VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM
ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
MỞ ĐẦU
1.1.1. Các vấn đề nghiên cứu
Bảng 1.1. Nguyên nhân hình thành bùn loãng
Các trầm tích kết dính hoặc bùn thường được thấy ở môi trường biển và cửa sông. Trong quá trình hình thành bùn, một số trạng thái bùn có thể xuất hiện, ví dụ: hỗn hợp lơ lửng, bùn loãng, nửa đặc và bùn đặc hoàn toàn. Sự xuất hiện và hình thành lớp bùn...
Ở cảng Rotterdam (Hà Lan) thử nghiệm chạy tàu trên bùn loãng và đã thiết lập một tiêu chuẩn đáy luồng cho phép dung trọng chất bùn loãng là 1.200 kg/m3 vào năm 1974 và giá trị này là tiêu chuẩn xác định độ sâu chạy tàu và yêu cầu về na...
Một số nước trên thế giới áp dụng khối lượng đơn vị và độ nhớt hoặc cả hai của bùn loãng để xác định đáy chạy tàu mà không can thiệp vào lớp bùn loãng, được gọi là độ sâu hàng hải thụ động (Passive Nautical depth).
(1) Cảng Zeebrugge Bỉ, hiện nay, lớp bùn có dung trọng tự nhiên 1.200 kg/m³ sử dụng để xác định đáy chạy tàu. Máy đo sâu có tần số 210 kHz, quan trắc giao diện giữa bùn - nước và máy đo sâu có tần số 33 kHz cũng được đo đạc và sử dụng như thông tin bổ sun
(2) Bến cảng Emden – Đức, độ nhớt động lực có giá trị 10 Pa được sử dụng làm tiêu chí xác định đáy chạy tàu, tương ứng dung trọng tự nhiên từ 1.100 đến 1.250 kg/m3. [26, 41]
(3) Luồng cửa sông Zangtze (Dương Tử), Jianyi XU và Jianzhong YUAN (2007) xác định giới hạn khối lượng đơn vị của của lớp bùn đối với giao thông thuỷ, tương ứng dung trọng tự nhiên từ 1.150 đến 1.250 kg/m3. [30]
Ở Mỹ, công nghệ khuấy động đáy luồng làm thay đổi khối lượng đơn vị bùn loãng theo độ sâu và hình thành độ sâu chạy tàu chủ động (active nautical depth). Phương pháp hoá lỏng tại chỗ, sử dụng công nghệ khuấy động bùn loãng với khí để giữ cho khối lượn...
1.3.1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tại luồng Nam Triệu, Hải Phòng [12]
Việc tận dụng lớp bùn loãng để chạy tàu đã được đề xuất trên luồng Nam Triệu vào những năm 1998 – 2004. Tổng công ty Bảo đảm An toàn hàng hải miền Bắc đã hợp tác với cảng Bordeaux (Pháp) nghiên cứu chế tạo thiết bị có tần số đo sâu phù hợp với tính ch...
Tuy nhiên vì nhiều lý do, đề án này đã dừng lại và chưa đạt đến kết quả cuối cùng.
1.3.2. Kết quả nghiên cứu tại luồng Soài Rạp [18, 14, 9, 13]
Nghiên cứu về bùn loãng trong quá trình nạo vét luồng tàu cửa sông Soài Rạp do Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam thực hiện.
1.3.3. Kết quả nghiên cứu tại luồng tàu nhà máy nhiệt điện Duyên Hải
Hình 1.8. Luồng tàu nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3
1.3.4. Kết quả nghiên cứu tại luồng sông Hậu
(1) Đánh giá khả năng ứng dụng chạy tàu trên bùn loãng tại một số tuyến luồng tàu biển ở Việt Nam;
(2) Kết hợp phân tích hồi quy đa biến, mô hình số trị và công nghệ xử lý ảnh viễn thám GIS, đề xuất phương pháp xác định độ dầy lớp bùn loãng, ứng dụng cho một số luồng tàu ở Việt Nam;
(3) Xây dựng chỉ tiêu về hiệu quả duy trì luồng tàu làm cơ sở xác định đáy chạy tàu và thời điểm nạo vét hợp lý trong trường hợp có bùn loãng cho một số luồng tàu ở Việt Nam.
Kết luận Chương 1
Trong Chương 1, luận án đã tổng hợp, khái quát những vấn đề nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trên thế giới và trong nước về vấn đề chạy tàu trên lớp bùn loãng.
