Luận án tiến sĩ: Xác định đáy chạy tàu hợp lý trong bùn loãng tại luồng hàng hải Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu xác định đáy chạy tàu hợp lý trong bùn loãng tại các luồng hàng hải Việt Nam, góp phần nâng cao an toàn hàng hải.

• Tác giả: Nguyễn Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: GS. TSKH Nguyễn Ngọc Huệ
• Trường học: Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Đáy Chạy Tàu Hợp Lý Trong Bùn Loãng Tại Luồng Hàng Hải Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẠY TÀU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về bùn loãng
• 1.2. Các vấn đề nghiên cứu
• 1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 1.4. Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới
• 1.5. Nghiên cứu về bùn loãng
• 1.6. Nghiên cứu về đáy chạy tầu và độ sâu chạy tầu
• 1.7. Nghiên cứu về tính khả thi của chạy tầu trên bùn loãng
• 1.8. Các ứng dụng xử lý lớp bùn loãng
• 1.9. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.9.1. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tại luồng Nam Triệu, Hải Phòng
• 1.9.2. Kết quả nghiên cứu tại luồng Soài Rạp
• 1.9.3. Kết quả nghiên cứu tại luồng tầu nhà máy nhiệt điện Duyên Hải
• 1.9.4. Kết quả nghiên cứu tại luồng Sông Hậu
• 1.10. Phân tích chung các vấn đề nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.11. Định hƣớng nghiên cứu của luận án
• 1.12. Kết luận chƣơng 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LỚP BÙN LOÃNG VÀ ĐÁY CHẠY TẦU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của các vấn đề nghiên cứu
• 2.2. Cơ sở lý thuyết về chuyển động bùn dƣới tác động của các yếu tố động lực cửa sông ven biển
• 2.3. Cơ sở lý thuyết về phép phân tích Fourier
• 2.4. Cơ sở lý thuyết mô hình hồi quy đa biến
• 2.5. Cơ sở số liệu phục vụ cho nghiên cứu
• 2.5.1. Số liệu địa hình
• 2.5.2. Số liệu thủy hải văn, bùn cát
• 2.5.3. Ảnh viễn thám
• 2.6. Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án
• 2.6.1. Phƣơng pháp khảo sát tại hiện trƣờng
• 2.6.2. Phƣơng pháp phân tích Fourier
• 2.6.3. Phƣơng pháp phân tích mô hình hồi quy đa biến xây dựng tƣơng quan giữa chiều dày lớp bùn loãng và một số yếu tố thủy hải văn, bùn cát
• 2.7. Kết luận chƣơng 2
• 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 tầu trên bùn loãng tại các luồng tầu biển ở Việt Nam
• 3.2. Điều kiện khai thác, vận tải
• 3.3. Điều kiện tự nhiên
• 3.4. Thực tế bùn loãng và cao trình đáy luồng tại một số luồng hàng hải
• 3.5. Xây dựng phƣơng trình xác định chiều dày lớp bùn loãng bằng mô hình hồi quy đa biến
• 3.5.1. Xác định các tham số đầu vào
• 3.5.2. Tính toán xây dựng công thức đặc trƣng xác định chiều dày lớp bùn loãng bằng mô hình hồi quy đa biến
• 3.6. Xây dựng mô hình tính toán biến động sa bồi luồng tầu theo tháng
• 3.6.1. Dữ liệu đầu vào
• 3.6.2. Chƣơng trình tự động hóa tính toán
• 3.6.3. Quy trình tính toán
• 3.6.4. Kết quả xây dựng hàm chiều dày sa bồi theo tháng cho luồng Bạch Đằng
• 3.7. Kết luận chƣơng 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Ứng dụng công thức đặc trƣng tính toán độ dày lớp bùn loãng xác định đáy chạy tầu và đáy nạo vét hợp lý trong trƣờng hợp có bùn loãng luồng Soài Rạp – Hiệp Phƣớc
• 4.2. Tính toán thử nghiệm dự báo chiều dày lớp bùn loãng
• 4.3. Xác định đáy chạy tầu và thiết kế đáy nạo vét
• 4.4. Xác định thời điểm nạo vét hợp lý theo tiêu chí về hiệu quả khai thác luồng Bạch Đằng
• 4.5. Kết luận chƣơng 4
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan tình hình nghiên cứu về chạy tàu trong luồng có bùn loãng

Nghiên cứu về đáy chạy tàu trong điều kiện có bùn loãng tại các luồng hàng hải ở Việt Nam đã trở thành một vấn đề cấp thiết. Hệ thống cảng biển Việt Nam hiện có 45 luồng hàng hải công cộng, trong đó nhiều luồng thường xuyên gặp khó khăn trong việc duy trì độ sâu do hiện tượng sa bồi. Việc nạo vét duy tu hàng năm tiêu tốn một khoản kinh phí lớn nhưng hiệu quả không cao. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng lớp bùn loãng có thể tận dụng để chạy tàu, tuy nhiên, việc xác định đáy chạy tàu hợp lý trong điều kiện này vẫn còn nhiều thách thức. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng lớp bùn loãng có thể giúp giảm chi phí nạo vét và nâng cao hiệu quả khai thác luồng tàu. Đặc biệt, việc xác định thời điểm nạo vét hợp lý là rất quan trọng để duy trì độ sâu chạy tàu. Những nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc quản lý và khai thác luồng hàng hải.

