Nghiên cứu này đã đưa ra các kết luận sau: 1/ Ở vùng bờ biển này đã từng và có khả năng xảy ra sóng thần cao tới 3m nguyên nhân không phải động đất mà có thể là nguồn gốc khí tượng, … 2
Trang 11
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Tính cấp thiết của đề tài:
Nước ta với hơn 3000km bờ biển kéo dài từ bắc đến nam, hơn 20 tỉnh, thành phố và gần 3000 hải đảo có nguy cơ chịu ảnh hưởng trực tiếp của sóng thần Hàng triệu người và nhiều công trình kinh tế và an sinh xã hội cũng bị ảnh hưởng nếu xảy
ra sóng thần ở Biển Đông Vì vậy việc nghiên cứu động đất gây sóng thần và lan truyền sóng thần là rất cần thiết nhằm phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại khi có thảm họa xảy ra
Mục tiêu của đề tài: Tìm hiểu nguyên lý lan truyền sóng thần và xây dựng một số
kịch bản mô phỏng lan truyền sóng thần đến bờ biển và hải đảo Việt Nam phục vụ dánh giá thiệt hại, phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai và quy hoạch xây dựng kinh thế
xã hội
Để đạt được các mục tiêu đề trên, nhiệm vụ của đề tài tập trung giải quyết vấn đề sau:
- Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vùng nguồn có thể phát sinh sóng thần
- Nghiên cứu nguyên lý lan truyền sóng thần
- Mô phỏng và tính toán thử nghiệm cho một số kịch bản sóng thần lan truyền đến bờ biển và hải đảo Việt Nam
Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm 65 trang đánh máy vi tính với 40 hình và 3 biểu
bảng Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo luận văn gồm 3 chương chính:
Chương 1 Tổng quan về nghiên cứu sóng thần ở Việt Nam
Chương 2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận về xây dựng mô hình và mô phỏng lan truyền sóng thần
Chương 3 Các kịch bản áp dụng mô phỏng tính toán lan truyền sóng thần đến
bờ biển và hải đảo việt nam
Trang 22
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SÓNG THẦN Ở VIỆT NAM
1.1 Sơ lược về nghiên cứu sóng thần ở Việt Nam
Trước khi xảy ra thảm hoạ sóng thần ngày 26-12-2004 gây ra bởi động đất Mw=9,0 ở Sumatra, thì nghiên cứu sóng thần ở nước ta chưa được chú ý nhiều Lần đầu tiên việc khảo sát, đánh giá sóng thần được tiến hành cho vùng bờ biển Nghệ An-Hà Tĩnh phục vụ việc xây dựng khu gang thép Thạch Khê (Nguyễn Đình Xuyên
và cộng sự, 1984) Nghiên cứu này đã đưa ra các kết luận sau:
1/ Ở vùng bờ biển này đã từng và có khả năng xảy ra sóng thần cao tới 3m nguyên nhân không phải động đất mà có thể là nguồn gốc khí tượng, …
2/ Động đất có khả năng phát sinh ở các đứt gãy trên vùng thềm lục địa có thể gây sóng thần cao không quá 2m ở vùng bờ biển này Tuy nhiên những nhà nghiên cứu chưa chú ý đến các nguồn sóng thần trong vùng Biển Đông Muộn hơn, vào những năm 90, vấn đề sóng thần được một số nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Gần đây, sau thảm hoạ sóng thần Sumatra, vấn đề sóng thần được đặc biệt chú ý
