Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa Vũng Tàu -phụ lục

Thu thập và chỉnh lý số liệu “Xây dựng bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng nhất về hệ cao độ phục vụ tính toán thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đ

Trang 1

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

**********

BÁO CÁO TỔNG KẾT CÁC CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Thuộc đề tài:

NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG

TỪ QUẢNG NGÃI ĐẾN BÀ RỊA VŨNG TÀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Trang 2

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN CƠ HỌC TRUNG TÂM KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU, TƯ VẤN MÔI TRƯỜNG BIỂN

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG

TỪ QUẢNG NGÃI ĐẾN BÀ RỊA – VŨNG TÀU

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ MỤC:

XÂY DỰNG BỘ SỐ LIỆU CƠ BẢN VỀ THỦY

TRIỀU, NƯỚC DÂNG DỌC BỜ BIỂN VÙNG

NGHIÊN CỨU, ĐỒNG NHẤT VỀ HỆ CAO ĐỘ

PHỤC VỤ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN

Chủ trì thực hiện: TS Đinh Văn Mạnh

Hà Nội, 6/2010

Trang 3

Những người thực hiện chính

“Xây dựng bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng nhất về

hệ cao độ phục vụ tính toán thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu”

6 TS Nguyễn Thị Việt Liên

7 ThS Nguyễn Văn Mơi

8 ThS Nguyễn Thị Kim Nga

9 ThS Lê Như Ngà

10 PGS TS Đỗ Ngọc Quỳnh

11 CN Trịnh Thị Thu Thủy

12 ThS Lê Thị Hồng Vân

Trang 4

Mục lục

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU 7

1.1 Địa hình 7

1.1.1 Thu thập dữ liệu địa hình 7

1.1.2 Xử lý dữ liệu địa hình 7

1.1.3 Kết quả 8

1.2 Tham số bão 9

1.2.1 Nguồn gốc tài liệu về bão 9

1.2.2 Xử lý và phân tích số liệu bão 10

1.2.3 Thống kê số liệu bão 12

1.3 Mực nước 15

1.3.1 Mực nước đo đạc tại các trạm thủy, hải văn ven bờ 15

1.3.2 Mực nước đo đạc tại các trạm thủy, hải văn ven bờ trong thời gian có bão 16

1.4 Hằng số điều hòa thủy triều 18

1.5 Cao độ của các hệ thống đo đạc mực nước 21

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THỰC ĐO VỀ THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 22

2.1 Chuyển đổi số liệu mực nước về một hệ cao độ 22

2.2 Phân tích điều hòa chuỗi số liệu mực nước 22

2.2.1 Phân tích điều hoà bằng phương pháp bình phương tối thiểu 22 2.2.2 Kiểm định chương trình phân tích điều hòa thủy triều 24

2.2.3 Kết quả phân tích điều hòa thủy triều 28

2.3 Tách nước dâng do bão từ số liệu mực nước 32

CHƯƠNG 3 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 36

3.1 Cơ sở toán học của mô hình 36

Trang 5

Mục lục

3.1.1 Hệ phương trình 36

3.1.2 Phương pháp giải số 37

3.2 Thiết lập mô hình tính toán 38

3.2.1 Thiết lập mô hình 38

3.2.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình về thủy triều 41

3.2.3 Hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình về tính nước dâng bão 42

CHƯƠNG 4 BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ THỦY TRIỀU 49

4.1 Bộ hằng số điều hòa thủy triều 49

4.1.1 Tính toán hằng số điều hòa thủy triều 49

4.1.2 Bộ hằng số điều hòa thủy triều ven bờ 50

4.2 Chuỗi số liệu thủy triều 19 năm 58

4.2.1 Dự báo thủy triều 58

4.2.2 Chuỗi giá trị độ cao thủy triều 19 năm, triều lớn nhất và nhỏ nhất 59

4.3 Đường tần suất thủy triều 61

4.3.1 Phương pháp tính toán 61

4.3.2 Độ cao thủy triều theo các suất đảm bảo tại các điểm 62

CHƯƠNG 5 BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ NƯỚC DÂNG 64

5.1 Xây dựng quỹ đạo bão theo lý thuyết thống kê 64

5.1.1 Tham số bão và vùng nghiên cứu 64

5.1.2 Phân tích thống kê bão 67

5.1.3 Các đặc trưng thống kê của bão 84

5.1.4 Xây dựng các cơn bão giả định 89

5.2 Tính nước dâng do bão 92

5.2.1 Tính nước dâng cho các cơn bão thực 92

5.2.2 Tính nước dâng cho các cơn bão giả định 93

5.3 Quan hệ giữa nước dâng và cấp gió bão 94

5.3.1 Cơ sở lý luận 94

5.3.2 Kết quả xây dựng đường cong quan hệ độ cao nước dâng - cấp gió bão 95

Trang 6

Mục lục

5.4 Đường tần suất nước dâng do bão 100

5.4.1 Mục đích 100

5.4.2 Các hàm phân bố thống kê 100

5.4.3 Xác định hàm phân bố thống kê 103

5.4.4 Xây dựng đường tần suất nước dâng bão 103

5.4.5 Kết quả tính đường tần suất nước dâng bão 104

CHƯƠNG 6 BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ MỰC NƯỚC TỔNG HỢP DO THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG BÃO 107

