Biển đông – Khí tượng thủy văn động lực biển part 6 docx

Nếu như vào thời kỳ trước những năm 70 các phương pháp tính sóng đều dựa trên trên các toán đồ xây dựng trên cơ sở các tương quan thực nghiệm giữa các tham số sóng và yếu tố tạo sóng và

Phẩn2 VII Cếu trúc nhỏ 283

độ mặn tập trung chủ yếu ở kích thước nhỏ (nhất là ở 10 -12 m) Như vậy,

để nghiên cứu các đao động của độ mặn nên dùng các tham số lọc nhỏ + Các dao động của nhiệt độ và độ mặn rất ít có mối tự liên quan theo độ sâu

và các quá trình ngẫu nhiên T'(⁄) và $(⁄) có thể coi là đồng nhất

+ Trong các đặc trưng thống kê cấu trúc nhỏ thể hiện rõ rằng thành phần quyết định có chu kỳ triểu; biểu thị sự hiện diện của hai mốt (mode - đỉnh) trong phân bố của ham P(DT) Sự bất đối xứng có thể được giải thích bởi tác động đồng thời của một số thành phần quyết định của trường lực có chu kỳ khác nhau và góc lệch pha ngẫu nhiên của chúng Sự tồn tại của thành phần quyết định trong các đặc trưng thống kê cấu trúc nhỏ mở ra khả năng thành lập phương pháp dự báo chúng, dựa trên các số liệu thực nghiệm và mô hình thống kê phân bố của hàm P(DĐT)

+ Trong dao động thẳng đứng của nhiệt độ và độ mặn (thể hiện rõ nhất là trong dao động của độ mặn) nổi bật nhất là dao động với kích thước 10 -

12 m Các dao động với kích thước thẳng đứng nhỏ hơn 6 m không đáng

kế (phổ của chúng giống phổ của tạp âm trắng và chắc chắn chỉ do sai số

đo đạc tạo nên)

Trong đao động ngày đêm của cấu trúc nhỏ các trường thủy vật lý, hiện tượng triểu đóng vai trò quan trọng Cơ chế biến đổi của các trường đẳng hướng các đặc trưng thủy vật lý chưa được hiểu rõ Song có thể cho rằng, nó liên lệ mật thiết với sự biến đối của trường tốc độ dòng chảy dưới tác động của các lực tạo

triều

+ Dạng của các hàm mạt độ phổ rất đa dạng Độ tốc các đồ thị của chúng so với trục hoành liên hệ chặt chệ với cường độ (đại lượng I) các quá trình thành tạo cấu trúc Khi cường độ tăng thì độ đốc này cũng

tăng

Cường độ các quá trình thành tạo cấu trúc có xu hướng gia tăng khi chuyển từ vùng sâu vào vùng nông Dao động nhiệt - muối và cường độ các quá trình thành tạo cấu trúc nhỏ vào mùa hè mạnh hơn vào mùa đông

+` Theo đặc điểm đao động và đặc điểm các quá trình thành tạo cấu trúc nhỏ, có thể chia lớp bé mat biển (từ mặt biển đến độ sâu khoảng 400 m) ra làm 4 lớp nhỏ, có các đặc trưng riêng Khi nghiên cứu vé cấu trúc

và động lực cần đi sâu nghiên cứu từng lớp nước này

2 Các vấn đề cần nghiên cứu tiếp

Tuy đã có một số thành quả trong vấn để đo đạc và nghiên cứu cấu trúc nhỏ ở Biển Đông như đã trình bày ở trên, ta vẫn phải nói rằng đây mới chỉ là sự khởi đầu và cần có những đo đạc và nghiên cứu kỹ và sâu rộng hơn nữa Còn một loạt các vấn để chưa có kết luận khoa học cũng như thực tiễn chắc chắn Đó là: phân

284 BIỂN ĐÔNG _II KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

loại và phân vùng cấu trúc nhỏ, đặc điểm biến đổi theo không và thời gian, mối quan hệ của các đặc trưng cấu trúc nhỏ với các quá trình thủy nhiệt động lực (như: dòng chảy, thủy triểu, sóng ngầm v.v.) trong Biến Đông, khả năng mô hình hoá và dự báo v.v

Trong những năm 1999 - 2000 một số máy móc đo đạc hiện đại, có độ quán tính nhỏ và có thể cho phép thực hiện những phép đo phân tầng nhỏ, đã được áp dụng trong thực tế đo đạc, nghiên cứu biển Việt Nam Ví dụ, máy CTĐ loại mới nhất (CTD ROSET chẳng hạn) cho phép đo phân tầng các đặc trưng thủy lý - hóa, môi trường; máy MAVS-2 cho phép đo dòng chảy ba chiều với độ phân giải không - thời gian rất cao Đây là cơ sở kỹ thuật rất quan trọng tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu biển Việt Nam có thể tiếp tục thực hiện những đo đạc và nghiên cứu cấu trúc nhỏ nước Biển Đông Cho đến nay, có thể nói đã có nhiều kết quả quan trọng về đo đạc và nghiên cứu trong những lĩnh vực của vật lý hải dương học Biển Đông, như đòng chảy, thủy triểu, sóng, các đặc điểm thủy lý - hóa nước biển, có thể là nên tảng cho việc tiếp tục các nghiên cứu về phân tầng cấu trúc nhỏ Nhưng

có lẽ trong điều kiện hiện nay chỉ nên tập trung vào vùng tây Biển Đông

285

PHAN III DONG LUC BIEN

TRUONG SONG VUNG BIEN DONG

Trường sóng trên biển là một trong các yếu tố động lực biển quan trọng tác động lên tàu thuyền, các công trình và mọi hoạt động trên biển Trường sóng vùng ven

bờ cũng là nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển, biến đổi đáy biển vùng ven bờ tác động đến các công trình bảo vệ bờ, công trình cảng và luông ra vào cảng Sóng và dòng chảy sóng còn là nhân tố tác động đến các quá trình lan truyén 6 nhiễm vùng ven bờ Nước ta nằm trong vùng tác động của bão và các loại gió mùa Sóng trong gió mùa và bão là yếu tố hải văn cực kỳ nguy hiểm trên biển Tài liệu về trường sóng vùng biển Việt Nam này được biên soạn nhằm mục đích cung cấp những thông tin tổng quan về các nghiên cứu sóng biển tại Việt nam, các phương hướng, mô hình tính toán và dự báo sóng Tài liệu cũng đưa ra các