1.1. Các vấn đề nghiên cứu

Các vấn đề nghiên cứu chính bao gồm việc xác định đáy chạy tàu trong điều kiện có bùn loãng, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành lớp bùn, và xây dựng phương pháp tính toán độ dày lớp bùn. Nghiên cứu cũng cần xem xét các yếu tố môi trường như điều kiện môi trường và hệ thống giao thông thủy để đánh giá khả năng xuất hiện bùn loãng. Việc áp dụng các phương pháp khảo sát hiện trường và phân tích số liệu sẽ giúp xác định được quy luật sa bồi và độ dày lớp bùn loãng. Những kết quả này sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải hiệu quả hơn.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng các công nghệ hiện đại như kỹ thuật khảo sát và phân tích viễn thám để thu thập dữ liệu về bùn loãng và đáy chạy tàu. Các phương pháp thống kê như hồi quy đa biến và phân tích Fourier cũng được áp dụng để xây dựng mô hình dự đoán độ dày lớp bùn. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc xác định đáy chạy tàu và thời điểm nạo vét hợp lý. Những phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả khai thác mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận tải hàng hải.

II. Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu xác định lớp bùn loãng và đáy chạy tàu

Cơ sở lý thuyết cho việc xác định đáy chạy tàu trong điều kiện có bùn loãng bao gồm các khái niệm về động lực học của bùn và các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành lớp bùn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bùn loãng có thể ảnh hưởng đến độ sâu chạy tàu và an toàn hàng hải. Các phương pháp nghiên cứu như phân tích Fourier và hồi quy đa biến được sử dụng để xây dựng mô hình xác định chiều dày lớp bùn. Việc áp dụng các phương pháp này giúp đánh giá chính xác hơn về tình trạng bùn loãng tại các luồng hàng hải. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải, đồng thời nâng cao hiệu quả nạo vét.

2.1. Cơ sở lý thuyết về chuyển động bùn

Chuyển động của bùn loãng dưới tác động của các yếu tố động lực là một trong những vấn đề quan trọng trong nghiên cứu này. Các yếu tố như dòng chảy, sóng và thủy triều đều có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và biến động của lớp bùn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp xác định được quy luật sa bồi và độ dày lớp bùn loãng. Các mô hình toán học được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý sẽ giúp dự đoán chính xác hơn về tình trạng bùn tại các luồng hàng hải. Điều này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc quản lý luồng hàng hải.

2.2. Phương pháp khảo sát và phân tích

Phương pháp khảo sát hiện trường và phân tích số liệu là rất quan trọng trong nghiên cứu này. Việc thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo đạc hiện đại sẽ cung cấp thông tin chính xác về tình trạng bùn loãng và đáy chạy tàu. Các phương pháp phân tích như hồi quy đa biến và phân tích Fourier sẽ được áp dụng để xây dựng mô hình dự đoán độ dày lớp bùn. Kết quả từ các phương pháp này sẽ giúp xác định được thời điểm nạo vét hợp lý và nâng cao hiệu quả khai thác luồng hàng hải. Những thông tin này sẽ là cơ sở cho việc đưa ra các quyết định quản lý hiệu quả hơn trong lĩnh vực hàng hải.

III. Điều kiện áp dụng chạy tàu trên bùn loãng

Điều kiện áp dụng chạy tàu trên bùn loãng là một trong những nội dung quan trọng trong nghiên cứu này. Các yếu tố như điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa hình và tình trạng bùn loãng sẽ ảnh hưởng đến khả năng chạy tàu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xác định đáy chạy tàu hợp lý trong điều kiện có bùn loãng là rất cần thiết để đảm bảo an toàn hàng hải. Các phương pháp tính toán và mô hình hóa sẽ được áp dụng để đánh giá tình trạng bùn và đưa ra các giải pháp phù hợp. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải hiệu quả hơn.

3.1. Điều kiện tự nhiên

Điều kiện tự nhiên tại các luồng hàng hải có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và biến động của lớp bùn loãng. Các yếu tố như dòng chảy, sóng và thủy triều đều có tác động đến tình trạng bùn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp xác định được quy luật sa bồi và độ dày lớp bùn loãng. Các mô hình toán học được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý sẽ giúp dự đoán chính xác hơn về tình trạng bùn tại các luồng hàng hải. Điều này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc quản lý luồng hàng hải.

3.2. Thực tế bùn loãng và cao trình đáy luồng

Thực tế bùn loãng tại các luồng hàng hải cho thấy sự biến động lớn về độ dày và tính chất của lớp bùn. Việc xác định đáy chạy tàu trong điều kiện này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn hàng hải. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các phương pháp khảo sát hiện trường và phân tích số liệu sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình trạng bùn loãng. Kết quả từ các phương pháp này sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải, đồng thời nâng cao hiệu quả nạo vét.

IV. Ứng dụng kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về đáy chạy tàu trong điều kiện có bùn loãng có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc xác định độ dày lớp bùn và thời điểm nạo vét hợp lý sẽ giúp nâng cao hiệu quả khai thác luồng hàng hải. Nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận tải hàng hải. Các phương pháp tính toán và mô hình hóa sẽ được áp dụng để đánh giá tình trạng bùn và đưa ra các giải pháp phù hợp. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc xây dựng các chương trình, kế hoạch nâng cao hiệu quả khai thác luồng tàu.

4.1. Ứng dụng trong quản lý luồng hàng hải

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để đánh giá việc chạy tàu trong trường hợp xuất hiện lớp bùn loãng nhằm gia tăng năng lực vận tải và nâng cao hiệu quả khai thác luồng tàu. Việc xác định thời điểm nạo vét hợp lý sẽ giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả khai thác. Các thông tin từ nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc xây dựng các chương trình, kế hoạch nâng cao hiệu quả khai thác luồng tàu, đồng thời đảm bảo an toàn hàng hải.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế nạo vét

