Rủi ro hàng hải và các biện pháp giảm nhẹ áp dụng trong quá trình thiết kế luồng tàu vào cảng

RỦI RO HÀNG HẢI VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM NHẸ ÁP DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ LUỒNG TÀU VÀO CẢNG MARINE RISKS AND ALLEVIATION METHODS APPLIED IN THE DESIGN OF ACCESS CHANNEL TH.S HOÀNG HỒNG GIANG Khoa Công trình thủy, Đại học Hàng hải Việt Nam ABSTRACT: With reference to earlier researches a need has risen for more fundamental research into the design process of access channels to the port, especially for the probabilistic design of the access channel. Also in practice a need has risen in this field as the costs of entrance access channels increase, due to the ever growing ship dimensions. In this paper the risk mechanism of the navigating vessels in the access channel and the alleviation methods of these marine risks applied in the design of the access channel is discussed. 1. Giới thiệu chung về rủi ro hàng hải trên luồng 1.1 Rủi ro hàng hải trên luồng Khái niệm rủi ro trong hàng hải trên luồng thường liên quan đến tần suất xảy ra tai nạn và các hậu quả của nó. Khi nói đến an toàn sinh mạng trên biển, hậu quả của một tai nạn thường được tính bằng số người thiệt mạng và mức độ rủi ro có thể được tính toán như sau: ( )1ca NfRisk ×= Trong đó: fa là tần suất xảy ra của 1 tai nạn Nc là số nạn nhân thiệt mạng Đối với cảng và luồng dẫn tàu vào cảng thì hậu quả của một tai nạn hàng hải xảy ra trên luồng vào cảng có thể không phải là sự thiệt hại về con người mà là các hư hỏng, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường hoặc các tổn thất kinh tế liên quan đến doanh thu của cảng. Các ảnh hưởng hoặc nguy hiểm đến môi trường ngày nay đang là vấn đề được chú trọng hàng đầu trong các dự án phát triển và xây dựng cảng. Các tổn thất kinh tế liên quan đến doanh thu của cảng có thể xuất phát từ nguyên nhân một tàu bị tai nạn trên luồng và chiếm giữ luồng vào cảng, gây hiện tượng tắc nghẽn trên luồng và ngăn cản một phần hoặc hoàn toàn các hoạt động giao thông (hàng hải) khác trên luồng vào cảng. Trong các trường hợp này, hậu quả của tai nạn không tính bằng số người thiệt mạng mà bằng một đơn vị đo lường khác bao gồm cả các thiệt hại về môi trường và các thiệt hại kinh tế. Công thức xác định mức độ rủi ro sẽ là: ( )2ca MfRisk ×= Trong đó: Mc là đại lượng thể hiện hậu quả của tai nạn. Để hạn chế rủi ro về người trên biển (Nc), người ta chú trọng đến vấn đề thiết kế tàu, các thiết bị cứu sinh trên tàu và các trang thiết bị tìm kiếm cứu nạn (search and rescue - SAR). Để hạn chế các rủi ro liên quan đến môi trường, người ta chú trọng đến vấn đề thiết kế tàu (Ví dụ như thiết kế tàu dầu có 2 lớp vỏ – double hull) hoặc phát triển các biện pháp ứng cứu, xử lý môi trường. Khi rủi ro là sự tắc nghẽn giao thông trên luồng vào cảng, người ta cần phải quan tâm đặc biệt đến độ rộng luồng tàu vào cảng, các biện pháp tàu lai hỗ trợ, tàu hộ tống hoặc các biện pháp tương tự khác. Đại lượng Mc và Nc trong công thức (1) và (2) phụ thuộc chủ yếu vào quá trình thiết kế tàu và cách thức khai thác