đặc điểm chế độ sóng trên vùng biển nước ta nhằm phục vụ cho các yêu câu khác

nhau về tính toán trường sóng, đo đạc thực nghiệm phục vụ thiết kế các công trình trên biển và ven bờ, về quan lý và khai thác vùng ven bờ

1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1 Trường sóng vùng biển khơi

Trong những năm gần dây, nhờ sự phát triển mạnh của các phương tiện đo đạc, đặc biệt là các máy và phao tự ghi sóng cùng c

hành đo đạc thường xuyên ngay cả trong các điều kiện gió mùa và bão Đồng thời các phương tiện đo đạc từ xa, chụp ảnh và viễn thám được ấp dụng trong đo đạc trường sóng trên biển đã bổ sung một nguồn số liệu vẻ trường sóng quan trọng trong nghiên cứu sóng Song song với việc phát triển các phương tiện đo đạc là phát triển các công cụ phương tiện tính toán hiện đại Tình hình nghiên cứu sóng

286 BIỂN DONG II KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

trên thế giới đã được phát triển rất mạnh và tiến tới đáp ứng được phần lớn các yêu cầu cung cấp số liệu sóng đủ tin cậy phục vụ cho các mục tiêu khác nhau Nếu như vào thời kỳ trước những năm 70 các phương pháp tính sóng đều dựa trên trên các toán đồ xây dựng trên cơ sở các tương quan thực nghiệm giữa các tham

số sóng và yếu tố tạo sóng và các tính toán được tiến hành cho các điểm rời rạc thì hiện nay các tính toán, dự báo sóng nghiệp vụ hàng ngày đã đạt được trình độ

mô phòng được từng thành phần phổ sóng và tính cho toàn vùng biển với bước lưới đủ chỉ tiết phục vụ các mục tiêu khác nhau Ngay trong bản thân các loại mô hình tính sóng đựa trên phương trình cân bằng năng lượng (CBNL) sóng dạng phổ cũng luôn được nâng cao, cập nhật với các đo đạc mới nhất Vào những năm 1970

- 1980 các mô hình tính sóng theo phương trình CBNL sóng dạng phổ chủ yếu thuộc thế hệ I là loại phương trình dựa trên giả định các thành phần phổ sóng hoàn toàn độc lập với nhau trong khi lan truyền Các mô hình tính sóng theo giả định này gọi là các mô hình phổ sóng truyền độc lập DP (Decoupled Propagation) Thi dụ về mô hình dự báo sóng điển hình thuộc loại này là mô hình MRI của Cục Khí tượng Nhật JMA [2] Từ các năm 1980 xuất hiện mô hình tính sóng thế hệ II, có tính đến sự tương tác giữa các sóng trong khi lan truyền Thuộc loại mô hình thế hệ IT nay c6 mo hinh cap ghép CH (Coupled Hybrid) va mo hinh cặp tách biệt CD (Coupled Discret) Mô hình CHÍ là loại mô hình tính sóng lừng

và sóng gió riêng biệt trong đó sóng lừng được tính theo nguyên lý truyền độc lập

DP Mô hình cặp tách biệt là mô hình tính đến sự phân bố lại năng lượng sóng đồng thời cho tất cả các thành phần phổ sóng bao gồm cả sóng gió và sóng lừng đưới tác động của gió Một thí dụ về loại mò hình thế hệ II là mô hình MRI-II (MA) và mô hình GONO của cơ quan khí tượng Malaixia Hiện nay trên thế giới đang sử đụng loại mô hình tính sóng thế hệ HI cho phép tính được năng lượng phố bằng cách tích phân trực tiếp phương trình CBNL sóng không phụ thuộc vào điều kiện các đạng cho trước của phổ cả ở vùng nước sâu và ven bờ (mô hình WAM , SWAN [8]) Các loại mô hình tính sóng thế hệ II và II mô phỏng khá tốt trường sóng trong bão, gió mùa Các mô hình tính sóng được sử dụng trong nghiệp vụ dự báo sóng hàng ngày đồng thời cũng được sử dụng để khôi phục trường sóng theo các số liệu trường gió khôi phục và lập thành các bộ số liệu cho phép tính toán chế độ sóng vùng khơi và ven bờ Hiện nay tại Mỹ các số liện sóng như trên ở đạng các tham số sóng gồm độ cao, chu kỳ, hướng sóng, cho hệ sóng gió và sóng lừng ứng với từng Obs và theo thời gian yêu cầu (10-20 năm) được cung cấp cho tất cả các điểm vùng nước sâu dọc theo bờ biển theo hai nguồn số liệu [6]:

+ Số liệu khôi phục của hệ thống tư liệu ven bờ (CEIDRS)

+ Số liệu khôi phục của hệ thống phân tích trạng thái mặt biển (SEAS)

2 Trường sóng vùng ven bờ

Trước những năm 7Ô các tính toán sóng ven bờ thường được thực hiện theo phương pháp thủ công dựa vào các toán đồ khúc xạ, hệ số biến dạng vv G.M

