Ninh Bình + Thống kê lượng hàng hoá thông qua cảng Ninh Phúc – Ninh Bình Bảng 3.1. Hàng hoá thông qua cụm cảng Đơn vị: 1000đ Năm 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Lượng hàng 369 311 414 413 484 500 512 800 900 1.10 0 1.120 Chủng loại hàng hoá thông qua cụm cảng Ninh Bình bao gồm: phân lân, Xi măng, gỉ mật, than. Trong tương lai, cụm cảng đầu mối Ninh Bình – Ninh Phúc sẽ được Nhà nước đầu tư cơ sở hạ tầng và các trang thiết bị xếp dỡ hiện đại đủ năng lực thực hiện nhiệm vụ tiếp chuyển hàng hoá cho khu vực và liên tiếp vận chuyển giữa đường sông với đường bộ và đường sắt. - Dự kiến công suất Cụm cảng Ninh Bình – Ninh Phúc đến năm 2010 là 1,9 triệu tấn và đến năm 2020 là 2,5 triệu tấn hàng hoá thông qua. + Thống kê lượng hàng dự báo thông qua tuyến cửa Đáy. Bảng 3.2: Hàng hoá dự báo thông qua tuyến cửa Đáy. TT Khu vực Hạng mục 200 5 2010 202 0 Luồng hàng 1 Hàng khu vực ĐBSH Than 70 140 350 Quảng Ninh – Ninh Bình Phân bón 90 90 90 Ninh Bình – MT và MN Xi măng 150 250 300 Ninh Bình – MT và MN 2 Hàng ven biển phía Nam Thạch cao 296 296 296 Cửa Việt - cảng Ninh Phúc Hàng khác 50 150 3 Hàng xuất khẩu của Tây Bắc 6 9 9 Cảng Ninh Phúc đi các nước ĐNA 4 Hàng khác TAGS) 200 350 350 Hàng nhập khẩu trực tiếp từ các khu vực Ninh Binh hoặc Cảng Cái Lân 5 Tổng Cộng 812 1135 1495 b. Đội tàu thông qua cảng Ninh Phúc Theo số liệu thống kê của công ty vận tải và xếp dỡ đường thuỷ nội địa đội tàu ra vào cảng Ninh Phúc – Ninh Bình tỷ lệ tàu ≤ 600T ra vào cảng vẫn chiếm chủ yếu khoảng 97%), loại tàu pha sông biển có trọng tải 1000T chỉ chiếm 3%. Số liệu ra vào Cảng Ninh Phúc xem bảng sau: Bảng 3.3. Số lượng tàu qua Cảng Ninh Phúc TT Loại tàu Đơn vị Năm 2000 Năm 2001 Năm 2002(DK) 1 Tàu < 600T Lượt 297 358 407 2 Tàu 600T - 23 48 57 3 Tàu 1000T - 9 14 16 Tổng cộng - 319 410 480 Qua kết quả tính toán của Công ty tư vấn xây dựng Đường Thuỷ cho thấy: - Chi phí vân tải tàu 600DWT xấp xỉ chi phí vận tải tàu 400DWT và chỉ bằng 75% so với tàu 1000DWT. - Chi phí thấp và giảm nhanh khi vận tải bằng tàu 3000 DWT (Bằng 50% so với tàu 400DWT, bằng 35% so với tàu 1000DWT) 3.1.2. Dự kiến đội tàu lớn nhất ra vào cửa đáy. Việc lựa chọn đội tàu hoạt động trên tuyến là bài toán tổng hợp, liên quan đến các yếu tố: + Luồng hàng và loại hàng, loại tàu vận tải sẽ đi và đến cảng + Điều kiện tự nhiên, khả năng cho phép của luồng lạch. + Đảm bảo tính phổ biến, có tính đến khả năng phát triển phương tiện vận tải thuỷ trong tương lai để tránh sự thấp kém, hạn chế khả năng thu hút, cạnh tranh của cảng trong kinh tế thị trường. + Chất lượng và an toán vận tải thuỷ. + Phù hợp, tương xứng với quy mô xây dựng cảng để đảm bảo về mặt hiệu quả tài chính, khả năng nguồn vốn đầu tư. Bảng 3.4: Kích thước cơ bản của đội tàu quy hoạch Loại tàu B t (m) L t(m) T(m) 1000DWT 10.5 75 3 3.2.TÍNH TOÁN CHUẨN TẮC LUỒNG TÀU 3.2.1. Quy mô