Luận án Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng phục vụ công tác dẫn tàu an toàn

6; 0,7} (m/s). - Giá trị đầu ra: Trường vận tốc dòng chảy trên toàn bộ từng đoạn tuyến luồng một cách chi tiết và tường minh. Kết quả tính toán theo hình 3.10 và hình 3.11 [10], [35], [38], [67]. ' ' ( )( ) 2 [ ( )}] ( ) 3 i j ji i l ij i j j i i j i l j j u u uu u u u u t x x x x x x x x                               ( ) 0i u t xi       78 a) Vdc = 0,3 m/s 79 b) Vdc = 0,4 m/s 80 c) Vdc = 0,5 m/s 81 d) Vdc = 0,6 m/s 82 e) Vdc = 0,7 m/s Hình 3.10 Kết quả tính toán mô phỏng dòng chảy khi triều dâng đoạn luồng số 8 khi vận tốc khác nhau 83 a) Vdc = 0,3 m/s 84 b) Vdc = 0,4 m/s 85 c) Vdc = 0,5 m/s 86 d) Vdc = 0,6 m/s 87 e) Vdc = 0,7 m/s Hình 3.11 Kết quả tính toán mô phỏng dòng chảy khi triều rút đoạn luồng số 8 khi vận tốc khác nhau 88 Phân tích kết quả theo hình 3.10 và hình 3.11 nhận xét rằng: Kết quả tính toán mô phỏng đối với mỗi đoạn (ở đây cụ thể đoạn số 8) được mô tả thông qua ba hình vẽ tương ứng thư tự là: - Hình thứ nhất (vị trí đầu): Mô tả tường minh phương véc tơ hay chiều dòng chảy trong đoạn luồng theo hướng mũi tên kèm theo giá trị vận tốc của dòng chảy thể hiện bên trái của mỗi hình tương ứng với ô cột màu của hình; - Hình thứ hai (vị trí giữa): Mô tả giá trị vận tốc theo vùng (miền) bằng mầu sắc tương ứng mầu sắc trên cột giá trị bên trái của hình vẽ; - Hình thứ ba (vị trí cuối): Mô tả tường minh hình ảnh đường dòng chảy trên đoạn luồng, hiển thị khu vực có vùng xoáy hay không, đường dòng rối hay không, suôn đều hay không. Hơn nữa, kết quả tính toán mô phỏng thể hiện trên mặt thoáng hoặc theo các mặt cắt ngang phù hợp và bám sát với điều kiện thực tế. Đây là bộ dữ liệu cơ sở để trích xuất thể hiện theo thời gian thực. 3.4. Phân tích kết quả tính toán mô phỏng. Đây chính là bước 4 phải thực hiện trong quy trình ứng dụng CFD với Fluent - Ansys (hình 3.2). Tuy nhiên CFD là phần mềm bán thực nghiệm, độ chính xác của bài toán nghiên cứu tính toán mô phỏng phụ thuộc nhiều vào người sử dụng. Đặc biệt là mô hình hóa bài toán thực và việc đưa vào giá trị các hằng số thực nghiệm, đòi hỏi người sử dụng am hiểu phần mềm, hiểu rõ về bản chất bài toán, để có thể phân tích và đánh giá được tính phù hợp với lý thuyết của kết quả tính toán mô phỏng. Từ đó đưa ra phương án khác nhau nâng cao độ chính xác. Từ kết quả tính toán mô phỏng, tổng hợp, phân tích, so sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm hay kết quả tương tự trước đó đã công bố với độ chính xác cao (nếu có), đề xuất, kiến nghị giải pháp hoặc quy trình trong khoa học chuyên ngành, góp phần đảm bảo an toàn hàng hải. Đối với bước 4 của quy trình này đã thực hiện đầy đủ và lồng ghép trong các phần tính toán mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm thuộc bước 3. 