Nội dung nghiên cứu luận án sẽ tiếp cận theo hướng kế thừa các kết quả nghiên cứu của thế giới, khai thác tối đa cơ sở dữ liệu, số liệu thực đo từ các đề án, đề tài cũng như trong quá trình khảo sát phục vụ hoạt động khai thác các tuyến luồng với mục ...
(1) Đánh giá khả năng ứng dụng chạy tàu trên lớp bùn loãng ở một số tuyến luồng tàu biển ở Việt Nam;
(2) Kết hợp phân tích hồi quy đa biến, mô hình số trị, công nghệ xử lý ảnh viễn thám GIS, đề xuất phương pháp xác định độ dầy lớp bùn loãng, ứng dụng cho một số luồng tàu ở Việt Nam;
(3) Nghiên cứu phương pháp đánh giá quy luật sa bồi tháng dựa trên chuỗi số liệu thống kê làm cơ sở xây dựng các kế hoạch duy tu bảo trì luồng tàu hiệu quả.
(4) Nghiên cứu xây dựng chỉ tiêu về hiệu quả duy trì luồng tàu làm cơ sở xác định đáy chạy tàu và thời điểm nạo vét hợp lý trong trường hợp có bùn loãng cho một số luồng tàu ở Việt Nam.
CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LỚP BÙN LOÃNG VÀ ĐÁY CHẠY TÀU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG
2.1. Cơ sở lý thuyết của các vấn đề nghiên cứu
2.1.1. Cơ sở lý thuyết về chuyển động bùn dưới tác động của các yếu tố động lực cửa sông, ven biển
2.1.1.1. Đặc tính chung của chuyển động bùn
Bùn được cấu thành từ các hạt phù sa mịn (đường kính hạt nhỏ hơn 0,063mm), có tính dính. Bùn biển thường được tìm thấy tại các khu vực biển được che chắn và được bảo vệ đối với các tác động của sóng và dòng chảy mạnh, như tại vùng có rừng ngập mặn hay...
Do đó, mô hình tính bồi xói lòng sông, bờ biển hiện nay trên toàn thế giới, tất nhiên cả ở Việt Nam, đều là mô hình bán kinh nghiệm. Rất nhiều quá trình vật lý liên quan đến chúng xẩy ra tại vùng gián đoạn và biến dạng nằm giữa hai môi trường, một bên...
2.1.1.2. Chuyển động của bùn loãng dưới tác dụng của sóng ven bờ
Hình 2.4. Phân bố nồng độ khi sự kết bông được lựa chọn [28]
Hình 2.5. Tính toán tốc độ chìm lắng khi bị cản trở [28]
Hình 2.6. Các quá trình trong vận chuyển bùn [28]
Trên cơ sở dữ liệu, sử dụng các công cụ Autocad, Arcgis 10.3, Excel tiến hành:
- Chập bình đồ khảo sát địa hình các thời kỳ khác nhau để tính toán độ dày sa bồi;
- Tính toán độ dày lớp bùn loãng dựa trên dữ liệu đa tần thực đo;
- Xử lý, đồng bộ hóa làm dữ liệu đầu vào chạy mô hình số.
Bảng 2.1. Tổng hợp số liệu địa hình
2.2.2. Số liệu thủy hải văn, bùn cát
Số liệu thủy hải văn được thu thập làm cơ sở cho việc tính toán, thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Các số liệu thủy hải văn bao gồm mực nước, dòng chảy, lưu lượng qua mặt cắt sông, dữ liệu bùn cát.
Bảng 2.2. Tổng hợp số liệu thủy hải văn, bùn cát [13]
2.2.3. Ảnh viễn thám
Ảnh Landsat 8 sử dụng trong luận án được tải từ: https://earthexplorer.usgs.gov/ với các cảnh ảnh được trình bày chi tiết tại bảng 2.3.
2.3. Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án
2.3.1. Phương pháp khảo sát tại hiện trường
2.3.1.1. Phương pháp đo địa hình
Kỹ thuật khảo sát: Các số liệu khảo sát được thực hiện ở các luồng khác nhau sử dụng hai kỹ thuật phổ biến: (1) DGPG: Dùng máy đo sâu hồi âm tích hợp với máy định vị vệ tinh DGPS xác định vị trí và cao độ điểm đo, quan trắc thủy triều để hiệu chỉnh đ...