Kết quả nghiên cứu cũng có thể được ứng dụng trong việc thiết kế nạo vét tại các luồng hàng hải. Việc xác định đáy chạy tàu và độ dày lớp bùn sẽ giúp đưa ra các giải pháp nạo vét hiệu quả hơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các phương pháp khảo sát hiện trường và phân tích số liệu sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình trạng bùn loãng. Kết quả từ các phương pháp này sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và khai thác luồng hàng hải, đồng thời nâng cao hiệu quả nạo vét.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hệ thống kết cấu hạ tầng cảng biển Việt Nam được quy hoạch thành 06 nhóm với 45 cảng biển đang vận hành, bao gồm 02 cảng loại IA (cảng cửa ngõ quốc tế), 12 cảng loại I (cảng tổng hợp đầu mối khu vực), 18 cảng loại II (cảng tổng hợp địa phương) và 13 cảng loại III (cảng dầu khí ngoài khơi). Toàn hệ thống có 286 bến cảng với tổng chiều dài cầu cảng đạt 82,8 km, năng lực thông qua trên 550 triệu tấn/năm. Hệ thống luồng hàng hải gồm 45 tuyến luồng công cộng với tổng chiều dài 1.105 km và 34 tuyến luồng chuyên dùng với chiều dài 159,2 km. Ngoại trừ một số cảng nằm trong vịnh kín, phần lớn các cảng biển và luồng hàng hải của Việt Nam đều phân bố tại các vùng cửa sông, chịu tác động mạnh của quá trình bồi lắng phù sa từ thượng nguồn, bão lũ và các chế độ thủy hải văn phức tạp.

Hàng năm, kinh phí ngân sách nhà nước chi cho công tác nạo vét duy tu chỉ đáp ứng cho khoảng 15 đến 20 tuyến luồng trọng điểm với chuẩn tắc nạo vét hạn chế. Sau khi nạo vét, hiện tượng tái sa bồi diễn ra nhanh chóng, trong đó vật liệu bồi lắng phần lớn là bùn sét hạt mịn ở trạng thái nồng độ thấp (bùn loãng). Trong thực tế khai thác, nhiều đơn vị hoa tiêu tại các khu vực như Hải Phòng, Sài Gòn - Vũng Tàu, Định An - Cần Thơ đã dựa vào kinh nghiệm thực tế để chủ động giảm độ sâu dự phòng dưới sống tàu (chân hoa tiêu) cho tàu trọng tải lớn hành hải qua luồng. Tuy nhiên, việc áp dụng này hoàn toàn mang tính kinh nghiệm, thiếu cơ sở khoa học kỹ thuật, dữ liệu đo đạc định lượng và hành lang pháp lý chuẩn hóa.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu xác định đáy chạy tàu hợp lý trong trường hợp có bùn loãng tại một số luồng hàng hải ở Việt Nam" do nghiên cứu sinh Nguyễn Anh Tuấn thực hiện tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (năm 2020), thuộc chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy (mã số: 09-58-02-02), dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TSKH Nguyễn Ngọc Huệ và PGS. TS Nguyễn Khắc Nghĩa. Luận án giải quyết bài toán xác định ranh giới đáy chạy tàu hợp lý và tối ưu hóa chu kỳ nạo vét luồng hàng hải có bùn loãng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm 4 nội dung:

1. Làm rõ các cơ sở lý thuyết về việc sử dụng lớp bùn loãng phục vụ chạy tàu.
2. Phân tích các đặc điểm cửa sông, đường bờ và điều kiện tự nhiên nhằm đánh giá khả năng xuất hiện bùn loãng tại các luồng tàu ở Việt Nam.
3. Xây dựng phương pháp xác định chiều dày lớp bùn loãng và đáy chạy tàu trong điều kiện có bùn loãng bằng phương pháp phân tích thống kê và mô hình toán.
4. Xây dựng phương pháp tính toán sa bồi theo tháng và xác định thời điểm nạo vét hợp lý để duy trì đáy chạy tàu dựa trên tiêu chí hiệu quả khai thác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quy luật sa bồi và quá trình hình thành lớp bùn loãng trên các tuyến luồng hàng hải tại Việt Nam.
• Phạm vi không gian: Tập trung nghiên cứu thực tế tại các tuyến luồng hàng hải đại diện khu vực Bắc Bộ và Nam Bộ, bao gồm luồng Lạch Huyện, luồng Nam Triệu, luồng Bạch Đằng (Hải Phòng), luồng Soài Rạp (TP. Hồ Chí Minh), luồng cho tàu trọng tải lớn vào sông Hậu / kênh Quan Chánh Bố, luồng chuyên dùng Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 (Trà Vinh) và luồng Vũng Tàu - Thị Vải.
• Phạm vi thời gian và số liệu: Chuỗi dữ liệu đo đạc địa hình, thủy hải văn, số liệu hồi âm đa tần và tài liệu viễn thám giai đoạn 2014–2018.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Khái niệm về bùn loãng (Fluid Mud) được William H. McAnally và cộng sự (2007) xác định là trạng thái huyền phù gồm nước và các hạt bùn sét mịn có đường kính nhỏ hơn 62,5 µm ở trạng thái kết bông (flocculation), chưa đủ thời gian cố kết để tạo thành đáy cứng. Hiệp hội Hạ tầng Giao thông Đường thủy Thế giới (PIANC, 1997, 2014) đưa ra định nghĩa chuẩn: "Đáy chạy tàu (nautical bottom) là cao trình mà tại đó các tính chất vật lý của đáy luồng đạt tới giá trị tới hạn, nếu tiếp xúc với sống tàu cũng không gây hư hỏng tàu hoặc gây ảnh hưởng bất lợi không thể chấp nhận đến tính năng điều khiển của tàu". Độ sâu chạy tàu (Nautical depth) được tính bằng mớn nước đầy tải của tàu cộng với các thành phần dự phòng dưới sống tàu (UKC).

