6. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
3.4. Quy hoạch đê chắn sóng cho cảng giai đoạn 2030÷2050
3.4.1. Nguyên tắc chung
Quy hoạch một bể cảng ngoài biển hở là thiết lập được một mặt bằng các tuyến đê chắn sóng tối ưu và hiệu quả thỏa mãn được cả 6 nguyên tắc:
Tạo ra sự yên lặng cần thiết
Tạo cho bể cảng bị bồi lắng ít nhất
Có diện tích hữu hiệu lớn nhất và đủ diện tích cho bố trí tất cả các hạng mục công trình
Có khả năng mở rộng, nâng cấp trong tương lai Thỏa mãn yêu cầu phát triển môi trường bền vững Có giá thành hợp lý
Xét theo các tiêu chí kỹ thuật thì 2 nguyên tắc: Tạo ra sự yên lặng cần thiết và tạo cho bể cảng ít bồi lắng nhất là cốt lõi phải thỏa mãn trước sau đó mới xét đến các nguyên tắc còn lại.
3.4.2. Kết quả quy hoạch
3.4.2.1. Quy mô đê chắn sóng
Quy mô đê chắn sóng của 3 phương án mặt bằng thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.9 Chiều dài đê chắn sóng theo các phương án mặt bằng
Phương án Chiều dài đê chắn sóng (m)
Mặt bằng 1 1.227; 1.227; 1.364; 1.364; 1.612; 1.660, 1.660
Mặt bằng 2 8.917
3.4.2.2. Kết cấu đê chắn sóng
Lựa chọn kết cấu đê chắn sóng cho cả 3 phương án xa bờ là hai hàng cừ bê tông cốt thép dự ứng lực W740 dài 30m, liên kết với nhau bởi dầm mũ và hệ dầm giằng bê tông cốt thép, khoảng cách giữa hai hàng cừ là 15m. Giữa 2 hàng cọc cừ bơm đầy cát.
3.5. Tổng hợp các phương án mặt bằng cảng xa bờ giai đoạn 2030÷20503.5.1. Phương án mặt bằng 1 3.5.1. Phương án mặt bằng 1
Hình 3.3 Tổng mặt bằng phương án 1
Quy hoạch 2 modul cầu tàu đặt song song với nhau và hệ thống đê chắn sóng dài 10.114m, 01 modul cầu tàu là tổ hợp 02 cầu tàu đặt liên tiếp với nhau (vuông góc với đê chắn sóng) tạo ra chiều dài tuyến bến là 720m.
Quy hoạch bến trung chuyển 01 modul cầu tàu gồm 04 bến tàu đón tàu tải trọng 5000÷30.000 DWT, hàng hóa sẽ tập trung ở bãi container được chuyển về bến trung chuyển qua cầu dẫn dài 410m (rộng 50m) và vận chuyển vào các bến gần bờ.
Trong giai đoạn 2030÷2050 cảng đáp ứng được 35 triệu tấn/năm, trong tương lai cảng được mở rộng bằng cách lắp đặt thêm các modul cầu tàu góp phần tăng công suất cảng lên đến 105 triệu tấn/năm.
3.5.2. Phương án mặt bằng 2
Hình 3.4 Tổng mặt bằng phương án 2
Quy hoạch 2 modul cầu tàu đặt song song với nhau và hệ thống đê chắn sóng dài 8.947m, 01 modul cầu tàu là tổ hợp 02 cầu tàu đặt liên tiếp với nhau dài 720m.
Hệ thống bãi container và công trình kiến trúc quy hoạch dọc theo đê chắn sóng và vuông góc với tuyến bến.
Quy hoạch bến trung chuyển 01 modul cầu tàu gồm 02 bến tàu đón tàu tải trọng 5000÷30.000 DWT, hàng hóa sẽ tập trung ở bãi container được chuyển về bến trung chuyển bằng ô tô, đường ray và vận chuyển vào các bến gần bờ.
