Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

áp dụng các đặc trưng thống kê của sóng E.W. Bijker, W.W. Massie 11.1 Mở đầu Các thông tin cung cấp trong chương trước đủ đáp ứng cho những người chỉ quan tâm tới các số liệu cô đọng về sóng. Đối với chúng ta, những kỹ sư, điều cần thiết là ở phần ứng dụng các thông tin đó cho việc thiết kế. Trong chương này sẽ đưa ra hai sự khác biệt giữa hai loại tình huống tương tự với các cách tiếp cận khác nhau trên quan điểm thống kê. Trong loại thứ nhất, độ bền vững của...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật biển ( dịch bởi Đinh Văn Ưu ) - Tập 1 Nhập môn về công trình bờ - Phần 4

11 ¸p dông c¸c ®Æc trng thèng kª cña sãng E.W. Bijker, W.W. Massie 11.1 Më ®Çu C¸c th«ng tin cung cÊp trong ch¬ng tríc ®ñ ®¸p øng cho nh÷ng ngêi chØ quan t©m tíi c¸c sè liÖu c« ®äng vÒ sãng. §èi víi chóng ta, nh÷ng kü s, ®iÒu cÇn thiÕt lµ ë phÇn øng dông c¸c th«ng tin ®ã cho viÖc thiÕt kÕ. Trong ch¬ng nµy sÏ ®a ra hai sù kh¸c biÖt gi÷a hai lo¹i t×nh huèng t¬ng tù víi c¸c c¸ch tiÕp cËn kh¸c nhau trªn quan ®iÓm thèng kª. Trong lo¹i thø nhÊt, ®é bÒn v÷ng cña mét c«ng tr×nh cã thÓ ®îc ®¸nh gi¸ th«ng qua mét ®Æc trng thèng kª nµo ®ã cña sãng, vÝ dô Hsig, ®é cao sãng ®Æc trng. Nh vËy nÕu cã yªu cÇu triÓn khai m« h×nh vËt lý hay m« h×nh to¸n chØ cÇn sö dông ph©n bè Rayleigh ®Çy ®ñ c¨n cø vµo tham sè ®· chän. Mét vÝ dô d¹ng nµy cã thÓ g¾n liÒn víi cÊu tróc ph¸ sãng mÒm. Khi cÊu tróc ®îc thö nghiÖm trªn m« h×nh vËt lý, cÇn t¸i t¹o toµn bé ph©n bè Rayleigh ®èi víi ®é cao sãng. MÆt kh¸c, nÕu sö dông m« h×nh to¸n, c¸c ®Æc trng sãng ®· ®îc kÓ ®Õn trong c¸c c«ng thøc cña m« h×nh. VÝ dô cã thÓ ®a ra c«ng thøc ®èi víi tõng lo¹i ®ª ph¸ sãng. Lo¹i vÊn ®Ò nµy thêng dÔ thiÕt lËp. X¸c suÊt xuÊt hiÖn cña tham sè thiÕt kÕ thu ®îc trùc tiÕp tõ ph©n bè dµi h¹n ®é cao sãng. Do lo¹i vÊn ®Ò nµy sÏ ®îc xem xÐt kü trong c¸c phÇn vÒ thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh ph¸ sãng chóng ta sÏ kh«ng xem xÐt tiÕp ë ®©y. Trong lo¹i vÊn ®Ò thø hai, cÊu tróc ®îc thiÕt kÕ dùa trªn c¬ së sãng ®¬n. Môc ®Ých cña ch¬ng nµy lµ x¸c ®Þnh x¸c suÊt vît qua cña ®é cao sãng thiÕt kÕ cho tríc. Lµm thÕ nµo ®Ó thu ®îc kÕt qu¶, nÕu ta kh«ng muèn thiÕt kÕ cÊu tróc ®¸p øng ®èi víi sãng cao nhÊt. §iÒu nµy kh«ng thÓ ®îc, v× c¨n cø vµo c¸c ph©n bè ®é cao sãng tríc ®©y th× ®èi víi ®é cao bÊt kú nµo cña sãng lùa chän, ®Òu cã mét phÇn tr¨m nhÊt ®Þnh sÏ bÞ vît qua. Mét sè rñi ro nµo ®ã cÇn ph¶i chÊp nhËn. VÊn ®Ò ë ®©y lµ x¸c ®Þnh giíi h¹n cho phÐp cña rñi ro ®ã, ®ã lµ môc ®Ých cña ch¬ng 13. NhiÖm vô cña chóng ta b©y giê lµ x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng mét ®é cao sãng cho tríc sÏ bÞ vît qua trong mét kho¶ng thêi gian cho tríc. §èi víi nhiÒu bµi to¸n nh ®é cao mÆt b»ng cña mét c«ng tr×nh ngoµi kh¬i, th× sè lÇn sãng ngËp kh«ng quan träng, chØ cÇn mét lÇn ®Ønh sãng ®i qua th× c«ng tr×nh ®· bÞ háng. 64
§èi víi mét lo¹t c¸c bµi to¸n kh¸c, th× vÊn ®Ò kÐo dµi cña sãng ngËp l¹i quan träng. VÝ dô c¸c ®Æc trng thèng kª cña chuyÓn ®éng tµu theo ph¬ng th¼ng ®øng rÊt quan träng cho viÖc x¸c ®Þnh ®é s©u l¹ch tµu. Th«ng thêng ngêi ta quan t©m nhiÒu tíi vÊn ®Ò nÕu cã hµng chôc tµu bÞ gÆp khã kh¨n khi ®i trong kªnh h¬n lµ chØ xÈy ra ®èi víi mét tµu duy nhÊt. Bµi to¸n vÒ ®é cao mÆt b»ng cña c«ng tr×nh kh«ng phøc t¹p b»ng ®èi víi ®é s©u l¹ch tµu. Bµi to¸n thø nhÊt sÏ ®îc ®Ò cËp tíi trong phÇn tiÕp cña ch¬ng nµy, cßn bµi to¸n l¹ch tµu sÏ ®îc xem xÐt kü trong tËp II. 11.2 §Æt vÊn ®Ò vµ c¸ch tiÕp cËn Tiªu ®Ò cña bµi to¸n ®ã lµ: “víi kh¶ n¨ng bao nhiªu khi ®é cao sãng thiÕt kÕ ®· chän, Hd, sÏ bÞ vît mét hoÆc nhiÒu lÇn trong thêi gian tån t¹i, l, cña cÊu tróc?” Kh¶ n¨ng nµy sÏ b»ng tæng c¸c kh¶ n¨ng r»ng Hd sÏ bÞ vît n lÇn víi n > 1. Tæng nµy thêng rÊt khã ®îc x¸c ®Þnh. Sö dông tÝnh chÊt cña x¸c suÊt: kh¶ n¨ng xÈy ra + kh¶ n¨ng kh«ng xÈy ra = 1, cho r»ng chóng ta muèn x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng xÈy ra th× tõ tÝnh chÊt võa nªu ta cã thÓ ®¸nh gi¸ th«ng qua kh¶ n¨ng kh«ng bao giê xÈy ra; ®iÒu nµy sÏ ®îc ®Ò cËp thêng xuyªn trong c¸c phÇn tiÕp theo. Mçi