89 3.5. Kết luận chương 3 Chương 3 tập trung nghiên cứu và giải quyết các vấn đề cơ bản sau: - Xây dựng mô hình nghiên cứu cho 10 đoạn luồng khảo sát tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, tập trung vào các khu vực tiềm ẩn nguy cơ tai nạn hàng hải, trong đó cụ thể đoạn luồng số 8, trên đó có đặt trạm quan trắc đo mực thủy triều Lạch Huyện, đang hoạt động bình thường. - Xây dựng quy trình ứng dụng CFD với Fluent - Ansys để tính toán mô phỏng dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng thông qua bốn bước thực hiện. Phân tích cụ thể việc hiện thực hóa bốn bước trong quy trình này. Từ đó đã áp dụng và cụ thể hóa với đoạn luồng số 8 - đoạn Lạch Huyện. Đồng thời, thực hiện tính toán mô phỏng lưới chia của mô hình nghiên cứu rõ ràng và tường minh. - Tính toán mô phỏng cho 10 đoạn luồng khi triều lên và triều rút với giá trị Vdc khác nhau rõ ràng, chi tiết và tường minh, trong đó đã tính toán mô phỏng cụ thể các trường hợp của đoạn luồng số 8. Kết quả tính toán cụ thể nhận được bộ dữ liệu quan trọng và được đưa trong các phụ lục của luận án. Để minh chứng cho giá trị vận tốc dòng chảy Vdc một cách chính xác, tin cậy và bám sát điều kiện thực tế, phục vụ cho tính toán mô phỏng bằng CFD, NCS đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tại thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng theo các phương án khác nhau. Từ đó, tổng hợp, phân tích, so sánh và đánh giá, được trình bày chi tiết trong chương 4. 90 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DÒNG CHẢY TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI HẢI PHÒNG Chương 3 thực hiện tính toán mô phỏng hướng và vận tốc dòng chảy trên các đoạn luồng bằng CFD với Fluent - Ansys, với giá trị điều kiện biên đầu vào là vận tốc dòng chảy Vdc bám sát điều kiện thực tế. Để có được giá trị vận tốc dòng chảy Vdc, đảm bảo độ chính xác và tin cậy. Chương 4 sẽ thực hiện nghiên cứu thực nghiệm theo các phương án khác nhau, để kiểm chứng giá trị vận tốc Vdc. Từ đó, phục vụ công tác xây dựng thử nghiệm bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng. 4.1. Nghiên cứu thực nghiệm tại thực địa trên tuyến luồng Hải Phòng 4.1.1. Phương án nghiên cứu thực nghiệm Giá trị thủy triều thể hiện qua bảng thủy triều Việt Nam với khu vực tuyến luồng Hải Phòng cho biết tại vị trí Hòn Dấu. Việc tính toán mô phỏng được chia làm 10 đoạn từ Cầu Bính tới Lạch Huyện. Giá trị vận tốc dòng chảy tại khu vực Hòn Dấu được coi là giá trị đầu vào quan trọng nhất (giá trị này có thể là giá trị vận tốc trung bình), để ứng dụng CFD tính toán mô phỏng. Giá trị này được đo đạc trực tiếp bằng nghiên cứu thực nghiệm và tính toán nội suy bằng phương pháp hàng hải. Thực tế, việc đo đạc trực tiếp không thể diễn ra thường xuyên được và khó thực hiện được trong nhiều năm liên tục, mà tiến hành chính xác cho một vài đoạn có thiết bị đo tin cậy, đủ điều kiện theo thời gian thực, từ đó hiệu chỉnh bài toán, thực hiện tính toán mô phỏng bằng phương pháp số để đưa ra giá trị các đoạn kế tiếp. Đồng thời vì thực hiện tính toán bằng công thức thực nghiệm được triển khai đồng loạt cho khu vực Hòn Dấu theo giờ (24 giờ/ngày), sau đó sẽ được hiệu chỉnh lại bởi một hệ số thực nghiệm, nghĩa là kết quả điều kiện biên (vận tốc dòng chảy khu vực Hòn Dấu). - Bảng thủy triều Việt Nam (cho biết