tàu. Đại lượng fa phụ thuộc một phần vào quá trình thiết kế tàu và một phần vào cách thức khai thác tàu, như vậy một thiết kế tàu kém hay khai thác (vận hành) một chiếc tàu kém đều dễ dàng dẫn đến tai nạn. Trong quá trình thiết kế luồng tàu vào cảng, người ta tập trung đến thành phần khai thác (vận hành) của fa để đảm bảo rằng thành phần này không là nguyên nhân chính dẫn đến gia tăng giá trị rủi ro cao. Do vậy có thể giả sử rằng khó có thể thay đổi mối quan hệ giữa fa và quá trình thiết kế tàu vì hầu hết các cảng trên thế giới đều phải chấp nhận tất cả các tàu (và thiết kế của chúng) đến từ khắp nơi trên thế giới. Thông số fa có thể được coi là mức độ tai nạn hoặc mức độ xảy ra tai nạn và có thể biểu diễn dưới dạng xác suất như sau: Mức độ xảy ra tai nạn = x lần trong 106 lần hàng hải qua luồng Hay bằng x lần trong 103 lần số chuyến tàu qua cảng. x được hiểu là số lần xảy ra tai nạn. Tai nạn đối với tàu hàng hải trên luồng được phân thành nhiều loại theo từng khía cạnh kỹ thuật khác nhau, quá trình thiết kế luồng tàu chủ yếu quan tâm đến các loại tai nạn sau: - Va chạm tàu-tàu (collision): xảy ra khi 2 tàu đang hành trình trên luồng, cùng chiều hoặc ngược chiều va chạm vào nhau. - Va chạm tàu-đáy luồng (grounding): xảy ra khi 1 tàu đang hành trình trên luồng nhưng bị va vào đáy của tuyến luồng, mái dốc hoặc bờ của kênh, luồng tàu hoặc sông. - Mắc cạn (stranding): là một trường hợp đặc biệt của va chạm tàu-đáy luồng (grounding) xảy ra khi tàu không thể tiếp tục hành trình trên tuyến luồng do không đủ độ sâu mớn nước hàng hải. - Các va chạm khác như khi tàu đang hành trình trên luồng và va chạm với các công trình, kết cấu cứng như cầu cảng, các công trình báo hiệu cố định (impact) hoặc va chạm với các vật nổi di chuyển được như phao tiêu, ụ nổi, tàu đang neo đậu (striking). Tất cả các loại hình tai nạn trên sẽ ảnh hưởng tới quá trình thiết kế luồng tàu vào cảng. 1.2 Ước tính giá trị rủi ro hàng hải trên luồng Mức độ tai nạn (hay xác suất xảy ra tai nạn) được xác định cho từng loại hình tai nạn và các yếu tố liên quan khác. Tổng rủi ro sẽ được tính bằng tổng các rủi ro riêng biệt và độc lập. ( )3stisgco rrrrrr ++++= Trong đó: r0 là tổng giá trị rủi ro. rc là giá trị rủi ro của tai nạn va chạm tàu-tàu rg là giá trị rủi ro của tai nạn tàu-đáy luồng rs là giá trị rủi ro của tai nạn mắc cạn rs và rst là giá trị rủi ro của các loại tai nạn khác với các vật cứng không di chuyển được (impact) và các vật nổi di chuyển được (stricking). Các giá trị trên có thể được thể hiện dưới dạng tần suất hoặc xác suất tính trên một khoảng thời gian ví dụ như xác suất xảy ra tai nạn trên 1000 lần hàng hải qua luồng. Rủi ro hoặc thay đổi mức độ rủi ro qua quá trình thiết kế luồng tàu vào cảng có thể được đánh giá thông qua các mô phỏng trên máy tính. Các mô phỏng này có thể dự đoán được số lần gặp nhau giữa các tàu hàng hải qua tuyến luồng và từ đó có thể tính toán được mức độ va chạm (tai nạn), một thông số của công thức (2). Các mô phỏng máy tính phức tạp này thường được sử dụng đối với các tuyến luồng lớn, có mật độ tàu thuyền qua lại nhiều