Việc đóng cọc xung kích thủy lực không giảm chấn đối với các cọc đơn (monopile) điện gió ngoài khơi đường kính từ 8 đến 11 mét tạo ra mức áp suất âm thanh đỉnh (zero-to-peak) dưới nước từ 208 đến 222 dB re 1 uPa và mức phơi nhiễm âm thanh một nhát búa (SELss) từ 183 đến 194 dB re 1 uPa2s ở khoảng cách 750 mét. Để bảo vệ cá heo chuột cảng và các loài cá voi tấm sừng có nguy cơ tuyệt chủng theo mức trần luật định 160 dB SEL / 190 dB Lpk của cơ quan BSH Đức và giới hạn Dịch chuyển ngưỡng nghe vĩnh viễn (PTS) của NOAA Fisheries, các nhà phát triển điện gió ngoài khơi triển khai kết hợp Bộ giảm chấn thủy âm (HSD) gần cọc và Màn chắn bọt khí lớn kép (DBBC) ở trường xa, đạt được độ suy giảm âm thanh băng thông rộng từ 18 đến 24 dB (giảm 98,4% đến 99,6% năng lượng âm thanh bức xạ). Các số liệu dưới đây được lấy từ Cục Quản lý Năng lượng Đại dương Hoa Kỳ (BOEM), Cơ quan Hàng hải và Thủy đạc Liên bang Đức (BSH), NOAA Fisheries (NMFS) và các bộ dữ liệu thực địa trên tạp chí Marine Environmental Research.
TL;DR
- Mức SEL một nhát búa của cọc đơn XL không giảm chấn (đường kính 8–11 m) ở 750 m: 183 đến 194 dB re 1 uPa2s (Giám sát thực địa BSH / BOEM)
- Mức đỉnh (Lpk) của cọc đơn XL không giảm chấn ở 750 m: 208 đến 222 dB re 1 uPa (BSH / Marine Environmental Research)
- Giới hạn tiếng ồn dưới nước theo luật định của BSH Đức ở 750 m: 160 dB re 1 uPa2s (SEL05) và 190 dB re 1 uPa (Lpk) (Tiêu chuẩn BSH)
- Độ suy giảm băng thông rộng của Màn chắn bọt khí lớn đơn (BBC): 10 đến 15 dB ở 750 m (BOEM / Thử nghiệm điện gió Biển Bắc)
- Độ suy giảm băng thông rộng của Màn chắn bọt khí lớn kép (DBBC): 14 đến 19 dB ở 750 m (BSH / Marine Environmental Research)
- Độ suy giảm kết hợp Hệ thống gần cọc (HSD / IHC NMS) + DBBC: 18 đến 24 dB băng thông rộng (Nhật ký thi công được chứng nhận BSH)
- Lưu lượng khí nén cần thiết để vận hành DBBC hiệu quả: 0,30 đến 0,50 m3/phút trên mỗi mét dài ống vòi phun (Báo cáo kỹ thuật BOEM)
- Năng lượng nhát búa cho cọc đơn tuabin 12–15 MW thế hệ mới: 3.500 đến 5.500 kJ mỗi nhát ở tốc độ 30–45 nhát/phút (BOEM / Dữ liệu điện gió ngoài khơi)
- Tổng số nhát búa cần thiết cho mỗi móng cọc đơn ngoài khơi: 2.500 đến 5.200 nhát trong 2,5 đến 4,5 giờ (BSH / BOEM)
- Ngưỡng khởi phát PTS của NOAA Fisheries đối với cá voi tấm sừng (xung kích): 183 dB SELcum (trọng số LF) / 219 dB Lpk (Hướng dẫn NOAA NMFS)
- Ngưỡng khởi phát PTS của NOAA Fisheries đối với cá heo chuột cảng (xung kích): 155 dB SELcum (trọng số VHF) / 202 dB Lpk (Hướng dẫn NOAA NMFS)
- Bán kính né tránh hành vi của cá heo chuột cảng (không giảm chấn so với DBBC+HSD): Giảm từ 22–30 km xuống còn 1,5–3,8 km (Marine Environmental Research)
1. Mức âm tại nguồn và ở khoảng cách 750 mét khi đóng cọc xung kích cọc đơn không giảm chấn