mực thủy triều từ 3 - 4 thời điểm trong ngày [47], tại các thời điểm khác không thể hiện giá trị thủy triều, có thể 91 thực hiện giải các bài toán tính toán thủy triều trong hàng hải và nội suy). Đồng thời, có tham khảo thủy triều Anh để nâng cao độ chính xác; - Giá trị đo tại trạm quan trắc (cho biết mực thủy triều 10 phút /lần theo giờ trong ngày), giá trị này chi tiết cứ 10 phút cho một lần được cung cấp bởi Tổng Công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải Miền Bắc [45]; - Giá trị đo thực địa [34]: Mực thủy triều, vận tốc dòng chảy ở mặt cắt. Trong 3 bộ dữ liệu trên, thực hiện tính sai lệch để đưa ra hệ số hiệu chỉnh theo giờ về tốc độ dòng chảy tại 10 mặt cắt của đoạn luồng trên cơ sở dữ liệu của bảng thủy triều hàng năm. Khi có được bộ điều kiện biên thể hiện tốc độ dòng chảy tại các mặt cắt khảo sát, bám sát điều kiện biên nhất, sẽ đưa vào mô hình tính toán bằng CFD với Fluent - Ansys. Thứ nhất: Sử dụng bộ dữ liệu của các trạm quan trắc đo mực thủy triều nằm trên các đoạn luồng số 3, 5 và 8 (có chứa khu vực tiềm ẩn nguy cơ tai nạn hàng hải) là Sông Cấm, Arroyo và Lạch Huyện. Đây là bộ dữ liệu rất lớn, được ghi lại mực thủy triều tức thời theo thời gian thực với chu kỳ 10 phút 1 lần, liên tục hàng ngày và báo về trung tâm điều khiển. Phụ lục 2 minh họa hiển thị giá trị mực thủy triều tức thời tại trạm đo mực thủy triều Lạch Huyện. Phương án này cho giá trị độ cao thủy triều tức thời (hay mực thủy triều tức thời), từ đó sử dụng cơ sở lý thuyết trong chương 2 về phương pháp tính toán thủy triều trong hàng hải cho giá trị hướng và vận tốc dòng chảy bám sát điều kiện biên, đây chính là giá trị vận tốc dòng chảy theo phương pháp tính toán. Thứ hai: Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát và đo đạc thực tế tại thực địa trên mỗi đoạn luồng. Với cách thực hiện này sẽ cho giá trị thực tế đo đạc về hướng và tốc độ dòng chảy trên đoạn luồng khảo sát. Để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm, NCS sử dụng thiết bị đo dòng chảy để kiểm chứng tại các mặt cắt theo 10 đoạn tuyến luồng, từ đó hiệu chỉnh dữ liệu mô hình tính toán mô phỏng bằng CFD. 92 Khẳng định rằng: Cả hai phương án thực nghiệm này, kết quả tính toán về mực nước thủy triều, vận tốc dòng chảy thực trên các đoạn luồng đã tính đến tất cả yếu tố tác động, như: Đặc điểm địa hình, đặc điểm thủy triều, đặc điểm đoạn luồng, độ sâu, mặt cắt đoạn luồng, mặt thoáng, độ trễ thủy triều,... 4.1.2. Thực hiện đối với phương án thứ nhất - Sử dụng bộ dữ liệu tại các trạm quan trắc đo mực thủy triều trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng - Gọi htb là mực thủy triều trung bình (hay độ cao trung bình) đo trong 1 giờ của trạm quan trắc mực thủy triều (mét) và tính theo công thức (4.1): 1 6 n i i tb h h   (4.1) Trong đó: n = 6 (do mực thủy triều tức thời theo thời gian thực với chu kỳ 10 phút 1 lần); hi - giá trị mực thủy triều đo được tức thời tại thời điểm i (i = 1÷ 6). - Gọi hb là mực thủy triều trong 1 giờ của bảng thủy triều, (mét); - Gọi k là hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều mỗi trạm tính theo (4.2): tb b h k h  (4.2) Từ đó sẽ có kar, ksc, klh – theo thứ tự là hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều của các trạm quan trắc đo mực thủy triều của Arroyo, Sông Cấm và Lạch Huyện của năm khảo sát. Thực tế, về phương pháp luận để nâng cao độ chính xác và độ tin cậy hệ số k, có thể lấy giá trị trung bình độ cao mực thủy triều tại các trạm quan trắc đo mực thủy triều trong nhiều năm so với giá trị trung bình trong nhiều năm của bảng thủy triều tương ứng. Khi đó giá trị ktb tính theo công thức: 1 1 j tb trd tb i tb btt h k j h      (4.3) Trong đó: j - số năm tổng hợp và thống kê số liệu; htb-trd - giá trị trung bình độ cao mực thủy triều tại trạm quan trắc đo mực thủy triều trong j năm; 93 htb-btt - giá trị trung bình độ cao mực thủy triều trong bảng thủy triều tương ứng của j năm. Chương 1 đã phân tích chi tiết đặc điểm, tình trạng hoạt động hiện tại các trạm quan trắc đo mực thủy triều của Arroyo, Lạch Huyện và Sông Cấm trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, vì vậy: - Đối với đoạn luồng số 3 sử dụng bộ dữ liệu của trạm quan trắc đo mực thủy triều Sông Cấm, hoạt động từ 9/2018 và tạm dừng hoạt động vào tháng 10/2019, do sự cố kỹ thuật, hiện tại đang khắc phục sự cố này. - Đối với đoạn luồng số 5 sử dụng bộ dữ liệu của trạm quan trắc đo mực thủy triều Arroyo, trạm này cũng tạm ngừng hoạt động từ tháng 5/2018 do sự cố tai nạn đâm va, hiện tại đang khắc phục sự cố. Về nguyên tắc có thể sử dụng bộ dữ liệu trong vài năm trước đó, để có giá trị ktb - trd chính xác hơn. Tuy nhiên, bộ dữ liệu trong vài năm trước đó của trạm Arroyo cũng đã cũ và để thống nhất trong cách tính toán với các trạm đo còn lại, NCS sử dụng bộ dữ liệu trong năm gần nhất là 2017. - Đối với đoạn luồng số 8 sử dụng bộ dữ liệu của trạm quan trắc đo mực thủy triều Lạch Huyện, trạm này mới hoạt động nên NCS sử dụng bộ dữ liệu mới nhất là năm 2019. Đồng thời thực hiện xây dựng bản đồ dòng chảy năm 2020 trên cơ sở sử dụng cụ thể số liệu của trạm Lạch Huyện. Trên cơ sở các bộ dữ liệu này, thực hiện tổng hợp, thống kê, tính toán kết quả và phân tích, từ đó đưa ra các hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều (k) giữa giá trị thực tế tại khu vực khảo sát so với giá trị ghi trong bảng thủy triều công bố hàng năm tương ứng (hình 4.1), cụ thể là tại Hòn Dấu - Hải Phòng. 94 a) b) 95 c) Hình 4.1 Giá trị mực thủy triều trong bảng thủy triều tháng 01 tại Hòn Dáu: a) năm 2017; b) năm 2019, c) năm 2020 Với cách tính như vậy, giá trị hệ số hiệu chỉnh k đã tính đến tất cả các yếu tố ngoại cảnh, yếu tố địa hình, đặc điểm thủy triều, các điều kiện biên khác liên quan, đồng thời đã tính đến độ trễ thời gian thủy triều của điểm khảo sát so với giá trị ghi trên bảng thủy triều tại khu vực Hòn Dấu. Do số liệu tổng hợp rất phong phú nên NCS thực hiện chi tiết trong một tháng, cụ thể là tháng 01 của năm khảo sát. Kết quả tổng hợp, tính toán và so sánh cụ thể hệ số hiệu chỉnh k của mỗi trạm cho trong phụ lục 3. Đối với các tháng còn lại trong năm khảo sát thực hiện