Trên thế giới, nghiên cứu về chạy tàu trên bùn loãng và xác định đáy chạy tàu đã được triển khai từ thập niên 1970 qua các nghiên cứu mô hình vật lý và mô hình toán:

• Thí nghiệm vật lý mô phỏng tàu dầu tiếp xúc lớp bùn nhân tạo bằng parafin clo hóa và dầu lửa tại MARIN (Hà Lan, Sellmeijer và cộng sự, 1976).
• Thí nghiệm mô hình tàu tự hành và thực nghiệm chạy tàu tại Viện Nghiên cứu Thủy lực Flanders (Bỉ, Van Craenenbroeck và cộng sự, 1991; Marc Vantorre, 1991), SOGREAH (Pháp, Brossard và cộng sự, 1990) và Trung tâm Bundesanstalt für Wasserbau (Đức, Uliczka, 2005).
• Các mô hình toán thủy động lực học và vận chuyển bùn: Mô hình toán chạy tàu của Flanders (1990–2001), mô hình tương tác sóng - bùn loãng của Tian-Jian Hsu và Peter A. Traykovski (2007), mô hình MIKE21MT của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) dựa trên phương trình Teisson (1991).
• Tiêu chí xác định đáy hành hải của PIANC (2014) và các nghiên cứu tổng kết của Alex Kirichek và cộng sự (2018), McAnally và cộng sự (2007) ghi nhận các chuẩn mực áp dụng tại các cảng quốc tế:

Cảng biển	Quốc gia	Tiêu chí lựa chọn	Giá trị giới hạn	Đơn vị
Rotterdam	Hà Lan	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Zeebrugge	Bỉ	Mật độ bùn loãng	1.347	kg/m³
Bordeaux	Pháp	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Nantes - Saint Nazaire	Pháp	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Dunkirk	Pháp	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Avonmouth	Anh	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Yangtze	Trung Quốc	Mật độ bùn loãng	1.250	kg/m³
Liang Yungang	Trung Quốc	Mật độ bùn loãng	1.300	kg/m³
Tianjin Xingang	Trung Quốc	Mật độ bùn loãng	1.300	kg/m³
Bangkok	Thái Lan	Mật độ bùn loãng	1.200	kg/m³
Paramaribo	Suriname	Mật độ bùn loãng	1.230	kg/m³
Emden	Đức	Ứng suất tới hạn	100	Pa

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước đây chỉ dừng lại ở phạm vi khảo sát cục bộ:

• Giai đoạn 1998–2004, Tổng công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải miền Bắc hợp tác với Cảng Bordeaux (Pháp) nghiên cứu máy đo sâu phù hợp tính chất bùn loãng tại luồng Nam Triệu nhưng chưa hoàn thiện quy trình chuẩn.
• Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2014–2018) khảo sát luồng Soài Rạp, xác định lớp bùn có mật độ dưới 1.200 kg/m³ dao động từ 0,2 m đến 0,6 m.
• Báo cáo khảo sát của Portcoast (2017) tại luồng Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 ghi nhận độ sâu thiết kế là -6,5 m, kết quả đo hồi âm 200 kHz chỉ đạt -2,5 m đến -3,0 m, nhưng tàu 10.000 DWT mớn nước 7 m vẫn hành hải bình thường do lớp bùn loãng dày khoảng 2 m.
• Khảo sát năm 2016 tại luồng sông Hậu / kênh Quan Chánh Bố phát hiện độ sâu đo bằng tần số 200 kHz và 33 kHz chênh lệch nhau tới 2,0 m với khối lượng thể tích mẫu bùn đạt từ 1.197 đến 1.200 kg/m³.

Khoảng trống nghiên cứu: Chưa có công trình nào tại Việt Nam xây dựng phương pháp luận hoàn chỉnh kết hợp giữa mô hình số trị, công nghệ viễn thám và phân tích thống kê đa biến để xác định chiều dày lớp bùn loãng, đồng thời chưa có công cụ định lượng chu kỳ sa bồi theo tháng phục vụ xác định thời điểm nạo vét tối ưu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

• Cơ học lưu biến của bùn loãng: Bùn loãng không phải chất lỏng Newton và không phải chất rắn đàn hồi tuyệt đối theo định luật Hooke, mà thể hiện tính chất đàn nhớt phi Newton. Trạng thái lưu biến được mô phỏng thông qua mô hình Maxwell (kết hợp lò xo đàn hồi và bộ giảm chấn nhớt), mô hình Bingham (xác định qua vi phân độ nhớt động và ứng suất cắt ban đầu) và mô hình Herschel-Bulkley.
• Động lực học bùn cát vùng cửa sông ven biển: Quá trình ngưng keo và kết bông xảy ra khi nước ngọt mang bùn sét hạt mịn (< 0,063 mm) gặp nước mặn có độ mặn vượt quá 0,2 g/l. Vận tốc chìm lắng của các cụm bông bùn tăng nhanh so với hạt đơn lẻ. Chuyển động của lớp bùn loãng dưới tác động của sóng và dòng chảy đơn hướng được xác định thông qua lưu tốc khởi động và lưu tốc bứt phá phụ thuộc vào dung trọng của bùn.

Chỉ tiêu cơ lý của các trạng thái bùn theo tài liệu của DHI (2014):

TT	Trạng thái hạt trầm tích	Tuổi bùn trung bình	Mật độ khô trung bình (kg/m³)	Mật độ ướt trung bình (kg/m³)	Ứng suất cắt tới hạn $\tau_{ce}$ (N/m²)
1	Bùn non (di động, tĩnh và bắt đầu cô kết)	1 tháng	180	1.140	0,05 – 0,10
2	Bùn cô kết chặt	1 năm	450	1.306	0,20 – 0,40
3	Bùn cứng	10 năm	600	1.400	0,50 – 1,50

• Cơ sở lý thuyết phân tích Fourier: Sử dụng chuỗi biến đổi Fourier để phân tích các thành phần tuần hoàn của quá trình bồi lắng theo các chu kỳ tháng trong năm từ chuỗi dữ liệu đo đạc địa hình nhiều năm.
• Cơ sở mô hình hồi quy đa biến: Xây dựng mối quan hệ hàm số giữa chiều dày lớp bùn loãng với các nhân tố thủy động lực và bùn cát.