Khi búa xung kích thủy lực đập vào đỉnh cọc đơn bằng thép ngoài khơi với năng lượng từ 2.500 đến 5.500 kilojoule, nó truyền một sóng ứng suất nén siêu thanh dọc theo thành cọc xuống dưới với vận tốc ~5.100 m/s. Vì sự giãn nở kết cấu Poisson này di chuyển nhanh hơn vận tốc âm thanh trong nước biển (~1.500 m/s), nó phóng ra một sóng Mach hình nón vào cột nước ở góc khoảng 17 độ và kích thích các sóng địa chấn Rayleigh dưới đáy biển bức xạ ngược trở lại vào nước. Trong khi việc đóng móng trên đất liền được trình bày chi tiết trong thống kê tiếng ồn và rung động khi đóng cọc xây dựng đô thị, các cọc đơn ngập nước ngoài khơi truyền âm trực tiếp vào môi trường biển có trở kháng cao với tổn hao truyền lan hình học tối thiểu ở vùng nước nông thềm lục địa (độ sâu 25 đến 50 mét).
| Loại móng và đường kính cọc đơn | Năng lượng nhát búa điển hình (kJ) | SEL một nhát búa không giảm chấn ở 750 m (dB re 1 uPa2s) | Mức đỉnh (Lpk) không giảm chấn ở 750 m (dB re 1 uPa) | Nguồn |
|---|---|---|---|---|
| Cọc ghim chân đế Jacket 4 chân (đường kính 2,4 - 3,5 m) | 800 - 1.800 kJ | 172 - 179 dB | 196 - 204 dB | BOEM / BSH Monitoring |
| Cọc đơn tiêu chuẩn (5,0 - 6,5 m, tuabin 4–6 MW) | 1.500 - 2.500 kJ | 177 - 184 dB | 202 - 210 dB | BSH North Sea Dataset |
| Cọc đơn cỡ lớn (7,5 - 9,0 m, tuabin 8–10 MW) | 2.500 - 4.000 kJ | 183 - 189 dB | 208 - 216 dB | Marine Environmental Research |
| Cọc đơn siêu lớn XL (9,5 - 11,5 m, tuabin 12–15 MW) | 4.000 - 5.500 kJ | 187 - 194 dB | 213 - 222 dB | BOEM / US Atlantic & North Sea |
| SEL tích lũy (SELcum, 3.500 nhát không giảm chấn ở 750 m) | 3.000 - 4.500 kJ | 217 - 226 dB (tích lũy) | — | NOAA NMFS / BOEM Modeling |
| Trần luật định BSH Đức ở 750 m (phân vị thứ 95 SEL05) | Tất cả công trình thương mại | <= 160 dB SEL05 | <= 190 dB Lpk | German BSH Noise Standard |
Nguồn: US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) Acoustic Monitoring và German BSH Offshore Noise Standard
2. Độ suy giảm của màn chắn bọt khí và hệ thống giảm ồn gần cọc
Để thu hẹp khoảng cách từ 23 đến 34 dB giữa tiếng ồn cọc đơn XL không giảm chấn và ngưỡng quy định 160 dB SEL05, các nhà thầu triển khai các rào cản âm thanh hai lớp. Màn chắn bọt khí lớn kép (DBBC) ở trường xa đặt hai ống vòi phun đục lỗ đồng tâm trên đáy biển ở bán kính từ 60 đến 150 mét quanh cọc, tạo ra một bức tường bọt khí dâng lên gây ra sự lệch trở kháng âm mạnh và tán xạ cộng hưởng. Vì dòng thủy triều trên 0,7 m/s có thể cuốn trôi luồng bọt khí làm hở màn chắn gần mặt nước, các nhà phát triển kết hợp DBBC với một hệ thống gần cọc không phụ thuộc dòng chảy như lưới Bộ giảm chấn thủy âm (HSD) gồm các phần tử điều chỉnh chứa bọt xốp/khí hoặc Màn chắn giảm thiểu tiếng ồn IHC (NMS) dạng ống kín.