Phần 3 ¡ Trường song vùng Biển Đông 287

Griswold là một trong những người đâu tiên sử dụng máy tính để lập các bản đô tia sóng khúc xạ thông qua việc giải phương trình vi phan tia sóng Hiện nay phần lớn các tính toán lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào khu vực ven bờ đều dựa trên việc giải số trị phương trình lan truyền sóng trên vùng biển ven bờ có độ đốc thoải của Berkhof 1972 |7| có tính đến hiệu ứng nhiễu xạ giữa bản thân các sóng tại vùng ven bờ Mô hình lan truyền sóng vùng ven bờ RCPWAVE dựa theo phương trình trên của Trung Tâm Công nghệ Ven bờ thuộc Hải quân Mỹ (CERC)

là một mô hình được sử dụng rộng rãi để mô phỏng trường sóng ven bờ trong các tính toán phục vụ xây dựng các công trình ven biển và bảo vệ bờ biển

Mô hình SWAN thuộc thế hệ IH của Viện Thủy lực Hà Lan được sử dụng để tính toán sóng vùng khơi và lan truyền các thành phần phổ Sóng vào vùng ven bờ

3 Tình hình nghiên cứu sóng ở Việt Nam

1 Thôi kỳ rước năm 1975

Thời gian này nước ta đang có chiến tranh, đội ngũ cán bộ điều tra nghiên

cứu biển của chúng ta còn quá ít, trang thiết bị đo đạc các yếu tố sóng hấu như không có ở một số trạm KTTV ven bờ như Hòn Dấu, Hòn Ngư có tiến hành các quan trắc sống bằng máy ngắm sóng Ivannov, còn việc điều tra đo đạc các yếu tố sóng vùng nước sâu hầu như bị bỏ trống Một số các công trình nghiên cứu do các tác giả nước ngoài và trong nước về chế độ sóng đều ở đạng các tính toán thủ công theo phương pháp thống kê chế độ [L], [2]

2 Thời kỳ từ năm 1975 đến nay

Đây là thời kỳ phát triển mạnh nhất của khoa học công nghệ biển nước ta

nói chưng và nghiên cứu sóng nói riêng Nghiên cứu sóng được phát triển trong

cả hai phương diện: đo đạc, điều tra khảo sát cơ bản trường sóng vùng nước sâu ven bờ và các phương pháp tính toán, dự báo Các chương trình điều tra nghiên cứu biển, chương trình biển trọng điểm cấp nhà nước và chương trình khoa học công nghệ biến cấp nhà nước là các nguồn động lực quan trọng trong việc cung cấp kinh phí, tập hợp các nhà nghiên cứu trong nghiên cứu sóng Năm 1981 da bat đầu các thử nghiệm tính toán số trị trường sóng vùng khơi Biển Đông theo phương pháp Abuziarov |2] Năm 1989 đã tiến hành xây dựng phương pháp dự báo số trị trường sóng vùng biển Đông bằng phương pháp giải phương trình CBNL sóng dạng phổ trong đó đã sử dụng phương trình CBNL sóng với các thành phần phổ sóng tách biệt để tính toán và dự báo séng trong bao {2] Tính sóng trong bão và gió mùa đã được đề cập đến trong nhiều chương trình nghiên cứu biển như chương trình 48B, chương trình biển KT03 [2], chương trình khoa học công nghệ biển KHƠN06 |5] Tính sóng vùng ven bờ cũng được chú ý phát triển cừng với các yêu cầu về thiết kế các công trình ven biến, bảo vệ bờ biển chống sạt

lở, xói lở bờ, bảo vệ các công trình tuyến kênh hàng hải ra vào cảng chống sa bồi

và quản lý khai thác vùng bờ biển nước ta Về các phương tiện máy và thiết bị đo đạc trường sóng cũng được phát triển rất mạnh trong thời gian từ năm 1975 tới

288 BIEN DONG II KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

nay Trước năm 1980 đã sử dựng các loại máy tự ghi sóng ven bờ - sóng ký dây

và máy tự ghi sóng vùng nước sâu - GM16 của Liên Xô thời đó Từ 1980 tới nay, nhờ các đự án do nước ngoài tài trợ, các nguồn kinh phí của các chương trình điều tra nghiên cứu biển và kinh phí đầu tư chiều sâu tại một số các cơ quan nghiên cứu biển nước ta đã được trang bị các loại máy tự ghi sóng của Anh, phao đo sóng của Hà Lan, Na Uy, máy tự ghi sóng của Mỹ, Nhật vv Tuy nhiên đại đa số các

số liệu đo đạc được là các số liệu khảo sát trong thời gian ngắn không hoàn toàn đặc trưng cho đặc điểm khốc liệt về trường sóng ở vùng biển nước ta, đó là trường sóng trong bão và gió mùa, trừ cố gắng của Tổng cục KTTV bố trí các trạm phao

cố định đo sóng định kỳ dọc bờ biển nước ta nhờ dự án trạm phao theo đõi trên biển do Na Ủy tài trợ nhưng không đạt kết quả do các trạm phao bị ngư dân phá huỷ Đây có lẽ là một vấn để tổn tại trong nghiên cứu sóng hiện nay cần được khắc phục

H CÁC PHƯƠNG PHÁP, MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRƯỜNG SÓNG VUNG KHOI, VEN BO TRONG CAC DIEU KIEN THOT TIET KHAC NHAU

Trong noi dung cia Muc I đã đưa ra các đánh giá tổng quan về tình hình nghiên cứu sóng trên thế giới và nước ta trong thời gian qua trong đó nổi bật là thời kỳ các năm 1980 đến nay đã áp dụng các phương pháp tính toán trường sóng vùng khơi và ven bờ hiện đại để phục vụ thực tế trên các vùng biển khơi và ven bờ nước ta Trong nội dung Mluc này sẽ để cập chỉ tiết một số các phương pháp tính toán trường sóng hiện đang được áp dụng để tính toán trường sóng trong các điêù kiện thời tiết khác nhau trên vùng biển Việt nam;

