Luận văn thạc sĩ về đánh giá thủy động lực học tại cảng Tam Quan, Bình Định

• Tác giả: Pham Phu
• Người hướng dẫn: Assoc. Mai Van Cong
• Trường học: Thuyloi University
• Chuyên ngành: Coastal Engineering and Management
• Đề tài: Đánh Giá Thủy Động Lực Học Cho Kế Hoạch Mới Của Cảng Tam Quan, Bình Định
• Loại tài liệu: master thesis
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Ha Noi

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Background
• 1.2. Objectives of the study
• 1.3. Scope of the study
• 1.4. Methods of the study
• 1.5. Expected outcomes
• 1.6. Chapters outline
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Overview of fishing ports
• 2.1.1. Concept of fishing ports
• 2.1.2. Classification of fishing ports
• 2.1.3. Highlighted fishing ports in the world and Vietnam
• 2.1.4. Current status of fishery of Binh Dinh province
• 2.2. Overview of hydrodynamics of tidal inlets
• 2.2.1. Difference between tidal inlets and estuaries
• 2.2.2. Behaviour and hydrodynamics of a tidal inlet
• 2.2.3. Overview of deposition on tidal flats
• 2.3. Overview of the study area
• 2.3.1. Previous studies in the study area
• 2.3.2. General information on the existing Tam Quan fishing port
• 2.3.3. General information on the new master plan of Tam Quan fishing port
• 2.3.4. Focus of this study
• 2.4. Overview of numerical models and the selection model
• 2.4.1. Introduction of numerical models
• 2.4.2. Numerical model selection
• 2.4.3. Introduction of MIKE 21/3 Coupled Model FM
• 3. CHƯƠNG 3: FORMULATION OF PORT DESIGN AND PLANNING CRITERIA & MODEL SET-UP
• 3.1. Formulation of port planning and design criteria
• 3.1.1. General principles of planning anchorage area for boats and ships
• 3.1.2. Applied design standards, parameters for Tam Quan port and anchorage areas and its navigation channels
• 3.1.3. Formulation of port planning and design criteria according to hydrodynamic aspects
• 3.2. Natural conditions of Tam Quan fishing port area
• 3.2.1. Geology and geomorphology conditions
• 3.2.2. Climatic conditions
• 3.3. Model set-up
• 3.3.1. Steps to set-up the model
• 3.3.2. Basic model input data
• 3.3.3. Model domain, computational mesh and boundaries
• 3.3.4. Hydrodynamic model parameters
• 3.3.5. Spectral wave model parameters
• 3.3.6. Sand transport model parameters
• 3.3.7. Model calibration and validation
• 4. CHƯƠNG 4: HYDRODYNAMIC ASSESSMENTS OF THE NEW MASTER PLAN FOR TAM QUAN PORT
• 4.1. Formulated modeling scenarios for hydrodynamic assessment of Tam Quan port area
• 4.1.1. For the existing situation
• 4.1.2. For the new master plan
• 4.1.3. Model extracted locations
• 4.2. Hydrodynamic assessments of Tam Quan port area based on criteria
• 4.2.1. Criterion 1, Avoid flooding in the port land area
• 4.2.2. Criterion 2, To ensure calm wave condition in the port
• 4.2.3. To ensure permissible currents for ship maneuvering
• 4.2.4. Avoid deposition to maintain channel depths
• 4.3. Proposal of adjusted measure of the port entrance in order to fulfill port design criteria
• 4.3.1. Proposal of adjusted measure
• 4.3.2. Analysing the results of the adjusted measure
• 4.3.3. Discussion
• CONCLUSIONS AND RECOMMENDATION
• APPENDICES
• appendix A. Master plans of Tam Quan fishing port
• appendix B. Results of the simulated scenarios for the existing situation
• appendix C. Results of the simulated scenarios for the new master plan
• appendix D. Results of the simulated scenarios for the adjusted master plan
• REFERENCES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATIONS

I. Đặt vấn đề

Cảng Tam Quan, nằm ở tỉnh Bình Định, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế biển của khu vực. Bài viết này tập trung vào việc đánh giá thủy động lực học cho kế hoạch mới của cảng, nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của cảng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự gia tăng hoạt động hàng hải. Việc đánh giá thủy động lực học sẽ giúp xác định các tiêu chí thiết kế cảng và các biện pháp cần thiết để cải thiện tình trạng hiện tại của cảng.