Về quan điểm địa chấn thì khu vực Đông Nam Á bị bao bọc bởi 2 vành đai động đất lớn nhất hành tinh: Ở phía Đông là phần cuối của vành đai Thái Bình Dương, kéo dài hàng nghìn km từ Đài Loan qua quần đảo Philippin đến Đông Timo; ở phía Tây và Nam là phần cuối của vành đai Địa Trung Hải-Hymalaya kéo dài hàng nghìn km từ vịnh Bengal đến Đông Timo, ôm lấy quần đảo Indonesia
Tuy khu vực Đông Nam Á và quanh vành đai Thái Bình Dương đã xảy ra nhiều động đất gây sóng thần lớn song nhờ sự che chắn của các cung đảo bao quanh nên các sóng thần này đã không gây ảnh hưởng tới bờ biển và hải đảo Việt Nam Các nhà địa chấn Việt Nam và thế giới đều khẳng định rằng nguy cơ sóng thần tác động đến bờ biển và hải đảo Việt Nam chủ yếu là từ đới hút chìm Manila (Philippin) và các động đất mạnh xảy ra trong phạm vị Biển Đông Việt Nam
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về sóng thần mới nhất ở Việt Nam cho thấy:
- Đới hút chìm Manila là nơi có nguy cơ xuất hiện động đất mạnh gây sóng thần tác động đến bờ biển tiếp giáp với Biển Đông Việt Nam như bờ biển Nam
Trang 33
Trung Quốc, bờ biển Đông Việt Nam, Brunay và Malaysia Mức độ ảnh hưởng của sóng thần có nguồn Manila đến các điểm trên đường bờ của mỗi nước này sẽ khác nhau, phụ thuộc vào độ mạnh của động đất gây ra sóng thần và khoảng cách từ chấn tâm tới đường bờ quan sát sóng thần Đới hút chìm tây Philippin (đới Manila) có chiều dài trên 1000 km, có thể gây ra động đất có độ lớn 8,85 độ Richter (theo công thức Well & Copersmith, 1994) Đây là nguồn xa có nguy cơ xuất hiện động đất gây sóng thần ảnh hưởng đến hải đảo và bờ biển Việt Nam
1.2 Nghiên cứu cổ sóng thần
1 Tài liệu lịch sử
Theo Đại Nam Thực lục chính biên thì trận động đất năm 1877 được ghi nhận như sau: tháng 9 năm 1877, tại Bình Thuận, “Động đất, từ đấy đến tháng 12 tất cả 3 lần, lần đầu nước sông cuốn lên, nhà ngói cũng rung động, hai lần sau nhẹ hơn”
Trận động đất này được các nhà địa chấn Viện Vật lý Địa cầu đánh giá chỉ có 5,1 độ Richter, tuy vậy theo số liệu của NOAA thì có Ml =7,0 độ Richter, gây sóng
to Liệu có phải động đất đã gây nên sóng thần địa phương hay không?
2 Tài liệu điều tra trong nhân dân
Kết quả điều tra sóng thần trong nhân dân dọc ven biển Việt Nam (Nguyễn Đình Xuyên và nnk…, 2005; lưu VLĐC) cho thấy ngoài sóng bão, thuỷ triều, nước dâng, đã phát hiện một số hiện tượng sóng lớn? mà các tác giả gọi là sóng thần có nguồn gốc khác:
- “Năm 1978 sóng thần đã thực sự xuất hiện ở vùng bờ biển Trà Cổ, Móng Cái Sóng cao 3-5 m đã tràn vào bờ nhiều đợt, làm nứt tường nhà, đổ các hàng cây phi lao ven bờ”
-“Theo ghi chép của TS Armand Krempt năm 1923 sóng thần đã phá hỏng chuồng ngựa của bác sĩ Alexandre Yersin Vị trí chuồng ngựa cách bờ biển 5-6m
Sự cố này liên quan với phun trào núi lửa ở đào Hòn Tro
Trang 44
-“Theo lời kể của những người cao tuổi, vào cuối thế kỷ 19 hoặc đầu thế kỷ
20, hiện tượng sóng thần cũng đã xảy ra ở Diễn Châu (Nghệ An) Sóng cao như sóng bão xảy ra ở đây năm 1984” (5-10 m)