c¬n b·o xuÊt hiÖn cã thÓ ®îc ®Æc trng bëi gi¸ trÞ cho tríc cña Hsig, ®é cao sãng ®Æc trng. §é cao sãng nµy ®Æc trng cho mét chuçi N sãng t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh khi cã b·o. Sè N sãng nµy ®îc ph©n bè theo ph©n bè Rayleigh. Ph©n bè ®îc ®Æc trng bëi mét tham sè duy nhÊt lµ Hsig. Cã thÓ cho r»ng ®é cao sãng ®Æc trng tu©n theo ph©n bè tÇn sè dµi h¹n t¬ng tù thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ 10.3 trong ch¬ng tríc. 11.3 PhÐp xö lý sè Tríc hÕt cho phÐp bµn luËn vÒ c¸ch x¸c ®Þnh N liªn quan tíi gi¸ trÞ riªng cña Hsig. §«i khi, gi¸ trÞ cña N ®îc ®¸nh gi¸ tõ c¸c b¨ng ghi sãng trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch ®Ó x¸c ®Þnh Hsig , v.v... Mét c¸ch lùa chän kh¸c lµ chia kho¶ng b·o b»ng chÝnh chu kú sãng ®Æc trng rót ra trong khi gi¶m ®é dµi chuçi sè liÖu. Trong mäi trêng hîp, N ®îc biÕt t¬ng øng víi mçi gi¸ trÞ Hsig. Tríc hÕt, cho r»ng mét c¬n b·o chøa N sãng ®îc ®Æc trng bëi Hsig. Chóng ta chän mét gi¸ trÞ ®é cao sãng thiÕt kÕ bÊt kú Hd. Kh¶ n¨ng mµ ®é cao Hd vît qu¸ bÊt kú sãng nµo sÏ lµ: 2 H   2 d  (11.01) H   e  sig  p( H d ) Kh¶ n¨ng sãng nµy kh«ng bÞ vît qua sÏ lµ: 1 – p(Hd) (11.02) 65
Kh¶ n¨ng sãng nµy kh«ng vît qua mét lo¹t N sãng sÏ: [1 – p(Hd)]N (11.03) Cuèi cïng, kh¶ n¨ng r»ng ®é cao sãng nµy, Hd, vît qua c¬n b·o chøa N sãng sÏ: E1 = 1 - [1 – p(Hd)]N (11.04) Nh mét kh¶ n¨ng lùa chän kh¸c, mét sè ngêi muèn sö dông xÊp xØ Poisson ®Ó x¸c ®Þnh E1. Khi mµ P(Hd) cßn nhá (th«ng thêng ®èi víi vÊn ®Ò cña chóng ta) th× sù kh¸c nhau ë ®©y kh«ng ®¸ng kÓ. Trong trêng hîp ®ã: E1  1  e  NP ( H d ) (11.05) Bíc tiÕp theo lµ kÕt hîp kh¶ n¨ng nµy, E1, víi kh¶ n¨ng r»ng gi¸ trÞ Hsig ®· sö dông trªn ®©y còng xuÊt hiÖn. Kh¶ n¨ng Hsig xuÊt hiÖn cã thÓ lÊy tõ ph©n bè dµi h¹n cña ®é cao sãng ®Æc trng. C¸c gi¸ trÞ ®a ra trªn ®å thÞ h×nh 10.3 cho ta th«ng tin vÒ kh¶ n¨ng mét gi¸ trÞ cho tríc cña ®é cao Hsig bÞ vît qua. Chóng ta cÇn x¸c ®Þnh gÇn ®óng kh¶ n¨ng Hsig xuÊt hiÖn. Gi¸ trÞ nµy, p(Hsig ), co thÓ xem nh kh¶ n¨ng ®é cao sãng, Hsig - Hsig, bÞ vît qua trõ ®i kh¶ n¨ng ®é cao Hsig + Hsig bÞ vît qua: p(Hsig) = P(Hsig - Hsig) – P(Hsig + Hsig ) (11.06) p(Hsig) lµ kh¶ n¨ng Hsig n»m trong kho¶ng : (11.07) (Hsig+ Hsig) > Hsig > (Hsig- Hsig) Kho¶ng nµy cã ®é réng b»ng 2Hsig ®îc ®Æc trng bëi gi¸ trÞ n»m gi÷a chóng. Th«ng thêng, gi¸ trÞ p(Hsig ) phô thuéc vµo gi¸ trÞ ®· chän cho Hsig. Mèi phô thuéc nµy sÏ kh«ng cßn ®¸ng kÓ vµ ®¹t gi¸ trÞ rÊt nhá nh ®îc tr×nh bµy trong phÇn cuèi môc nµy. Nh mét híng ®¬n gi¶n, cã thÓ chän Hsig sao cho gi¸ trÞ E1 tÝnh theo (11.05) kh«ng biÕn ®æi nhiÒu nÕu Hsig  Hsig ®îc sö dông. Gi¸ trÞ Hsig vµo kho¶ng 0,5 m. Nh vËy kh¶ n¨ng gi¸ trÞ ®· chän Hsig sö dông trong tÝnh to¸n E1 trªn ®©y ®· ®îc x¸c ®Þnh, chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng Hd xuÊt hiÖn trong mét chu kú b·o bÊt kú. (11.08) E2 = p(Hsig) E1 Tuy nhiªn, ®©y chØ míi lµ bíc më ®Çu cña viÖc gi¶i bµi to¸n. RÊt cã kh¶ n¨ng r»ng Hd sÏ xuÊt hiÖn trong mét trêng sãng kh¸c ®îc ®Æc trng bëi gi¸ trÞ Hsig kh¸c hoµn toµn n»m ngoµi kho¶ng m« t¶ trong (11.7) mµ chóng ta ®· sö dông cho ®Õn b©y giê. Bëi v× gi¸ trÞ míi cña Hsig sÏ ®îc sö dông ®Ó thÓ hiÖn cho ®iÒu kiÖn b·o kh¸c, mét gi¸ trÞ E1 kh¸c còng cÇn ®îc tÝnh míi. §Ó mang tÝnh liªn tôc, chóng ta ®a thªm mét chØ sè kh¸c, i, ®Æc trng cho gi¸ trÞ ®· chän Hsig ®èi víi c¶ E1 lÉn E2. Ph¬ng tr×nh 10.8 b©y giê cã d¹ng: (11.09) E2i = p(Hsig i) E1i trong lý thuyÕt chóng ta cã thÓ chän c¸c gi¸ trÞ Hsig ®ñ bao quÊt toµn bé kho¶ng ®é cao sãng b·o – tõ 0 cho ®Õn ®é cao sãng tèi ®a. Sè lîng c¸c kho¶ng ®ã, N’, sÏ phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña Hsig ®· chän tríc ®©y. Khi Hsig t¨ng N’ sÏ 66