1.1. Lý do nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá tình hình hiện tại của cảng Tam Quan, bao gồm các yếu tố như dòng chảy, sóng và sự lắng đọng bùn cát. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiếp nhận tàu thuyền và hoạt động khai thác thủy sản. Theo báo cáo, cảng hiện tại không đáp ứng được nhu cầu của tàu thuyền lớn, do đó cần có một kế hoạch mới để cải thiện tình trạng này. Nghiên cứu sẽ sử dụng mô hình thủy động lực học để phân tích các yếu tố này một cách chi tiết.

II. Phân tích hiện trạng cảng Tam Quan

Cảng Tam Quan hiện tại đang gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp nhận tàu thuyền do tình trạng lắng đọng bùn cát và dòng chảy không ổn định. Việc phân tích dữ liệu thủy động lực học cho thấy rằng, bùn cát lắng đọng trong khu vực cảng đã gây ra sự cản trở lớn cho các hoạt động ra vào của tàu thuyền. Nghiên cứu chỉ ra rằng, cần phải có các biện pháp điều chỉnh để đảm bảo rằng cảng có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện khí hậu hiện tại.

2.1. Tình hình lắng đọng bùn cát

Theo số liệu thu thập được, lượng bùn cát lắng đọng tại cảng Tam Quan lên tới 50,000-100,000 m³ mỗi năm. Điều này không chỉ gây khó khăn cho việc ra vào của tàu thuyền mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nước và môi trường xung quanh. Việc đánh giá tác động môi trường là cần thiết để xác định các biện pháp khắc phục hiệu quả cho vấn đề này.

III. Đề xuất giải pháp cải thiện

Dựa trên các phân tích về thủy động lực học, bài viết đề xuất một số giải pháp nhằm cải thiện tình trạng hiện tại của cảng Tam Quan. Trong đó, việc điều chỉnh thiết kế cảng để phù hợp hơn với điều kiện tự nhiên và khí hậu là rất quan trọng. Các giải pháp này không chỉ giúp nâng cao khả năng tiếp nhận tàu thuyền mà còn bảo vệ môi trường xung quanh.

3.1. Điều chỉnh thiết kế cảng

Một trong những đề xuất quan trọng là điều chỉnh thiết kế của cảng để giảm thiểu tình trạng lắng đọng bùn cát. Việc sử dụng các mô hình thủy động lực học để mô phỏng các kịch bản khác nhau sẽ giúp xác định được thiết kế tối ưu cho cảng. Các biện pháp này cần được thực hiện một cách đồng bộ và có sự tham gia của các bên liên quan để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

IV. Kết luận

Việc đánh giá thủy động lực học cho kế hoạch mới của cảng Tam Quan là rất cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững của cảng trong tương lai. Các kết quả từ nghiên cứu không chỉ giúp cải thiện hoạt động của cảng mà còn đóng góp vào sự phát triển kinh tế của tỉnh Bình Định. Cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng để thực hiện các giải pháp đã đề xuất.

4.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn cho việc quản lý và phát triển cảng. Việc hiểu rõ về thủy động lực học sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc phát triển cơ sở hạ tầng cảng biển, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Tổng quan nghiên cứu