tương tự. Bảng 4.1 đưa ra trích dẫn kết quả tổng hợp, tính toán, so sánh hệ số hiệu chỉnh giá trị mực thủy triều các trạm đo thực tế trên các đoạn luồng hàng hải Hải Phòng và giá trị của bảng thủy triều tương ứng trong một ngày (24 giờ) (ngày 01/01) đối với năm khảo sát từ phụ lục 3. Bảng 4.1 Trích dẫn kết quả tổng hợp, tính toán, so sánh hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều các trạm đo thực tế và bảng thủy triều tương ứng năm khảo sát 96 Ngày tháng Giờ trong ngày Trạm đo tại đèn Arroyo năm 2017 Trạm đo Sông Cấm năm 2019 Trạm đo Lạch Huyện năm 2019 htb trung bình trong 1 giờ của trạm đo (m) hb trong 1 giờ của bảng thủy triều (m) Hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều (kar) htb trung bình trong 1 giờ của trạm đo (m) hb trong 1 giờ của bảng thủy triều (m) Hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều (ksc) htb trung bình trong 1 giờ của trạm đo (m) hb trong 1 giờ của bảng thủy triều (m) Hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều (klh) 01/01 00 2.55 1.90 1.34 2.42 1.80 1.34 2.17 1.80 1.21 01 2.89 2.30 1.26 2.46 1.90 1.29 2.21 1.90 1.16 02 3.17 2.70 1.17 2.53 1.90 1.33 2.27 1.90 1.19 03 3.41 3.00 1.14 2.57 1.90 1.35 2.32 1.90 1.22 04 3.56 3.20 1.11 2.60 2.00 1.30 2.37 2.00 1.19 05 3.64 3.40 1.07 2.65 2.00 1.33 2.40 2.00 1.20 06 3.65 3.40 1.07 2.68 2.00 1.34 2.37 2.00 1.19 07 3.53 3.30 1.07 2.66 2.00 1.33 2.29 2.00 1.15 08 3.34 3.20 1.04 2.56 2.00 1.28 2.19 2.00 1.10 09 3.05 3.00 1.02 2.46 1.90 1.29 2.11 1.90 1.11 10 2.71 2.70 1.00 2.37 1.90 1.25 2.04 1.90 1.07 11 2.36 2.40 0.98 2.29 1.80 1.27 1.99 1.80 1.11 12 2.02 2.00 1.01 2.26 1.80 1.26 1.95 1.80 1.08 13 1.70 1.70 1.00 2.21 1.70 1.30 1.89 1.70 1.11 14 1.39 1.30 1.07 2.16 1.70 1.27 1.82 1.70 1.07 15 1.14 1.10 1.04 2.11 1.70 1.24 1.77 1.70 1.04 16 1.05 0.90 1.17 2.04 1.70 1.20 1.76 1.70 1.04 17 0.95 0.70 1.36 2.05 1.70 1.21 1.81 1.70 1.06 97 18 0.89 0.60 1.48 2.12 1.80 1.18 1.88 1.80 1.04 19 0.90 0.50 1.80 2.20 1.90 1.16 1.96 1.90 1.03 20 0.98 0.50 1.96 2.29 2.00 1.15 2.06 2.00 1.03 21 1.33 0.60 2.22 2.42 2.10 1.15 2.20 2.10 1.05 22 1.40 0.80 1.75 2.55 2.20 1.16 2.35 2.20 1.07 23 1.78 1.20 1.48 2.66 2.20 1.21 2.46 2.20 1.12 Phân tích kết quả nhận được trong bảng 4.1, nhận xét rằng: - Do các số liệu đầu vào phong phú, thường xuyên cập nhật, chính xác và đảm bảo tin cậy, vì NCS đã tổng hợp và sử dụng từ nguồn dữ liệu chính thống của các trạm đo thực tế trên tuyến luồng hàng hải Hải Phòng và giá trị mực thủy triều trong bảng thủy triều đã công bố. Từ đó, kết quả tính toán hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều tại các trạm đo (kar, ksc, klh) theo thời thực trong từng ngày của năm khảo sát, chính xác và đảm bảo tin cậy; - Từ kết quả tính toán hệ số hiệu chỉnh kar, ksc, klh, hoàn toàn xây dựng được bảng thủy triều mới tương ứng của năm tiếp theo. Cụ thể, trong luận án NCS sử dụng hệ số klh (trong phụ lục 3), đây chính là giá trị đã được hiệu chỉnh lần thứ nhất, kết hợp với hb trong 1 giờ của bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, để đưa ra htb trong 1 