luồng lạch dẫn tàu yêu cầu + Số làn giao thông theo yêu cầu của kênh Số lượt tàu ra vào cảng có thể xác định sơ bộ theo biểu thức sau TKP Q N di h . = (3-1) (Lượt tàu/Ngày) Trong đó: N: Tổng số lượt tàu ra vào cảng trong ngày đêm (Lượt tàu/Ngày) Q h : Tổng lượng hàng theo yêu cầu vận chuyển trong một năm (T/năm) K d : Hệ số chở đầy của tầu T: Thời gian khai thác trong năm P t : Tải trọng chở đầy hàng của tàu thứ I tương ứng (tấn) Bảng 3.5: Thống kê kết quả tính toán Loại tàu Lượng hàng (10 3 tấn/ năm) K d Tải trọng tầu (tấn) Thời gian khai thác (ngày) Số lượng tầu qua cửa Đáy (Tầu/ngày) Năm 2005 Năm 2010 Năm 2020 Năm 2005 Năm 2010 Năm 2020 400T 812 1.135 1.495 0,85 400 300 7,96 11,13 14,66 600T 812 1.135 1.495 8,85 600 300 5,31 7,42 9,77 1000T 812 1.135 1.495 0,85 1000 300 3,18 4,45 5,86 2000T 812 1.135 1.495 0,85 2000 300 1,59 2,23 2,93 3000T 812 1.135 1.495 0,85 3000 300 1,06 1,48 1,95 3.2.2.Xác định số lượng làn tàu Số lần giao thông của kênh dẫn yêu cầu lựa chọn theo qui trình thiết kế kênh biển. Theo qui trình này kênh dẫn cho phép giao thông hai chiều khi bất đẳng thức sau không thoả mãn. N T V L k = max (3-1) Trong đó: L k : Chiều dài kênh dẫn tàu tính toán từ phao số “0” (km) V max Vận tốc chạy tàu qua kênh cho phép. T là thời gian tồn tại mức nước cho phép thông tàu (T = 24h) N Là số tàu qua kênh yêu cầu (tàu/ngày) Với số lượng tàu nêu trên cho ta bảng thống kê sau Bảng 3.6: Tính toán số lượng làn tàu luồng Cửa Đáy TT Loại tàu L k N V max L k /V max T/N Luồng 1 400T 8,9 11,13 4 2.00 2.156334 1 lần 2 600T 8,9 7,42 4 2.00 3.234501 1 lần 3 1000T 8,9 4,45 8 1.00 5.393258 1lần 4 2000T 8,9 2,23 10 0.80 10.76233 1 lần 5 3000T 8,9 1,48 10 0.80 16.21622 1 lần Kết quả tính toán trên cho ta thấy rằng biểu thức 3-1 luôn luôn thoả mãn nên số làn của luồng tàu là một lần: Bảng 3.7: Số lượng làn tàu trên luồng Sông Đáy TT Loại tàu L k N V max L k /V max T/N Luồng 1 400T 40 11,13 4 10.00 2.156.334 2 làn 2 600T 40 7,42 4 10.00 3.234501 2 làn 3 1000T 40 4,45 10 4.00 5.393258 2 làn 4 2000T 40 2,23 10 4.00 10.76233 2 làn 5 3000T 40 1,48 10 4.00 16.21622 2 làn Kết quả tính toán trên cho ta thấy rằng biểu thức 3-1 luôn luôn thoả mãn nên số làn của luồng tàu là một làn với tàu 1000T÷3000T và 2 làn đối với tàu 400T÷600T 3.2.3. Xác định chiều sâu luồng chạy tàu: Chiều sâu chạy tàu tối thiểu luồng được xác định từ biểu thức tổng quát trong “Qui trình thiết kế kênh biển” của Bộ GTVT như sau: H 0 = H ct + Z 4 (3-4) H ct = T + Z 0 +Z 1+ Z 2 +Z 3 ± ∆H (3-5) Trong đó: H ct Chiều sâu tối thiểu trên luồng tàu theo yêu cầu chạy tàu (m) Z 0 Dự phòng độ sâu do chất tải không đều hoặc bẻ lái đột ngột (m) Z 1 Chiều sâu dự phòng để đảm bảo lái tàu, phụ thuộc vào mớn nước T và đất ở đấy kênh trong phạm vi H ct ± 0,5m (m) Z 2 Dự phòng độ sâu do ảnh hưởng của sóng khi chạy tàu (m) Z 3 Chiều sâu dự phòng tính đến sự