Mô hình toán về dòng phù sa lơ lủng do hoạt động của chân vịt tàu biển

Khoa học - Công nghệ 25/07/2014 14:46

PGS.TSKH Nguyễn Ngọc Huệ Tổng công ty Hàng Hải Việt Nam NCS. Nguyễn Anh Tuấn Viện Khoa học Thủy Lợi Người phản biện: GS. TS. PHẠM VĂN GIÁP TS. BÙI VIỆT ĐÔNG

Tóm tắt: Thông thường, tốc độ bồi lắng của luồng tàu được xác định thông qua các mô hình tính toán về trường dòng chảy, trường sóng và chuyển động bùn cát để dự báo lượng bồi lắng luồng tàu do sóng biển, dòng phù sa từ các sông đổ ra. Tuy nhiên, lượng phù sa lơ lửng do hoạt động của tàu thì chưa được xem xét từ góc độ nghiên cứu trên mô hình toán. Kết quả nghiên cứu trên mô hình toán về dòng phù sa lơ lửng do hoạt động của chân vịt tàu cho thấy khối lượng bồi lắng do tàu chạy trên luồng rất đáng kể và số liệu này cần được cân được xem xét khi dự báo, theo dõi và lập kế hoạch duy tu nạo vét luồng hàng năm.

Abstact: Normally the sedimentation of ship channel is determined based on math models on current field, wavy field and silt movement to forecast the channel sedimentation caused by sea wave, alluvia currents from rivers. However, the hanged alluvial volume created by ship operation has not been considered in research aspect of math model. As the result of math model research on hanged alluvial current caused by ship propellers exposes that the volume of sedimentation created by ships in channel is remarkable and this figure must be considered when the forecast, observation and planning for annual maintenance dredging is made.

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều các đề tài nghiên cứu, dự báo về bồi lắng luồng tàu nhưng vẫn chưa có được kết luận xác đáng, phù hợp với điều kiện cụ thể của từng vùng. Thông thường, cường độ bồi lắng của luồng tàu được xác định thông qua các mô hình tính toán về trường dòng chảy, trường sóng và chuyển động bùn cát để dự báo lượng bồi lắng luồng tàu do sóng biển, dòng phù sa từ các sông đổ ra và lượng bùn cát sạt sụt từ hai bờ luồng do tầu chạy.

Tuy nhiên, có một nguyên nhân gây nên hiện tượng bồi lắng luồng tàu và đặc biệt là hiện tượng sa bồi cục bộ vẫn chưa được xem xét để đưa vào mô hình tính toán. Đó là tác động xới bùn gây sa bồi của chân vịt tàu khi tàu chạy trên luồng. Tác động này càng lớn trong trường hợp luồng nông và mật độ giao thông của tàu trọng tải lớn cao như luồng tàu cảng Hải Phòng. Bài báo này sẽ làm rõ phần nào tác động gây sa bồi của chân vịt tàu đồng thời giới thiệu một số mô hình tính toán lượng sa bồi do chân vịt tàu gây ra hiện đang được áp dụng trên thế giới.

Hiện tượng lớp phù sa đáy bị khuấy động và cuốn theo luồng nước do tác động của chân vịt tàu đã và đang được các nhà xây dựng công trình cảng quan tâm nghiên cứu. Vấn đề này có thể là nguyên nhân tái bồi lắng luồng tàu và đồng thời làm ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nguồn nước. Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng lượng sa bồi do tác động của chân vịt tàu thủy là khá lớn. Áp lực xói gây ra bởi chân vịt tàu và lằn tàu thường vượt quá áp lực xói tới hạn của phù sa đáy và cuốn phù sa theo cột nước. Áp lực xói tới hạn trong trường hợp này được tính bằng giá trị áp lực xói cần thiết để truyền động năng cho các hạt phù sa tĩnh tại bề mặt phân cách giữa nước và tầng phù sa. Do phần lớn lượng bùn xói do tác động của chân vịt tàu thủy sẽ bồi lắng lại trong vòng vài mét tính từ điểm xói nên có thể coi hoạt động của các tàu thương mại, tàu lai dắt và các tàu phụ trợ sử dụng trong các dự án xây dựng công trình hàng hải, bao gồm cả nạo vét có thể là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng sa bồi cục bộ.

Chi tiết tham khảo Tạp chí GTVT số tháng 7/2014