Trong giai đoạn 2030÷2050 cảng đáp ứng được 35 triệu tấn/năm, trong tương lai cảng được mở rộng bằng cách lắp đặt thêm các modul cầu tàu góp phần tăng công suất cảng lên đến 175 triệu tấn/năm.
3.5.3. Phương án mặt bằng 3
Quy hoạch 1 modul cầu tàu và hệ thống đê chắn sóng dài 7.413m, 01 modul cầu tàu là tổ hợp 04 cầu tàu đặt liên tiếp với nhau dọc theo đê chắn sóng với tổng chiều dài tuyến bến 1.440m.
Hệ thống bãi chứa container và công trình kiến trúc quy hoạch dọc theo đê chắn sóng ngay phía sau tuyến bến.
Quy hoạch đường cầu dẫn dài 16 km, rộng 27,4m để vận chuyển hoàng hóa vào bờ.
Trong giai đoạn 2030÷2050 cảng đáp ứng được 35 triệu tấn/năm, trong tương lai cảng được mở rộng bằng cách lắp đặt thêm các modul cầu góp phần tăng công suất cảng lên gấp 140 triệu tấn/năm.
Bảng 3.10 Tổng hợp các phương án mặt bằng giai đoạn 2030÷2050
Phương án
Diện tích Chiều dài đê chắn sóng (m) Diện tích đơn vị khu nước (m2) Công suất mở rộng cảng (triệu tấn) Cao trình đáy bến (m) khu nước (m2) Phương án 1 5.091.132 10.156 277 105 -16,5 Phương án 2 5.289.159 8.947 560 175 -16,5 Phương án 3 4.244.471 7.413 498 140 -16,5 3.5.4. So sánh các phương án mặt bằng
Dựa vào tổng hợp các phương án mặt bằng đã trình bày ở bảng 3.18 trên tiến hành so sánh các phương án mặt bằng dựa trên các tiêu chí: Lặng sóng trong cảng, Mở rộng cảng trong tương lai, Tính hiệu quả trong việc vận chuyển hàng hóa vào bờ, Thuận lợi trong bố trí luồng tàu.
3.5.4.1. Tiêu chí lặng sóng trong cảng
Trên cơ sở quy hoạch các phương án mặt bằng đều đảm bảo chế độ lặng sóng trong cảng để cảng hoạt động bình thường, tuy nhiên dựa theo kết quả mô
phỏng bằng mô hình mike 21 sẽ được trình bày ở mục 3.6 để xác định phương án nào tốt nhất.
3.5.4.2. Tiêu chí mở rộng cảng trong tương lai
Các phương án mặt bằng đều đảm bảo hiệu quả mở rộng cảng trong tương lai. Tuy nhiên phương án mặt bằng 2 là tốt nhất với công suất đạt 175 triệu tấn/năm, tiếp theo là phương án mặt bằng 3 với công suất đạt 140 triệu tấn/năm và cuối cùng là phương án mặt bằng 1 với công suất đạt 105 triệu tấn/năm.
3.5.4.3. Tính hiệu quả trong việc vận chuyển hàng hóa vào bờ
Trong các phương án quy hoạch thì có 3 phương pháp vận chuyển hàng hóa vào bờ đó là vận chuyển dùng cầu dẫn, vận chuyển dùng tàu trung chuyển vào bờ và kết hợp cầu dẫn với trung chuyển vào bờ.
Với phương pháp vận chuyển dùng cầu dẫn: việc thi công cầu dẫn rất tốn kém và khó khăn, hơn nữa nếu dùng cầu dẫn thì hệ thống giao thông trên bờ phải quy hoạch lại - đây thực sự là một bài toán quy hoạch khó khăn.
Với phương pháp vận chuyển dùng tàu: ngoài việc thi công bến trung chuyển thì việc trung chuyển vào các bến gần bờ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bến gần bờ vì hiện nay nước ta đang có tình trạng cảng thì quá tải, cảng thì không có hàng.