Sự thật là có thể đã xảy ra sóng thần ở Diễn Châu vào khoảng năm 1860-1865?, vào ngày 18 tháng 8 âm lịch Người ta cũng tìm được rất nhiều người đã chết sau trận sóng, nhờ những bún tóc cuốn vào ngọn tre nên không bị cuốn đi Ngày 18 tháng 8 âm lịch hàng năm là ngày giỗ chung tại rất nhiều xã vùng ven biển Diễn Châu
Liệu sóng thần đã đổ bộ vào bờ biển Việt Nam hay chưa? là một câu hỏi cần được làm sáng tỏ Trên cơ sở việc phát hiện một số điểm có thành tạo địa chất biểu hiện do nguyên nhân gây nên bởi sóng thần, các hiện tượng sóng lớn điều tra được trong nhân dân, cộng thêm đó là các bậc thềm được thành tạo tại ven biển Diễn Châu cũng như danh mục sóng thần khu vực Biển Đông và tây Philippine đã chứng
tỏ có khả năng sóng thần đã tấn công vào bờ biển Việt nam Cơ sở cho nhận định này là:
- Các sóng thần đã ghi nhận được trong khu vực Biển Đông Việt Nam và tây Philippine là 62 lần
- Đới hút chìm Manila là nơi có nguy cơ xuất hiện động đất mạnh gây sóng thần tác động đến bờ biển tiếp giáp với Biển Đông Việt Nam
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ XÂY DỰNG MÔ
HÌNH VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN SÓNG THẦN 2.1 Kích hoạt sóng thần bởi nguồn động đất, phương pháp mô hình
Mô hình đơn giản của nguồn động đất được xem như là một cặp điểm ngẫu
lực Là tổ hợp của hai cặp lực kép Mij, mỗi cặp gồm hai lực có độ lớn (magnitude) f tách biệt nhau bởi khoảng cách d dọc theo trục J, chúng chuyển động theo phương
đối lập nhau i
Trang 55
Thông thường, nội lực (body forces) tương đương cho nguồn động đất
có hình dạng khác nhau được biểu diễn bằng moment tensor địa chấn M, tạo lập bởi
9 cặp ngẫu lực thành phần (Hình 2.1)
zz zy zx
yz yy yx
xz xy xx
M M M
M M M
M M M M
Moment tensor động đất miêu tả hình thái hình học và moment địa chấn vô hướng là một đơn vị của độ lớn
Trên cơ sở của moment địa chấn Kanamori (1997) đã xác định thang độ lớn động đất (magnitude scale) gọi là moment magnitude, ký hiệu là M và được tính bằng công thức:
log M0= 1,5M+9,1 (2.2)
Trong đó M 0 tính bằng N m
Sự kích hoạt của sóng địa chấn bởi cặp ngẫu lực được biểu diễn trên hình 2.1
Hình 2.1 Chín cặp ngẫu lực là những thành phần moment tensor địa chấn Mỗi thành phần có hai lực ngược chiều tách ra bởi khoảng cách d (đường đậm nét)
Hàm lan toả tia (h s,,,) (Ben- Menhaem & Harkrider, 1964) có dạng:
Trang 66
(h s, , , ) d0 i d1sin d2cos d3sin 2 d4cos 2 (2.3)
Trong đó: sinsin 2
2
1
d ; d1 C h s sinsin 2 ;
coscos
d ; d3 A h s cossin ; và sinsin 2
2
1
h s là độ sâu nguồn; là góc tới, góc giữa phương dịch trượt của đứt gãy và đường thẳng nối chấn tâm với điểm quan sát tính theo chiều ngược kim đồng hồ; là góc cắm (dip angle); góc giữa phương phát triển của đứt gãy và phương dịch chuyển cách treo của đứt gãy theo chiều ngược chiều kim đồng hồ (rake angle);
Hàm A, B và C được xác định bởi công thức:
h s iku h s
A
s
s hs
s