Bình Định là tỉnh ven biển thuộc khu vực Nam Trung Bộ Việt Nam, với chiều dài bờ biển khoảng 134 km và diện tích tự nhiên 6.050,58 km², dân số khoảng 1 triệu người. Ngành thủy sản đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh, đặc biệt tại huyện Hoài Nhơn với 23 km bờ biển và đội tàu thuyền lên đến 2.488 chiếc, chiếm 36% tổng số tàu thuyền toàn tỉnh. Tuy nhiên, hạ tầng cảng cá hiện tại, đặc biệt là cảng Tam Quan, chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển do kênh luồng thường xuyên bị bồi lắng với khoảng 50.000-100.000 m³ trầm tích mỗi năm, gây khó khăn cho tàu thuyền ra vào và làm giảm hiệu quả khai thác thủy sản.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá điều kiện thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại khu vực cảng Tam Quan theo quy hoạch mới, nhằm kiểm tra tính phù hợp với các tiêu chí thiết kế cảng, từ đó đề xuất các giải pháp điều chỉnh phù hợp. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn quy hoạch giai đoạn 2 (2020-2030), với phạm vi nghiên cứu tại khu vực cảng Tam Quan, tỉnh Bình Định. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn giao thông thủy và phát triển kinh tế biển bền vững cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thủy động lực học bờ biển và cửa sông: Phân tích sự tương tác giữa sóng, dòng chảy thủy triều và vận chuyển trầm tích trong môi trường cửa sông và vùng cảng, dựa trên các công trình của Verhagen (1999), Julien (2015) và Cat (2002).
• Mô hình thủy động lực và sóng MIKE 21/3 Coupled Model FM: Mô hình hai chiều kết hợp thủy động lực, sóng phổ và vận chuyển cát, cho phép mô phỏng tương tác phức tạp giữa sóng, dòng chảy và sự biến đổi địa hình đáy.
• Khái niệm về cửa sông thủy triều và bãi triều: Phân biệt cửa sông và cửa thủy triều, đặc điểm dòng chảy, sự biến đổi địa hình và quá trình bồi tụ trầm tích trên bãi triều.
• Tiêu chí thiết kế cảng cá: Bao gồm các tiêu chí về tránh ngập lụt, đảm bảo điều kiện sóng yên tĩnh trong cảng, vận tốc dòng chảy cho phép tàu thuyền cơ động và hạn chế bồi lắng để duy trì độ sâu kênh luồng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu quan trắc thủy văn, thủy triều, sóng, địa hình đáy và trầm tích thu thập từ các cơ quan chuyên ngành và các nghiên cứu trước đây tại khu vực Tam Quan.
• Phương pháp phân tích: Áp dụng mô hình số MIKE 21/3 Coupled Model FM để mô phỏng các kịch bản thủy động lực và vận chuyển trầm tích cho tình huống hiện trạng, quy hoạch mới và điều chỉnh quy hoạch cảng Tam Quan.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình được thiết lập trên lưới không cấu trúc với các phần tử tam giác và tứ giác, bao phủ toàn bộ khu vực cảng và cửa sông, đảm bảo độ phân giải phù hợp với đặc điểm địa hình và dòng chảy.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn quy hoạch 2020-2030, mô phỏng các điều kiện thủy động lực trong các mùa gió mùa Đông Bắc và Tây Nam, cũng như mùa lũ để đánh giá toàn diện.
• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: So sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế tại các trạm quan sát để đảm bảo độ chính xác, với sai số trong giới hạn chấp nhận được.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ ngập lụt trong khu vực cảng: Mô phỏng cho thấy quy hoạch mới làm giảm diện tích ngập lụt trong khu vực cảng khoảng 15% so với hiện trạng, nhờ thiết kế kênh luồng và bãi neo hợp lý (Bảng 4.2).
2. Điều kiện sóng trong cảng: Sóng đáng kể (significant wave height) trong mùa gió Đông Bắc giảm trung bình 20% trong quy hoạch mới so với hiện trạng, đảm bảo điều kiện yên tĩnh cho tàu thuyền hoạt động (Hình 4.5).
3. Dòng chảy và vận tốc: Vận tốc dòng chảy trong kênh luồng được duy trì dưới ngưỡng 0,5 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn cho tàu thuyền cơ động, giảm 10% so với hiện trạng (Hình 4.8 và 4.9).
4. Bồi tụ trầm tích: Lượng trầm tích bồi lắng tại cửa cảng giảm khoảng 30% nhờ điều chỉnh quy hoạch, tuy nhiên vẫn cần duy trì nạo vét định kỳ với khối lượng khoảng 50.000 m³/năm để đảm bảo độ sâu kênh luồng (Hình 4.12 và 4.13).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của cải thiện thủy động lực là do quy hoạch mới đã mở rộng và điều chỉnh hướng kênh luồng, giảm sự cản trở dòng chảy và sóng vào cảng. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của cấu trúc cảng đến dòng chảy và bồi tụ trầm tích tại các cửa sông ven biển Việt Nam. Việc giảm vận tốc dòng chảy và sóng trong cảng góp phần nâng cao an toàn cho tàu thuyền và giảm thiểu tổn thất do va chạm, đồng thời giảm bồi tụ trầm tích giúp giảm chi phí nạo vét. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh vận tốc dòng chảy, sóng và bản đồ phân bố bồi tụ trầm tích giữa các kịch bản hiện trạng, quy hoạch mới và điều chỉnh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện điều chỉnh kênh luồng theo đề xuất quy hoạch nhằm giảm bồi tụ và cải thiện điều kiện thủy động lực, đảm bảo vận tốc dòng chảy dưới 0,5 m/s, hoàn thành trong giai đoạn 2020-2025, do Ban Quản lý cảng phối hợp với Sở Giao thông vận tải tỉnh Bình Định thực hiện.
2. Tăng cường nạo vét định kỳ kênh luồng và khu vực neo đậu với khối lượng khoảng 50.000 m³/năm để duy trì độ sâu thiết kế, thực hiện hàng năm, do đơn vị quản lý cảng chịu trách nhiệm.
3. Xây dựng hệ thống quan trắc thủy động lực và trầm tích tự động để theo dõi biến động môi trường, đánh giá hiệu quả các biện pháp điều chỉnh, triển khai trong giai đoạn 2021-2023, do Viện Khoa học và Công nghệ biển phối hợp thực hiện.
4. Phát triển hạ tầng kỹ thuật đồng bộ như hệ thống giao thông nội bộ, cấp thoát nước và xử lý môi trường nhằm giảm thiểu ô nhiễm và nâng cao chất lượng dịch vụ cảng, hoàn thành trước năm 2030, do UBND tỉnh và các đơn vị liên quan phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý cảng và giao thông thủy: Sử dụng kết quả để lập kế hoạch phát triển, quản lý và vận hành cảng Tam Quan hiệu quả, giảm thiểu rủi ro do bồi tụ và sóng lớn.
2. Các nhà quy hoạch và thiết kế cảng biển: Áp dụng các tiêu chí thiết kế và mô hình thủy động lực trong quy hoạch cảng cá và khu neo đậu tương tự tại các tỉnh ven biển khác.
3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật biển, thủy văn: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy động lực và vận chuyển trầm tích, cũng như các phân tích chuyên sâu về cửa sông và cảng cá.
4. Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực thủy sản và logistics cảng cá: Hiểu rõ điều kiện hoạt động, từ đó tối ưu hóa hoạt động khai thác, vận chuyển và bảo trì tàu thuyền, nâng cao hiệu quả kinh tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần đánh giá thủy động lực cho cảng Tam Quan?
   Việc đánh giá giúp xác định ảnh hưởng của sóng, dòng chảy và bồi tụ trầm tích đến hoạt động cảng, từ đó đề xuất giải pháp thiết kế và vận hành phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác.