và có hệ thống cơ sở dữ liệu thống kê đầy đủ để có thể phát triển và kiểm định tính đúng đắn của kết quả cho bởi mô hình mô phỏng. Đối với các tuyến luồng và cảng nhỏ, ít quan trọng hơn, người ta có thể sử dụng các công thức bán kinh nghiệm để tính toán trực tiếp xác suất xảy ra tai nạn va chạm giữa tàu-đáy luồng (grounding) cho một lần hàng hải qua luồng như sau [1]: Trong đó: K là hằng số kinh nghiệm, xác định thông qua 105 lần tàu hàng hải qua luồng. )4( w L Kf cg ×= Lc là chiều dài tuyến luồng w là chiều rộng luồng Công thức trên cho ta thấy rằng tai nạn va chạm giữa tàu-đáy luồng thường xảy ra nhiều theo chiều dọc tuyến luồng và xảy ra ít theo bề rộng luồng. Tương tự, đối với loại hình va chạm giữa tàu và các vật nổi di chuyển (stricking), chúng ta có thể tính Trong đó: K là hằng số kinh nghiệm xác định qua 10 toán xác suất xảy ra tai nạn cho một lần hàng hải qua tuyến luồng như sau [1]: g g trung bình của tàu, tính theo ẹ rủi ro Kh một tuyến luồng mới thiết kế chúng ta tiến hành so sánh với ervice) erating limits) vigation) hai chiều, vượt, tránh ...) (Traffic Các được bàn kỹ dưới đây. uồng Hệ úp đắc lực cho vấn đề hàng hải trên luồng. Hệ thống g hải trên luồng. ước nào đó ... 2.2 Các hạn chế khai thác (Operating limits) Hạ u để hạn chế rủi ro hàng hải trên luồng. Các hạn ai thác dựa trên kết quả tổng hợp các kinh nghiệm khai thác qua nhiều năm. Người thiết kế luồng có thể đưa thêm các điều kiện mới hoặc sửa đổi các 5 lần hàng hải )5( f f st w L RKf ××= R là xác suất xảy ra tình huống tránh va không thành côn Lf là chiều dài vật nổi tính theo phương chiều dọc luồng wf là khoảng cách từ vật nổi đến chiều rộng dải hoạt độn phương chiều rộng luồng. 1.3 Các biện pháp giảm nh i đã ước tính được mức độ rủi ro của tình hình thực tế khai thác của tuyến luồng trước khi thiết kế hoặc so sánh với các tiêu chuẩn, khuyến nghị, công ước quốc tế. Sau đó, cần phải đánh giá liệu mức độ rủi ro của tuyến luồng mới thiết kế là chấp nhận được hay không. Nếu không chấp nhận được thì cần phải có biện pháp để giảm nhẹ mức độ (xác suất) rủi ro. Bên cạnh việc cải thiện thiết kế đã thực hiện (hoặc ngay cả phải thiết kế lại), các biện pháp sau cũng có thể được áp dụng: - Trang bị hệ thống VTS (Vessel Traffic S - Hạn chế điều kiện khai thác của tuyến luồng (Op - Các qui định hàng hải trên luồng (Rules of operation) - Trang bị hệ thống thiết bị báo hiệu hàng hải (Aids to na - Các chế độ hàng hải (phân luồng) trên tuyến luồng (một chiều, separation schemes) phương pháp này sẽ 2. Các phương án giảm nhẹ rủi ro hàng hải trên l 2.1 Hệ thống VTS (Vessel Traffic Service) thống VTS được coi như một công cụ trợ gi cung cấp các hướng dẫn, trợ giúp và thông tin về các tàu hàng hải trên tuyến luồng. Giao thông trên toàn bộ tuyến luồng được giám sát bởi trung tâm VTS. Trung tâm VTS có thể yêu cầu các tàu tuân thủ các yêu cầu hàng hải, ví dụ như: - Tuân thủ giới hạn vận tốc hàn - Neo tại vùng neo. ải vượt quá một điểm cho tr- Không được hàng h n chế điều kiện khai thác là một công cụ hữu hiệ chế này có thể là yêu cầu sử dụng tàu lai, thời gian qua cảng, các