2.3.1.2. Phương pháp đo các yếu tố thủy hải văn
Dữ liệu thủy hải văn được sử dụng trong luận án bao gồm dữ liệu mực nước, dữ liệu vận tốc dòng chảy và lưu lượng qua mặt cắt ngang sông. Dữ liệu mực nước được thu thập tại các trạm chuẩn quốc gia và một số dự án đo bằng thiết bị tự ghi.
Quan trắc mực nước ở trạm được thực hiện theo cùng đường hoành gốc quy định cho trạm. Đường quy ước này được gọi là "0" trạm, độ cao của nó được xác định bằng trị số chênh lệch của các đỉnh mốc so với "0" trạm.
Chỉnh lý sơ bộ các quan trắc mực nước biển trên thủy chí:
Tại tất cả các trạm đo, việc quan trắc được tiến hành đồng thời và liên tục. Khi quan trắc ở những vùng cửa sông ven biển có ảnh hưởng của thuỷ triều, thời gian quan trắc sẽ phụ thuộc vào dạng thủy triều trong lưu vực khảo sát làm sao có thể bao trùm...
2.3.1.3. Phương pháp lấy mẫu và phân tích trầm tích
Mẫu trầm tích được chia làm hai loại bao gồm mẫu trầm tích đáy và trầm tích lơ lửng trong nước các yếu tố này được thu thập ngoài hiện trường bằng gầu và giấy lấy mẫu chuyên dụng. Khối lượng mẫu được lấy ngoài hiện trường cần phải đại diện cho thành p...
Tại phòng thí nghiệm mẫu trầm tích được xác định theo phương pháp rây khô và ống hút Robison TCVN 6862:2012, TCVN 5257:1990. Rây thử nghiệm, có lỗ rây tương ứng với TCVN 2230 (ISO 565), có nắp đậy vừa khít và ngăn thu hồi. Dung sai cần phải đáp ứng th...
2.3.2. Phương pháp phân tích Fourier
Lý thuyết Fourier được sử dụng để phân tích chuỗi dữ liệu đo đạc sa bồi, tính toán xây dựng hàm số đặc trưng xác độ dày trung bình lớp sa bồi tại luồng tàu theo thời gian. Dựa trên chuỗi dữ liệu sa bồi thực đo theo từng tháng (đã được xem xét ở nhiều ...
Sơ đồ quá trình phân tích như sau:
Hình 2.8. Sơ đồ quá trình phân tích Fourier
Quy trình tính toán:
Bước 1: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào, là dạng dữ liệu độ dày lớp sa bồi biến thiên theo thời gian (số liệu trung bình theo từng tháng)
Bước 2: Chạy chương trình được xây dựng, sau khi chạy chương trình đường cong thực đo 12 tháng sẽ được tách thành 6 đường cong đơn, các tham số của từng đường cong đơn được xuất ra file text.
Bước 3: Phân tích xây dựng công thức dựa trên kết quả đầu ra. Lưu ý giá trị chu kỳ và năng lượng phổ %, các hàm có năng lượng phổ lớn là những hàm đóng vai trò chính. Ví dụ trong trường hợp này hàm 1 có chu kỳ 12 tháng năng lượng phổ chiếm 90.8% nghĩa...
Bước 4: Xây dựng công thức đặc trưng xác độ dày trung bình lớp sa bồi theo thời gian tại luồng tàu nghiên cứu bằng cách lọc dần các hàm không có ý nghĩa, sử dụng kết quả dự báo và hệ số tương quan R2 giữa kết quả dự báo và dữ liệu thực đo để xác định ...
2.3.3. Phương pháp phân tích mô hình hồi quy đa biến xây dựng tương quan giữa chiều dày lớp bùn loãng và một số yếu tố thủy hải văn, bùn cát
Như trình bày ở các phần trên, đã có một số nghiên cứu tính toán và xây dựng hàm tương quan đơn biến giữa các tham số động lực như vận tốc lớn nhất, chiều cao sóng với chiều dày lớp bùn loãng. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá...
Theo phương trình của Teisson, 1991, quá trình hình thành và phát triển của lớp bùn loãng tại luồng tàu sẽ được thể hiện thông qua hai nhóm yếu tố chính bao gồm: yếu tố thủy lực và yếu tố bùn cát, trong đó yếu tố thủy lực được thể hiện thông qua giá t...