| Cấu hình hệ thống giảm thiểu tiếng ồn | Độ suy giảm SEL băng rộng ở 750 m (dB) | Mức giảm đỉnh (Lpk) ở 750 m (dB) | Dải tần số chi phối đạt hiệu quả cực đại | Nguồn |
|---|---|---|---|---|
| Màn chắn bọt khí lớn đơn (BBC, khí >= 0,3 m3/phút/m) | 10 - 15 dB | 12 - 17 dB | 125 Hz - 4.000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
| Màn chắn bọt khí lớn kép (DBBC, các vòng đồng tâm) | 14 - 19 dB | 16 - 22 dB | 80 Hz - 8.000 Hz | BOEM / BSH Field Logs |
| Lưới cộng hưởng gần cọc Bộ giảm chấn thủy âm (HSD) độc lập | 10 - 13 dB | 11 - 15 dB | 63 Hz - 2.000 Hz | Marine Environmental Research |
| Màn chắn giảm thiểu tiếng ồn IHC (NMS, ống thép hai vách) | 13 - 17 dB | 14 - 19 dB | 50 Hz - 5.000 Hz | BSH Certified Trial Reports |
| Mảng cộng hưởng âm học dưới nước AdBm (tấm Helmholtz) | 11 - 15 dB | 12 - 16 dB | 60 Hz - 1.000 Hz | BOEM / North Sea Trials |
| Kết hợp HSD gần cọc + DBBC trường xa (Hệ thống nối tiếp) | 18 - 24 dB | 20 - 27 dB | 50 Hz - 10.000 Hz | BSH / BOEM US Atlantic |
| Kết hợp IHC NMS + DBBC trường xa (Hệ thống nối tiếp) | 20 - 25 dB | 22 - 28 dB | 40 Hz - 10.000 Hz | BSH / Marine Environmental Research |
Nguồn: Marine Environmental Research Offshore Pile Driving Abatement Studies
3. Độ suy giảm phụ thuộc tần số và giới hạn truyền vòng qua đáy biển
Một hạn chế kỹ thuật quan trọng của các rào cản tiếng ồn trong cột nước là hiện tượng truyền vòng địa chấn qua đáy biển (seabed seismic flanking). Ngay cả khi màn chắn bọt khí chặn được 99,9% hình nón Mach truyền trực tiếp trong nước, các sóng nén và sóng cắt bức xạ từ nửa dưới chôn sâu của cọc đơn vẫn truyền ra ngoài qua lớp trầm tích biển và trồi lên lại cột nước bên ngoài vòng màn chắn bọt khí. Cũng giống như sóng mặt đất tần số thấp đi vòng qua các rào chắn bề mặt trong thống kê rung động truyền qua đất và tiếng ầm ĩ của tàu điện ngầm, hiện tượng truyền vòng qua đáy biển giới hạn độ suy giảm tối đa dưới nước có thể đạt được ở mức 8 đến 14 dB dưới tần số 63 Hz bất kể công suất máy nén khí.