6.1 Số liệu 107

6.2 Xác định hàm phân bố thống kê cho chuỗi dữ liệu nước dâng bão 107

6.3 Xây dựng đường phân phối xác suất thực nghiệm của chuỗi dữ liệu mực nước thủy triều 108

6.4 Xây dựng đường tần suất mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão 110

6.5 Đường tần suất mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão 113

6.6 Hướng dẫn cách tra cứu độ cao mực nước với chu kỳ lặp lại (hay tần suất) cho trước 115

CHƯƠNG 7 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ TRA CỨU THỦY TRIỀU, NƯỚC DÂNG DO BÃO VÀ MỰC NƯỚC TỔNG HỢP DỌC BỜ BẰNG PHẦN MỀM STRARAMS 116

7.1 Xây dựng hệ thông tin địa lý về các điểm cần truy cập 116

7.2 Cơ sở dữ liệu về thủy triều, nước dâng do bão 117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

Trang 7

Mở đầu

MỞ ĐẦU

Mục tiêu của đề mục là xây dựng một bộ số liệu thống nhất, cơ bản,

đủ cơ sở pháp lý, đồng nhất về hệ cao độ phục vụ tính toán thiết kế, củng

cố, nâng cấp đê biển cho vùng ven bờ từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu

Như vậy công việc của đề mục là phải nghiên cứu để xây dựng một bộ

số liệu cơ bản về thủy triều, nước dâng do bão và mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão dọc bờ biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu với đầy đủ cơ sở khoa học và pháp lý

Vấn đề thủy triều và nước dâng do bão trong vùng biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu cũng như vùng biển Việt Nam đã được Trung tâm Khảo sát, Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Viện Cơ học cùng một số

cơ quan khoa học khác tiến hành nghiên cứu từ khá lâu trong khuôn khổ các nhiệm vụ và các đề tài trong các chương trình trọng điểm cấp Nhà nước

và cấp Bộ Kết quả đã thu được một khối lượng lớn tư liệu đo đạc, tính toán trong các vùng khác nhau, cho phép rút ra những đặc trưng cơ bản về quy luật phân bố và biến động trong sự hình thành và phát triển của các đối tượng nghiên cứu

Đặc biệt, trong hai năm 2007÷2008, trong khuôn khổ của Đề tài

“Nghiên cứu để cập nhật, chi tiết hóa bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng

dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính toán thiết kế, củng cố nâng cấp đê biển” thuộc Chương trình Khoa học Công nghệ Phục

vụ Xây dựng Đê biển và Công trình Thủy lợi Vùng Cửa sông Ven biển, nhóm tác giả thuộc Trung tâm Khảo sát, Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Viện Cơ học cũng đã xây dựng được bộ số liệu cơ bản về thủy triều, nước dâng bão và mực nước tổng hợp dọc theo bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam, đồng thời đã xây dựng được phần mềm STRARAMS để tra cứu nước dâng tại các điểm dọc bờ Đây là một thuận lợi lớn trong quá trình thực hiện các nội dung của Đề mục này

Như vậy, trong quá trình thực hiện đề mục, đã kế thừa được những kết quả của các nghiên cứu trước đây và tiến hành một loạt các nghiên cứu bổ sung nhằm đáp ứng được mục tiêu đề ra

Trang 8

Mở đầu

Báo cáo kết quả của Đề mục gồm:

- Mở đầu

- Chương 1 Thu thập và chỉnh lý số liệu

- Chương 2 Phân tích số liệu thực đo về thủy triều và nước dâng

do bão

- Chương 3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tính thủy triều và

nước dâng do bão

- Chương 4 Bộ thông số cơ bản về thủy triều

- Chương 5 Bộ thông số cơ bản về nước dâng

- Chương 6 Bộ thông số cơ bản về mực nước tổng hợp do thủy

triều và nước dâng bão

- Chương 7 Xây dựng cơ sở dữ liệu để tra cứu thuỷ triều, nước

dâng do bão và mực nước tổng hợp dọc bờ bằng phần mềm STRARAMS

- Kết luận và kiến nghị

Trang 9

Chương 1 Thu thập và chỉnh lý số liệu

CHƯƠNG 1 THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU

1.1 Địa hình

1.1.1 Thu thập dữ liệu địa hình

Đã thu thập các bản đồ địa hình đáy biển để xây dựng mô hình độ sâu vùng tính cho việc tính toán thủy triều và nước dâng do bão gồm:

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/1.000.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất bản năm 1977;

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/100.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất bản năm 1982;

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ khác nhau vùng cửa sông: 1/5.000, 1/10.000, 1/1/20.000, 1/25.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất bản năm 2000;

- Bản đồ hệ chiếu hình UTM, tỷ lệ 1/50.000 do Cục Bản đồ Quân đội

Mỹ (AMS) xuất bản vào năm 1965, 1966 Các bản đồ này được Tổng cục Bản đồ, Bộ Tổng Tham mưu Quân đội Nhân dân Việt Nam tái bản vào các năm 1966, 1978, 1982, 1984, 1992, 1998 Trong các lần tái bản này, trên các bản đồ mới có hiệu chỉnh địa danh, bổ sung một số trục giao thông và ranh giới hành chính mới, nhưng địa hình

cơ bản vẫn giữ nguyên theo bản đồ tin tức 1965

Đã thu thập các tư liệu gồm số liệu, các bản đồ về hành chính, giao thông, hệ thống sông ngòi,… tỷ lệ 1/100.000 để phục vụ cho việc tra cứu giá trị thủy triều, tần suất nước dâng do bão và mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu

1.1.2 Xử lý dữ liệu địa hình

a) Quét (scan) các mảnh bản đồ

Đã quét tất cả các mảnh bản đồ giấy thành các file dạng ảnh (*.jpg) để phục vụ cho việc số hóa các lớp bản đồ

Trang 10

b) Gán tọa độ cho các mảnh bản đồ

Các mảnh bản đồ sau khi quét xong sẽ được gắn tọa độ Để tăng độ chính xác, việc gắn tọa độ cho các mảnh bản đồ được thực hiện trong phần mềm ArcGis Đây là phần mềm được sử dụng rất tiện ích trong hệ thông tin địa lý GIS

c) Số hóa bản đồ

Sử dụng phần mềm ArcGis để số hóa các lớp bản đồ

d) Xây dựng dữ liệu thuộc tính cho các lớp bản đồ

Đã xây dựng dữ liệu thuộc tính cho các lớp bản đồ về hành chính, giao thông, đường bờ, hệ thống sông ngòi và độ sâu đáy biển

1.1.3 Kết quả

Đã xây dựng hệ thông tin địa lý GIS cho các lớp dữ liệu bản đồ về hành chính và độ sâu biển Tất cả các lớp dữ liệu được lưu giữ trong phần mềm Mapinfo

- Hành chính xã (vùng, đường);

- Hành chính huyện (vùng, đường);

- Hành chính tỉnh (vùng, đường);

- Sông hồ (vùng);

- Sông suối (đường);

- Đường giao thông (đường);

- Đê biển (đường);

- Đường bờ (đường);

- Các bãi (vùng);

- Đường đẳng sâu (đường);

- Điểm độ sâu (điểm)

Các lớp bản đồ ranh giới hành chính để phục vụ cho việc tra cứu giá trị thủy triều, tần suất nước dâng do bão và mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão

Trang 11

Các lớp bản đồ địa hình đáy biển được sử dụng để tạo file độ sâu cho các mô hình tính thủy triều và nước dâng do bão

1.2 Tham số bão

1.2.1 Nguồn gốc tài liệu về bão

Những tài liệu đã thu thập về bão gồm:

- Danh mục các cơn bão đổ bộ vào thềm lục địa Việt Nam từ năm

1954 đến 1984 Danh mục này do Cục Dự báo thuộc Tổng cục Khí tượng Thủy văn cung cấp

- Tập bản đồ Sinop của các cơn bão từ năm 1960 đến 1986 do Cục

Dự báo (Hà Nội) và Đài Khí tượng thành phố Hồ Chí Minh cung cấp Trên các bản đồ biểu diễn những số liệu cơ bản như vị trí tâm bão, hệ thống các đường đẳng áp

- Tập bản đồ quỹ đạo bão ở Biển Đông trong thời kỳ từ năm 1954 đến năm 1975 do Cục Dự báo Khí tượng Thủy văn công bố (Hà Nội, 1980) Đồng thời đã thu thập các bản đồ quỹ đạo từng năm của Biển Đông từ năm 1971 đến năm 1990 do Cục Dự báo Khí tượng Thủy văn và Đài Khí tượng Thủy văn thành phố Hồ Chí Minh cung cấp

- Tập tài liệu về cường độ bão, tọa độ tâm bão ở các thời điểm, hướng

và tốc độ di chuyển của tâm bão, bản đồ quỹ đạo của tất cả các cơn bão hoạt động trên Biển Đông từ năm 1958 đến năm 1980 do Viện Nghiên cứu Viễn Đông thuộc Viện Khoa học Liên Xô (trước đây) biên soạn

- Tập tài liệu bão đổ bộ vào nước ta trong thời gian từ năm 1980 đến năm 1989 (tên bão, ngày đổ bộ, độ giảm áp ở tâm, tốc độ gió cực đại…), các bản đồ quỹ đạo bão Tài liệu này do Cục Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp

- Tập tài liệu của các cơn bão từ năm 1951 đến 2007, bao gồm các thông số bão: tên bão, tọa độ tâm bão, áp suất ở tâm bão (Pmin), tốc

độ gió cực đại (Vmax), Tập tài liệu này do Tổ chức Khí tượng Nhật Bản (JMA) công bố

Trang 12

1.2.2 Xử lý và phân tích số liệu bão

a) Tập hợp số liệu bão

- Số liệu bão của Việt Nam được bổ sung bằng tài liệu bão của Viện Nghiên cứu Viễn Đông (Liên Xô cũ) và số liệu bão của JMA (Nhật Bản) đối với: a) những cơn bão bị thiếu (từ 1951-1957 và 2001- 2007), b) những obs bão bị thiếu (ngoài khơi xa Việt Nam)

- Đồng bộ hóa về thời gian, độ dài, vận tốc của các tham số bão giữa

số liệu bão của Việt Nam, tài liệu bão của Viện Nghiên cứu Viễn Đông và JMA

b) Xác định vị trí và thời gian bão đổ bộ

- Vị trí bão đổ bộ được xác định là vị trí giao cắt giữa đường đi của bão và đường bờ biển bằng công nghệ GIS

- Thời gian bão đổ bộ được nội suy từ 2 obs: trước và sau khi bão đổ

c) Tính vận tốc gió cực đại ổn định (Vmax)