1 Phương pháp tính sóng vùng khơi

1.1 Tính sóng vùng biển sản tại khu vực vịnh Bác Bộ và Vịnh Thái Lan

Phương pháp SMBI5] là phương pháp tính sóng đơn giản dựa trên cơ sở thống kê quan hệ giữa các yếu tố tạo sóng như tốc độ gió, đà sóng, thời gian gió thối, độ sâu khu vực tính vv với các yếu tố sóng gồm độ cao, chu kỳ sóng Phương pháp SMB cũng được sử đụng tính sóng cho vùng ven bờ khí độ đốc nhỏ hơn 0.001 vì trong trường hợp này không thể sử dụng phương pháp tính lan truyền sóng

Độ cao hữu hiệu và chu kỳ sóng được xác định theo:

Phần 3 I Trưởng sóng vùng Biển Đông 289

Với: H độ cao sóng hữu hiệu [m|,

g gia t6c trong trường,

U tốc độ kéo của gió trên mặt nước [m/s],

d do sâu của điểm tính sóng ( khi tính cho sóng ving nude sau d=100m),

F đà sóng |m],

T chu kỳ sóng [s]

Tốc độ kéo của gió trên mặt nứoc được tính theo |6]:

Với: U tốc độ gió đo tại 10m trén mat bién [m/s]

Tại các trạm có độ cao đo gió khác với 10m sẽ sử dụng phân bố gió tầng sát mặt biển theo quy luật loparit để chuyển về tầng 10 mét;

Đà sóng được tính thco phương pháp 7 tia với bước hướng là 22.5 độ

Phương pháp SMB được sử dụng để tính sóng cho các khu vực vùng biển hẹp bị giới hạn về đà sóng như vịnh Bắc Bộ và Vịnh Thái Lan trong các điều kiện thời tiết bình thường, không có bão

1.2 Tính sóng vùng biển sâu tại khu vực Biển Đông khi không có bão

Đối với vùng Biển Đông trong mọi điều kiện thời tiết khác nhau trừ trường hợp

có bão đã sử dụng phương pháp giải phương trình cân bằng năng lượng phổ sóng đạng tham số để tính sóng vùng nước sâu

290 BIỂN ĐÔNG II KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN DONG LUC BIEN

- Pik hầm truyền ứng với các tham số sóng,

À

“Gi hàm nguồn đối với tham số a,

Tham số sóng độc lập tại phương trình 1 được tính là tần số ứng với đỉnh phổ (œ„„), phương sai (m) và hướng sóng 9

Hàm phổ mật độ được lấy theo phổ mật độ của Davidan [3]

Liên hệ giữa tần số đỉnh phổ và phương sai có dạng:

mạ”

Với -U tốc độ gió [m/#§]

Dựa vào phương trình 6, phương trình 5 được giải cho hai tham số còn lại là m và

9 Các dạng cụ thể của hàm nguồn và hầm truyền bao gồm:

Phin 3 | Trưởng sóng vùng Biển Đông 291

- Điều kiện biên với toàn Biển Đông được cơi là một vùng biển kín, tại các điểm ven bờ sóng bị phá huỷ hoàn toàn không có thành phần sóng phản xạ ngược lại vào vùng tính

- Điều kiện ban đầu có thể cho toàn vùng biển Đông có sóng rất nhỏ để có được giá trị tần số sóng ứng với đỉnh phổ khác không

(15)

Phương trình (15) là dang đặc biệt của phương trình CBNL sóng dạng phổ khi không có hàm nguồn ở vế phải của (15) biểu thị cơ chế phát triển của sóng khi không có năng lượng của gió truyền cho

Như vậy mô hình tính sóng được sử dụng để tính trường sóng vùng biển khơi biển Đông là mô hình tính ghép: tính sóng gió và sóng lừng riêng rẽ sau đó sẽ tính sóng tổng cộng

- Chỉ tiêu xuất hiện sóng lừng:

+ Hướng gió thay đổi so với hướng sóng quá 90°:

292 BIEN DONG II, KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

Với: Ax, Ay tính bang [km], U tinh bang [m/s] va AT tinh bang [gid]

1.3 Tính sóng trong bão vùng biển sâu tại khu vực vịnh Bắc Bộ và Biển Đông Tính sóng trong bão tại các khu vực vịnh Bác Bộ và Biển Đông cần thiết phải sứ dụng phương pháp giải phương trình CBNL phổ sóng cho từng thành phần phổ tách biệt có tính đến quá trình trao đổi năng lượng của các thành phần phổ sóng trong khi lan truyền (loại phương pháp tính sóng thế hệ II) do phương pháp phố tham số không mô phỏng được chính xác các tham số sóng trong điểu kiện trường gió thay đổi mạnh theo không gian và thời gian như đối với bão

Phương trình CBNL sóng đạng phố đối với các thành phần phổ sóng có dạng:

Với : S ~ Phố năng lượng của sóng phụ thuộc vào x, y, L, Í, Ø

Cụ- vận tốc nhóm sóng

Hàm nguồn G có dạng :

Phần 3 1 Trưởng sóng vùng Biển Đông 293

294 BIỂN ĐÔNG II KHÍ TƯỜNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

số giữa năng lượng sóng tại trạng thái phát triển hoàn toàn và hiện trạng năng lượng sóng

2 Tính lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào khu vực nghiên cứu

Sử dụng mô hình khúc xạ và biến dạng trong các trường hợp địa hình khu vực nghiên cứu không phức tạp (trường hợp này các đường đẳng sâu được coi là luôn song song với đường bờ

Hệ số khúc xạ và biến dạng sóng trong trường hợp này có dạng [S]:

K,= (exes)

«(ey Với: oy géc gifta [rong sóng và đường đẳng sâu tại vùng nước sâu,

góc giữa [rong sóng và đường đẳng sâu tại khu vực tính,

€ọ tốc độ pha của sóng tại vùng nước sâu,

€ tốc độ pha của sóng tại khu vực tính,

n tỷ số giữa tốc do pha và tốc độ nhóm của sóng

(26) 42)