Từ việc phân nhóm trên, kết hợp với các dữ liệu sẵn có, các công cụ xử lý tính toán đề xuất danh sách các tham số được sử dụng trong mô hình hồi quy đa biến cụ thể gồm 6 biến như sau:
Công thức trên được viết lại như sau:
F(D)=[SPM; Vmax; Vmean; H; G; Cdmax; Cdmean; Net]
Phương pháp xác định các tham số được trình bày chi tiết tại Chương 3.
CHƯƠNG 3:
ĐIỀU KIỆN ÁP DỤNG CHẠY TÀU 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
3.1. Kết quả nghiên cứu về điều kiện sử dụng công nghệ chạy tàu trên bùn loãng tại các luồng tàu biển ở Việt Nam
- Khu vực Hải Phòng (Sông Cấm, Bạch Đằng, Lạch Huyện, sông Chanh, Phà Rừng, Cái Tráp);
- Khu vực Đồ Sơn – Bắc Thanh Hóa (Diêm Điền, Hải Thịnh);
- Khu vực Vũng Tàu – Tiền Giang (Vũng Tàu - Thị Vải, Soài Rạp, Sài Gòn Vũng Tàu, Sông Dừa…);
- Khu vực Tiền Giang – Cà Mau (Định An, Quan Chánh Bố, Duyên Hải - Trà Vinh…)
3.1.3. Thực tế bùn loãng và cao trình đáy luồng tại một số luồng hàng hải
Thực tế quá trình thực hiện các dự án nạo vét, khảo sát xác định độ sâu luồng tàu đã ghi nhận hiện tượng bùn loãng tại một số tuyến luồng. Bằng phương pháp đo sâu hồi âm với các tần số khác nhau đã xác định đáy cao độ đáy chạy tàu khác nhau tại một số...
3.2. Xây dựng mô hình hồi quy đa biến xác định chiều dày lớp bùn loãng
3.2.1.Xác định các tham số đầu vào
Các tham số đầu vào và phương pháp xác định trình bày trong bảng sau
- Dữ liệu Ảnh Landsat 8 được tải từ địa chỉ https://earthexplorer.usgs.gov/ để tính toán khôi phục trường độ đục theo công thức của Nechad 2010, sử dụng công cụ Arcgis 10.3, tính toán với Band 4 cho các ảnh thu thập được [4, 6]. Tại mỗi điểm ảnh lấy g...
Cụ thể các bước xác định các tham số đầu vào như sau:
3.2.1.1. Xây dựng bản đồ phân bố bùn loãng tại khu vực nghiên cứu dựa trên số liệu thực đo
Khu vực được lựa chọn tính toán là khu vực từ phao 49 – phao 57 luồng Soài Rạp. Đây là khu vực qua theo dõi số liệu khảo sát thông báo hàng hải và thực tiễn điều động tàu thuyền là khu vực có xuất hiện bùn loãng thường xuyên và được ghi nhận rõ rệt tạ...
3.2.1.2 Khôi phục trường độ đục và lượng phù sa bùn cát bằng phương pháp phân tích ảnh viễn thám GIS [4, 6, 36, 29]
Xác định các thông số độ đục nước từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 là kỹ thuật hiệu chỉnh ảnh hưởng khí quyển loại bỏ các tín hiệu nhiễu để thu được giá trị phản xạ Rrs.
Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật này là thuật toán Nechad 2010 với kênh đỏ ảnh Landsat-8 [20]:
Trong đó:
- SPM: SPM: Độ đục nước (mg/l)
- ρw: Chỉ số phản xạ của Band ảnh
Dựa trên hệ thống ảnh Landsat, tính toán được độ đục nước biển theo công thức của Nechad 2010, sử dụng công cụ Arcgis 10.3, tính toán với Band 4 cho tất cả các cảnh ảnh thu thập được. Giá trị trung bình độ đục đặc trưng trên cảnh ảnh được sử dụng làm ...
Kết quả phân tích ảnh viễn thám cho kết quả về tham số độ đục tại các điểm lưới khu vực nghiên cứu, sử dụng làm số liệu đầu vào trong phân tích hồi quy đa biến.
3.2.1.3 Khôi phục trường động lực khu vực nghiên cứu bằng mô hình toán
Dựa trên bộ dữ liệu thực đo (địa hình, mực nước, vận tốc, lưu lượng) tại khu vực lựa chọn nghiên cứu, xây dựng mô hình tính toán trên mô hình Multilayer Mike 21.