gi¶m vÒ gi¸ trÞ mét vµi E2i. Trong thùc tÕ, nh sÏ ®îc tr×nh bµy trong môc 11.4 kh«ng ph¶i lóc nµo còng cÇn chän c¸c gi¸ trÞ Hsigi trªn toµn kho¶ng biÕn ®æi ®é cao sãng. §èi víi gi¸ trÞ Hd cho tríc- nã sÏ trë nªn h»ng sè cho toµn bé bµi to¸n- sÏ thÊy r»ng E1 t¨ng lªn c¶ trong khi p(Hsigi ) gi¶m lÉn trong khi Hsigi t¨ng. KÕt qu¶ cho E2 i nhá c¶ trong khi Hsigi ®¹t tíi h¹n, còng nh khi gi¸ trÞ E2 i trë nªn rÊt nhá, v× thÕ kh«ng cÇn thiÕt ph¶i tÝnh to¸n ®èi víi c¸c gi¸ trÞ Hsig rÊt lín vµ rÊt bÐ. KÕt qu¶ nµy sÏ ®îc trao ®æi tiÕp cïng víi vÝ dô trong môc 11.4. V× mçi mét c¬n b·o chØ ®îc ®Æc trng bëi mét gi¸ trÞ Hsigi, hai c¬n b·o kh¸c nhau kh«ng thÓ cïng xuÊt hiÖn ®ång thêi; c¸c gi¸ trÞ Hsigi cã thÓ nh nhau, nhng sÏ t¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ p(Hsigi) kh¸c nhau. Tæng cña tÊt c¶ gi¸ trÞ cã thÓ cña p(Hsigi) cÇn ph¶i b»ng 1. Kh¶ n¨ng ®é cao sãng thiÕt kÕ, Hd, bÞ vît qu¸ Ýt nhÊt mét lÇn trong mét chu kú b·o sÏ lµ: N' E 3   E 2i (11.10) i 1 Dùa vµo c¸c ph©n tÝch trªn ®©y, kh¶ n¨ng sãng thiÕt kÕ kh«ng bÞ vît sÏ lµ: 1 - E3 (11.11) H¬n n÷a, chóng ta biÕt (ch¬ng 10) r»ng mçi n¨m cã thÓ cã M c¬n b·o, vµ c«ng tr×nh cña chóng ta cã tuæi thä l n¨m, th× cÊu tróc chÞu Ml c¬n b·o t¸c ®éng ®Õn. Kh¶ n¨ng r»ng Hd kh«ng bÞ vît qua trong suèt l n¨m sÏ lµ: 1  E3 M l (11.12) vµ cuèi cïng kh¶ n¨ng r»ng ®é cao sãng thiÕt kÕ Hd bÞ vît qua tèi thiÓu mét lÇn trong suèt qu·ng tån t¹i cña cÊu tróc sÏ lµ: p( H d )  1  1  E3 M l (11.13) §©y lµ môc tiªu hiÖn nay cña chóng ta. TÊt nhiªn nÕu chóng ta t×m thÊy gi¸ trÞ p(Hd) kh«ng mong muèn – lín qu¸ hoÆc nhá qu¸- th× c«ng viÖc duy nhÊt ®ã lµ chän (®o¸n) mét gi¸ trÞ kh¸c cña Hd vµ lÆp l¹i toµn bé quy tr×nh – xem môc 11.6. Quy tr×nh nµy cã thÓ tiÕn hµnh th«ng qua d¹ng b¶ng ®îc tiÕn hµnh ®èi víi mét gi¸ trÞ Hd trong môc tiÕp theo. 11.4 VÝ dô X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng ®é cao sãng thiÕt kÕ Hd, cã gi¸ trÞ 30 mÐt, xuÊt hiÖn Ýt nhÊt mét lÇn trong kho¶ng tån t¹i, l, b»ng 25 n¨m, ®èi víi c«ng tr×nh trªn BiÓn B¾c gÇn Dunlin. C¸c gi¸ trÞ ®é cao sãng vµ thêi gian tån t¹i ®îc lÊy theo gi¸ trÞ phæ biÕn cho BiÓn B¾c. Chóng ta chän Hsig b»ng 0,5 mÐt vµ chän c¸c gi¸ trÞ Hsig gi¸ trÞ nguyªn nh trªn cét 1 b¶ng 11.1. CÇn thÊy r»ng c¸c kho¶ng giíi h¹n (cét 2) ®óng t¹i ®iÓm nöa mÐt ngo¹i trõ phÇn cuèi cña b¶ng. 67
C¸c gi¸ trÞ p(Hsig) trong cét 3 ®îc lÊy ra tõ ®å thÞ h×nh 10.3 vµ p(Hsig) – cét 4- lµ hiÖu gi÷a c¸c gi¸ trÞ kÒ nhau trong cét 3. C¸c gi¸ trÞ chu kú sãng trung b×nh, T, ®a ra trong cét 5 ®îc x¸c ®Þnh dùa vµo ph¬ng tr×nh 10.13 vµ gi¸ trÞ cho tríc ®èi víi Hsig trong cét 1. NÕu nh bÊt kú gi¸ trÞ chu kú nµo trong cét 5 qu¸ nhá sÏ dÉn tíi kÕt thóc v× P(Hsig) h¬i lín. Ngêi ®äc cã thÓ kiÓm tra ®iÒu nµy. Gi¸ trÞ cña N dùa vµo c«ng thøc: 6  3600 N (11.14) T vµ ®îc thÓ hiÖn trªn cét 6. Khi c¸c gi¸ trÞ Hsigi (cét 1), Hd = 30 m, vµ N (cét 6) ®· biÕt, P(Hd) vµ tiÕp ®Õn E1 cã thÓ tÝnh theo 11.01 vµ 11.04 t¬ng øng. C¸c gi¸ trÞ ®îc thÓ hiÖn trªn c¸c cét 7 vµ 8. E2 i tÝnh theo 11.09 ®îc thÓ hiÖn trªn cét 9. Tæng cét nµy cho ta E3 = 81,59 x 10-6 (11.15) B¶ng 11.1. TÝnh to¸n x¸c suÊt ®é cao sãng thiÕt kÕ (trÝch) Khu vùc b¾c BiÓn B¾c, Hd =30 m, l =25 n¨m Hsig p(Hsig) p(Hsig) N p(Hd) El E2j kho¶ng T giíi h¹n m m - - s - - - - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0 1,000 1 0,21 3,94 5480 0,00 0,00 0,00 2 1.5 0,79 0,32 5,11 4230 0,00 0,00 0,00 1,30.10-87 3 2.5 0,47 0,20 5,96 3620 0,00 0,00 1,39.10-49 4 3,5 0,27 0,137 6,64 3250 0,00 0,00 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 10-6 1,6.10-6 11,1.10-3 1,6.10-6 20 19,5 12,15 1780 1,000 0,00 -------- 81,59.10-6 Σ = 1,000 E3 = ΣE2i = Víi M = 1460 (b·o kÐo dµi 6 giê nh trªn h×nh 10.3) vµ l = 25 n¨m, cã thÓ tÝnh theo 11.13 víi kÕt qu¶ = 0,949 (11.16) p(Hd) 68
hay ta cã kho¶ng 95% kh¶ n¨ng trong suèt 25 n¨m tèi thiÓu mét lÇn sãng vît qua 30 mÐt trªn BiÓn B¾c. §iÒu nµy cho thÊy kh¶ n¨ng qu¸ cao ®èi víi ®iÒu kiÖn sãng thiÕt kÕ. Mét phÇn nguyªn nh©n ®ãng gãp cho gi¸ trÞ cao ®ã lµ chu kú sãng nhá dÉn ®Õn c¸c gi¸ trÞ lín cña N vµ tõ ®ã E1. C¬ së lý luËn cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ cã thÓ chÊp nhËn ®îc ®èi víi ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ sÏ ®îc tr×nh bµy trong ch¬ng 13. Cã thÓ thÊy tõ b¶ng 11.1 r»ng, trong trêng hîp ®ã, c¸c tÝnh to¸n ®èi víi sãng Hsig  8 m kh«ng ®ãng gãp g× vµo gi¸ trÞ E2i. Nh vËy viÖc tÝnh to¸n nµy cã thÓ bá qua. PhÇn cuèi kh¸c cña b¶ng cho thÊy c¸c tÝnh to¸n dõng l¹i trong kho¶ng tõ 19,5 m ®Õn , ®îc ®Æc trng bëi Hsig = 20 m. Trong trêng hîp ®ã, v× E1 = 1,000 vµ gi÷ nguyªn cho c¸c gi¸ trÞ Hsig cao h¬n, c¸c gi¸ trÞ E2 i gièng hoµn toµn p(Hsig). NÕu nh cã nhiÒu kho¶ng trªn Hsig = 20 m ®îc sö dông cho tÝnh tæng c¸c gi¸ trÞ p(Hsig) vµ E2i sÏ gi÷ nguyªn. C¸c tÝnh to¸n theo b¶ng thêng cho kÕt qu¶ kh¸ tèt; ®«i khi còng cã yªu cÇu c¸c m¸y tÝnh sè (d¹ng m¸y tÝnh bá tói lµ ®ñ). Sau nµy, nÕu muèn gi¶m c¸c sai sè do phÐp lµm trßn sè, nªn tiÕn hµnh tÝnh to¸n c¸c cét 7, 8 vµ 9 còng nh tæng E3 th«ng qua c¸c biÓu ®å cã s½n trªn m¸y tÝnh. §iÒu ®ã ®· ®îc dÉn ra trong b¶ng khi kh«ng lµm trßn sè trong qu¸ tr×nh tÝnh. 11.5 Ph¬ng híng ph¸t triÓn Nh÷ng luËn ®iÓm c¬ b¶n trong c¸c phÇn trªn cã thÓ ®îc cñng cè vµ ph¸t triÓn. Mét sè thÝ dô ®· cho thÊy kh¶ n¨ng ®ã. Ch¼ng h¹n viÖc ph©n tÝch kh¶ n¨ng biÕn ®æi cña ®é tho¸ng ®¸y tµu trong l¹ch. Nh÷ng ph¸t triÓn míi nhÊt cña luËn ®iÓm nµy thÓ hiÖn qua sù kÕt hîp th«ng tin vÒ m«i trêng vµ c¸c ®Æc trng thèng kª kh¸c víi nh÷ng th«ng tin thèng kª vÒ vËt liÖu x©y dùng vµ chÊt lîng cña c«ng nh©n dÉn ®Õn kh¶ n¨ng c«ng tr×nh bÞ háng. Chñ ®Ò tæng thÓ nµy sÏ ®îc ®Ò cËp ®Õn trong c¸c gi¸o tr×nh vÒ thiÕt kÕ thèng kª vµ kh«ng ®îc tr×nh bµy ë ®©y. Tríc khi kÕt thóc lo¹i vÊn ®Ò nµy, còng cÇn nh¾c l¹i r»ng ph¬ng ph¸p ®· sö dông chøa ®ùng rÊt nhiÒu phÐp ®¬n gi¶n ho¸. Trong mét sè vÊn ®Ò, vÝ dô lùc t¸c ®éng sãng thiÕt kÕ hoÆc vËn chuyÓn c¸t trªn b·i biÓn, c¸c ®iÒu kiÖn tæng hîp phô thuéc chñ yÕu vµo chu kú sãng vµ híng sãng còng nh ®é cao sãng. §iÒu nµy cã thÓ trë nªn quan träng khi xÐt thêi gian hiÖn diÖn cña sãng ®é cao mét mÐt trong c¶ chuçi sãng lõng kÐo dµi hay mét ®o¹n ng¾n sãng l¨n t¨n. Phô thªm c¸c kiÕn thøc tr×nh bµy trong môc 11.3 lµ c¸c sè liÖu vÒ híng vµ chu kú chi tiÕt cña sãng, nhng trong khu«n khæ quyÓn s¸ch nµy chóng ta sÏ kh«ng xem xÐt ®Õn. 11.6 VÊn ®Ò tiÕp cËn nghÞch ®¶o Ph¬ng ph¸p tr×nh bµy trong môc 11.3 cho phÐp x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng r»ng ®é cao sãng thiÕt kÕ cho tríc, Hd, bÞ vît qua trong kho¶ng tån t¹i, l, cña c«ng tr×nh. VÊn ®Ò ngîc l¹i cã thÓ lµ: §é cao sãng, Hd, nµo sÏ xuÊt hiÖn víi kh¶ n¨ng cho tríc, p(Hd), sÏ bÞ vît trong kho¶ng tån t¹i, l, cña c«ng tr×nh? VÊn ®Ò nghÞch ®¶o nµy kh«ng thÓ gi¶i trùc tiÕp ®îc. Quay trë vÒ môc 11.3, ta cã thÓ dÔ dµng gi¶i ph¬ng tr×nh 11.3 ®èi víi E3, nhng ph¬ng tr×nh 11.10 kh«ng thÓ gi¶i ®îc. 69
Kh«ng mét gi¸ trÞ nµo cña E2i cã thÓ biÕt ®îc, v× vËy c¸ch gi¶i ngîc nµy kh«ng thÓ cã. Trong thùc tÕ, ngêi ta cã thÓ tiÕn hµnh tÝnh to¸n cho toµn bé chuçi cña c¸c gi¸ trÞ Hd nh tr×nh bµy trong môc 11.3 . KÕt qu¶ cho phÐp thiÕt lËp t¬ng quan gi÷a p(Hd) vµ Hd. T¬ng quan nµy cã thÓ x©y dùng thµnh ®å thÞ cho phÐp néi ngo¹i suy dÔ dµng. 11.7 VÊn ®Ò thø hai Mét lo¹i vÊn ®Ò hoµn toµn kh¸c cã thÓ xuÊt hiÖn trong thùc tÕ. Theo c¸c quy tr×nh thiÕt kÕ ngêi ta cã thÓ chØ ra r»ng c«ng tr×nh ®îc thiÕt kÕ ®èi víi sãng tèi ®a xuÊt hiÖn trong b·o víi kh¶ n¨ng vît qua cho tríc. Cã thÓ viÕt ®iÒu ®ã nh sau: “ThiÕt kÕ cho sãng cùc ®¹i trong b·o 100 n¨m”. Trªn c¬ së c¸c hiÓu biÕt cña chóng ta cã thÓ nãi r»ng kh«ng thÓ bµn luËn ®îc vÒ sãng cùc ®¹i, nã chØ cã nghÜa g©y r¾c rèi ®èi víi c¸c kü s vµ vô lîi ®èi víi c¸c luËt gia. Lµ kü s, chóng ta cã hai c¸ch tiÕp cËn. Thø nhÊt, chóng ta cã thÓ, kh«ng qua con ®êng trùc tiÕp, x¸c ®Þnh ®é cao sãng, Hd, cã mét kh¶ n¨ng vît qua, El, trong mét c¬n b·o cô thÓ nµo ®ã víi kh¶ n¨ng vît qua cho tríc. Chóng ta cã thÓ t×m ®îc Hd t¬ng øng kh¶ n¨ng vît qua, vÝ dô, 1/1000 trong “b·o 100 n¨m” t¹i BiÓn B¾c. Kh¸i niÖm “b·o 100 n¨m” sÏ ®îc ph©n tÝch trªn c¬ së môc 10.3. Víi R b»ng 100 n¨m th× f sÏ b»ng 1/100 víi 1460 b·o cã kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn trong mét n¨m: 1  6,849  10 6 p( H sig )  (11.17) (1460)(100) Sö dông kÕt qu¶ ®å thÞ h×nh 10.3, ta cã: Hsig = 17,6 m (11.18) vµ, sö dông (10.14): T =11.58 s (11.19) sÏ thu ®îc th«ng qua (11.14) N = 1860 (11.20) BiÕt r»ng E1 ë ®©y b»ng 1/100, ta cã thÓ x¸c ®Þnh p(Hd) b»ng c¸ch gi¶i ph¬ng tr×nh 11.04: 1 p( H d )  1  1  E1  (11.21) N hay khi thay thÕ c¸c gi¸ trÞ 1 1860 1   0,538  10 6 (11.22) p( H d )  1  1   1000   Ph¬ng tr×nh 10.01 cã thÓ gi¶i ®èi víi Hd: 1 H d  H sig  ln P( H d ) (11.23) 2 Cuèi cïng thu ®îc: 70