Phổn 3 I Trường sĩng vùng Biển Đơng 295

Trong trường hợp khu vực tính cĩ địa hình đáy phức tạp (khu vực gần cơng trình

đê kè, gần các cửa biển vv.) sẽ sử dụng phương pháp tính tốn lan truyền sĩng theo phương trình MilIk Slope của Berkhof [7| cĩ dạng:

—{V a+———|VaV(CCg)|]+kˆ 7 e cl 8 -|WVal =0 \¥s| (30)

Với _D =-v{a2cCg| vs] - I(g/2ø)2y2n2CCg | VsÌ JI/h (33)

Ngồi vùng sĩng đồ giá trị D sẽ bị triệt tiên

9 - Hệ số hao tán năng lượng sĩng

T - chu kỳ sĩng (được coi là khơng đổi)

C&(x,y) - vận tốc nhĩm (Cø(x,y) = ờ/ơk)

a(x,y) - hàm biên độ sĩng a(x.y) = sH(x,y)/2ø)

8 - gia tốc trọng trường

H(x,y) - chiều cao sĩng

s(x,y) - hàm pha sĩng

296 BIỂN ĐÔNG II KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

h(x,y) - độ sâu của nước

9(x,y) - póc hướng sóng

V - toán tử pradient hai chiều ngang

Các phương trình này dùng để xác định a, | Vs| va 0 bang sơ đồ số

Mô hình tính sóng vùng ven bờ sử dụng các công thức (9)-(16) được lập tại Trung tâm Công nghệ Ven Bờ thuộc Hải quân Mỹ [7] được gọi là mô hình RCPWAVE

3 Tính đồng thời sóng vùng khơi và lan truyền sóng từ vùng nước sâu vào khu vực nghiên cứu

Tại hai mục II.1 và IL2 đã đưa ra hai loại phương pháp tính sóng Đầu tiên tiến hành tính sóng vùng khơi, nước sâu sau đó sử dụng phương pháp tính lan truyền sóng để tính sóng truyền vào khu vực ven bờ Về thực chất hai mục trên phải được kết hợp với nhau để có được các tham số song vùng ven bờ là khu vực cần

có các số liệu tính toán trường sóng Trên thực tế việc kết hợp hai mô hình trên thường gặp nhiều khó khăn do sự khác biệt về bản chất trường sóng trong mỗi loại mô hình Mô hình RCPWAVE chỉ có thé tính cho từng sóng đại diện riêng biệt, trong khi đó mô hình tính sóng vùng nước sâu lại cho các kết quả là tập hợp các sóng đơn với các tần số và hướng truyền khác nhau Mô hình lan truyền sóng cũng giả định là toàn bộ trường sóng vùng nước sâu (biên ngoài của vùng tính) là một sóng đơn do vậy hạn chế rất nhiều về khả năng mở rộng vùng tính toán Ngoài ra một yếu điểm lớn nhất của mô hình truyền sóng ven bờ là bỏ qua quá trình trao đổi năng lượng với gió trong khi truyền Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là trường gió mạnh trong bão hoặc gió mùa nguồn năng lượng mà sóng nhận được trong khi truyền từ vùng nước sâu vào vùng ven bờ sẽ đóng vai trò đáng kể Vào cuối những năm 1980, nhờ các công trình nghiên cứu của Hasselmann {8] và nhóm SWAMP, WAMDI và vào những năm 1990 của các nhà khoa học tại Viện Thủy lực Hà Lan, đã xây dựng được các mô hình tính sóng tổng hợp từ vùng nước sâu vào vùng ven bờ với các hiệu ứng phức tạp của trường sóng vùng ven

bờ

Mô hình SWAN được cơi là mô hình mới nhất hiện nay thuộc dạng trên

Với S là mật độ phổ sóng hai chiều: Š (10, XY; 0 ta CÓ:

Phần 3 | Trường sóng vũng Biển Đông 297

Sự khác nhau giữa phương trình (34) với phương trình cân bằng năng lượng phổ sóng vùng nước sâu (22) là ở chỗ các thành phần khúc xạ sóng và quá trình tiêu hao năng lượng sóng trong hàm nguồn

Hàm nguồn G tính đến các quá trình tiêu hao năng lượng sống sau:

~ Quá trình sóng đố dạng tung bọt trắng trên đỉnh sóng,

+ Quá trình tiêu hao năng lượng sóng do ma sát đáy,

+ Quá trình sóng đổ do độ sâu giảm khi truyền vào vùng ven bờ

Ngoài ra SWAN còn cho phép tính được khúc xạ và phản xạ sóng do đòng chảy, truyền sóng qua các vật cản chìm dưới nước vv

Hầm nguồn G cũng tính đến tất cả các hiệu ứng giữa gió và sóng, sóng và sóng như đã nêu trong mô hình tính sóng trong bão, ngoài ra đây là mô hình tính sóng thế hệ III nên khả năng áp dụng vào tính toán trường sóng vùng khơi và ven bờ nước ta (rong bão sẽ nâng cao được độ chính xác của các tham số sóng cực đại, đặc biệt là ở vùng ven bờ phục vụ cho như cầu thực tế

TH CAC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Trường sóng vùng biển Đông trong các tháng đặc trưng

Để có được trường sóng vùng Biển Đông theo các tháng và trung bình năm đã tiến hành đồng thời thu thập số liệu sóng từ bản đồ Obship do các tầu biển phát báo trong thời gian 20 năm và tính toán theo phương pháp phố tham số (xem chương