2. Mô hình MIKE 21/3 Coupled Model FM có ưu điểm gì?
   Mô hình này tích hợp thủy động lực, sóng phổ và vận chuyển cát, cho phép mô phỏng tương tác phức tạp giữa các yếu tố môi trường biển, giúp dự báo chính xác biến đổi địa hình và điều kiện thủy lực.

3. Lượng trầm tích bồi tụ tại cảng Tam Quan là bao nhiêu?
   Theo mô phỏng, kênh luồng bị bồi lắng khoảng 50.000-100.000 m³ trầm tích mỗi năm, gây khó khăn cho tàu thuyền ra vào và cần nạo vét định kỳ.

4. Các biện pháp chính để giảm bồi tụ trầm tích là gì?
   Điều chỉnh hướng và kích thước kênh luồng, xây dựng công trình chắn sóng hợp lý, nạo vét định kỳ và theo dõi quan trắc môi trường để kịp thời xử lý.

5. Quy hoạch mới có ảnh hưởng thế nào đến hoạt động cảng?
   Quy hoạch mới cải thiện điều kiện sóng và dòng chảy, giảm bồi tụ trầm tích khoảng 30%, nâng cao an toàn và năng lực tiếp nhận tàu thuyền, góp phần phát triển kinh tế biển bền vững.

Kết luận

• Đã đánh giá thành công điều kiện thủy động lực và vận chuyển trầm tích tại cảng Tam Quan theo quy hoạch mới giai đoạn 2020-2030.
• Quy hoạch mới giảm diện tích ngập lụt 15%, sóng đáng kể giảm 20%, vận tốc dòng chảy giảm 10%, và bồi tụ trầm tích giảm 30% so với hiện trạng.
• Cần duy trì nạo vét định kỳ khoảng 50.000 m³/năm để đảm bảo độ sâu kênh luồng và an toàn giao thông thủy.
• Đề xuất các giải pháp điều chỉnh kênh luồng, xây dựng hệ thống quan trắc và phát triển hạ tầng kỹ thuật đồng bộ.
• Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà quy hoạch và doanh nghiệp liên quan áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả khai thác và phát triển bền vững cảng cá Tam Quan.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp điều chỉnh quy hoạch và xây dựng hệ thống quan trắc trong giai đoạn 2021-2025 để đảm bảo hiệu quả lâu dài.