Hd = 47,3 mÐt. C¸ch tiÕp cËn thø hai dùa vµo tÝnh to¸n cùc ®¹i ®é cao sãng cã thÓ cã trong c¬n “ b·o thiÕt kÕ” ®· chän. §iÒu tèt nhÊt vµ còng lµ khã nhÊt lµ cÇn sö dông c¸c chuçi ®o sãng dµi ngµy víi bíc cho tríc( vÝ dô 6 giê), ®èi víi mçi chuçi ®îc ®Æc trng bëi gi¸ trÞ lùa chän Hsig. Mçi chuçi sÏ bao gåm mét sè sãng nhÊt ®Þnh, ch¼ng h¹n N. NÕu ta cã c¸c chuçi nh vËy th× chØ cÇn lÊy c¸c gi¸ trÞ sãng cùc ®¹i cña c¸c chuçi vµ tiÕn hµnh ph©n tÝch thèng kª. §é cao sãng cùc ®¹i cã kh¶ n¨ng nhÊt cã thÓ lÊy theo mËt ®é x¸c suÊt cao nhÊt cña mÉu ph©n tÝch. NÕu nh c¸c chuçi sè liÖu sãng ®Òu tu©n thñ ph©n bè Rayleigh th× vÊn ®Ò cã thÓ gi¶i quyÕt b»ng ph¬ng ph¸p lý thuyÕt. KÕt qu¶ sÏ lµ: 1 Hd  H sig ln N (11.24) 2 Sö dông ph¬ng tr×nh nµy vµ c¸c sè liÖu ®· cã trªn ®©y, ta thu ®îc: 1 17,6 ln(1840)  34,15 m Hd  (11.25) 2 B»ng c¸ch nµy, còng thu ®îc kÕt qu¶ t¬ng tù nÕu nh thay P(Hd) = 1/N vµo ph¬ng tr×nh 11.01. 71
12 Sè liÖu sãng W.W. Massie 12.1 Më ®Çu Trong c¸c ch¬ng 10 vµ 11 chóng ta ®· sö dông sè liÖu ®é cao sãng mµ kh«ng ®Ò cËp nhiÒu ®Õn ph¬ng ph¸p thu thËp c¸c sè liÖu ®ã. Trong ch¬ng nµy chóng ta tr×nh bµy mét c¸ch ng¾n gän b»ng c¸ch nµo ®Ó cã ®îc c¸c th«ng tin cÇn thiÕt nµy. 12.2 C¸c sè liÖu hiÖn cã C¸c c¬ quan nhµ níc t¹i nhiÒu níc ®· tËp hîp ®îc sè liÖu sãng vµ dßng ch¶y t¹i mét sè khu vùc thuéc chñ quyÒn cña m×nh. Mét sè trong ®ã ®· ®îc c«ng bè, mét phÇn lín ®îc cung cÊp theo yªu cÇu, vµ còng cã mét sè ®îc gi÷ bÝ mËt. TËp tµi liÖu cña Dorrestein (1967) lµ mét trong nh÷ng c«ng bè tèt nhÊt. C¸c th«ng tin ®îc cung cÊp trong d¹ng b¶ng sè. Nh×n chung lo¹i th«ng tin cÇn thiÕt trªn ®îc lu tr÷ t¹i c¸c c¬ quan qu¶n lý thêi tiÕt vµ thuû v¨n quy m« quèc gia. Trªn quy m« ®Þa ph¬ng c¸c quan tr¾c thêng phôc vô cho c«ng t¸c thiÕt kÕ v× vËy chóng ®îc lu tr÷ t¹i c¸c c¬ quan nh c¸c c«ng ty hoÆc së. Mét sè c¬ quan thuû v¨n lín cã c¸c sè liÖu giã, sãng vµ dßng ch¶y trªn ph¹m vi lín, toµn cÇu. Cã lÏ n¬i cã kh¶ n¨ng cung cÊp sè liÖu lín nhÊt quy m« toµn cÇu thuéc H¶i qu©n Liªn HiÖp V¬ng quèc Anh. C¬ quan thuû v¨n H¶i qu©n Hoa kú còng cã mét tËp hîp sè liÖu ®¸ng kÓ. 12.3 Ch¬ng tr×nh ®o ®¹c Tuy nhiªn vÉn cã nh÷ng vïng biÓn hÇu nh kh«ng cã sè liÖu. VËy chóng ta cÇn lµm g×? TÊt nhiªn trong ®iÒu kiÖn cã tiÒn vµ thêi gian th× cÇn tiÕn hµnh ch¬ng tr×nh ®o ®¹c. §é kÐo dµi cña ch¬ng tr×nh ®o ®¹c còng kh¸c nhau. Trong mét sè trêng hîp chu kú quan tr¾c cã thÓ kÐo dµi phô thuéc vµo mèi t¬ng quan ®ång thêi gi÷a sè liÖu ®o t¹i khu vùc víi chuçi sè liÖu dµi ngµy t¹i mét vÞ trÝ gÇn ®ã. Chuçi sè liÖu kh«ng nªn chØ giíi h¹n ®o ®¹c sãng, mµ trong trêng hîp cã thÓ nªn t×m mèi t¬ng quan víi sè liÖu giã. Cã nhiÒu lo¹i dông cô, m¸y mãc ®o ®é cao sãng. Mét sè dùa vµo ®o trùc tiÕp mùc níc biÓn, sè kh¸c ®o gia tèc mÆt níc theo ph¬ng th¼ng ®øng. Lo¹i thø ba ®o d¹c chªnh lÖch ¸p suÊt t¹i mét ®iÓm nµo ®ã trong níc. Chóng ta sÏ kh«ng ®i s©u vµo c¸c thiÕt bÞ ®o ®¹c ®ã. 72
12.4 Sö dông c¸c sè liÖu thay thÕ NhiÒu khi cã thÓ tÝnh to¸n sè liÖu sãng theo th«ng tin khi tîng. Nh÷ng d¹ng sè liÖu nµy cã thÓ lÊy tõ c¸c tµu thuyÒn vµ ®îc c«ng bè trong d¹ng c¸c tËp b¶n ®å chuyªn vÒ giã hay ¸p suÊt. C¸c sè liÖu giã cã thÓ sö dông trong c¸c c«ng nghÖ dù b¸o sãng. Cã ph¶i lóc nµo còng cã mèi t¬ng quan gi÷a sãng vµ giã? Kh«ng hoµn toµn nh vËy, v× vÉn cã lóc sãng tån t¹i kh«ng cã giã (sãng lõng) vµ giã kh«ng t¹o ra sãng (khi giã thæi tõ bê ra kh«ng t¹o ra sãng lín). Lµm thÕ nµo ®Ó cã sè liÖu sãng tõ sè liÖu ¸p? Giã thêng ®îc dù b¸o theo gradient ¸p suÊt. Sù c©n b»ng gi÷a lùc gradient ¸p suÊt, lùc Coriolis vµ lùc ly t©m sÏ cho ta vËn tèc giã. ViÖc tÝnh to¸n nµy còng ®¬n gi¶n nh khi ta tÝnh dßng ch¶y ®¹i d¬ng ®îc tr×nh bµy trong ch¬ng 3 cña tËp nµy. Mçi khi ®· cã giã ta cã thÓ sö dông c¸c c«ng nghÖ dù b¸o sãng. ¦u thÕ cña dù b¸o so víi ®o ®¹c hiÖn trêng ®îc thÓ hiÖn th«ng qua møc ®é cung øng nhanh l¹i ®îc tiÕn hµnh trong v¨n phßng. Tuy nhiªn nh÷ng dù b¸o nµy ®ßi hái nhiÒu c«ng viÖc liªn quan kÓ c¶ mèi phô thuéc vµo sè liÖu quan tr¾c. 