| Dải tần số 1/3 quãng tám | Tỷ trọng năng lượng cọc đơn XL không giảm chấn | Độ suy giảm BBC đơn (dB) | Độ suy giảm nối tiếp HSD + DBBC (dB) | Cơ chế vật lý giới hạn |
|---|---|---|---|---|
| 16 Hz - 50 Hz | 12% - 18% | 4 - 7 dB | 8 - 12 dB | Truyền vòng sóng Rayleigh đáy biển ra ngoài vòng chắn |
| 63 Hz - 125 Hz | 35% - 45% (Đỉnh phổ sơ cấp) | 9 - 13 dB | 16 - 21 dB | Cộng hưởng phần tử xốp HSD + tường bọt khí |
| 160 Hz - 315 Hz | 28% - 35% (Đỉnh phổ thứ cấp) | 13 - 18 dB | 21 - 26 dB | Lệch trở kháng đám mây bọt khí |
| 400 Hz - 1.000 Hz | 8% - 12% | 18 - 25 dB | 25 - 32 dB | Hấp thụ cộng hưởng bọt khí Minnaert |
| 1.250 Hz - 10.000 Hz | < 3% | 22 - 30 dB | 28 - 35 dB | Tán xạ tần số cao + tắt dần trong nước biển |
Nguồn: BOEM Technical Report on Low-Frequency Seabed Propagation and Flanking
4. Các loại búa giảm ồn thay thế và phương pháp lắp đặt không xung kích
Để giảm sự phụ thuộc vào đội tàu máy nén khí (vốn tiêu thụ từ 15.000 đến 28.000 lít dầu diesel hàng hải cho mỗi cọc đơn chỉ để chạy 12 đến 18 máy nén khí trên boong cho hệ thống DBBC), các liên danh kỹ thuật đã phát triển búa kéo dài xung và hệ thống hạ cọc rung. Bằng cách kéo dài thời gian nhát búa từ 4 mili giây lên 15–30 mili giây nhờ buồng đệm hoặc bộ giảm chấn tia nước, các loại búa định hình xung giúp dịch chuyển năng lượng âm thanh ra khỏi dải 100–300 Hz và hạ mức đỉnh từ 6 đến 11 dB ngay tại nguồn.
| Công nghệ lắp đặt móng | Mức giảm SEL băng rộng so với búa xung kích | Mức giảm đỉnh (Lpk) | Hạn chế vận hành / địa kỹ thuật | Nguồn |
|---|---|---|---|---|
| Búa thủy lực kéo dài xung (IQIP PULSE / MENCK MNRU) | 4 - 8 dB | 6 - 11 dB | Giảm biên độ đỉnh qua nhát đập có đệm 20 ms | BSH / Manufacturer Trials |
| Đóng cọc rung (Búa rung dọc trục) | 15 - 20 dB | 18 - 25 dB (Liên tục) | Chối trong trầm tích băng hà đặc; cần đóng xung kích cuối | BOEM / North Sea Demos |
| Đóng cọc nhẹ nhàng (GDP, rung dọc trục + xoắn tần số cao) | 16 - 22 dB | 20 - 26 dB | Đã chứng minh trên cọc vừa; đang mở rộng lên cọc XL 10 m | Carbon Trust / TUD GDP |
| Đóng cọc kết hợp xói tia nước bên trong | 8 - 14 dB | 9 - 15 dB | Giảm 40%–60% ma sát thành nút đất bên trong cọc | Marine Environmental Research |
| Móng chân đế thùng hút chân không / Mono-Bucket | 25 - 35 dB (Chỉ có tiếng ồn bơm) | > 35 dB (Không có nhát đập) | Giới hạn ở nền cát/sét đồng nhất không có đá tảng | BSH / Dogger Bank & Borkum Riffgrund |
Nguồn: German BSH and Offshore Wind Industry Low-Noise Foundation Trials
5. Ngưỡng PTS/TTS đối với động vật có vú biển và bán kính vùng cấm
Việc cấp phép theo quy định ở cả Châu Âu và Hoa Kỳ đều xoay quanh việc ngăn ngừa Dịch chuyển ngưỡng nghe vĩnh viễn (PTS, tổn thương không thể phục hồi đối với tế bào lông tai trong) và giảm thiểu Dịch chuyển ngưỡng nghe tạm thời (TTS) cũng như sự xua đuổi khỏi sinh cảnh của hệ động vật biển. Bổ sung cho các mức nền tiếng ồn tàu biển liên tục được theo dõi trong thống kê hiện tượng xâm thực chân vịt tàu biển và tiếng ồn dưới nước, NOAA Fisheries (NMFS) thiết lập các tiêu chí kép có trọng số tần số cho hoạt động đóng cọc xung kích. Tại vùng biển Đại Tây Dương của Hoa Kỳ, việc bảo vệ loài cá voi đầu cong Bắc Đại Tây Dương đang cực kỳ nguy cấp đòi hỏi các phao Giám sát âm thanh thụ động (PAM) và quan sát viên trực quan để duy trì vùng an toàn trải rộng tới 10 km trong quá trình đóng cọc trái mùa hoặc năng lượng cao.