Đối với những cơn bão không có số liệu Vmax, vận tốc gió vực đại được xác định dựa theo bảng thực nghiệm của Trung Quốc Bảng 1.3 thể hiện quan hệ giữa độ giảm áp ở tâm bão ∆P (∆P =P∞ - Pmin, trong đó, P∞ là

áp suất ở rìa bão, Pmin là áp suất tại tâm bão) và vận tốc gió cực đại Vmax Hình 1.1 thể hiện mức độ tương quan giữa giá trị vận tốc gió cực đại

Vmax xác định từ bảng 1.1 với giá trị thực đo Vmax (của các cơn bão có số liệu) Giá trị tương quan cao, R=0,95 chứng tỏ độ tin cậy của bảng 1.1

Trang 13

Bảng 1.1 Quan hệ giữa độ giảm áp ở tâm (∆P) và vận tốc gió cực đại (Vmax)

Cấp bão được xác định dựa theo bảng phân cấp bão Bopho (bảng 1.2)

và được lấy tại obs bão có vận tốc gió cực đại lớn nhất (Vmax) hoặc độ giảm

áp ở tâm (Pmin) nhỏ nhất trong trường hợp không có Vmax trên vùng Biển Đông

Trang 14

Bảng 1.2 Bảng cấp gió Bopho Tốc độ gió [m/s] Tốc độ gió [m/s]

1.2.3 Thống kê số liệu bão

Để đảm bảo chuỗi số liệu tốt nhất có thể, các tham số của các cơn bão hoạt động trên Biển Đông và có ảnh hưởng đến Việt Nam từ năm 1951 đến

2008, gồm 358 cơn đã được thu thập Trong đó, trong nước bao gồm 165 cơn xuất hiện trong 44 năm (1958-2001); nước ngoài: 316 cơn xuất hiện trong 58 năm (1951 - 2008) Quỹ đạo bão được thể hiện ở hình 1.2

Số liệu thống kê các tham số bão gồm :

- Tên bão

- Thời gian di chuyển của tâm bão

- Vị trí tâm bão (kinh độ, vĩ độ)

- Áp suất ở tâm bão (Pmin)

- Hướng và tốc độ di chuyển của tâm bão

- Tốc độ gió cực đại ổn định (Vmax)

- Hướng của bán trục lớn, độ dài của bán trục lớn và bán trục nhỏ elip có tốc độ gió ≥ 25,7m/s (≥ 50 knot - hải lý/giờ)

- Hướng của bán trục lớn, độ dài của bán trục lớn và bán trục nhỏ elip có tốc độ gió ≥ 15,4m/s (≥ 30 knot - hải lý/giờ)

Trang 15

Số liệu về các tham số bão này được dùng để thiết lập các cơn bão giả

định, làm đầu vào cho mô hình tính nước dâng, phục vụ mục đích xây dựng

đường tần suất nước dâng do bão

Bảng 1.2 Danh sách một số cơn bão và áp thấp nhiệt đới trên vùng

biển Việt Nam từ năm 1951 đến năm 2008

Trang 17

“Xây dựng bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng nhất về hệ

cao độ phục vụ tính toán thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu”

1.3 Mực nước

1.3.1 Mực nước đo đạc tại các trạm thủy, hải văn ven bờ

Đã thu thập số liệu mực nước đo đạc từng giờ tại 5 trạm thủy, hải văn cửa sông từ Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo, Bộ Tài nguyên

và Môi trường (bảng 1.3) Trong bảng các này cũng thống kê khoảng thời gian lấy số liệu mực nước tại từng trạm

Từ các chuỗi số liệu này sẽ phân tích, xác định các hằng số điều hòa thủy triều tại các trạm Các hằng số điều hòa này được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính thủy triều Đồng thời, từ các hằng số điều hòa thủy triều này sẽ tính chuỗi mực nước thủy triều nhiều năm, phục vụ cho việc xây dựng đường tần suất thủy triều tại các trạm ven bờ

Bảng 1.3 Tọa độ các trạm thủy, hải văn có số liệu đo đạc mực nước từng giờ

[độ]

Vĩ độ [độ]

Năm có

số liệu

1 Châu Ổ Bình Sơn Quảng Ngãi 108.76667 15.30000 2004÷2008

2 Tuy Hoà Tuy Hòa Phú Yên 109.32361 13.06944 2004÷2008

3 Phan Thiết Phan Thiết Bình Thuận 108.11250 10.92333 2004÷2008

4 Quy Nhơn Quy Nhơn Bình Định 109.2167 13.75000 2004÷2008

5 Vũng Tàu TP Vũng Tàu Bà Rịa-Vũng Tàu 108.5600 10.2000 2004÷2008

Trang 18

1.3.2 Mực nước đo đạc tại các trạm thủy, hải văn ven bờ trong thời

gian có bão

Đã thu thập số liệu mực nước đo đạc từng giờ trong thời gian có bão

từ năm 1977 đến năm 2008 tại 5 trạm thủy, hải văn từ Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo, Bộ Tài nguyên và Môi trường Với mỗi trạm, các chuỗi số liệu quan trắc mực nước được lấy từng giờ trong các khoảng thời gian khác nhau, từ 5 ngày đến 9 ngày