12.5 Ph¬ng ph¸p dù b¸o SMB Bretscheneider (1952) ®· hiÖu chØnh t¬ng quan dù b¸o b¸n thùc nghiÖm cña Sverdrup vµ Munk (1947) vµ thu ®îc c«ng nghÖ ®îc gäi lµ ph¬ng ph¸p Sverdrup-Munk-Brescheneider (SMB). Trong c¬ së cña ph¬ng ph¸p nµy cã 3 ph¬ng tr×nh kh«ng thø nguyªn: gH sig  0,283 tanh( 0,0125 0,42 ) (12.01) U 2w gH sig  7,540 tanh( 0,077 0,25 ) (12.02) Uw gd   6,5882 exp 0,0161(ln  ) 2  0,3692 ln   2,2024]  0,8798 ln   (12.03) Uw vµ gF  (12.04) U 2w trong ®ã: F lµ ®é dµi ®µ sãng, g lµ gia tèc träng trêng, Hsig lµ ®é cao sãng ®Æc trng, d lµ thêi gian t¸c ®éng cña giã, Tsig lµ chu kú cña sãng ®Æc trng, Uw lµ vËn tèc giã, vµ  lµ tham sè x¸c ®Þnh theo (12.04) 73
Do ph¬ng tr×nh 12.03 thêng rÊt phøc t¹p cho sö dông v× ®ßi hái x¸c ®Þnh tham sè  t¬ng øng gi¸ trÞ (gd/Uw), ph¬ng tr×nh nµy ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 12.1. Nh÷ng ph¬ng tr×nh nµy chØ ®óng cho ®iÒu kiÖn níc s©u. ViÖc sö dông chóng trong thùc tiÔn theo c¸c bíc sau: H×nh 12.1. T¬ng quan c¸c ®Æc trng sãng víi ®µ sãng vµ thêi gian t¸c ®éng (trôc tung: tham sè thêi gian (gd/Uw) , trôc hoµnh: tham sè ®µ sãng ) C¸c ®Æc trng nh kho¶ng c¸ch ®µ, F, vËn tèc giã, Uw, vµ ®é kÐo dµi cña giã, d, ®îc x¸c ®Þnh tõ c¸c nguån sè liÖu s½n cã.  ®îc x¸c ®Þnh tõ 12.04 74
B¶ng 12.1 Sè liÖu vÒ sù ph¸t triÓn cña sãng CÊp Giíi §µ sãng Thêi gian Giíi h¹n Giíi h¹n Chu M« t¶ tr¹ng th¸i biÓn Baufort h¹n vËn cùc tiÓu t¸c ®éng ®é cao chu kú kú tèc giã tèi thiÓu ®Æc trng sãng trung sãng b×nh - m/s km h m s s - 0 ®Õn 0,5 - - - - - MÆt g¬ng 1 0,5-1,5 ®Õn 9 ®Õn 0,3 ®Õn 0,2 ®Õn 0,7 0,5 Sãng l¨n t¨n 2 2,1-3,1 10-15 0,3-0,7 0,03-0,09 0,4 – 2,8 1,4 Sãng võa, cha ®æ 3 3,6-5,2 18-19 1,0-2,4 0,3-0,4 0,8-6,0 2,5 Sãng cã ®Ønh b¾t ®Çu ®æ 4 5,7- 8,3 30 - 75 3,8 – 6,6 0,7 – 1,4 1,0 – 8,8 4,0 Sãng cã ®Çu b¹c 5 8,7- 100-140 8,3-10 1,9-2,4 2,5-11 5,4 Sãng ®a d¹ng, b¹c ®Çu 10,8 nhiÒu 6 11,3- 180-330 12-17 3,0-4,6 3,4-15 6,8 Sãng lín, nhiÒu bät vµ 14,0 tia níc 7 14,4-17 420-630 20-27 5,5-7,9 4,5-18 8,5 Bät tr¾ng ph¸t triÓn m¹nh 8 17-21 780-1300 30-42 9,1-13,7 5,5-22 10,5 Bät tr¾ng bao phñ, tia níc lµm gi¶m tÇm nh×n 9 21-24 1500- 47-57 15-20 7,0-25 12,5 Bät tr¾ng bao phñ tÇm 2100 nh×n h¹n chÕ 10 24-28 2300- 63-81 22-29 7,5-30 14,7 Bät tr¾ng phñ toµn biÓn 3300 11 29 - 33 3900- 88 -101 31 - 38 8,5 - 32 16,7 Bät bÞ cuèn bay theo giã 4600 12 H¬n 33 KhÝ quyÓn ®Çy bät TÇm nh×n tèi thiÓu 75
TÝnh tham sè (gd/Uw) theo cïng thø nguyªn nh khi x¸c ®Þnh . Sö dông h×nh 12.1 trªn c¬ së hai tham sè võa ®îc x¸c ®Þnh ë c¸c bíc trªn. NÕu c¸c tham sè n»m phÝa trªn ®êng cong trong h×nh th× ®é cao sãng ®îc x¸c ®Þnh theo ®µ sãng c¨n cø vµo tham sè  ®· x¸c ®Þnh ë bíc b. Ngîc l¹i, khi ®iÓm c¸c tham sè n»m díi ®êng cong th× ®é cao sãng x¸c ®Þnh theo ®é kÐo dµi d, tÝnh to¸n theo gi¸ trÞ nhá nhÊt cña  x¸c ®Þnh theo tham sè ®é kÐo dµi vµ giíi h¹n ®êng cong. Sö dông gi¸ trÞ ®· kiÓm tra cña , c¸c tham sè sãng Hsig vµ Tsig cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh th«ng qua ph¬ng tr×nh 12.01 vµ 12.02 f. C¸c ®é cao sãng víi nh÷ng x¸c suÊt xuÊt hiÖn cã thÓ x¸c ®Þnh dÔ dµng theo c¸c ph¬ng ph¸p tr×nh bµy trong ch¬ng 11. Nh÷ng ph¬ng ph¸p gi¶i kh¸c dùa vµo to¸n ®å ®îc tr×nh bµy trong tËp I quyÓn CÈm nang b¶o vÖ bê (1973). B¶ng 12.1 ®îc lÊy theo Saunders (1965) dÉn ra mét sè sè liÖu ®Æc trng cho ®iÒu kiÖn sãng ph¸t triÓn hoµn toµn. C¸c ®iÒu kiÖn sãng ®îc dÉn ra cho vËn tèc giã lín h¬n cÊp 8 Beaufort, ®iÒu mµ chóng ta Ýt gÆp trong tù nhiªn. Tuy nhiªn vÉn cã thÓ xÈy ra sãng víi ®é cao ®Æc trng tíi 15 mÐt víi giã cÊp 11 trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n. Mét h¹n chÕ ®· ®îc sö dông trong c¸c tÝnh to¸n trªn lµ viÖc cho híng vµ vËn tèc giã kh«ng ®æi trong toµn bé kho¶ng thêi gian ph¸t triÓn sãng trªn c¶ kho¶ng c¸ch ®µ sãng. H¹n chÕ nµy ®ang ®îc gi¶m bít dÇn khi sö dông c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o sãng sau nµy 76