Phương pháp nghiên cứu

1. Phương pháp khảo sát hiện trường và phân tích dữ liệu thực đo: Thu thập số liệu đo sâu hồi âm đa tần đồng thời ở dải tần số cao (200/210 kHz - phản xạ tại ranh giới nước - bùn loãng) và tần số thấp (33 kHz - xuyên qua lớp bùn loãng phản xạ tại bề mặt bùn cố kết); số liệu thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu; số liệu phân tích mẫu trầm tích (độ ẩm, dung trọng, nồng độ hạt lơ lửng SSC, hàm lượng carbon hữu cơ TOC).
2. Phương pháp mô hình toán số trị: Sử dụng mô hình MIKE21FM (dòng chảy 2D) để tính toán trường vận tốc dòng chảy, mô hình MIKE21MT (vận chuyển bùn cát) dựa trên phương trình Teisson (1991) để tính toán hệ số kéo đáy và trường phân bố trầm tích.
3. Phương pháp viễn thám GIS: Giải đoán và xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 (giai đoạn 2014–2018) bằng chỉ số khác biệt độ đục (NDTI) để xác định trường nồng độ bùn cát lơ lửng (SPM) tầng mặt.
4. Phương pháp thống kê: Xây dựng thuật toán SBThang trên nền tảng phân tích Fourier để tính toán chuỗi sa bồi tháng và thuật toán hồi quy đa biến từng bước (stepwise regression) để thiết lập công thức xác định chiều dày lớp bùn loãng.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẠY TÀU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG

Chương 1 hệ thống hóa các vấn đề khoa học về đặc tính bùn loãng, khái niệm đáy chạy tàu và độ sâu chạy tàu theo hướng dẫn của PIANC. Luận án phân tích 4 nhóm tiêu chí xác định đáy chạy tàu trên thế giới: hồi âm đa tần, lưu biến tương đối, phản ứng điều khiển tàu và mật độ bùn loãng. Phân tích kinh nghiệm xử lý bùn loãng quốc tế tại luồng Atchafalaya Bar (Mỹ), Cảng Savannah (Mỹ) và cửa sông Tapi (Ấn Độ).

Đối với thực tế Việt Nam, chương này tổng kết các kết quả khảo sát tại luồng Nam Triệu, Soài Rạp, luồng nhiệt điện Duyên Hải 3 và luồng sông Hậu. Kết quả khảo sát thực tế tại luồng Soài Rạp giai đoạn 2014–2018 cho thấy khối lượng riêng của bùn loãng biến thiên theo độ sâu và vị trí:

Vị trí khảo sát	Lý trình	Chiều dày lớp bùn loãng có mật độ < 1.200 kg/m³	Đặc điểm nền đáy bên dưới
Đoạn ngoài cửa biển	Km 14+525 đến Km 17+775 (Hố H6 – H10)	0,30 m – 0,60 m	Bùn cố kết tăng dần mật độ
Đoạn giữa luồng	Km 12+925 (Hố H4)	0,20 m	Lớp chuyển tiếp
Đoạn trong sông	Km 3+730 đến Km 4+620 (Hố H1 – H3)	0,20 m – 0,40 m	Lớp bùn sét chặt

Chương 1 xác lập định hướng nghiên cứu: Kế thừa ngưỡng mật độ bùn loãng 1.200 kg/m³ của quốc tế, kết hợp công cụ viễn thám, mô hình số trị và thống kê toán học để giải quyết bài toán cho điều kiện luồng tàu 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

Chương 2 trình bày các cơ sở toán học và cơ học chất lưu về vận chuyển bùn kết dính dưới tác động của sóng và dòng chảy triều. Phân tích chi tiết quá trình đồng bộ hóa dữ liệu không gian từ ảnh viễn thám Landsat 8, mô hình dòng chảy MIKE21 và bình đồ địa hình đo sâu hồi âm đa tần lên cùng một hệ thống lưới trực giao.

Quy trình tính toán hồi quy đa biến được thiết lập nhằm xây dựng mối quan hệ hàm số giữa chiều dày lớp bùn loãng ($Y$) với các biến số độc lập:

• $X_1$: Vận tốc dòng chảy tầng đáy tính từ mô hình thủy lực ($V$);
• $X_2$: Hệ số kéo đáy ($C_d$);
• $X_3$: Nồng độ bùn cát lơ lửng trích xuất từ ảnh viễn thám ($SPM$);
• $X_4$: Độ sâu đáy luồng hiện trạng ($H$);
• $X_5$: Độ dốc cục bộ của đáy luồng.

Đồng thời, chương này xây dựng thuật toán cho chương trình SBThang, sử dụng khai triển chuỗi Fourier để mô hình hóa quy luật biến đổi sa bồi lòng dẫn định kỳ 12 tháng trong năm từ chuỗi số liệu đo sâu lịch sử.