kịch bản tình trạng khẩn cấp ... do đó nó ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của cảng. Các cảng thường đưa ra các điều kiện hạn chế kh điều kiện hạn chế đã được áp dụng nhưng phải tính toán kỹ các ưu nhược điểm và tính phù hợp với thực tế khai thác. Thông thường phải sử dụng kỹ thuật mô phỏng để kiểm nghiệm các hạn chế khai thác này. 2.3 Các qui định khai thác (Rules of operation) Các qui định khai thác thường là cơ sở chủ yếu để ng điều kiện nào thì tàu có kích thước bao nhiêu đ khai thác một tuyến luồng (cảng), ví dụ qui định tro ược phép hàng hải, trong trường hợp khẩn cấp ẽ ảnh hưởng đến việc hàng hải trên ếu trong hạn chế các rủi ro thiết bị này cần phải được ắp đặt sao cho khoảng cách giữa hai hàng phao không được vượt quá khoảng cách 1 hải lý. là êu thường tốn kém do kết cấu phức tạp. Bên cạnh đó việc sử dụng cũng có hạn vệ tinh với các công cụ ế rủi ro hàng hải trên luồng bằng các có thể có các tuyến luồng nhỏ, ven bờ ững vấn đề chủ yếu của quá trình thiết kế luồng tàu vào cảng theo phương pháp xác suất ược các yếu tố rủi ro của quá trình hàng hải trên luồng, hiểu cặn kẽ về cơ cấu hình thành, cơ chế hoạt động của các rủi ro, sự liên hệ giữa chúng và cơ chế khai thác của giao thông hàng hải thì cần phải làm thế nào ... Các qui định khai thác không những có tác dụng nâng cao tính an toàn mà còn giúp giảm giá trị đầu tư cho tuyến luồng qua việc tiết kiệm giá trị nạo vét cơ bản và nạo vét duy tu, ví dụ như qui định về mực nước thông tàu cao đồng nghĩa với việc tuyến luồng không cần nạo vét quá sâu. Bên cạnh các ưu điểm, nhược điểm của nó là tăng thời gian chờ tàu và các thiệt hại kinh tế do tàu phải chờ đợi hoặc cảng phải chờ đợi. Thời gian chờ đợi này cũng có thể do ảnh hưởng của gió, dòng chảy, sóng hoặc tầm nhìn xa kém ... Nếu thời gian chờ đợi được dự báo (lập lịch) một cách chính xác và chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định nào đó thì hoàn toàn có thể giảm kích thước luồng tàu mà không cần phải cân đối đến yếu tố an toàn. Việc áp dụng khái niệm cửa sổ thông tàu (navigation window) và thời gian tàu chờ (downtime) để tránh các tình huống nguy hiểm khi tàu hàng hải trên luồng s luồng. Thời gian 1 tàu phải chờ đợi để hàng hải qua tuyến luồng sẽ tăng lên và do đó tổng thời gian các tàu phải chờ đợi hàng năm sẽ tăng lên và tất nhiên dẫn đến các thiệt hại kinh tế hàng năm khai thác. Do vậy, để có các qui định khai thác tuyến luồng hiệu quả và đúng đắn thì các qui định khai thác cần phải được xem xét trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật. 2.4 Hệ thống thiết bị báo hiệu an toàn hàng hải (Aids to navigation) Hệ thống các thiết bị báo hiệu an toàn hàng hải là một công cụ không thể thi hàng hải trên luồng. Việc xác định chủng loại, kích thước và vị trí của các xem như là một phần quan trọng của quá trình thiết kế luồng. Các hoa tiêu hoặc thuyền trưởng có kinh nghiệm dẫn tàu trên luồng nhiều năm cần phải được tham khảo ý kiến và đề xuất ý kiến, nếu có thể thì cần phải sử dụng kỹ thuật mô phỏng để đánh giá hiệu quả của các thiết bị báo hiệu an toàn hàng hải