thayđổi mớn nước T của tàu (m) Z 4 Dự phòng độ sâu do sa bồi của luồng tàu giữa hai lần nạo vét duy tu. T Mớn nước đầy tải của tàu tính toán ∆H Trị số chuyển mực nước tính toán về số không độ sau (với dấu trừ nếu mực nước tính toán cao hơn và dấu cộng nếu mực nước tính toán thấp hơn số không độ sâu) Tính toán Z 0 , Z 1 , Z 2 , Z 3 Z 1 - Chiều sâu dự phòng để đảm bảo lái tàu: Z 1 = 0.04T = 0.12m Z 2 - Đối với tàu chạy một chiều và các tàu tránh nhau trên kênh có mặt cắt ngang không đầy đủ xác định theo đồ thị hình 2 trang 9 QTTKKB, tuỳ thuộc vào các trị số cho trước L t , T, H 0 và chiều cao sóng h 3% . Hoặc Z 2 = 0.3h s – Z 1 ; hs = 3m Z 3 – Tra bảng 9 trang 12 – QTTKKB, Z 3 = 0.2m Z 0 = (B t /2)sin α - Z 1 , và Z 0 ≥ 0.5 Z 1 α : Góc lệch tính toán α = 0 0 đối với tàu chở hàng khô có trọng tải Dw < 6000T Z 0 = 0.5 Z1 = 0.5 x 0.12 = 0.06m Bảng 3.8: Kết quả tính toán tổng hợp chiều sâu chạy tàu Loại tàu T(m) Z 1 (m) Z 2 (m) Z 3 (m) Z 0 (m) H ct (m) H ct chọn (m) 1000 3 0.12 0.78 0.1 0.06 4.06 4.0 2000 4.3 0.172 0.728 0.2 0.06 5.46 5.5 3000 5.4 0.216 0.684 0.2 0.06 6.56 6.6 3.2.4. Chiều rộng đáy luồng tàu * Theo “Qui trình thiết kế kênh biển” của Bộ GTVT chiều rộng đáy luồng một lần một làn tối thiểu được xác định theo công thức sau: B ct =L.sinθ + B.Cosθ + t.Sinβ.V max + 2.C 1 + ∆B (3-6) Tính toán với tàu 1000T Trong đó: B ct Chiều rộng chạy tàu (m) L t : Chiều dài tàu tính toán (L t = 75m) B t : Chiều rộng tàu tính toán (B t = 10.5m) C 1 Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của với bờ kênh (C 1 = 0.5 B t = 5,25m) V max Vận tốc chạy tàu lớn nhất tính toán trên luồng (m/s) V max = 3.0m/s θ: Góc dạt tàu do gió, dòng chảy gây ra (15 0 ) ∆B Chiều rộng dữ trữ tính tới sa bồi ∆B = 2.Z 4 .m 0 = 2.0.5.7 = 7m t.sinβ = 3s thời gian tối thiểu để tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệch Kết quả tính toán chiều rộng đáy tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệch. Kết quả tính toán chiều rộng đáy tàu là: B ct = 2 (L.Sinθ + B.Cosθ + t.Sinβ.V max ) + 2.C 1 + C + ∆B Trong đó: B ct : Chiều rộng chạy tàu (m) L t : Chiều dài tàutính toán (L t = 52m) B t: Chiều rộng tàu tính toán (B t = 8.5m) C t : Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của tàu với bờ kênh (C t = 0.5B t = 4.25m V max Vận tốc chạy tàu lớn nhất tính toán trên luồng (m/s) V max = 3.0 m/s θ: Góc dạt tàu do gió, dòng chảy gây ra (5 0 ) ∆B Chiều rộng dữ trữ tính tới sa bồi ∆B = 2.Z 4 .m 0 = 2.0.5.7 = 7m t.sinβ = 3s thời gian tối thiểu để tàu lấy lại được hướng đi khi bị lệch C: Chiều rộng dự phòng giữa 2 giải hoạt động ngược chiều (C = B t = 8.5m) Kết quả tính toán đáy luồng 2 làn là: B ct = 73.9 m. Làm tròn lấy B ct = 75m. Chọn chiều rộng đáy luồng thiết kế B ct = 75m 3.2.5. Bán kính cong tối thiểu của luồng tàu vào cửa đáy Dựa vào điều kiện địa hình khu vực xây dựng ta thấy rằng tuyến