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

Chương 3 phân tích điều kiện tự nhiên và vận tải tại các tuyến luồng hàng hải chính ở Việt Nam. Dữ liệu đo sâu hồi âm tần số 33 kHz và 200 kHz xác nhận sự tồn tại của lớp bùn loãng với độ chênh cao trình đáy rõ rệt:

Tuyến luồng hàng hải	Đặc điểm chênh lệch cao trình đáy (33 kHz so với 200 kHz)	Tình trạng xuất hiện bùn loãng
Lạch Huyện (Hải Phòng)	Chênh lệch phổ biến từ 0,3 m đến 0,8 m	Xuất hiện theo mùa gió mùa và triều cường
Soài Rạp (TP. Hồ Chí Minh)	Chênh lệch từ 0,3 m đến 1,1 m (tập trung đoạn Phao 49–58)	Xuất hiện thường xuyên sau mùa lũ sông Đồng Nai
Quan Chánh Bố (Trà Vinh)	Chênh lệch từ 0,5 m đến 2,0 m	Lớp huyền phù sét hình thành liên tục
Vũng Tàu - Thị Vải	Chênh lệch nhỏ, dưới 0,2 m	Chủ yếu là đáy cứng/cố kết nhanh

Chương này xây dựng phương trình hồi quy xác định chiều dày lớp bùn loãng ($y$) tại luồng Soài Rạp thông qua thử nghiệm 3 cấu trúc hàm:

• Hàm hồi quy 5 biến: Kết hợp đầy đủ các yếu tố thủy động lực, nồng độ SPM và độ sâu.
• Hàm hồi quy 3 biến: Lựa chọn 3 biến có mức độ ảnh hưởng lớn nhất gồm vận tốc dòng chảy ($X_1$), hệ số kéo ($X_2$) và nồng độ chất lơ lửng $SPM$ ($X_3$).
• Hàm hồi quy 1 biến: Chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất lơ lửng $SPM$.

Kết quả kiểm định thống kê cho thấy hàm 3 biến đạt độ tương thích cao với hệ số tương quan $R^2 = 0,86$, sai số tuyệt đối trung bình (MAE) nhỏ, phù hợp cho việc tính toán nhanh trường chiều dày bùn loãng.

Đối với bài toán sa bồi tháng luồng Bạch Đằng, chương trình SBThang đã xây dựng và so sánh 3 hàm dự báo dạng Fourier (BĐ1, BĐ2, BĐ3) và hàm hồi quy bậc 2:

Công thức dự báo	Cấu trúc mô hình	Hệ số xác định $R^2$	Đánh giá mức độ phù hợp
BĐ1	Chuỗi Fourier bậc 1 (1 điều hòa)	0,72	Phản ánh xu thế chung
BĐ2	Chuỗi Fourier bậc 2 (2 điều hòa)	0,84	Phù hợp tốt với đỉnh sa bồi mùa mưa
BĐ3	Chuỗi Fourier bậc 3 (3 điều hòa)	0,91	Phù hợp cao nhất với chuỗi thực đo 12 tháng
Hồi quy bậc 2	Đa thức bậc hai theo thời gian	0,58	Sai số lớn tại các tháng chuyển mùa

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Chương 4 ứng dụng các mô hình đã thiết lập vào hai bài toán thực tế:

1. Xác định đáy chạy tàu và thiết kế đáy nạo vét luồng Soài Rạp - Hiệp Phước (đoạn từ Phao 49 đến Phao 58 gồm 79 mặt cắt tính toán):

   • Kết quả dự báo cho thấy chiều dày lớp bùn loãng dao động từ 0,22 m đến 1,08 m dọc tuyến.
   • Luận án tính toán lại độ sâu chạy tàu yêu cầu ($h$) và chuẩn tắc đáy nạo vét thiết kế. Việc công nhận lớp bùn loãng có dung trọng $\le 1.200$ kg/m³ là môi trường có thể cho tàu hành hải an toàn giúp giảm cao độ nạo vét thực tế từ 0,3 m đến 0,5 m trên toàn đoạn tuyến, giảm khối lượng nạo vét duy tu hàng năm.

2. Xác định thời điểm nạo vét hợp lý tại luồng Bạch Đằng:

   • Luận án đưa ra 2 chỉ tiêu định lượng: Tổng chiều sâu chạy tàu duy trì tích lũy ($H_{cl}$) và Chiều sâu hành hải hiệu dụng ($H_{hd}$).
   • Kết quả tính toán mô phỏng tổ chức nạo vét vào 12 tháng khác nhau trong năm:

Tháng tổ chức nạo vét	Giá trị $H_{cl}$ tích lũy (m.tháng)	Đánh giá hiệu quả duy trì chuẩn tắc luồng
Tháng 1 – Tháng 3	108,4 – 112,1	Trung bình; tái sa bồi nhanh trong mùa lũ
Tháng 4 – Tháng 6	115,2 – 118,6	Khá
Tháng 7 – Tháng 8	126,8 – 129,5	Tối ưu; duy trì độ sâu chạy tàu hữu ích dài nhất
Tháng 9 – Tháng 10	121,3 – 117,0	Giảm hiệu quả do trùng thời gian bão gió
Tháng 11 – Tháng 12	105,6 – 102,3	Thấp nhất; đáy luồng bị bồi lấp trở lại ngay

Kết quả chỉ ra rằng tổ chức nạo vét vào tháng 7 hoặc tháng 8 hàng năm giúp tuyến luồng Bạch Đằng đạt tổng giá trị duy trì chiều sâu hành hải $H_{cl}$ cao nhất trong chu kỳ khai thác.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

• Xây dựng phương pháp luận khoa học đánh giá điều kiện xuất hiện bùn loãng và khả năng ứng dụng công nghệ chạy tàu trên lớp bùn loãng phù hợp với điều kiện tự nhiên, chế độ thủy hải văn và đặc điểm khai thác luồng tàu tại Việt Nam.
• Thiết lập quy trình công nghệ kết hợp đồng bộ giữa mô hình số trị thủy lực (MIKE21FM/MT), ảnh vệ tinh viễn thám (Landsat 8 NDTI/SPM) và phân tích hồi quy đa biến để xác định trường phân bố chiều dày lớp bùn loãng dọc tuyến luồng hàng hải.
• Xây dựng phương pháp toán học xác định độ dày sa bồi theo tháng dựa trên phân tích chuỗi điều hòa Fourier (mô hình SBThang), giải quyết hạn chế của các phương pháp tính toán sa bồi trung bình năm truyền thống.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng

• Xác định cụ thể các đoạn luồng có điều kiện tận dụng bùn loãng để hành hải tại luồng Soài Rạp (Phao 49–58), luồng Lạch Huyện, luồng sông Hậu và luồng nhiệt điện Duyên Hải 3.
• Cung cấp công thức và bảng tính toán xác định đáy chạy tàu và cao độ nạo vét luồng Soài Rạp, cho phép tận dụng từ 0,3 m đến 0,6 m chiều dày bùn loãng để gia tăng tải trọng tàu hoặc giảm chiều sâu nạo vét thiết kế.
• Xây dựng hệ chỉ tiêu $H_{cl}$ và $H_{hd}$ làm căn cứ khoa học cho các cơ quan quản lý nhà nước xác định thời điểm nạo vét duy tu tối ưu trong năm cho luồng Bạch Đằng (tháng 7–8), nâng cao thời gian khai thác luồng đạt chuẩn tắc và tiết kiệm kinh phí ngân sách.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Luận án mới chỉ thực hiện tính toán thử nghiệm chi tiết trên một số đoạn luồng trọng điểm (Soài Rạp, Bạch Đằng, Lạch Huyện, Quan Chánh Bố) do hạn chế về kinh phí khảo sát đo sâu đa tần và số lượng mẫu phân tích lưu biến tại hiện trường. Việc giải đoán nồng độ bùn cát từ ảnh viễn thám Landsat 8 còn phụ thuộc vào điều kiện mây che phủ tại thời điểm chụp ảnh.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục hoàn thiện thiết bị và quy trình đo đạc lưu biến bùn loãng tại chỗ (in-situ rheometry) kết hợp thiết bị xuyên tĩnh điện tử CPTu trên toàn bộ các tuyến luồng hàng hải toàn quốc.
  • Phối hợp với các đơn vị hoa tiêu và cơ quan quản lý an toàn hàng hải thực hiện các chương trình thực nghiệm chạy tàu thực tế (full-scale trials) với sự hỗ trợ của tàu lai dắt trên luồng có bùn loãng để chuẩn hóa quy trình điều động tàu và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đáy chạy tàu.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, Công trình biển, Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy lực và Chỉnh trị sông bờ biển.
• Cơ quan quản lý nhà nước (Cục Hàng hải Việt Nam, Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) trong việc xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, định mức kinh tế kỹ thuật và lập kế hoạch bảo trì kết cấu hạ tầng luồng hàng hải.
• Các Tổng công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải, Ban Quản lý dự án hàng hải, đơn vị tư vấn thiết kế và doanh nghiệp nạo vét công trình thủy trong công tác khảo sát hồi âm đa tần, thiết kế cao độ nạo vét và lựa chọn tiến độ thi công nạo vét.
• Các công ty hoa tiêu hàng hải trong việc xây dựng phương án dẫn tàu lớn giảm chân hoa tiêu một cách an toàn và có cơ sở khoa học.

Nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất gồm: Phương pháp luận tích hợp GIS - viễn thám - hồi quy đa biến xác định chiều dày bùn loãng (Chương 2, Chương 3) và thuật toán phân tích Fourier tối ưu thời điểm nạo vét sa bồi (Chương 3, Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Khái niệm "Đáy chạy tàu" (Nautical Bottom) khác với "Đáy luồng truyền thống" như thế nào?

Đáy luồng truyền thống được xác định bằng mặt phân giới phản hồi sóng âm tần số cao (200 kHz) tại lớp mặt tiếp xúc nước - đáy. Trong khi đó, đáy chạy tàu (theo định nghĩa PIANC) là cao trình mà tại đó tính chất vật lý của bùn đạt ngưỡng tới hạn (mật độ khoảng 1.200 kg/m³ hoặc ứng suất cắt tới hạn), nơi sống tàu tiếp xúc vẫn không gây tổn hại đến vỏ tàu hay ảnh hưởng mất an toàn đến khả năng điều khiển tàu.

2. Tiêu chí định lượng nào được luận án lựa chọn để xác định ranh giới bùn loãng tại Việt Nam?

Luận án kế thừa tiêu chí được áp dụng rộng rãi tại các cảng Rotterdam, Bordeaux, Nantes-Saint Nazaire: lấy giới hạn mật độ khối lượng thể tích $\rho \le 1.200$ kg/m³ kết hợp với mặt phản xạ sóng âm tần số thấp 33 kHz để xác định chiều dày lớp bùn loãng có thể cho tàu chạy qua.

3. Tại sao tàu 10.000 DWT mớn nước 7 m vẫn ra vào an toàn cảng Duyên Hải 3 khi cao trình đo sâu 200 kHz chỉ đạt -2,5 m đến -3,0 m (thiết kế -6,5 m)?

Vì lớp bồi lắng dày khoảng 2 m tại vũng quay tàu và luồng vào cảng Duyên Hải 3 thực chất là bùn loãng có dung trọng nhỏ hơn 1.200 kg/m³. Thiết bị đo sâu đơn tần 200 kHz chỉ bắt tín hiệu tại mặt trên của bùn loãng, trong khi phần sống tàu chìm trong lớp bùn này vẫn di chuyển an toàn mà không chạm vào đáy bùn cố kết cứng bên dưới.

4. Mô hình SBThang sử dụng thuật toán gì để dự báo sa bồi theo tháng?

Mô hình SBThang sử dụng phương pháp phân tích phổ Fourier để phân rã chuỗi số liệu đo đạc địa hình nhiều năm thành các hàm điều hòa lượng giác theo chu kỳ 12 tháng. Kết quả thử nghiệm tại luồng Bạch Đằng cho thấy công thức Fourier 3 điều hòa (BĐ3) đạt hệ số tương quan $R^2 = 0,91$, mô phỏng chính xác các chu kỳ bồi lắng cao điểm trong năm.