Do đó phương án mặt bằng 2 vẫn là tốt nhất, tiếp theo là phương án mặt bằng 1 và cuối cùng là phương án mặt bằng 3.
3.5.4.4. Thuận lợi trong bố trí luồng tàu
Dựa vào mặt bằng tổng thể của các phương án thấy được rằng phương án 1 là thuận lợi nhất trong bố trí luồng tàu, tiếp theo là phương án 3 và cuối cùng là phương án 2.
3.6. Xác định mặt bằng hợp lý dựa trên tiêu chí lặng sóng đảm bảo khả năng khai thác dự án dựa trên phần mền Mike 21 SW năng khai thác dự án dựa trên phần mền Mike 21 SW
3.6.1. Mô hình Mike 21 SW
Trên thế giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực đang được áp dụng cho nhiều mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và thiết kế hệ thống công trình.., tiêu biểu có thể kể đến SORBEK, DELFT 3D (Hà
Lan), MIKE (Đan Mạch), tuy nhiên, mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm riêng và cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chi tiết về khảnăng áp dụng trong thực tế của các mô hình nói trên. Sau khi cân nhắc so sánh các mô hình toán có thế áp dụng cho mục tiêu của luận vănđã lựa chọn mô hình MIKE. Trong nghiên cứu này với mục tiêu mô phỏng và kiểm tra ảnh hưởng của sóng đến bể cảng ở cảng nước sâu xa bờ Lạch Huyện giai đoạn 2030÷2050, bộ mô hình MIKE 21 đã được lựa chọn do đáp ứng được những tiêu chí:
Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng;
Đã được kiểm nghiệm thực tếở nhiều quốc gia trên thế giới;
Giao diện thân thiện, dễ sử dụng và tương thích với nhiều phần mềm GIS khác.
Mô hình lan truyền sóng được sử dụng là mô hình lan truyền sóng 2 chiều MIKE21 SW (Spectral Wave Model).
Mô hình sẽ mô phỏng quá trình phát triển và suy giảm sóng và lan truyền sóng do gió và sóng lừng trong khu vực nước sâu vào khu vực bể cảng.
MIKE 21 SW áp dụng để dự báo sóng khu vực ngoài khơi và ven biển, đánh giá điều kiện sóng - chiều cao sóng, chu kỳ sóng, chu kỳ sóng phục vụ cho việc thiết kế xây dựng các công trình biển, công trình cảng, và công trình bảo vệ bờ.
Ngoài ra, kết quảtính trường ứng suất sóng còn để phục vụ cho bài toán vận chuyển bùn cát và diễn biến đường bờ.
Mô hình Mike 21 SW bao gồm các hiện tượng vật lý sau đây và công thức phổsóng đầy đủ dựa trên công thức bảo toàn tác động sóng theo Komen (1994) và Young (1999):
Sóng phát triển do tác động của gió; Tương tác phi tuyến giữa sóng và sóng; Suy do sóng bạc đầu;
Suy giảm do ma sát đáy; Suy giảm do sóng vỡ;
Khúc xạ và sóng dâng do biến đổi đáy; Tương tác sóng và dòng chảy;
Ảnh hưởng của dao động chiều sâu nước theo thời gian.
Phương pháp phân rã công thức tính toán theo không gian và phổsóng được thực hiện theo phương pháp thể tích hữu hạn. Trong miền không gian lưới phi cấu trúc được áp dụng, tích phân thời gian được thực hiện theo phương pháp rời rạc trong đó phương pháp sai phân hiện được áp dụng cho quá trình lan truyền tác động của sóng.
Vì những lí do trên trong luận văn này tác giả sử dụng mô hình Mike 21 SW là công cụđể phục vụ nghiên cứu về mặt bằng hợp lý của cảng.