Từ chuỗi số liệu này sẽ tách ra các giá trị nước dâng ứng với mỗi trạm cho từng cơn bão Đây là số liệu rất tốt để hiệu chỉnh mô hình tính nước dâng do bão

Trang 19

Hình 1.3 Vị trí các trạm thủy, hải văn có số liệu đo đạc mực nước từng giờ

Trang 20

1.4 Hằng số điều hòa thủy triều

Đã thu thập hằng số điều hòa thủy triều tại 15 trạm ven bờ và đảo từ tỉnh Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu (hình 1.4) từ kết quả của Đề tài Nhà nước: “Thủy triều Biển Đông và sự dâng lên của mực nước biển ven

bờ Việt Nam”, mã số KT.03.03 Ở đây có hằng số điều hòa thủy triều của 4 sóng chính (M2, S2, K1, O1) (bảng 1.4) với giá trị pha triều ở múi giờ thứ 8 (bảng 1.5) Ngoài ra, tại mỗi trạm còn có giá trị mực nước trung bình nhiều năm

Các hằng số điều hòa này được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính thủy triều Đồng thời, từ các hằng số điều hòa thủy triều này sẽ tính chuỗi mực nước thủy triều nhiều năm, phục vụ cho việc xây dựng đường tần suất thủy triều tại các trạm ven bờ

Bảng 1.4 Vận tốc góc của các sóng

Vận tốc góc [độ/giờ] 28.984 30.000 15.041 13.943

Trang 21

Hình 1.4 Vị trí các trạm có hằng số điều hòa thủy triều

Trang 22

Vĩ độ [độ] H

[cm]

g [độ]

H [cm]

g [độ]

H [cm]

g [độ]

H [cm]

g [độ]

Mực nước

Trang 23

1.5 Cao độ của các hệ thống đo đạc mực nước

Trong quá trình thực hiện đề tài, đã sử dụng số liệu mực nước thu thập được tại 5 trạm thủy, hải văn (xem bảng 1.1) Số liệu mực nước đo đạc tại các trạm thủy, hải văn này đã được qui đổi về “số 0” lục địa

Trang 24

Chương 2 Phân tích số liệu thực đo về thuỷ triều và nước dâng bão

“Xây dựng bộ số liệu cơ bản về triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng nhất về hệ cao

độ phục vụ tính toán thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu”

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THỰC ĐO VỀ THỦY TRIỀU VÀ

NƯỚC DÂNG DO BÃO 2.1 Chuyển đổi số liệu mực nước về một hệ cao độ

Tất cả các số liệu mực nước thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài như số liệu mực nước từng giờ tại 5 trạm thủy, hải văn, trong thời gian có bão đã được qui đổi về “số 0” lục địa

2.2 Phân tích điều hòa chuỗi số liệu mực nước

Nghiên cứu thủy triều bằng phương pháp phân tích điều hoà là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa lớn về khoa học cũng như thực tiễn Chúng đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam Kết quả của phương pháp này cho phép nhận được các hằng số điều hoà thủy triều tại từng vị trí nghiên cứu trên cơ sở các chuỗi số liệu đo đạc Từ đó rút ra các đặc trưng về chế độ, tính toán, dự báo hoặc làm cơ sở cho các bài toán nghiên cứu phân bố không gian của hiện tượng thủy triều

Các hằng số điều hòa này được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính thủy triều Đồng thời, từ các hằng số điều hòa thủy triều này sẽ tính chuỗi mực nước thủy triều nhiều năm, phục vụ cho việc xây dựng đường tần suất thủy triều tại các trạm ven bờ

Hiện nay phương pháp phổ biến thường được áp dụng trong phân tích tính toán thủy triều là phân tích điều hoà thủy triều dựa trên phương pháp bình phương tối thiểu Phương pháp này cho phép phân tích chuỗi số liệu không liên tục và có độ dài bất kỳ mà vẫn cho kết quả khá tốt

2.2.1 Phân tích điều hoà bằng phương pháp bình phương tối thiểu

Theo phương pháp phân tích điều hoà, độ cao thủy triều được tính theo công thức:

i r

cos1

trong đó: zt là độ cao mực nước tại thời điểm t; Ao - độ cao mực nước trung bình

tại địa điểm đã cho so với số 0 trạm hoặc số 0 độ sâu; qi - tốc độ góc của các

Trang 25

sóng thành phần; fi - hệ số suy giảm biên độ; (Vo+u)i - pha ban đầu của sóng

thành phần trên kinh tuyến Greenwich; Hi, gi - hằng số điều hoà biên độ và pha

của các sóng thành phần; r - số phân triều thành phần

Biến đổi công thức tính độ cao thủy triều (2.1) về dạng thuận tiện cho sơ đồ

phân tích điều hoà bằng phương pháp bình phương tối thiểu bằng cách nhóm

những đại lượng biến thiên theo thời gian và đưa ra các ký hiệu:

];

) (

Gr sin[

];

) + (

Gr [

cos

0

i i

u V t

q f b

u V t

q f

a

+ +

X = cos ; = sin (i=1,2,…,r )

Khi đó phương trình độ cao mực nước (2.1) ứng với thời gian t sẽ có dạng

sau:

∑

=

+ +

Từ hệ phương trình (2.2) với số các phương trình là n bằng số các số đo

gián đoạn mực nước zt trong chu kỳ quan trắc, phải tìm các ẩn Ao, Xi và Yi để từ

đó tính những hằng số điều hoà của các phân triều:

i

i i

Y g

Y X

H = 2 + 2, = arctg (i=1,2, ,r)