L, II) dựa trên các số liệu trường gió tính toán theo các hình thế sinop nhận được

từ phương pháp nhận dạng trong thời gian 10 năm[3] Kết quả phân tích nguồn số liệu đầu cho thấy các số liệu sóng thu thập theo Obship rất tản mạn và đặc biệt trong các điều kiện thời tiết xấu và trong bão hầu như không có số liệu Ngoài ra

ở hai khu vực vịnh Bắc Bộ và vịnh Thái Lan có rất ít số liệu Do vậy ở đây đưa ra các kết quả tính toán trường sóng theo phương pháp phổ tham số dựa trên trường gió trong các hình thế sinop Trên hình 74 đưa ra lưới tính sóng (heo hình thế sinop và sóng trong bão cho vùng biển Đông Trường sóng vùng vịnh Bắc Bộ được tính với bước lưới 1 x 1 kinh vĩ, còn lại các vùng khác trên biển Đông tính cho 2 x 2 độ kinh vĩ Bảng 57 đưa ra kết quả thống kê các hình thế sinop theo các thang trong nam

298 BIEN DONG II KHÍ TƯỢNG, THUY VAN DONG LUC BIỂN

2 Trường sóng vùng ven bờ biển Việt Nam

Để đưa ra các số liệu về chế độ sóng vùng ven bờ đã sử dụng các số liệu độ cao sóng thực đo tại các trạm ven bờ đọc bờ biển nước ta gồm 12 trạm Bảngšs đưa ra các kết quả thống kê độ cao, chu kỳ sóng và tốc độ gió trung bình theo 4 thời kỳ trong năm và trung bình năm cho các trạm hải văn ven bờ biển và hải đảo nước ta Cần thiết nhấn mạnh rằng do đặc điểm trường sóng vùng ven bờ thay đổi rất mạnh theo địa hình đáy biển và đường bờ nên các số liệu trên hoàn toàn mang tính địa phương tại vị trí đặt phao ngắm sóng tại các trạm hải văn

Bảng 58: Độ cơo sóng trung binh [7 (m), chu kỳ sóng trung bình r (s) vỏ tốc độ

gió TÝ (m/s) Tại cóc trạm hỏi văn ven bờ

I Thang trong nam

Hải văn ipola H|r|V|HIr H

Bacht Wi | 06} 37/65/05|35 155] 06 | 37] 65 95 3.6 | 7.0 07 38 70

Văn Lý 04430|35|04130 |35|054135|40 |05 |35|40 |05 |35 40 Hòn Ngư 0535|42/05|35 |35|04432|38 |06 |40|40 |06 |40 50 Cén Cỏ 09 |40|50|07|35 |35|07/35|38 |10 |45|40 |10 145 55 Son Tra 0.3) 3.0/20)02|24 | 20/03;30/15 (04 735/20 |o4 | 35 20 Phú Quý 09) 47/80/07/45 |45108,46/75 |08 |47|60 |08 | 46 7.0 VingTay [| 03 | 25] 35/04] 28 | 25)04/ 28/30 |03 | 25/23 |04 | 28 3.2 Côn Đảo 05|28|45|04|27 | 35 | 04 40 |04 | 27/40 105 | 28 45 Phú Quốc |22|22|35|02123 |25|05|386|40 |04 | 32/40 |05 | 32 40

Phần 3 I Trường sóng vùng Biển Đông 299

| * * © Diém tinh sóng vùng biển Đông " sọ HỊ

| | a Diém tinh s6ng ving V.Bic BO

poe ° rie} 71 Lưới tính sóng trong bão

300 BIỂN ĐÔNG II KHÍ TƯỢNG, THUY VAN BONG LUC BIỂN

Hình 75A: Bản đồ các Trường sóng trung bình vùng biển Đông thóng I

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG BIEN DONG HINH THE SINOP : 01A1

THÓI GIAN = 12.00 GIO

DO CAO,CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

Rhee thee band deh wee HeEH 16 1.6 1.6 1.4

Ao ket dea bea wees teat 6,4 6.4 6.3 6:0

He eed eae Who Eee HEHE 40, 40 40 40, wehbe beke dade vee bee, 17 LP 12 lv teed Vode dees week eee EG 6.8 6,8 6.4 Y3 bed Hees 4+ 40, 40 49 40 40, tees Suse doko eee 18 1,8 1,8 2.8 1.8 1.6 week feed Hees eee 6,9 6,9 6.9 6.5 6.8 6.4 eee Ree bees ree A0, 40, 40 40 40 40

beth bees bees eee 1.5 1.65 1.5 1,8 1,6 x3*+

Peke esd dees eee 6.4 604 64 6.9 GLB AEE Feed babd Hee eee 99 40 49 40, xxx See Ree AER HER 105 1,5 1.7 1.8 1,6 *#*x xYtY xe Quy eee 6-3 6.2 6.8 6.8 6,5 xxx+

bee Fede Geek Hee 30, 33 40, 49 40, xxx Wok bea bee HEH 15 107 1,7 0,9 9.9 th xây Yên XI 6-4 6.7 6.6 4.8 cá 8 xxxs beak HERA bode 6n" 35, 30, 9D, tHE®

1.2 1/2 **** 1.2 1.5 1.8 0.9 0.9 HRA Free 5.7 5.7 **#* 5.7 6.4 6.8 4.8 4,0 xxx tear

BO 30 *##* 60, 21, 24 23 21, Heke thee

x+** 1,0 1.0 0.9 0.9 0.9 1/0 x#*x# HRA te 44ers 3/3 3/3 3.3 4.8 4.8 3,3 EAH Hee xxx wee C23 23 23 20 20 20, xxxk xkxk xxx FAT 0/8 0:8 0.8 0.58 0.8 #HHK dA Hee XI see 3/3 3,3 3/3 3.3 3,3 RRAE Bede yee tae tere 20 20 20 2D, 20, tHe Heke tease aoa teee XIN 9.8 0,8 FHEH HARE bad weed Hee tues Bead Rede 303 3,3 kh TY k® XÂY k tk XE