3.6.2. Mô hình sóng tổng thể
Miền tính, lưới tính của khu vực được xây dựng dựa trên số liệu địa hình ven bờ do Viện Xây dựng Công trình Biển thực hiện tỷ lệ 1/5000, đo đạc năm 2011 và số liệu khu vực ngoài khơi tỉ lệ 1/25000 do Hải quân Việt Nam đo đạc năm 2009. Các số liệu địa hình này đã được hiệu chỉnh và đưa về cùng một hệ cao độ quốc gia, hệ tọa độđược quy về UTM48.
Miền tính được thiết lập trên lưới phi cấu trúc. Ô lưới nhỏ nhất có diện tích 250.000m2, ô lớn nhất có diện tích 2.106 m2. Miền lớn được xác định bởi các tọa độ (669329;2279303), (697741,2243212); (755180,2288364); (732450,2320002).
Quá trình mô phỏng được thực hiện với các tham sốđược thiết lập như sau: Công thức tách riêng tham sốhướng;
Bước thời gian xấp xỉ tĩnh;
Mực nước dao động theo thời gian; Chỉ sốphân tán hướng sóng: n = 5; Ma sát đáy kn = 0.01m;
Hình 3.7 Phương án mặt bằng 2 - Địa hình tổng thể và chi tiết
3.6.3. Điều kiện biên sóng
3.6.3.1. Bảng tổng hợp sóng Bạch Long Vĩ
Dựa vào số liệu quan trắc sóng ở Bạch Long Vĩ trong giai đoạn 1960÷2000 tác giả lập bảng tổng hợp sóng Bạch Long Vĩ, chi tiết xem bảng 3.1 phụ lục D.
3.6.3.2. Hoa sóng Bạch Long Vĩ
Căn cứ vào bảng tổng hợp sóng Bạch Long Vĩ tác giả vẽ được Hoa sóng Bạch Long Vĩ thể hiện dưới hình 3.9 sau:
Hình 3.9 Hoa sóng Bạch Long Vĩ
3.6.3.3. Biên sóng cho mô hình
Theo bài giảng Sóng Gió cho trương trình cao học - Đại học Thủy Lợi, chiều cao sóng có nghĩa H1/3 được xác định theo công thức sau:
∑ = = 3 1 3 1 3 N i i H N H (3-15)
∑ = = 3 1 3 1 3 N i i T N T (3-16)
Kết hợp từ hoa sóng Bạch Long Vĩ tác giả triết xuất các sóng theo hướng Đông Bắc để xác định H1/3 theo hướng Đông Bắc phục vụ cho việc phân tích tính hợp lí của cách bốtrí đập chắn sóng theo 3 phương án mặt bằng. H1/3 = 2,2m, T1/3 = 6s, Hướng sóng tới: α = 450
3.6.4. Bộ thông số mô hình
Sốbước thời gian tính toán: 600 bước
Khoảng thời gian một bước tính toán: ∆t = 120s Thời gian bắt đầu tính toán 12h ngày 01/01/2014
Điều kiện biên mực nước: file SW.dfs Hệ số sóng vỡ: 0,6 Hệ sốma sát đáy: tính theo Nikuradse roughness: 0,04
Điều kiện ban đầu: phổ sóng sử dụng tính toán là JONSWAP
Điều kiện biên sóng: biên sóng được lấy từ số liệu thống kê sóng Bạch Long Vỹ (sóng hằng số Hs, Tp, Phi).
Kết quả tính toán: dạng vùng, bước thời gian xuất kết quả: 20 phút 1 giá trị.
3.6.5. Kết quả mô phỏng lan truyền sóng-Trường sóng gió mùaĐông Bắc
Nhận xét phương án mặt bằng 1: Từ kết quả mô hình có thể nhận thấy rõ hiệu quả của việc bố trí hệ thống đê chắn sóng. Ởphía ngoài đê chắn sóng chiều cao sóng dao động từ 1,5m÷2m và ở phía trong bể cảng chiều cao sóng dao động từ 0,15m÷0,75m, có nghĩa là trong trường hợp có gió mùa Đông Bắc tương đối lớn với Hs = 2,2m thì hệ thống cảng vẫn có thểkhai thác bình thường.