này. Hệ thống phao dẫn đường cần phải được thắp sáng vào ban đêm, trang bị các bộ phản xạ radar và phải s Lựa chọn giữa hệ thống phao nổi và các tiêu dẫn đường cố định thường được xem xét trên cơ sở yêu cầu sử dụng của tuyến luồng và giá trị đầu tư, khai thác. Các tiêu dẫn đường cố định có ưu điểm không thay đổi vị trí khi mực nước thay đổi do ảnh hưởng của thuỷ triều. Khi các phao nổi dẫn đường bị hư hỏng chúng cần phải được sửa chữa kịp thời. Các phao và tiêu này cần phải được sắp đặt đúng theo các yêu cầu của IALA (International Association of Lighhouse Authorities – Hiệp hội Quốc tế Quản lý Đèn biển). Các chập tiêu (định hướng thẳng) cũng có thể sử dụng để dẫn đường trên các tuyến luồng thẳng. Việc sử dụng các chập ti chế do các tàu thường hàng hải trên luồng dưới một góc dạt nhất định (3o-5o) Ngày nay, với sự trợ giúp của các hệ thống dẫn đường vô tuyến, vệ tinh (DGPS) việc hàng hải trên luồng trở lên an toàn hơn rất nhiều. Kết hợp các hệ thống dẫn đường vô tuyến, như hải đồ điện tử (ECS, ECDIS) thì việc xác định chính xác vị trí của tàu so với biên luồng và các hệ thống báo hiệu an toàn hàng hải là rất dễ dàng. 2.5 Phân luồng giao thông (Traffic separation schemes) Phân luồng giao thông (Traffic separation schemes -TSS) hạn ch h chia giao thông trên luồng thành các làn riêng biệt. Cũng cho tàu thuyền nhỏ sử dụng riêng biệt. Phân luồng giao thông cũng giúp hạn chế va chạm tại các điểm cắt ngang hoặc chỗ giao nhau của các tuyến luồng. 3. Kết luận Một trong nh là đánh giá đ trên tuyến luồng. Việc đánh giá rủi ro của các hoạt động hàng hải trên luồng ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả đánh giá, so sánh các phương án thiết kế của một tuyến luồng chạy tàu. Và tất nhiên, để đánh giá và tìm ra các số liệu chính xác về mức độ rủi ro hàng hải trên luồng là một điều rất khó khăn, hơn nữa ảnh hưởng của yếu tố con người đến các rủi ro là một vấn đề rất hóc búa. Mục đích của việc thiết kế và khai thác tuyến luồng là đạt được tính an toàn cần thiết và đạt được hiệu ide for design, 1997 ijling, Probability of obstruction of the entrance channel, November 1995 tistical methods for the risk-based design of civil structures, January 2000 ion of ship manoeuvring areas, General cảng, ng pháp PIANC, Nội san KHCN Hàng hải, quả kinh tế cho việc khai thác tàu đến và đi từ cảng, do đó người thiết kế cần phải biết cân nhắc giữa các lợi ích về an toàn và các lợi ích về kinh tế, các yêu cầu thương mại... điều này đòi hỏi chúng ta phải nỗ lực đầu tư nghiên cứu một cách sâu sắc hơn nữa vấn đề thiết kế xác suất luồng tàu vào cảng, đánh giá rủi ro hàng hải trên luồng. Tài liệu tham khảo [1] PIANC, Approach channels, a gu [2] Prof.drs.ir. J.K. Vr [3] P.Van Gelder, Sta [4] J.R.Iribarren, Determining the horizontal dimens recommendations and simulator studies, December 1997 [5] Hoàng Hồng Giang, Áp dụng kỹ thuật mô phỏng buồng lái trong thiết kế bề rộng luồng vào Nội san KHCN Hàng hải, Đại học Hàng hải Việt Nam, tháng 11 năm 2003 [6] Hoàng Hồng Giang, Thiết kế bề rộng luồng tàu theo phươ Đại học Hàng hải Việt Nam, tháng 4 năm 2004