"1% ẽ 2G, 9G, Hebe Beek dete badd rea sree

Phần 3 | Trường sóng vùng Biển Đồng 301

Hinh 75B: Bản đồ cóc trưởng sóng Trung bình vùng Biển Đông thang |

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG BIEN DONG HINH THE SINOP ; O1A2

THO! GIAN = 12.00 GIO

DO CAO,CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

hee bake bake Ake thks eek ake tha whee hae x**

keke teas

ee thee eee bake keke

¬ eee kee keke bake keke

ưu hee

hee

~+*w eee

tớ eke wake the bake wee vww

ee +*#

the k*#

keke thee hee

thee ake the die

ae thee

~xxw thee bees

wk

rr wx*#

ư bee

Ahk bee Fee ee

ky ke

tk + habe

i ke xư*#+ 0,9

xe xt cáang week B0, xx*xx 0,9 eee 4,8 - xưx# 1,0 wee ALO eee A0 eee 1G

*+** 4,0

**** 40,

1.0 0.9 4,0 4.8

40 38

0,8 1.2 4.8 5.6

38 34

1.6 1.0 4.9 4.0 3} 30

0.8 0,8 3.3 3.3

22 22

0.8 tee 3,3 *w*#

20, *xx*x

bebe bee eke

2

Nwo

t*xw#

babe bake

eee tke

our “mh

bee ake baad keke xwk*

beet thee Anke Ake

tke oer thee

ee tae thee

~k&

thee

ee eee hak

dee thee **#&

take thee

~.*

wk ane

~xw

fk

bebe ees Rbk keke wwk&

re ake bebe

302 BIỂN ĐÔNG II KHÍ TƯỢNG, THUY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

Hinh 75C: Bản đồ cớc trường sóng đặc †rưng vùng vịnh Bắc Bộ fhóng I

BAN DO TRUONG SONG THANG | BAN DO TRUONG SONG THANG }

VUNG VINH BAC BO HINH THE VUNG VINH BAC BO HINH THE

THOI GIAN = 12,00 GIO THOI GIAN = 12.00 GIO

DO CAO,CHỦ KY VA HUONG SONG DO CAO,CHU KY VA ITUONG SONG

RAR Ree 1.4 1.2 ~x+x* Bee Re 0.9 0.9 ****

wee whee 35, 40, 40, wate week 33, 41, 44,

TY RARE REE HEE 35, ARR OKI kk kee AQ,

Phển 3 | Trường sóng vùng Biển Đông

Hình 76A: Bản đồ cóc trường sóng rung bình vùng biển Đông thỏng

BAN DO TRUONG SONG BU BAO, VỤNG : BIEN DONG _ HINH THE SINOP :4A1

THÓI GIAN = 12.00 GIO

DO CAO.CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

Ghee ee SR enh baw bed apes

¬ wend bee eee BOT GF g BT Aly ewes deed bene beak teee 60 6 BO BS, bh, whee

dete eed xe +2 *$ C60, 6G GD 60 60, xxx

week RRR bak hk bE bea

uo 2

304 BIỂN ĐÔNG Il KHÍ TƯƠNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

Hình 768: Ban dé cdc trường sóng trung bình vùng biển Đông thớng IV

BẠN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG: BIEN DONG HINH THE SINOP :4A2

THÓI GIAN = 12.00 GIÓ

DO CAO,CHU KY VÀ HUONG SONG TÔNG CONG

athe k4Ae weed HeEH 1.2 4.3 1.3 1/3 1,3 1⁄2

ky kxy xa rte 5.7 5/1 5.7 5.7 5.7 547 duke keke tate tetY 60, 60, 60 60 60, 60, rade eee whee AHHH 120° 1.2 1.2 1,3 1.3 46 HH tees bed eee vee 507 5.7 5/7 5/7 5,7 x***

Aske beh dees sett 90, 90 90 69 GŨ, *x**

ky ky Xe Ree 122 1/1 1/2 1/3 162 #8 EF eek wee weet toes 5-7 5/7 5/7 5.7 5,7 x+**

ehh tees Fete a¥ee 90, 90, 60 60, 60, #HEH

ky tare tees vee 409° 1,2 4.2 1.2 "

eet week weed eee 57 6.7 5.7 5.7 eed

1/2 1/1 **** 1/2 1/2 1.2 1.2 1.2 eee thee Bor 5.17 eee 5/7 5.7 5,17 5/7 5/7 xxx+ xưa

QC 90, r*** 90 60, 60 60 60, *#*x# xưty 1.2 1/2 1.2 1.2 1.2 1/2 1.2 1.1 *Y** x##x+

5.7 5.7 5.7 5.7 5,17 5,1 5,7 5,7 *®xe Her

90 90 90 60 60, 60 60 60, x#*x xưởờt

vx ớt CO8 0.68 0.8 0.8 0/8 0,8 *xx# 3# xườy werk 3/3 3/3 3.3 3,3 3,3 B.S FARE Rew ree were FL FL Tì, TÔ, TÔ T0, RR i

xx tt 9.8 0.8 0.8 0.8 0.8 *HEH #xY# Xi y woe x33 3/3 3.3 3,3 3,3 +» rea de ee

TỐ

Phần 3 I Trường sóng vùng Biển Đông 305

Hình 7éC: Bản đồ các trưởng sóng đặc trưng vùng vịnh Bắc Bộ thóng IV

BAN DO TRUONG SONG THANG IV BAN DO TRUONG SONG THANG IV VUNG : VINH BAC BO HINH THE SINOP :4A1 VUNG : VINH BAC BO HINH THE SINOP :4A2

THOI GIAN = 12.00 GIO THOI GIAN = 12.00 GIO

DO CAO,CHU KY VA HUONG SONG TONG OO CAO,CHU KY VA HUONG SONG TONG

Fede bak kee bene 303

306 BIEN DONG il KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỤC BIỂN

Hình 77A: Bản đồ cóc trường sóng trung bình vùng biển Đông tháng Vii

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG : BIEN DONG — HINH THE SINOP :07A1