| Nhóm thính giác động vật có vú biển (NOAA NMFS) | Khởi phát PTS xung kích (SELcum trọng số / Lpk không trọng số) | Khởi phát TTS xung kích (SELcum trọng số / Lpk không trọng số) | Bán kính rủi ro PTS: Không giảm chấn so với giảm 20 dB | Nguồn |
|---|---|---|---|---|
| Cá voi tần số thấp (Cá voi đầu cong, lưng gù, cá voi vây) | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | 168 dB SELcum / 213 dB Lpk | Giảm từ 3,2 - 5,8 km xuống 180 - 420 m | NOAA Fisheries (NMFS) / BOEM |
| Cá voi tần số cao (Cá heo, cá voi hoa tiêu, cá voi mõm) | 185 dB SELcum / 230 dB Lpk | 170 dB SELcum / 224 dB Lpk | Giảm từ 120 - 250 m xuống < 30 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Cá voi tần số rất cao (Cá heo chuột cảng) | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | 140 dB SELcum / 196 dB Lpk | Giảm từ 4,5 - 8,2 km xuống 250 - 600 m | NOAA NMFS / BSH Porpoise Studies |
| Chân vịt họ Hải cẩu trong nước (Hải cẩu cảng và hải cẩu xám) | 185 dB SELcum / 218 dB Lpk | 170 dB SELcum / 212 dB Lpk | Giảm từ 1,1 - 2,4 km xuống 80 - 190 m | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Bán kính xáo trộn hành vi / né tránh của cá heo chuột cảng | ~140 - 145 dB SELss (không trọng số) | — | Giảm từ 22 - 30 km xuống 1,5 - 3,8 km | Marine Environmental Research |
| Giao thức xua đuổi khởi động mềm / tăng dần (10%–20% năng lượng búa) | 20 - 30 phút trước khi chạy tối đa | Giảm >85% phơi nhiễm PTS tầm gần | Cho phép cá voi di chuyển ra khỏi vùng 1 km bên trong | BOEM / BSH Permit Conditions |
Tóm tắt: Đóng cọc điện gió ngoài khơi và độ suy giảm của màn chắn bọt khí qua các con số
| Chỉ số | Giá trị | Nguồn |
|---|---|---|
| SELss cọc đơn XL (9,5–11,5 m) không giảm chấn ở 750 m | 187 - 194 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Mức đỉnh (Lpk) cọc đơn XL không giảm chấn ở 750 m | 213 - 222 dB re 1 uPa | BOEM / BSH Monitoring |
| SELss cọc đơn tiêu chuẩn (5,0–6,5 m) không giảm chấn ở 750 m | 177 - 184 dB re 1 uPa2s | BSH North Sea Dataset |
| SELss cọc ghim chân đế jacket (2,4–3,5 m) không giảm chấn ở 750 m | 172 - 179 dB re 1 uPa2s | BOEM / BSH Monitoring |
| Giới hạn tiếng ồn theo luật định BSH Đức ở 750 m (SEL05 / Lpk) | 160 dB re 1 uPa2s / 190 dB re 1 uPa | German BSH Noise Standard |
| Mức giảm SEL băng rộng của Màn chắn bọt khí lớn đơn (BBC) | 10 - 15 dB | BSH / Marine Environmental Research |
| Mức giảm SEL băng rộng của Màn chắn bọt khí lớn kép (DBBC) | 14 - 19 dB | BOEM / BSH Field Logs |
| Mức giảm SEL băng rộng độc lập của Bộ giảm chấn thủy âm (HSD) | 10 - 13 dB | Marine Environmental Research |
| Mức giảm SEL độc lập của Màn chắn giảm thiểu tiếng ồn IHC (NMS) | 13 - 17 dB | BSH Certified Trial Reports |
| Mức giảm SEL kết hợp hệ thống gần cọc (HSD/NMS) + DBBC trường xa | 18 - 25 dB | BSH / BOEM US Atlantic |