Việc giải hệ n phương trình tuyến tính (2.2) thực hiện bằng phương pháp

bình phương tối thiểu Phương pháp này đảm bảo tìm các ẩn Ao, Xi và Yi sao cho

vế phải của các phương trình (2.2) phù hợp tốt nhất với các giá trị mực nước zt

thực đo, tức là làm cho tổng các bình phương của hiệu mực nước quan trắc và

mực nước mô tả bằng phương trình (2.2) trong tất cả các quan trắc nhận giá trị

) ( )

[(

2 1

0

Khảo sát điều kiện cực tiểu của biểu thức này theo các biến Ao, Xi và Yi

bằng cách cho đạo hàm riêng theo từng biến bằng 0 sẽ rút ra một hệ gồm 2r+1

phương trình đại số tuyến tính (hệ phương trình chuẩn tắc), trong đó r là số các

phân triều được phân tích (từ M2 đến phân triều được quy ước ký hiệu là W):

0

=

− N

AX

Trang 26

z a

z b

z a z

Y

X Y X A

b b a

b b

b a

b

b a a

a b

a a

a

b b a

b b

b a

b

b a a

a b

a a

a

b a

n

W

S M M

W

S M M o

W W S

W M

W

W S S

S M

S

W M S

M M

M

W M S

M M

M

W S

M M

] [

]

[

] [

]

[

] [

]

[

] [

] [ ]

[ ]

[

2 2 2

2 2

2

2 2

2

trong đó ký hiệu [ ] chỉ phép lấy tổng theo thời gian từ t1 đến tn

Giải hệ các phương trình bằng phương pháp lặp Gause-Zeidel

Chương trình phân tích điều hòa bằng phương pháp bình phương tối thiểu

đã được viết trên ngôn ngữ Fortran 90, có thể được biên dịch và chạy trên các máy PC sử dụng hệ điều hành Window

2.2.2 Kiểm định chương trình phân tích điều hòa thủy triều

Để kiểm nghiệm và đánh giá mức độ chính xác của chương trình phân tích điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình phương tối thiểu, đã tiến hành tính hằng số điều hoà (HSĐH) và dự tính thuỷ triều tại ba điểm đặc trưng cho những chế độ triều khác nhau thuộc dải ven biển Việt Nam là: trạm Hòn Dấu, trạm Đà Nẵng, trạm Vũng Tàu Kết quả tính toán được so sánh với bộ hằng số điều hoà chuẩn (bộ HSĐH này đang được TTKTTV Biển sử dụng để dự báo thuỷ triều cho các trạm chính ở dải ven biển Việt Nam) và cho thấy kết quả thu được qua tính toán đạt độ chính xác khá cao cả về biên độ và pha Cụ thể số liệu so sánh tại các trạm như sau :

Trang 27

Từ kết quả trên ta thấy sai số giữa biên độ trung bình của HSĐH tính toán

và HSĐH chuẩn vào khoảng: 0.03 Cm, và độ lệch pha trung bình giữa chúng vào khoảng: 3,3o Sóng Q1 là sóng thành phần có sai số lớn nhất về biên độ (0.1cm) Sóng Ssa là sóng thành phần có độ lệch pha tương đối lớn (20.16o), Các sóng thành phần còn lại có sai số về pha không đáng kể chỉ vào khoảng một vài độ

Trang 28

Trang 29

K1 59.51 312.2 59.65 313.78 0.14 1.58 O1 45.22 262.5 45.13 260.36 0.09 2.14 P1 19.41 311.6 19.49 311.83 0.08 0.23 Q1 8.71 239.7 8.65 236.96 0.06 2.74

MS4 1.7 358.6 2.75 360.21 1.05 1.61 M6 0.48 157.2 0.03 138.19 0.45 19.01

Sa 22.68 285.3 22.55 285.32 0.13 0.02 Ssa 8.04 103.6 8.06 104.22 0.02 0.62

TB 0.17 3.3

Tại trạm Vũng Tàu sai số giữa biên độ trung bình của HSĐH tính toán được và HSĐH chuẩn vào khoảng: 0.17 cm, độ lệch pha trung binh giữa chúng

là khoảng: 3.3 o, các sóng N2, M6 có độ lệch pha khá lớn (10.36 o , 19.01 o), sự sai lệch biên độ, pha của các sóng thành phần khác chỉ vào khoảng trên dưới 1

độ

Qua việc tính toán HSĐH và dự tính thủy triều thử nghiệm tại ba trạm nêu trên cho thấy các kết quả thu được có độ chính xác cao Sai số trung bình chỉ vào khoảng: 0.3 ÷ 0.4 cm; Độ lệch pha trung bình là: 3 ÷ 5 độ

Với kết quả như trên, bộ chương trình tính HSĐH và dự tính thủy triều có thể sử dụng được để tính toán, dự tính thủy triều cho các khu vực thuộc vùng ven biển Việt nam

Trang 30

2.2.3 Kết quả phân tích điều hòa thủy triều

Đã sử dụng chương trình phân tích điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình phương tối thiểu để phân tích các chuối số liệu mực nước từ 5 trạm thủy, hải văn (bảng 2.4) từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu để xác định các giá trị hằng số điều hòa của 10 sóng triều thành phần (bảng 2.6÷2.10) tại từng trạm đó