13 . ThiÕt kÕ tèi u E.W. Bijker, A.Paape 13.1 Më ®Çu Mét vÊn ®Ò ®· ®îc ®Ò cËp ®Õn trong ch¬ng 11 liªn quan tíi mét sè rñi ro cã thÓ chÊp nhËn trong thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh kü thuËt. C©u hái ®Çu tiªn ®Æt ra lµ “sù rñi ro c¬ b¶n nµo cÇn ®îc xö lý?” Trong ch¬ng nµy chóng ta chØ tiÕn hµnh trao ®æi nh÷ng nÐt chung. C¸c øng dông kü thuËt chuyªn s©u vÒ kü thuËt bê sÏ ®îc xem xÐt muén h¬n trong tËp sau cña gi¸o tr×nh nµy. Kü thuËt thiÕt kÕ tèi u cã thÓ sö dông trong nhiÒu vÊn ®Ò cña c¸c dù ¸n. 13.2 ChØ tiªu dù ¸n Dù ¸n bÒn v÷ng ®èi víi ký thuËt thiÕt kÕ tèi u cÇn tho¶ m·n c¸c chØ tiªu sau ®©y: 1. CÇn ph¶i cã c¸c gi¶i ph¸p lùa chän cho thiÕt kÕ. ChØ cÇn cã c¸c c«ng tr×nh t¬ng tù víi mét sè chi tiÕt kh¸c ch¼ng h¹n nh kÝch thíc hoÆc ®é bÒn. 2. Cã thÓ ®¸nh gi¸ gi¸ c¶ x©y dùng cña c¸c thiÕt kÕ lùa chän. 3. Cã thÓ x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng h háng cña c¸c thiÕt kÕ lùa chän. 4. Tæn thÊt kinh tÕ tæng céng do h h¹i cña c«ng tr×nh cã kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh ®îc. Chóng ta ®· thÊy trong ch¬ng 11 r»ng chØ tiªu thø 3 cã thÓ ®¸nh gi¸ ®èi víi mét sè lo¹i c«ng tr×nh ngoµi kh¬i. §iÒu khã kh¨n nhÊt ë ®©y chÝnh lµ viÖc ®¸nh gi¸ chØ tiªu 4. HËu qu¶ kü thuËt do “h h¹i” c«ng tr×nh cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh; nhng c¸c hËu qu¶ x· héi, m«i trêng vµ t©m lý rÊt khã ®¸nh gi¸ b»ng c¸c chØ sè kinh tÕ. Tuy nhiªn chóng ta sÏ tr×nh bµy c¸ch ®¸nh gi¸ th«ng qua c¸c chØ sè kinh tÕ. 13.3 C¸c thñ tôc tèi u ho¸ Qu¸ tr×nh tèi u ho¸ ®îc tiÕn hµnh nh sau: a. Mét thiÕt kÕ cÇn ®îc lùa chän trong sè c¸c thiÕt kÕ nªu ë chØ tiªu 1. b. §èi víi thiÕt kÕ nµy, tæng vèn ®Çu t x©y dùng cÇn ®îc ®¸nh gi¸ th«ng qua c¸c ®¬n vÞ chuyÓn ®æi vÝ dô qua gi¸ trÞ ®ång tiÒn lu hµnh. c. B»ng c¸ch nh©n kh¶ n¨ng h háng ®îc x¸c ®Þnh trong chØ tiªu 3 víi hËu qu¶ kinh tÕ cña sù h háng ®ã chóng ta thu ®îc gi¸ trÞ tiÒn tÖ cña tæn thÊt chung cã thÓ xÈy ra trong thêi gian tån t¹i cña thiÕt kÕ. d. Chóng ta cã thÓ tiÕn hµnh c¸c bíc tõ 1 ®Õn 3 ®èi víi c¸c thiÕt kÕ lùa chän kh¸c. 77
Mçi khi c¸c bíc nªu trªn ®· ®îc tiÕn hµnh, chóng ta cã thÓ lùa chän thiÕt kÕ víi gi¸ tæng céng (tæng cña gi¸ x©y dùng vµ tæn thÊt do h h¹i) nhá nhÊt. §ã chÝnh lµ ph¬ng ¸n tèi u cña chóng ta. Mét c¸ch lùa chän kh¸c cã thÓ øng dông ®îc tr×nh bµy theo c¸c bíc sau ®©y: a. Mét thiÕt kÕ cÇn ®îc lùa chän trong sè c¸c thiÕt kÕ nªu ë chØ tiªu 1. b. §èi víi thiÕt kÕ nµy cÇn x¸c ®Þnh gi¸ tæn thÊt hµng n¨m vµ gi¸ x©y dùng. ThÓ hiÖn hai lo¹i gi¸ nµy trong ®¬n vÞ kinh tÕ t¬ng øng. c. Chän tiÕp thiÕt kÕ thø hai vµ còng tiÕn hµnh x¸c ®Þnh c¸c gi¸ c¶ t¬ng tù nh trªn. d. §¸nh gi¸ thiÕt kÕ thø hai víi viÖc so s¸nh víi thiÕt kÕ thø nhÊt theo sù biÕn ®æi cña gi¸ x©y dùng vµ gi¸ tæn thÊt. e. Th«ng thêng, chØ khi gi¸ x©y dùng t¨ng Ýt h¬n gi¸ tiÕt kiÖm ®îc do gi¶m tæn thÊt th× míi chän thiÕt kÕ thø hai, biÕt r»ng gi¸ x©y dùng c«ng tr×nh theo thiÕt kÕ thø hai cao h¬n. LÆp l¹i c¸c bíc nh trªn còng sÏ dÉn tíi mét kÕt qu¶ tèi u gièng nh kÕt qu¶ theo thñ tôc tèi u tríc. C¸c vÝ dô vÒ kü thuËt thiÕt kÕ tèi u ®îc dÉn ra trong c¸c tËp II, III, vµ IV cña gi¸o tr×nh nµy. 13.4 C¸c tiÕp cËn Èn Cã thÓ hiÓu r»ng c¸c gi¸ c¶ tæn thÊt bao gåm c¸c gi¸ trùc tiÕp vµ gi¸n tiÕp. Kh«ng ph¶i lóc nµo tæn thÊt còng chØ do söa ch÷a hoÆc thay thÕ, mµ cßn cã c¸c mÊt m¸t do ph¶i ngõng s¶n xuÊt hoÆc tæn thÊt vÒ ngêi. MÆt kh¸c, c¸ch tiÕp cËn trªn ®©y cho r»ng tiÒn cã thÓ quyÕt ®Þnh cho viÖc tèi u ho¸. Cã thÓ xÈy ra trêng hîp khi chØ cã mét khèi lîng ®Çu t h¹n chÕ trong thêi ®iÓm hiÖn nay, ngêi ta lùa chän thiÕt kÕ víi gi¸ x©y dùng thÊp h¬n nhng l¹i cã gi¸ tæn thÊt lín. C¸ch tiÕp cËn t¬ng tù cã thÓ kÐo theo nhiÒu nguyªn t¾c kinh tÕ, tµi chÝnh nh lîng tiÒn mÆt ch¼ng h¹n, chóng ta sÏ kh«ng ®i s©u tr×nh bµy vÊn ®Ò nµy n÷a. Mét ®iÒu kiÖn liªn quan cÇn chó ý trong tèi u ho¸ lµ sù hiÖn diÖn c¸c quy t¾c, quy ph¹m thiÕt kÕ. Th«ng thêng c¸c thiÕt kÕ cÇn ®¸p øng tÊt c¶ c¸c quy ph¹m thiÕt kÕ ®îc luËt ph¸p quy ®Þnh. Cã thÓ nhËn thÊy r»ng nh÷ng quy ph¹m nµy cã kh¶ n¨ng lµm cho c¸c b¶n thiÕt kÕ trë nªn cøng nh¾c, b¶o thñ liªn kÕt víi c¸c chØ tiªu tèi u ho¸ cña chóng ta. 78