s s
s
h
h h
iku z
h
h h
iku h
2 2
2
2 1 2
4 3
(2.4)
s h ik h s
z
u h C
s
Biểu thức của yếu tố ảnh hưởng bề mặt đáy biển, ta có:
2 1 2 1 1
1 1 2
1
2
, 0 (
, 0 ( )
,0, W(X
) ,0, W(X
J
J X vI X w
X vI X w
(2.18)
Nếu chúng ta bỏ qua sự thay đổi trong khoảng thời gian tới và khoảng không lan truyền, công thức (2.18) trở thành:
) ,0, W(X
) ,0, W(X
1
2
=4 2
1
H
H
Biểu thức này là dạng đơn giản yếu tố biến động địa hình và được hiểu như
là định lý Green
2.2 Phương pháp hàm Green
Sự xáo động (disturbance) của đáy biển tạo nên cột nước và lan truyền theo tất cả các phương Trong trường hợp mô hình là khối chất lỏng đồng nhất vô hạn trên khắp một nửa không gian đàn hồi, xuất phát từ biểu thức hàm Green tương ứng
Trang 77
với một điểm lực theo phương thẳng đứng trên mặt tự do trong trường hợp dịch chuyển của đáy biển theo phương thẳng đứng và điểm lực nằm ngang trong nửa không gian Mô hình nguồn đơn giản (nguồn điểm) sau đó được mở rộng ra mô hình nguồn có dạng hình hộp chữ nhật (phù hợp hơn với cơ cấu chấn tiêu) với nửa không gian giới hạn bởi đường biên là đường bờ (Yanovskaya, 1999- 2000; Yanovskaya, 2003; và Pinat, 2001) Chúng tôi áp dụng mô hình này trong tính toán lan truyền sóng thần tại Biển Đông Việt Nam
Bắt đầu từ phương trình giao động chất lỏng không nén được giới hạn bởi
mặt S và như trong hình 2.9:
F x t
t
t x u f t x
2
x t
p , và u(x,t) là áp suất và trường dịch chuyển, f là mật độ của chất lỏng, và
F(x,t) là trường ngoại lực
Nếu trường là hàm điều hoà, với tần số , công thức này rút gọn thành:
x f u x F x
Ở đây, sự phụ thuộc vào thời gian được bỏ qua Nếu lực F(x) là điểm lực
phát triển theo phương trục q chúng ta thu được công thức của hàm Green u qx,x0:
x x e u f u
eq là véc tơ đơn vị trong phương q
Từ các công thức trên ta xác định được hàn Green trong tính toán trường dịch chuyển thẳng đứng trên bề mặt nước như sau:
d dr r e r
h
h r
h
K r k kH
g H
kH k
i
' ' '
' 8
1 sinh
sin 2 4
r,0
W
_
2 / 3 2 2 2 2
2 1
2 2 2
4
Trong đó , r,
_
r và r’ là các thông số của nguồn
Ta có thể xây dựng hàm tổng hợp dao động thuỷ triều đối với nguồn dịch trượt thẳng đứng hoặc trượt bằng - thẳng đứng theo phương pháp hàm Green như sau:
Trang 88
0 1
, , 8
,
cuI h
R kr
e e e X
W
t i ikr i
(2.70)
Trong đó (h,,) là một trong hai đại lượng: ss hoặc ds
CHƯƠNG 3 CÁC KỊCH BẢN ÁP DỤNG MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN
SÓNG THẦN ĐẾN BỜ BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
3.1 Xây dựng các kịch bản lan truyền sóng thần
Hình 3.1: Sơ đồ vị trí nguồn gây sóng thần (dấu sao) và vị trí xác định ảnh hưởng của sóng thần trong các kịch bản
Trang 99
Bảng 3.1 Vị trí vùng nguồn
N
No
(magnitude)
1 Đới hút chìm Manila 15° 43' 35" 119° 16' 39" 8,0 ; 8,5 ; 8,85
2 Đứt gãy bắc Hoàng Sa 15° 00' 19" 19° 00' 30" 7,5 ; 8,0
3 Đứt gãy Kinh tuyến 110 7° 57' 03" 109° 00' 21" 7,0 ; 7,5
4 Đứt gãy Thuận Hải- Minh Hải 10° 44' 00" 108° 24' 23" 7,0 ; 7,5