Bảng 2.4 Tọa độ các trạm thủy, hải văn phân tích hằng số điều hòa thủy triều

[độ]

Vĩ độ [độ]

1 Châu Ổ Bình Sơn Quảng Ngãi 108.76667 15.30000

2 Tuy Hoà Tuy Hòa Phú Yên 109.32361 13.06944

3 Phan Thiết Phan Thiết Bình Thuận 108.11250 10.92333

4 Quy Nhơn Quy Nhơn Bình Định 109.2167 13.75000

5 Vũng Tàu TP Vũng Tàu Bà Rịa-Vũng Tàu 108.5600 10.2000

Trang 31

Hình 2.1 Vị trí các trạm thủy, hải văn phân tích hằng số điều hòa thủy triều

Trang 32

Chương 2 Phân tích số liệu thực đo về thủy triều và nước dâng do bão

Bảng 2.6 Hằng số điều hòa thủy triều trạm Châu Ổ

TT Tên sóng Biên độ [cm] Pha [°]

Bảng 2.7 Hằng số điều hòa thủy triều trạm Qui Nhơn

Trang 33

Bảng 2.8 Hằng số điều hòa thủy triều trạm Tuy Hoà

Bảng 2.9 Hằng số điều hòa thủy triều trạm Phan Thiết

Trang 34

Bảng 2.10 Hằng số điều hòa thủy triều trạm Vũng Tàu

2.3 Tách nước dâng do bão từ số liệu mực nước

Tách nước dâng bão từ số liệu mực nước thực đo trong thời gian có bão tại các trạm thủy hải, văn ven biển phục vụ cho việc nghiên cứu một cách toàn diện về nước dâng do bão như: hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính, đánh giá sai số mô hình số trị, đưa ra bức tranh về mực nước dâng của từng cơn bão tại dọc theo bờ biển

Đã thu thập tài liệu đo mực nước trong thời gian hoạt động của 30 cơn bão tại 5 trạm thủy văn, hải văn ven bờ.

Việc tách nước dâng từ số liệu thực đo được tính theo công thức đơn giản sau:

Hnd(i) = Htd(i) – Htrieu(i)

trong đó, Hnd(i) là mực nước dâng tại thời điểm i; Htd(i) - mực nước thực đo

tại thời điểm i; Htrieu(i) - mực thủy triều tại thời điểm i, được tính từ bộ

hằng số điều hoà của trạm qua chương trình tính dự báo thủy triều, i - thời

điểm cần tính toán

Trang 35

Với mỗi trạm và từng cơn bão cụ thể, các giá trị nước dâng được tính liên tục từng giờ trong 3 ngày với ngày bão đổ bộ là ngày trung tâm (giả thiết thời gian tồn tại nước dâng không quá 3 ngày) Số liệu mực nước thực

đo và số liệu thủy triều dự báo cũng được lấy và tính toán cho từng giờ cùng thời điểm trên

Đã tách nước dâng bão của các chuỗi đo đạc mực nước trong thời gian

có bão tại các trạm thủy hải văn ven bờ Các số liệu này được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình tính nước dâng do bão

Trang 36

Bảng 2.11 Danh sách các cơn bão được sử dụng để tách nước dâng

2 SHIRLEY.78 109.3 13.4 30-6-1978 Phú Yên Trung Bộ

3 RITA.78 109.3 12.0 30-10-1978 Khánh Hòa Trung Bộ

4 BAO.78 109.3 11.9 3-11-1978 Khánh Hòa Trung Bộ

5 SARAH.79 109.3 13.1 15-10-1979 Phú Yên Trung Bộ

6 CARY.80 109.3 12.3 2-11-1980 Khánh Hòa Trung Bộ

7 FABIAN.81 109.2 11.6 14-10-1981 Ninh Thuận Trung Bộ

8 HERBERT.83 109.3 13.3 9-10-1983 Phú Yên Trung Bộ

9 SUSAN.84 109.4 12.5 12-10-1984 Khánh Hòa Trung Bộ

10 WARREN.84 109.4 13.0 1-11-1984 Phú Yên Trung Bộ

16 TESS.88 108.8 11.3 6-11-1988 Bình Thuận Trung Bộ

17 NELL.90 109.4 12.7 12-11-1990 Khánh Hòa Trung Bộ

18 ANGELA.92 109.3 13.4 23-10-1992 Phú Yên Trung Bộ

19 COLLEEN.92 109.2 14.1 28-10-1992 Bình Định Trung Bộ

20 FORREST.92 100.2 8.4 15-11-1992 Thái Lan Nam Bộ

21 KYLE.93 109.4 12.8 23-11-1993 Khánh Hòa Trung Bộ

22 LOLA.93 109.3 11.8 9-11-1993 Khánh Hòa Trung Bộ

23 TERESA.94 108.8 11.2 26-10-1994 Bình Thuận Trung Bộ

24 YVETTE.95 109.3 13.5 26-10-1995 Phú Yên Trung Bộ

25 ZACK.95 109.0 14.8 1-11-1995 Quảng Ngãi Trung Bộ

26 ERNIE.96 106.7 9.9 16-11-1996 Bến Tre Trung Bộ

27 ELVIS.98 109.2 14.2 26-11-1998 Bình Định Trung Bộ

28 FAITH.98 109.3 12.5 14-12-1998 Khánh Hòa Trung Bộ

29 CHANTHU.04 109.3 13.8 12-6-2004 Bình Định Trung Bộ

Trang 37

Hình 2.2 Biến trình nước dâng do bão CHANTHU04 tại trạm Qui Nhơn

Trang 38

Chương 3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tính thủy triều và nước dâng do bão