THO! GIAN = 24.00 GIO

DO CAO,CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

4# tot dokxe fotok mee HK 8 O.8 O.8 0.8

TY AT tx*yt In sư 3/3 3/3 3,3 3.3

awk beak eee RH RE Hee tree 170, «170 710 179,

nthe eet tree tee! 0.9 4.1 0.9 C.8 0.8 0,8

week teee Heke HeEE O57 5.7 5.7 3.3 3.3 3.3

xkxw #kx# xwwx He O10 210, 210, 172, 172, 170

kh Xưy Xà ki *t 0/7 1/3 0,9 0.8 0,8 xx**

ky kk vYy x*** 220, 210, 210 Ệ5, 187, X*xy

kode keke hehe HRY 0,8 0,7 027 0.7 0,8 *x*+

bees RAR HERE XI 3/3 3/3 3.3 3.3 3,3 eRe

eee 0.8 9.8 6.8 O17 OL] tate HERR ky

eee 3030 3.30 3.30 3.30 3.3 RHR Heke band kưếk

**** 220, 220 220 220 220 X*Xk ky eae kame

— ô ôÔ Ô ÔÔÔÔ ÔÔỨÔÔÔÔÔÒÔ,

Tư eee 1,3 3,3 TY kh Rhee Heed Re the

+ + X*X# 220, 220, FREE ME KẾ RRR Ra RHR

Phan 3 | Trường sông vùng Biển Đông 307

Hình 77B: Bản đồ cóc trưởng sóng trung bình vùng biển Đông thớng VII

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG : BIENDONG — HINH THE SINOP

THOI GIAN = 24.00 GIO

DO CAO.CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

tư

eke bebe

wae neat bee

wt tare

ae

keke +e tes +e +e

aa E tee wank ake tke tee bebe whee thee Habe wae

¬ lg 9 Pete 206, Lg

tees 0.9 6.9 0.9 1,7 were 4,8 4,8 4,8 5,7

¬ + ki thee thee

308

BAN DO TRUONG SONG THANG VIL

BIỂN ĐÔNG Il KHÍ TƯƠNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIEN

Hình 77C: Bản đồ các trường sóng frung bình vùng vịnh Bắc Bộ ihóng VII

BAN DO TRUONG SONG THANG Vil VUNG : VINK BAC BO HINH THE SINOP :7A1 VUNG : VINH BAC BO HINH THE SINOP :7A2

THO! GIAN = 24.00 GIO

DO CAO,CHU KY VA HUONG SONG

TONG CONG tere 100

THOÓI GIAN = 24.00 GIO

DO CAO,CHỦ KY VÀ HUONG SONG

TONG CONG Ake bee

sae 124 x*t*

were 6.2 ‘kes tere UC 180, *#**

3.9 0.9 0,9 x#x#e x#zk 4.8 4.8 4,8 xx*+ x*z+

200 200 200, +xrx# xz#ẻx+

xzxt 0,9 0,8 0.9 6.9

“eer 4.8 4,8 4.8 4.8 x#** 206, 230 260 20, rath tere 9.9 6.9 0.9 Thờ tr n 4,8 4.8 4,8 sees bets 200, 200, 280 teas beak thee 0,9 0,9

¬ rkeh twee 4.8 4.8 fave werk bets 206, 200 see beak uy keke Og wee beGH “nc

Phần 3 I Trưởng sóng vùng Biển Đông

Hình 78A: Bản đồ cóc trường sông †rung bình vùng biển Đông thang X

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG : BIEN DONG — HINH THE SINOP :10A1

THƠI GIAN = 24.00 GIO

DO CAO.CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

ee ae ô 1.2 xxx twee xk} TY 3,3 5/7 547 Xưởn thư HEHE kee GO 60 30

8.8 0.8 **** 0,8 0.8 0.8 0.9 3.3 3.3 **** 3,3 3,3 3.3 5,7

20 20 **** 40 43 43 30,

0,8 06.8 0.8 1.0 1.1 1.1 3.3.3.3 3,3 S.7 5.7 5,7

ores ư#

rks keke bake wee

eb thee

310 BIEN ĐÔNG II KHÍ TƯƠNG, THỦY VĂN ĐỘNG LỰC BIỂN

Hình 788: Bản đồ cóc trường sóng frung binh vùng biển Đông thóng X

BAN DO TRUONG SONG DU BAO VUNG: BIEN DONG — HINH THE SINOP :10A2

THO! GIAN = 24.00 GIO

DO CAO,.CHU KY VA HUONG SONG TONG CONG

Rea ha TRE RRR dee re OG 0.9

TY dee VY tat kr ky eee 6 g 4.3

Hoes xe suy wees 6G, 60 6S 60 GD tee seek teak eee HH 99 1,0 1,0 1.9 0,9 x**#

kode bee eee eee 5°70 8-7 57 S17 5.7 xxx Wend hbet eed dete 65 60, 60 GO 60, tet

8 O.8 rAr*# 0.8 0.8 0,8 G8 OB HHH Hees 3.30 3.3 v¥** 3/3 3.3 3.3 3.3 3.3 HHH wane

**** 240, 240, 240 240 240, 240, x+*x+* tHe Hees

x*** 3,8 0.8 0.5 0.8 Q.8 X#Xx RAH Hed xtk#

Hee 3/3 3/3 3/3 3,3 3/3 xxxx xxx bee Heo beak 260 260 260 260 260, Xrvx xe» + ky whee thee 0,8 0,0 xxx RE ke He ee

We RARE 3,3 3,3 RRR Re RE te be et Awkk FEE 060, 260, YXXY XW XE tek RHA wae H RRR