5. Kết quả nghiên cứu đề xuất thời điểm nạo vét duy tu luồng Bạch Đằng vào tháng nào là hiệu quả nhất?

Kết quả mô phỏng 12 kịch bản nạo vét xác định việc nạo vét vào tháng 7 hoặc tháng 8 hàng năm mang lại giá trị tổng chiều sâu chạy tàu duy trì ($H_{cl}$) cao nhất (đạt 126,8 đến 129,5 m.tháng), giúp kéo dài tối đa thời gian duy trì độ sâu chuẩn tắc trước mùa sa bồi tiếp theo.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Anh Tuấn đã giải quyết một vấn đề kỹ thuật quan trọng trong công tác quản lý và khai thác luồng hàng hải tại Việt Nam thông qua việc xác lập cơ sở khoa học để tận dụng lớp bùn loãng phục vụ chạy tàu. Bằng việc kết hợp phương pháp khảo sát đo sâu hồi âm đa tần, mô hình số trị thủy lực MIKE21, công nghệ xử lý ảnh vệ tinh Landsat 8 và các thuật toán thống kê (hồi quy đa biến, chuỗi Fourier), công trình đã cung cấp công cụ tính toán định lượng chiều dày lớp bùn loãng và xác định thời điểm nạo vét tối ưu. Kết quả nghiên cứu có tính thực tiễn cao, đóng góp trực tiếp vào việc nâng cao hiệu quả khai thác cảng biển, tối ưu hóa chi phí nạo vét duy tu và bảo đảm an toàn hàng hải tại các luồng tàu khu vực cửa sông ven biển Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu về chạy tàu trong luồng có bùn loãng. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết, số liệu và phương pháp nghiên cứu xác định lớp bùn loãng và đáy chạy tàu trong môi trường bùn loãng - 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. - Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu. luan an 6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẠY TÀU TRONG LUỒNG CÓ BÙN LOÃNG Do bồi lắng bùn cát, công việc nạo vét duy tu luồng lạch giao thông thủy phải tiến hành thường xuyên để đảm bảo các tàu thuyền hành hải an toàn thuận lợi.

Trong trường hợp đáy luồng cứng như đá, sét hay cát, đáy luồng cũng được lấy là đáy chạy tàu. Trường hợp đáy là bùn loãng, biên giữa nước và đáy khó có thể xác định, thì các khái niệm “Đáy luồng” và “Độ sâu luồng” được thay thế bằng “Đáy chạy tàu” và “Chiều sâu chạy tàu”. Trong luận án này, các thuật ngữ “bùn loãng”, “đáy chạy tàu”, “độ sâu chạy tàu” được hiểu như sau: - Bùn loãng (Fluid Mud) Theo William và cộng sự, bùn loãng là thuật ngữ dùng để chỉ loại dung dịch gồm nước, bùn sét hạt mịn lơ lửng (đường kính nhỏ hơn 62,5 µm), với hàm lượng bùn sét cao trong trạng thái kết bông, chưa đủ nặng để lắng đọng xuống đáy [51], [52]. - Đáy chạy tàu (nautical bottom) Trong tài liệu “Hướng dẫn thiết kế luồng vào Cảng” (1997, 2014) [37], [38], PIANC (Hiệp hội hạ tầng giao thông đường thủy thế giới) đưa ra khái niệm về đáy chạy tàu như sau:“Đáy chạy tàu là cao trình mà các tính chất vật lý của đáy luồng đạt tới giá trị tới hạn mà khi nó tiếp xúc với sống tàu sẽ làm hư hỏng tàu hoặc gây ảnh hưởng bất lợi (không thể chấp nhận) đến việc kiểm soát và chạy tàu”.

- Độ sâu chạy tàu (Nautical depth) Độ sâu luồng tàu dưới mực nước thiết kế bằng mớn nước đầy tải của tàu thiết kế (T) cộng với các độ sâu dự phòng khác (ΔT) được gọi là độ sâu chạy tàu, ký hiệu là H. Đối với luồng tàu có đáy cứng, độ dự phòng tối thiểu dưới sống tàu (minimum underkeel clearance - UKC) được tính toán để tránh va chạm với đáy địa hình khi tàu di chuyển. Trong các thành phần tạo thành ΔT, có z4 là độ dự phòng cho bồi lắng trở lại. luan an 7 Trong trường hợp đáy luồng cứng, như đá, sét hay cát, chiều sâu chạy tàu có thể được xác định bằng máy đo sâu hồi âm (Echo-sound) có tần số 200 kHz.

Trong trường hợp đáy luồng có lớp bùn loãng, với dung trọng nhỏ (1.300 kg/m3) và cường độ yếu (ứng suất tiếp nhỏ), đáy luồng và chiều sâu luồng sẽ không xác định được rõ ràng. Phương pháp đo sâu bằng thiết bị hồi âm sẽ có nhiều tín hiệu âm thanh với các tần số khác nhau có thể dẫn đến các giá trị độ sâu khác nhau. Thiết bị có sóng âm thanh tần số cao ứng với bề mặt lớp bùn, còn thiết bị có sóng âm thanh với tần số thấp (< 33kHz) lại xuyên qua lớp bùn loãng, phản xạ ở bề mặt bùn có mật độ cao hơn. Độ sâu chạy tàu lúc đó chỉ là khoảng cách từ mực nước chạy tàu đến cao trình đáy chạy tàu.

Nhiều quốc gia lấy tiêu chuẩn đáy chạy tàu ở cao trình mà mật độ bùn loãng đạt giá trị khoảng 1.200kg/m3, do đó máy đo sâu có tần số 33 kHz thường được sử dụng như một trong các tiêu chí để xác định đáy chạy tàu. Băng đo sâu ở các tần số 210 kHz và 33kHz [24] 1.