giờ của bảng thủy triều mới xây dựng năm 2020, từ đó: + Đã tính toán được hệ số hiệu chỉnh bảng thủy triều mới xây dựng và trạm đo Lạch Huyện năm 2020 (ký hiệu là klh) theo công thức (4.2) trên cơ sở giá trị hb và htb của năm 2019. Kết quả tổng hợp và tính toán cụ thể hệ số hiệu chỉnh klh năm 2019 và htb cho năm 2020 tại Lạch Huyện (cụ thể trong tháng 01/2020, với các tháng còn lại trong năm khảo sát thực hiện tương tự). Bảng 4.2 đưa ra trích dẫn kết quả tính toán htb trong 1 giờ của bảng thủy triều năm 2020 tính theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều của trạm Lạch 98 Huyện 2019 và bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, tương ứng một ngày (01/01/2020): Bảng 4.2 Trích dẫn kết quả tính toán htb trong 1 giờ tại Lach Huyện, ngày 01/01/2020 Ngày tháng Giờ trong ngày Hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều năm 2019 (klh) hb trong 1 giờ của bảng thủy triều Việt Nam năm 2020 (m) htb 2020 (m) 01/01 00 1.21 1.1 1.33 01 1.16 1.5 1.74 02 1.19 1.9 2.26 03 1.22 2.2 2.68 04 1.19 2.5 2.98 05 1.20 2.8 3.36 06 1.19 3.0 3.57 07 1.15 3.1 3.57 08 1.10 3.1 3.41 09 1.11 3.1 3.44 10 1.07 3.0 3.21 11 1.11 2.8 3.11 12 1.08 2.6 2.81 13 1.11 2.3 2.55 14 1.07 2.0 2.14 15 1.04 1.7 1.77 16 1.04 1.5 1.56 17 1.06 1.2 1.27 18 1.04 1.1 1.14 19 1.03 1.0 1.03 20 1.03 0.9 0.93 21 1.05 0.8 0.84 22 1.07 0.9 0.96 23 1.12 1.0 1.12 99 Chương 2 đã trình bày chi tiết phương pháp tính toán thủy triều sử dụng trong hàng hải. Từ kết quả đạt được trong bảng 4.2, với giá trị độ cao mực thủy triều htb trong 1 giờ của bảng thủy triều mới xây dựng năm 2020 tính theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều của trạm Lạch Huyện 2019 và bảng thủy triều Việt Nam năm 2020, sử dụng phương pháp tính toán thủy triều trong hàng hải để tính toán giá trị vận tốc dòng chảy, đảm bảo chính xác, tin cậy và bám sát điều kiện biên. Kết quả tính toán cụ thể giá trị vận tốc dòng chảy (Vdc) và hướng dòng chảy bám sát điều kiện biên trong tháng 01/2020, đồng thời thể hiện chi tiết trong phụ lục 5. Bảng 4.3 Trích dẫn kết quả tính toán vận tốc dòng chảy (Vdc) bám sát điều kiện biên, ngày 01/01/2020 từ phụ lục 5 Ngày tháng Giờ trong ngày htb trong 1 giờ của bảng thủy triều mới xây dựng năm 2020 tính theo hệ số hiệu chỉnh mực thủy triều của trạm Lạch Huyện 2019 và bảng thủy triều Việt Nam năm 2020 (m) Giá trị vận tốc dòng chảy (Vdc) bám sát điều kiện biên (giá trị vận tốc tính toán), (m/s) 01/01 00 1.33 1.3 01 1.74 1.3 02 2.26 1.4 03 2.68 1.4 04 2.98 0.8 05 3.36 0.8 06 3.57 0.3 07 3.57 0.3 08 3.41 0.3 09 3.44 0.3 10 3.21 0.9 11 3.11 0.9 12 2.81 1.3 13 2.55 1.3 100 14 2.14 1.4 15 1.77 1.4 16 1.56 1.3 17 1.27 1.3 18 1.14 0.8 19 1.03 0.4 20 0.93 0.4 21 0.84 0.4 22 0.96 1.0 23 1.12 1.0 Bảng 4.3 đưa ra giá trị vận tốc dòng chảy Vdc, bám sát điều kiện biên (hay giá trị vận tốc theo phương pháp tính toán). Đây là thông số quan trọng nhất, đã tính đến tất cả yếu tố ảnh hưởng, để tính toán mô phỏng bằng CFD với Fluent - Ansys. Từ đó thực hiện xây dựng bản đồ dòng chảy tuyến luồng hàng hải Hải Phòng. 