| Trần suy giảm do truyền vòng qua đáy biển dưới 50 Hz | Tối đa 8 - 12 dB | BOEM Technical Report |
| Lưu lượng khí nén cần thiết cho các vòng ống DBBC | 0,30 - 0,50 m3/phút trên mỗi mét | BOEM / BSH Best Practice |
| Mức giảm tại nguồn của búa thủy lực kéo dài xung | 4 - 8 dB SEL / 6 - 11 dB Lpk | BSH / Manufacturer Trials |
| Mức giảm ồn khi đóng cọc rung / Đóng cọc nhẹ nhàng (GDP) | 15 - 22 dB SEL | Carbon Trust / BOEM |
| Ngưỡng PTS xung kích NOAA NMFS đối với cá voi tấm sừng | 183 dB SELcum / 219 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Ngưỡng PTS xung kích NOAA NMFS đối với cá heo chuột cảng | 155 dB SELcum / 202 dB Lpk | NOAA Fisheries (NMFS) |
| Bán kính rủi ro PTS đối với cá voi tấm sừng (không giảm chấn so với giảm 20 dB) | 3,2–5,8 km giảm xuống 180–420 m | NOAA NMFS / BOEM |
| Bán kính né tránh của cá heo chuột cảng (không giảm chấn so với DBBC+HSD) | 22–30 km giảm xuống 1,5–3,8 km | Marine Environmental Research |
Phương pháp luận và Nguồn dữ liệu
Dữ liệu tổng hợp trong báo cáo này được lấy từ các cơ sở dữ liệu giám sát thi công ngoài khơi theo luật định, các cơ quan năng lượng biển quốc gia và các tài liệu khoa học âm học dưới nước có bình duyệt:
- US Bureau of Ocean Energy Management (BOEM): Offshore Wind Energy Acoustic Monitoring Reports and Low-Frequency Seabed Propagation Studies, bao gồm các phép đo thực địa tại Block Island, Coastal Virginia, Vineyard Wind và South Fork.
- German Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH): Standard Investigation of the Impacts of Offshore Wind Turbines on the Marine Environment (StUK4) and Noise Mitigation Concept Guidelines.
- NOAA Fisheries (National Marine Fisheries Service — NMFS): Technical Guidance for Assessing the Effects of Anthropogenic Sound on Marine Mammal Hearing.
- Marine Environmental Research: Empirical field evaluations of Big Bubble Curtains, Hydro-Sound Dampers, and harbor porpoise passive acoustic monitoring (C-POD/F-POD) across North Sea wind farms.
- Lưu ý dữ liệu: Mức phơi nhiễm âm thanh một nhát búa (SELss, tính bằng dB re 1 uPa2s) tích phân năng lượng âm thanh trong thời gian một nhát búa đập được chuẩn hóa về 1 giây, trong khi SEL tích lũy (SELcum) cộng dồn năng lượng qua toàn bộ 2.500 đến 5.200 nhát búa cần thiết để đóng xong một cọc (SELcum = SELss + 10 * log10(N) đối với đầu thu cố định). Vì động vật có vú ở biển bơi ra xa trong quá trình lắp đặt, mô hình hóa phơi nhiễm có tính đến chuyển động thực tế của động vật cho kết quả phơi nhiễm tích lũy thấp hơn từ 6 đến 12 dB so với phương trình đầu thu cố định.
Cập nhật lần cuối: Ngày 19 tháng 10 năm 2026. Chúng tôi rà soát và cập nhật các số liệu thống kê này hàng quý khi có các báo cáo thi công mới của BOEM tại Đại Tây Dương Hoa Kỳ và nhật ký giảm ồn cọc đơn XL tại Biển Bắc Châu Âu.