Khu vực được lựa chọn là khu vực sông Soài Rạp. Đây là khu vực qua theo dõi số liệu khảo sát thông báo hàng hải và thực tiễn điều động tàu thuyền là khu vực có xuất hiện bùn loãng thường xuyên và được ghi nhận rõ rệt tại các dữ liệu đo đạc. Ngoài ra đ...
a) Phạm vi miền tính toán
Theo hướng dẫn sử dụng phần mềm MIKE21 năm 2014 của tập đoàn DHI, miền tính toán và phạm vi tính toán phải đáp ứng một số tiêu chuẩn cơ bản như sau:
- Bao phủ tất cả các yếu tố nghiên cứu.
- Độ phân giải miền tính toán phải có đủ độ mịn và mượt để nâng cấp kết quả chính xác và đảm bảo địa hình của các yếu tố đáy hạt cũng như các kết cấu thủy lực.
- Tốc độ tính toán tối ưu để đảm bảo tính khả thi và xử lý nghiên cứu.
- Vị trí biên phải được xác định để có khoảng cách phù hợp để đảm bảo sai số nhỏ nhất và ảnh hưởng ít đến kết quả chung của mô hình.
- Các biên dữ liệu thủy văn và hải văn là đủ cho nhiều kịch bản tính toán.
- Độ phân giải tối ưu được thực hiện để đảm bảo tính liên tục của quá trình nghiên cứu như dòng chảy, sóng, biến đổi hình thái.
Ngoài việc thỏa mãn các điều kiện trên, miền tính toán còn phụ thuộc vào vị trí các điểm đo đạc. Vì số liệu được đo tại các điểm này sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh, kiểm định cũng như xác lập các kịch bản tính toán.
Dựa trên các yếu tố trên, biên của miền tính toán được xác lập như sau:
- Giới hạn trên: Hạ lưu cầu Phú Mỹ, cách ngã ba sông Lòng Tàu và Soài Rạp khoảng 7km.
- Giới hạn dưới: Cửa sông Soài Rạp.
b) Lưới tính toán
Mô hình sử dụng lưới tam giác với bước lưới từ 40-150m.
c) Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Mô hình thủy động lực Mike 21HD dùng để mô phỏng quá trình thủy động lực khu vực luồng Soài Rạp được thiết lập dựa trên các điều kiện biên:
- Biên thượng lưu luồng Soài Rạp sử dụng mực nước thủy triều dự báo có sự hiệu chỉnh trên cơ sở số liệu thực đo tại trạm sông Nhà Bè.
- Biên hạ lưu luồng Soài Rạp sử dụng mực nước thủy triều dự báo có sự hiệu chỉnh trên cơ sở số liệu thực đo tại trạm sông Nhà Bè.
Việc hiệu chỉnh thông số của mô hình thủy lực được thực hiện chủ yếu qua việc thay đổi hệ số nhám Manning, bước thời gian tính toán và giá trị ban đầu. Sau khi hiệu chỉnh thông số, mô hình đảm bảo độ chính xác cần thiết với các giá trị:
- Bước thời gian tính toán ∆= 60 giây.
- Hệ số nhám Manning n = 0,025 đến 0,035 tùy theo địa hình từng mặt cắt.
Các điều kiện biên của mô hình thủy động lực bùn cát dùng để mô phỏng quá trình vận chuyển vận chuyển bùn cát khu vực luồng Soài Rạp được thiết lập theo biên Specified values với giá trị 1.5 kg/m3.
d) Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
Khu vực được lựa chọn là khu vực sông Soài Rạp, kế thừa dữ liệu thực đo (địa hình, mực nước, vận tốc, lưu lượng) tại Dự án lấn biển Cần Giờ triển khai tháng 3/2017, kết hợp với số liệu địa hình đo đạc tháng 5 năm 2019 triển khai xây dựng mô hình tính ...
Sai số giữa số liệu thực đo và tính toán được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe hay hệ số hiệu dụng E.
Hệ số hiệu dụng E được sử dụng để đánh giá hiệu quả của mô hình trong mô hình hóa thủy văn. E nhận giá trị từ âm vô cùng đến 1, với giá trị lớn nhất chỉ ra sự phù hợp tốt nhất. Một trường hợp đặc biệt quan trọng là khi E = 0, thu được nếu , điều đó c...