Từ kết quả mô hình tác giả tính được diện tích khu nước có chiều cao sóng [H] ≤ 0,5m là A1 = 2.815.358 m2, chiếm 55% diện tích bể cảng.
Với chiều dài đê chắn sóng là 10.156m, theo công thức (2-3) diện tích đơn vị khu nước là: X1 = 2.815.358/10.156 = 277m2.
Hình 3.11 Phương án mặt bằng 2, Hs=2,2m, Ts=6s, t=9h40’, Hướng 450
Nhận xét phương án mặt bằng 2: Từ kết quả mô hình có thể nhận thấy rõ hiệu quả của việc bố trí hệ thống đê chắn sóng. Ởphía ngoài đê chắn sóng chiều cao sóng dao động từ 1,5m÷2m và ở phía trong bể cảng chiều cao sóng dao động từ 0,15m÷0,6m, có nghĩa là trong trường hợp có gió mùa Đông Bắc tương đối lớn với Hs = 2,2m thì hệ thống cảng vẫn có thểkhai thác bình thường.
Từ kết quả mô hình tác giả tính được diện tích khu nước có chiều cao sóng [H] ≤ 0,5m là A2 = 5.011.890 m2, chiếm 95% diện tích bể cảng.
Với chiều dài đê chắn sóng là 8.947m, theo công thức (2-3) diện tích đơn vị khu nước là: X2 = 5.011.890/8.947 = 560m2.
Hình 3.12 Phương án mặt bằng 3, Hs=2,2m, Ts=6s, t=11h40’, Hướng 450
Nhận xét phương án mặt bằng 3: Từ kết quả mô hình có thể nhận thấy rõ hiệu quả của việc bố trí hệ thống đê chắn sóng. Ởphía ngoài đê chắn sóng chiều cao sóng dao động từ 1,5m÷2m và ở phía trong bể cảng chiều cao sóng dao động từ 0,15m÷0,6m, có nghĩa là trong trường hợp có gió mùa Đông Bắc tương đối lớn với Hs = 2,2m thì hệ thống cảng vẫn có thểkhai thác bình thường.
Từ kết quả mô hình tác giả tính được diện tích khu nước có chiều cao sóng [H] ≤ 0,5m là A3 = 3.691.753m2, chiếm 87% diện tích bể cảng.
Với chiều dài đê chắn sóng là 8.947m, theo công thức (2-3) diện tích đơn vị khu nước là: X3 = 3.691.753/7.413 = 498m2.
3.6.6. Kết luận
Dựa vào kết quả tính toán diện tích đơn vịkhu nước thì phương án mặt bằng 2 là che chắn sóng hiệu quả nhất, phương án mặt bằng 1 là che chắn sóng kém hiệu quả nhất.
3.7. Kết luận chương 3
Tổng hợp các phương án mặt bằng trên cơ sở phân tích các tiêu chí: Lặng sóng trong cảng, Mở rộng cảng trong tương lai, Tính hiệu quả trong việc trung chuyển vào bờ, Thuận lợi trong bố trính luồng tàu tác giả lựa chọn phương án mặt bằng 2 là phương án quy hoạch hợp lí nhất cho cảng nước sâu xa bờ Lạch Huyện giai đoạn 2030÷2050.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KÊT LUẬN
Luận văn với đề tài “Nghiên cứu quy hoạch mặt bằng cảng Lạch Huyện - Hải Phòng” đã đạt được những kết quả sau:
<1> Xây dựng bộ khung tiêu chí cơ bản cho bài toán quy hoạch cảng biển gồm các tiêu chí:
Diện tích khu nước tương đối trong cảng; Mức độ nặng sống trong cảng;
Bồi lắng và nạo vét luồng vào cảng; Xuôi thuận tàu thuyền trong cảng; Cung ứng vật liệu;