CHƯƠNG 3 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH

THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 3.1 Cơ sở toán học của mô hình

3.1.1 Hệ phương trình

Mô hình tính thủy triều CHB08 và nước dâng do bão TSIM08 dựa

trên hệ phương trình nước nông phi tuyến hai chiều trong hệ tọa độ cầu

Các phương trình tích phân theo phương thẳng đứng cho thủy triều đại

dương, trong hệ tọa độ cầu, có tính đến qui luật bậc hai của ma sát đáy và

các số hạng phi tuyến được đưa ra ở dạng sau:

∂

∂ +

∂

ϕ λ

ϕ

ξ

HV HU

H

V U U k R

g V

R

UV U

R

V U

R

U t

U

s a

λ ϕ λ

ξ ϕ ϕ

ω

ϕ ϕ

λ ϕ

+

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

cos

1 cos

sin

2

tan cos

cos cos

2

H

P R H

V U V k R

g U

R

U V R

V V R

U t

V

s a

ϕ ϕ

ξ ϕ

ω

ϕ ϕ

λ ϕ

+

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

1 sin

2

tan cos

2 2

Trang 39

τ - ứng suất gió theo hướng φ;

U, V - thành phần dòng chảy trung bình theo chiều sâu:

u(z), v(z) - thành phần dòng chảy theo hướng tăng lên của kinh

độ và vĩ độ tương ứng tại độ sâu z ở dưới bề mặt biển tĩnh;

kb - hệ số của ma sát đáy bậc hai và được đưa ra ở dạng không đổi (0.0025) cho tính toán hiện tại

Trong bài toán tính thủy triều sẽ bỏ qua thành phần áp suất khí quyển

và ứng suất gió

Trong bài toán tính nước dâng, trường gió và trường áp được xác định theo mô hình giải tích (1.1) và (1.2)

Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu được lấy như sau:

- Tại biên cứng, sử dụng điều kiện dính (u=v=0)

- Tại biên lỏng, cho hằng số điều hòa thủy triều đối với bài toán tính thủy triều hoặc sử dụng điều kiện phóng xạ trong bài toán tính nước dâng do bão

- Tại thời điểm ban đầu, cho trước giá trị u, v và z (thường sử dụng điều kiện tĩnh (u = v = z = 0)

3.1.2 Phương pháp giải số

Hệ phương trình (3.1)-(3.3) được giải xấp xỉ bằng phương pháp sai phân hữu hạn, sử dụng sơ đồ lưới xen kẽ (hình 3.1)

Trang 40

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí các điểm tính u, v và z

Trước hết, hệ phương trình (3.1)-(3.3) được tuyến tính hóa, sau đó sử dụng các công thức sai phân: leag-frog cho số hạng đạo hàm theo t, trung tâm cho các số hạng đạo hàm bậc nhất và bậc 2 theo không gian (x, y) Kết quả sẽ thu được các công thức xấp xỉ để xác định u, v và z tại các nút tính với độ chính xác bậc 2 Trong trường hợp sử dụng sơ đồ sai phân ẩn quét luân hướng, sẽ nhận được hệ phương trình đại số tuyến tính 3 đường chéo, kết hợp với các điều kiện cho trên 2 đầu biên của mỗi đường lưới, dễ dàng rút ra được công thức truy đuổi để xác định u và z hoặc v và z Việc sử dụng sơ đồ lưới tính trên rất thuận lợi cho việc sử dụng điều kiện trên biên cứng và cho phép sử dụng cùng một công thức tính tại tất cả các nút

3.2 Thiết lập mô hình tính toán

3.2.1 Thiết lập mô hình

Hiệu chỉnh mô hình tính thủy triều là quá trình thay đổi các tham số đầu vào của mô hình (hệ số ma sát, địa hình đáy biển, điều kiện biên, ) sao cho kết quả tính toán phù hợp tốt với số liệu thực đo và do đó mô phỏng được hiện tượng với độ chính xác cao

Miền tính là toàn bộ vùng Biển Đông (99o-121oE, 1o-25oN) (hình 3.2)

điểm tính z điểm tính u

điểm tính v

Tiêu đề	Nghiên cứu, đề xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa Vũng Tàu - Phụ lục
Tác giả	Những Người Thực Hiện Chính: TS. Đinh Văn Mạnh, CN. Nguyễn Thanh Cơ, KS. Đặng Song Hà, CN. Đỗ Thị Thu Hà, ThS. Lê Thị Hường, TS. Nguyễn Thị Việt Liên, ThS. Nguyễn Văn Mơi, ThS. Nguyễn Thị Kim Nga, ThS. Lê Như Ngà, PGS. TS. Đỗ Ngọc Quỳnh, CN. Trịnh Thị Thu Thủy, ThS. Lê Thị Hồng Vân
Người hướng dẫn	CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: GS.TS. Phạm Ngọc Quý
Trường học	Trường Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Kỹ thuật Môi trường / Đào tạo và Quản lý Tài nguyên Nước
Thể loại	Báo cáo tổng kết
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	305
Dung lượng	7,51 MB