Dựa trên số liệu thực đo về mực nước tại trạm Nhà Bè từ tháng 1 đến tháng 4 năm 2017 và kết quả đo đạc lưu lượng qua mặt cắt, tài liệu hàm lượng phù sa lơ lửng được thực hiện tháng 3/2017, tính toán kiểm định mô hình. Hình 3.9. thể hiện quá trình thiế...
Hình 3.8. Lựa chọn khu vực tính toán
Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Dựa trên số liệu thực đo về mực nước và kết quả đo đạc lưu lượng qua mặt cắt, tài liệu hàm lượng phù sa lơ lửng, tiến hành tính toán kiểm định mô hình.
Hình 3.10. Kiểm định mực nước, theo mực nước theo số liệu thực đo
Hình 3.12. Kiểm định hướng dòng chảy
3.2.2. Tính toán xây dựng công thức đặc trưng xác định chiều dày lớp bùn loãng bằng mô hình hồi quy đa biến
Hình 3.14. Sơ đồ quá trình định dạng và đồng bộ dữ liệu
3.2.2.2. Chương trình tự động hóa tính toán
D=a*SPM+b*V+c*H+d*G+e*CD+f*Net (3.1)
Trong đó:
- a, b, c, d,e,f lần lượt là các hệ số kèm theo các tham số được tính toán trong phương trình hồi quy đa biến
- SPM: chỉ số độ đục nước
- V: Vận tốc dòng chảy (m/s)
- H: Dao động mực nước (m)
- G: cao độ đáy (m)
- CD: Hệ số kéo (phi tuyến)
- Net: Khối lượng bùn cát tịnh (g/m2)
3.2.2.4. Xây dựng công thức đặc trưng cho đoạn luồng Soài Rạp
Toàn bộ dữ liệu được tính toán trung bình với bước thời gian một năm. Trong đó các tham số động lực được trung bình hóa dựa trên dữ liệu tính toán mô phỏng thu được ở trên. Dữ liệu độ đục nước được trung bình hóa một năm dựa trên kết quả phân tích ảnh...
Bảng 3.6. Kết quả chạy mô hình hồi quy đa biến (11.237 mẫu)
Hình 3.18. So sánh kết quả tính toán độ dày lớp bùn loãng bằng các hàm hồi quy 5 biến, 3 biến và 1 biến cho các điểm thử nghiệm tại luồng Soài Rạp
3.3. Xây dựng mô hình tính toán sa bồi luồng tàu theo tháng
Lý thuyết Fourier đã được trình bày trong mục 2.2. của Chương 2 được ứng dụng để phân tích chuỗi dữ liệu đo đạc, tính toán xây dựng hàm số đặc trưng xác độ dày trung bình lớp sa bồi tại luồng tàu theo thời gian. Chương trình tính toán (sau đây gọi là ...
3.3.2. Chương trình tự động hóa tính toán
Hình 3.19. Sơ đồ thuật toán mô hình tính toán sa bồi tháng (SBThang)
Căn cứ vào lý thuyết phân tích phổ Fourier và sơ đồ thuật toán như trên, xây dựng chương trình đặt tên SBThang.exe trên nền ngôn ngữ lập trình Fortran. Code chương trình trình bày tại Phụ lục 2. Sơ đồ giản lược quá trình tính toán:
Hình 3.20. Sơ đồ giản lược quá trình tính toán
Chương trình xây dựng dưới dạng file .exe. Để chạy chương trình khởi tạo thư mục để copy file SBThang.exe và file text chứa thời gian và số liệu sa bồi trung bình. Chạy chương trình, nhập file số liệu đầu vào, nhập tên file dự báo và thời gian dự báo,...
3.3.3. Quy trình tính toán:
Bước 1: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào, là dạng dữ liệu độ dày lớp sa bồi biến thiên theo thời gian (số liệu trung bình theo từng tháng)
Bước 2: Chạy chương trình được xây dựng, sau khi chạy chương trình, đường cong thực đo 12 tháng sẽ được tách thành 6 đường cong đơn, các tham số của từng đường cong đơn được xuất ra file text.
Bước 3: Phân tích xây dựng công thức dựa trên kết quả đầu ra. Lưu ý giá trị chu kỳ và năng lượng phổ %, các hàm có năng lượng phổ lớn là những hàm đóng vai trò chính.