luồng chỉ có thể đi thẳng ra cửa sông hoặc chệch về hướng Đông nam thì đảm bảo an toàn hơn và chi phí cho việc xây dựng luồng vào cảng ít tốn kém hơn điều đó được chứng minh cụ thể là phía Bắc do có ngưỡng cạn được hình thành do dòng chảy khu cực Nam Vịnh Bắc Bộ về mùa đông và mùa hè thường có hướng Đông Nam và hướng Nam tạo nên dòng ven có hướng từ nam lên Bắc ngược chiều với dòng ven khu vực vịnh Bắc Bộ có hướng từ Bắc xuống Nam điều này sẽ làm tăng chi phí nẹo vét khi thi công. Luồng Cửa Đáy được chia làm 2 đoạn như sau: Đoạn I: Từ trụ đèn 03 đến trụ đền N1 dài khoảng 2625m Đoạn II: Từ trụ đến N2 ta đến độ sâu thoả mãn chạy tàu mà không cần đến giải pháp công trình dài khoảng 4250m Như vậy ta cần phải xác định bán kính cong ở hai vị trí trên bình đó cho ta thấy rõ ràng hơn. Theo tài liệu “Tính toán chuẩn tắc luồng tàu tính toán” tác giả của GS.TS Lương Phương Hậu. Khi đoạn cong ở trong sông thì bán kính cong tối thiểu của luồng là: R min =(3,5 – 4,5)L 1 (3-7) Như vậy ta có bán kính cong tối thiểu cho tàu 1000DWT (L 1 =75m) R min = 4.5 x75 = 337.5 m (3-8) Dựa vào điều kiện địa hình khu vực ta thấy rằng chọn R = 800m là phù hợp nhất, nó thoả mãn thuận lợi cho luồng đi theo rãnh nước sâu của sông điều này sẽ dẫn đến việc giảm nhỏ khối lượng nạo vét. Mở rộng luồng tại đoạn cong: Độ mở rộng thêm được tính theo công thức: BR L B t + =∆ 2 2 (3-8) B: Bề rộng luồng tàu tại đoạn thẳng (m) R: Bán kính cong tim luồng (m) Trong đó: m x B 3.3 608002 75 2 = + =∆ chọn 4m m L L RR t t 57600 5,205.0 2 max = + =≤ (3-9) L t là chiều dài tàu tính toán: (m) R: Bán kính cong của luồng (m) Vậy ta thống nhất chọn bán kính cong của hai đoạn là R = 800m Chiều dài đoạn luồng thẳng chuyển tiếp giữa hai đỉnh cong trái chiều được tính theo công thức sau. R L S t 2 min 12 = (3-10) mS 375,84 800 75 12 2 min == Chọn S min = 85m 3.2.6. Xác định mái dốc của luồng Mái đốc của luồng được xác định tuỳ thuộc vào trạng thái đất đào tại luồng ở bảng (3-6) CTCSVB Tại khu vực Cửa Đáy địa chất hầu hết là cát nhỏ, mịn có pha lẫn bùn sét phù sa do đó dựa vào bảng dưới đây ta chọn mái dốc của kênh m 0 = 7 Bảng 3.9: Các kích thước cơ bản của luồng tàu Loại tàu DWT Chiều dài L It (m) Chiều rộng B ct (m) Chiều sâu H ct (m) R min (m) S min (m) m 0 1000 6875 75 4.0 340 85 7 3.2.7. Xác định tốc độ giới hạn chạy tàu Tốc độ giới hạn chạy tàu được xác định theo công thức 4-17 (trang 147 giáo trình Chỉnh trị cửa sông ven biển) β       = T L T H Hg V tm m m 125,0 . Trong đó: V m : Tốc độ chạy tàu trong luồng H m : Chiều sâu nước trong kênh T: Mớn nước tàu thiết kế 3m L: Chiều dài tàu thiết kế 75m B: Chiều rộng tàu thiết kế 10,5m g: gia tốc trọng trường 9,18m/s 2 β được xác định theo công thức β = 225,0 75 75 225,0125,0 6,0 6,0 =       =         − B L t Thay vào công thức trên ta được: 225,0 5,10 75 . 3 0,4 125,0 0,4.81,9       =         m V