5 Đứt gãy Cảnh Dương- Phú Quý 10° 05' 19" 109° 00' 00" 7,0 ; 7,5
6 Đứt gãy Palawan 7° 30' 00" 116° 01' 00" 7,5 ; 8,0
Hình 3.2 Kết quả tính toán thời gian lan truyền sóng thần theo kịch bản là động đất tại Bắc Philippine (Bắc đới Manila), magnitude 8,8 có toạ độ chấn tâm 20 o N, 120 o E (theo Pacific-wide Tsunami Drill Exercise Pacific Wave '06 to take place 16-17 May 2006)
Trang 1010
Hình 3.3 Sau 100 phút tính từ khi xảy ra động đất tại trung tâm đới Manila sóng thần sẽ ập tới bờ biển Quảng Ngãi – Bình Định
Hình 3.4 Sau 320 phút sóng thần từ Manila có thể ập tới bờ biển Minh Hải
và đi sâu vào Vịnh Bắc Bộ
3.2 Ảnh hưởng của sóng thần đến bờ biển và hải đảo Việt Nam
Bước đầu áp dụng chương trình tính lan truyền sóng thần 1d và 2d tính toán cho một số kịch bản động đất gây sóng thần ảnh hưởng tới bờ biển và hải đảo nước
ta cho thấy:
Trang 1111
- Đối với những trận động đất có cấp độ mạnh bằng 7,0 dù xảy ra sát đường
bờ biển cũng không gây sóng thần đáng kể Các động đất có độ lớn 7,5 độ Richter trở lên xảy ra trong phạm vi Biển Đông, cách đường bờ dưới 1000 km có thể gây sóng thần tác động tới bờ biển và Hải đảo Vịêt Nam
- Nếu xảy ra động đất tại đới Manila với cấp độ mạnh 8,0 độ Richter thì: Có thể gây sóng thần cao 0,8 m tài bở biển Quảng Ngãi (khoảng chách 1120 km), sau
150 phút kể từ khi xảy ra động đất; Tới Hoàng Sa (khoảng cách 714 km) sau 75 phút với độ cao tối đa 0,9 m; Tới Trường Sa (khoảng cách 697 km) sau 75 phú và với độ cao 0,9 m
-Động đất cấp độ mạnh 8,5 độ Richter tại đới Manila thì sẽ có: Độ cao của sóng tối đa đạt 2,5 m tại Quảng Ngãi sau 150 phút; Tại Hoàng Sa là 2,5 m sau 75 phút; tại Trường Sa là 2,8 m sau 75 phút
- Động đất cấp độ mạnh 8,85 độ Richter tại đới Manila có thể tạo nên sóng thần có độ cao tại một số vị trí bờ biển và hải đảo Việt Nam như sau: Quảng Ninh, cao 3,2 m và thời gian sóng tới sau động đất là 240 phút (3,2 m và 240 phút); Hải Phòng (3,3 m và 235 phut); Nghệ An ( 3,4 m và 230 phút); Quảng Bình ( 4,5 và 190 phút); Huế (4,5 m và 170 phút); Đà Nẵng (4,2 m và 160 phút); Quảng Ngãi (5,5 m
và 150 phút); Bình Định (5,4 m và 120 phút); Khánh Hoà (4,8 m và 120 phút); Bình Thuận (4,3 m và 160 phút); Vũng Tàu (3,8 m và 200 phút); Cà Mau (3,0 m và 260 phút); QĐ Hoàng Sa (6,0 m và 70 phút); và QĐ Trường Sa sóng cao gần 7,0 m và sau 70 phút
- Động đất cấp độ mạnh 7,5 xảy ra tại đới Bắc Hoàng Sa có thể tạo nên độ cao sóng thần tại: Đà Nẵng là xấp xỉ 0,8 m (khoảng cách 785 km) sau 120 phút; Hoàng Sa là gần 1,0 m sau 40 phút Nếu cấp độ mạnh là 8,0 độ Richter thì: 1,5 m sau 115 phút tại Đà Nẵng và trên 2,0 m tại Hoàng Sa
- Nếu động đất mạnh 7,5 độ Richter xảy ra tại đứt gãy 1100 thì sẽ gây sóng thần trên 1,0 m tại Vũng Tàu (khoảng cách 342 km) Trong khi nếu động đất tương
tự xảy ra tại đới Thuận Hải – Minh Hải thì độ cao của sóng thần đến tại Vũng Tàu (khoảng cách 42 km) có thể trên 2,5 m chỉ sau 25 phút