4.1.3. Thực hiện đối với phương án thứ hai - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát và đo đạc thực tế tại thực địa trên mỗi đoạn luồng của tuyến luồng hàng hải Hải Phòng Với cách thực hiện này sẽ cho giá trị thực tế giá trị về hướng và tốc độ dòng chảy trên đoạn luồng khảo sát. Cũng như phương án thứ nhất, thì phương án thực nghiệm này, kết quả tính toán về mực nước thủy triều, vận tốc dòng chảy thực trên các đoạn luồng đã tính đến tất cả yếu tố tác động, như: Đặc điểm địa hình, đặc điểm thủy triều, đặc điểm đoạn luồng, độ sâu, mặt cắt đoạn luồng, mặt thoáng, độ trễ thủy triều,... Để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm, NCS sử dụng thiết bị đo dòng chảy để kiểm chứng tại các mặt cắt theo 10 đoạn tuyến luồng, từ đó hiệu chỉnh dữ liệu mô hình tính toán mô phỏng bằng CFD. 101 Sử dụng thiết bị đo dòng chảy Model XZ-2 (đã được kiểm định, đăng ký theo quy định của Viện Khoa học Thủy lợi) [31], mô tả theo hình 4.2. Hình 4.2 Bộ thiết bị đo vận tốc dòng chảy XZ-2 sau khi lắp đặt Trong đó: 1 - tua bin hướng trục: Là bộ phận chuyển đổi năng lượng của dòng chảy cần đo thành số vòng quay của tua bin. 2 - cánh hướng dòng: Giúp thiết bị đo dòng chảy luôn song song với dòng chảy khi thả xuống dòng chảy cần đo. 3 - cần cầm tay: Giúp đưa thiết bị đo xuống dòng chảy ở các độ sâu khác nhau của khu vực khảo sát cần đo. 4 - thiết bị hiển thị giá trị đo. 5 - dây dẫn: Truyền tín hiệu đo tới thiết bị hiển thị. Cách cài đặt thiết bị đo lưu tốc XZ-2, được kiểm định theo quy định với các thông số theo tiêu chuẩn sau: - Công thức tính: V = 0.1396n + 0.0132 (Trong hồ sơ kiểm định của máy) 102 Trong đó: n - vận tốc (vòng/giây), được tính theo số tín hiệu: n = nđo/2/T; nđo - số tín hiệu đo (2 tín hiệu/vòng); T - thời gian đo. - Cách cài đặt các hệ số (K và C theo hồ sơ kiểm định) Bước 1: Nhấn RST cho màn hình hiển thị 0000. Bước 2: Đặt K: ấn K, màn hình hiển thị A → ấn 0140 (làm tròn 0.1396) Bước 3: Đặt C: ấn C, màn hình hiển thị C → ấn 0013. Bước 4: Đặt N/R, theo từng loại máy, với XZ-2 đặt 0005. Bước 5: Đặt T (thời gian đo 1 lần - giây): ấn T, ấn thời gian cho một lần đo là 0020 ÷ 0060. Để đo tiếp theo: bấm C (không cần đặt lại công thức). - Nếu chiều sâu khu vực đo là h (mét), với: h < 1m đo tại 0.6h; h > 1m đo tại 3 điểm: 0.4h, 0.6h và 0.8h. NCS cùng nhóm cộng sự thực hiện đo vận tốc dòng chảy thực tế (ký hiệu Vtt) trên tuyến luồng Hải Phòng, thực hiện liên tục trong 01 tháng (cụ thể tháng 01/2020). Dữ liệu đo vận tốc dòng chảy thực tế được lưu tự động trên bộ thẻ nhớ gắn trên hệ thống này. Để kiểm soát độ chính xác của tốc độ dòng chảy trong kênh dẫn có thể sử dụng thêm thiết bị đo vận tốc cầm tay. Để thống nhất việc phân tích, so sánh và đánh giá, NCS lấy kết quả vận tốc thực tế trung bình theo từng giờ của ngày khảo sát. Kết quả đo giá trị vận tốc thực tế dòng chảy trong 01 tháng (01/2020) mô tả trong phụ lục số 5. Bảng 4.4 đưa ra trích dẫn kết quả đo vận tốc thực tế tại thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng ngày 01/01/2020 từ phụ lục số 5. 