14 LÞch sö ph¸t triÓn c¶ng E.W. Bijker 14.1 Më ®Çu Sau khi c¸c th«ng tin c¬ b¶n ®· ®îc tr×nh bµy trong 13 ch¬ng ®Çu, chóng ta chuÈn bÞ øng dông chóng cho mét sè vÊn ®Ò ®Æc trng cña c«ng tr×nh bê. Chóng ta b¾t ®Çu c¸c nghiªn cøu øng dông tõ viÖc xem xÐt vÊn ®Ò cò nhÊt trong 3 vÊn ®Ò ®· ®îc nh¾c ®Õn trong ch¬ng 1 ®ã lµ ®¶m b¶o c¶ng an toµn cho tµu thuyÒn. C¸c chi tiÕt kh¸c nhau cña vÊn ®Ò c¶ng sÏ h×nh thµnh nªn néi dung cña 10 ch¬ng tiÕp theo cña tËp nµy. Mét sè chi tiÕt kh¸c còng sÏ ®îc ®Ò cËp trong tËp II; c¸c c«ng tr×nh ph¸ sãng ®îc tr×nh bµy riªng. Nh÷ng khÝa c¹nh lÞch sö ®îc lÊy tõ c«ng tr×nh cña Bijker (1974). 14.2 Giai ®o¹n ®Çu Ban ®Çu, c¸c c¶ng ®îc x©y dùng t¹i nh÷ng khu vùc tho¶ m·n c¶ hai ®iÒu kiÖn liªn kÕt tèt víi phÇn trong ®Êt liÒn vµ ®îc b¶o vÖ khái c¸c t¸c ®éng xÊu cña biÓn. Nh÷ng t¸c ®éng xÊu cña biÓn bao gåm t¸c ®éng tù nhiªn (sãng vµ dßng ch¶y) vµ con ngêi (cíp biÓn). Do xung quanh c¸c c¶ng cÇn cã c¸c c«ng tr×nh v× vËy chóng ®îc lùa chän t¹i vïng s©u trong ®Êt liÒn. Th«ng thêng c¸c c¶ng ®îc x©y dùng däc c¸c s«ng vµ cöa s«ng. VÝ dô c¶ng New Orleans n»m trªn bê s«ng Mississipi c¸ch cöa biÓn h¬n 100 km. Do hµng tr¨m n¨m tríc ®©y c¸c tµu thuyÒn thêng nhá, cã ®é mín níc bÐ nªn cã thÓ ®i l¹i dÔ dµng qua nhiÒu vïng níc n«ng thêng gÆp trªn c¸c ®êng thuû. §iÒu nµy còng yªu cÇu c¸c hiÓu biÕt ®Çy ®ñ vÒ ®iÒu kiÖn tù nhiªn cña ®êng thuû. VËy sÏ cã nh÷ng lîi thÕ vµ nhîc ®iÓm nµo ®èi víi viÖc cËp c¶ng cña c¸c con tµu? Cã thÓ nãi r»ng nÕu cã sù bÊt lîi trong th¬ng m¹i th× trong b·o vÖ khái cíp biÓn sÏ cã lîi thÕ h¬n. Thêi gian qua ®i, c¸c con tµu cµng ngµy cµng trë nªn to h¬n vµ vÊn ®Ò níc n«ng c¸c trë nªn cÊp b¸ch. Kh¶ n¨ng l¸i tµu cµng trë nªn tèt h¬n, khi nh÷ng ngêi l¸i hiÓu râ h¬n c¸c l¹ch s©u. C¸c nhµ ph¸t minh còng t×m c¸ch lµm gi¶m ®é s©u mím níc cho c¸c con tµu. Mét c¸ch thµnh c«ng sö dông c¸c “ship camel” - “ thuyÒn l¹c ®µ” ®· ®îc øng dông ®Ó ®a c¸c con tµu vît qua doi c¸t gÇn ®¶o Pampus tríc khi ®i vµo c¶ng Amsterdam. S¬ ®å cña thuyÒn l¹c ®µ ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 14.1; ®©y thùc tÕ lµ tiÒn th©n cña c¸c ©u tµu næi hiÖn ®¹i. 14.3 T¸c ®éng cña n¹o vÐt H¬n mét tr¨m n¨m tríc ®©y nh÷ng nhµ ph¸t minh còng ®· ®a ra ý ®å lµm s©u c¸c vïng níc n«ng b»ng c¸c m¸y xóc – n¹o vÐt. NhiÒu khi ngêi ta ®· t¹o ra 79
mét l¹ch tµu hoµn toµn míi. C¶ hai c¶ng lín cña Hµ lan lµ Amsterdam vµ Rotterdam ®Òu ®îc ®¶m b¶o b»ng kü thuËt n¹o vÐt. T¹i c¶ hai c¶ng ®ã ®Òu do n¹o vÐt mµ cã ®îc c¸c l¹c tµu nh©n t¹o nèi liÒn c¶ng víi biÓn. §iÒu thó vÞ lµ hai c¶ng nµy ®· lùa chän c¸c l¹ch tµu nh©n t¹o réng vµ s©u thay cho c¸c l¹ch tµu tù nhiªn. C¶ng Amsterdam ®· kh«ng sö dông kªnh B¾c Hµ lan nèi liÒn Den Helder mµ thay b»ng kªnh BiÓn B¾c t¹o nªn ®êng nèi ng¾n nhÊt víi Ijmuiden. §êng thuû Rotterdam còng lµ c«ng tr×nh do con ngêi t¹o ra. H×nh 14.1. ¢u thuyÒn “l¹c ®µ” 14.4 C¸c híng ph¸t triÓn hiÖn ®¹i C¸c con tµu cµng lín th× vÊn ®Ò n¹o vÐt ®Ó më vµ duy tr× c¸c l¹ch trªn mét kho¶n c¸ch dµi ®· trë thµnh mét vÊn ®Ò kinh tÕ. MÆt kh¸c viÖc c¸c tµu chë dÇu hiÖn ®¹i ®i qua c¸c l¹ch tµu nh vËy còng lµ mét vÊn ®Ò ®èi víi giao th«ng. V× nh÷ng l¹ch tµu thêng ®i qua c¸c khu tËp trung d©n c, vÊn ®Ò tæn thÊy ®èi víi x· héi do c¸c sù cè lu«n ®îc ®Æt ra. H¬n n÷a ®èi víi c¸c tµu chë c¸c hµng ho¸ gi¸ trÞ cao nh c¸c conteiner th× thêi gian khi ®i däc c¸c l¹ch tµu dµi còng lµm t¨ng tæn thÊt kinh tÕ. Nh×n chung cã thÓ nãi r»ng hµng ho¸ ®i trªn ®Êt liÒn nhanh h¬n ®i trªn biÓn. Nh÷ng nguyªn nh©n trªn, ®ång thêi víi sù gi¶m nguy c¬ cíp biÓn ®· dÉn ®Õn sù ph¸t triÓn c¸c c¶ng gÇn ®êng bê h¬n. C¸c c¶ng Maasvlakte vµ Europoort ë Rotterdam lµ nh÷ng thÝ dô vÒ gi¶i ph¸p trªn. NhiÒu c¶ng kh¸c nh London, Amsterdam, vµ Hamburg còng ®· cã c¸c kÕ ho¹ch ph¸t triÓn t¬ng tù. RÊt nhiÒu c¶ng míi ®îc ph¸t triÓn trªn c¸c vïng ®Êt ®îc lÊp míi. Sù ®¾t ®á cña c¸c vïng ®Êt ®« thÞ cæ còng gãp phÇn ®a c¸c c¶ng ®i ra phÝa biÓn. Xu thÕ dich chuyÓn nªu trªn cßn cha ®Õn håi kÕt. Mét sè trang bÞ c¬ së biÓn kh¬i còng ®îc ph¸t triÓn rÊt nhanh. Chóng ta cÇn nghÜ tíi x©y dùng mét ®¶o 80
c¶ng trªn biÓn hoÆc ph¸t triÓn vµ øng dông c¸c phao neo ®¬n cã thÓ thay thÕ c¸c c¶ng truyÒn thèng ®èi víi mét sè chñng lo¹i tµu vËn t¶i. Trong 10 ch¬ng tiÕp theo chóng ta sÏ xem xÐt chi tiÕt mét sè vÊn ®Ò chuyªn vÒ c¶ng. 81