Bước 4: Xây dựng công thức bằng cách lọc dần các hàm không có ý nghĩa, sử dụng kết quả dự báo và hệ số tương quan R2 giữa kết quả dự báo và dữ liệu thực đo để xác định công thức đảm bảo thể hiện đúng với quy luật nhất.
3.3.4. Kết quả xây dựng hàm chiều dày sa bồi theo tháng cho luồng Bạch Đằng
Hình 3.21. Biểu đồ độ dày sa bồi trung bình tháng tại luồng Bạch Đằng
Hình 3.22. So sánh kết quả dự báo sa bồi luồng Bạch Đằng với chuỗi trung bình tháng nhiều năm sử dụng các công thức BĐ1-BĐ3 và hàm hồi quy bậc 2
Hình 3.23. So sánh lựa chọn các công thức theo hệ số tương quan R2
3.2. Đã xây dựng được mô hình hồi quy đa biến xác định chiều dày lớp bùn loãng
- Xác định phương pháp, xây dựng các bước tính toán tham số đầu vào mô hình hồi quy đa biến;
- Xây dựng chương trình tự động phân tích tương quan giữa các tham số;
- Phương pháp phân tích kết quả đánh giá tương quan, loại bỏ các tham số ít ảnh hưởng để xây dựng công thức tính chiều dày lớp bùn loãng theo các tham số có tác động chủ yếu.
- Xây dựng công thức đặc trưng cho đoạn luồng Soài Rạp.
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Ứng dụng công thức đặc trưng tính toán độ dày lớp bùn loãng xác định đáy chạy tàu và đáy nạo vét hợp lý trong trường hợp có bùn loãng luồng Soài Rạp - Hiệp Phước
4.1.2. Xác định đáy chạy tàu và thiết kế đáy nạo vét
Áp dụng công thức trên tính toán cho luồng Soài Rạp đoạn từ P49 đến 57:
- Thiết kế cho cỡ tàu container cỡ post panamax 70.000 DWT, mớn đầy tải T=13,8m.
- Mực nước chạy tàu (MNCT) lựa chọn theo điều kiện chuẩn tương ứng tần suất P% = 50% là +2,9 (mHĐ).
Kết quả như sau:
4.2. Xác định thời điểm nạo vét hợp lý theo tiêu chí hiệu quả khai thác luồng Bạch Đằng
Lấy chi phí nạo vét duy tu là hàm mục tiêu
C= f (X1,X2.X3,X4,X5) phụ thuộc vào các yếu tố:
- X1: Lớp bùn loãng và biến thiên theo thời gian
- X2: Thời điểm tiến hành nạo vét
- X3: Thiết bị nạo vét và sai số
- X4: Cao độ đáy nạo vét ban đầu
- X5: Số lần nạo vét hoặc khoảng thời gian giữa hai lần nạo vét
Cmin là hàm mục tiêu cần tìm, ứng với nó là đáy chạy tàu hợp lý. Tuy nhiên trong phạm vi luận án chỉ xét đến hai tham số là: X1, X2.
(1) Tính toán độ dày lớp bùn loãng và đáy chạy tàu hợp lý cho một đoạn luồng Soài Rạp
(2) Xác định đáy chạy tàu và thời điểm nạo vét duy tu hợp lý theo tiêu chí hiệu quả khai thác luồng Bạch Đằng
Hcl(t) = hdt -,=1-12-Hmean+ 5,1[cos ,2-12.(t−6,6)] + 0,6[cos ,2-12.(t−0,6)] + 0,4[cos ,2-12.(t−2,0).
Kết quả tính toán giá trị Hcl và Hhd theo công thức tốc độ sa bồi trung bình tại luồng Bạch Đằng.
MỤC LỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: Mô hình toán – Xác định thông số thủy động lực bùn cát khu vực nghiên cứu
I. MỤC TIÊU, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG TÍNH TOÁN
II – CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH
III - CƠ SỞ DỮ LIỆU
IV – THIẾT LẬP MÔ HÌNH
V - HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH CÁC MÔ HÌNH TOÁN
VI - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
6.1. Kết quả tính toán đặc trưng thủy lực luồng Soài Rạp trong mùa lũ
6.2. Kết quả tính toán đặc trưng thủy lực luồng Soài Rạp trong mùa kiệt
6.3. Kết quả khôi phục trường động lực đầu vào cho mô hình hồi quy