103 Bảng 4.4 Trích dẫn kết quả đo giá trị vận tốc thực tế tuyến luồng hàng hải Hải Phòng, ngày 01/01/2020 Ngày tháng Giờ trong ngày Giá trị vận tốc đo thực tế Vtt trên tuyến luồng (m/s) Giờ trong ngày Giá trị vận tốc đo thực tế Vtt trên tuyến luồng (m/s) 01/01 00 1.1 12 1.1 01 1.1 13 1.1 02 1.2 14 1.3 03 1.2 15 1.3 04 0.6 16 1.3 05 0.6 17 1.1 06 0.3 18 0.6 07 0.3 19 0.3 08 0.3 20 0.3 09 0.3 21 0.3 10 0.7 22 0.8 11 0.7 23 0.8 Một số hình ảnh nghiên cứu thực nghiệm của NCS cùng một số cộng sự cho trong phụ lục 6. 4.1.4. Phân tích, so sánh và đánh giá độ chính xác giá trị vận tốc dòng chảy theo các phương án trong nghiên cứu thực nghiệm Từ kết quả nhận được đưa trong phụ lục số 4 và phụ lục số 5, thực hiện phân tích, đánh giá và so sánh giá trị vận tốc dòng chảy bám sát điều kiện biên (Vdc - giá trị vận tốc tính toán) của phương án thứ nhất với giá trị vận tốc dòng chảy thực tế đo đạc trên thực địa tuyến luồng hàng hải Hải Phòng (Vtt - giá trị vận tốc thực tế đo đạc) từ đó đưa ra hệ số hiệu chỉnh dòng chảy là kdc =Vtt/Vdc. 104 Kết quả đánh giá, so sánh độ chính xác giá trị vận tốc dòng chảy theo các phương án trong nghiên cứu thực nghiệm trong 01 tháng (tháng 01/2019) mô tả trong phụ lục số 5. Bảng 4.5. Trích dẫn kết quả đánh giá, so sánh độ chính xác giá trị vận tốc dòng chảy theo các phương án nghiên cứu thực nghiệm ngày 01/01/2019 Ngày tháng Giờ trong ngày Giá trị vận tốc dòng chảy tính toán Vdc (phương án thứ nhất) (m/s) Giá trị vận tốc dòng chảy đo thực tế Vtt (phương án thứ hai) (m/s) Hệ số hiệu chỉnh tốc độ dòng chảy kdc= Vtt/Vdc 01/01 00 1.3 1.1 0.85 01 1.3 1.1 0.85 02 1.4 1.2 0.86 03 1.4 1.2 0.86 04 0.8 0.6 0.75 05 0.8 0.6 0.75 06 0.3 0.3 1 07 0.3 0.3 1 08 0.3 0.3 1 09 0.3 0.3 1 10 0.9 0.7 0.78 11 0.9 0.7 0.78 12 1.3 1.1 0.85 13 1.3 1.1 0.85 14 1.4 1.3 0.93 15 1.4 1.3 0.93 16 1.3 1.3 1 17 1.3 1.1 0.85 18 0.8 0.6 0.75 19 0.4 0.3 0.75 20 0.4 0.3 0.75 21 0.4 0.3 0.75 22 1 0.8 0.8 23 1 0.8 0.8 Từ kết quả theo phụ lục 5 và giá trị trích dẫn bảng 4.5, nhận xét rằng: 105 - Vận tốc dòng chảy đo thực tế Vtt theo phương án thứ hai luôn bám sát và nhỏ hơn giá trị vận tốc dòng chảy tính toán Vdc theo phương án thứ nhất. - Kết quả so sánh, đánh giá theo tỷ lệ % theo thời gian thực trong một ngày khảo sát với giá trị thấp nhất là 75% và cao nhất là 100%, nghĩa là: 75% 100% 100%tt dc V V    Kết quả này chứng minh rằng: Giá trị vận tốc dòng chảy tính toán Vdc được thực hiện theo phương pháp thứ nhất đảm bảo độ chính xác, tin cậy và bám sát điều kiện biên của tuyến luồng hàng hải Hải Phòng. Như vậy, từ năm 2021 ta sẽ có thêm một hệ số hiệu chỉnh dòng chảy kdc nhằm đưa ra giá trị vận tốc đầu vào cho bài toán tính toán mô phỏng là gần nhất với thực tiễn Vdc*. Từ đó việc xây dựng phương pháp luận, tính toán giá trị vận tốc dòng chảy Vdc*, phục vụ tính toán mô phỏng bằng CFD với Fluent - Ansys trong chương 3 đảm bảo tính hiện đại, độ tin cậy và chính xác. Có thể tóm tắt nội dung phương pháp xác định điều kiện biên là Vdc* tại Lạch Huyện như sau: Dữ liệu đầu vào: - Bảng thủy triều của năm mới (cần xây dựng bản đồ dòng chảy); - H