PHỤ LỤC AĐường tần suất đảm bảo độ cao mực nước biển ven bờ từ Quảng Ninh đếnQuảng Nam phục vụ thiết kế đê biển

Ngoài việc sử dụng các số liệu này trong việc hiệu chỉnh, kiểm tra mô hình số trị bài toán nước dâng bão, còn tiến hành phân tích thống kê, tìm ra các quy luật phân của các tham số bão n

- Các bản đồ địa hình chi tiết tỷ lệ 1:25.000 cho toàn đoạn bờ và ra đến độ sâu 20 m nước; các bản đồ địa hình tỷ lệ 1:500.000 và 1:1.000.000 cho vùng Biển Đông.

- Các tham số của các cơn bão hoạt động trên Biển Đông và có ảnh hưởng đến Việt

Nam từ năm 1951 đến 2007, gồm 349 cơn (nguồn từ: Cục Dự báo Khí tượng, Nha khí

tượng Nhật Bản (JMA), Viện Nghiên cứu Viễn Đông, Nga).

- Số liệu đo đạc liên tục nhiều năm về mực nước 29 trạm thủy văn cửa sông (Bến Triều, Đò Tranh, Mũi Chùa, Cửa Cấm, Đông Xuyên, Ba Lạt, Định Cư, Ngô Xá, Hành Thiện, Phú Lễ, Như Tân, Cửa Hội, Hoàng Tân, Lạch Sung, Lèn, Vạn Thắng, Bến Thủy, Cửa Hội, Hộ Độ, Lương Yên, Thanh Khê, Cửa Việt, Hiền Lương, Thạch Hãn, Huế, Sông Hàn, Câu Lâu, Cẩm Nhượng, Hội An) và tại 8 trạm hải văn ven bờ (Cửa Ông, Hòn Gai, Hòn Dáu, Cửa Hội, Cửa Gianh, Cửa Việt, Đà Nẵng, Quy Nhơn)

(nguồn từ: Trung Tâm Khí tượng Thủy văn Biển).

- Số liệu mực nước từng giờ trong thời gian có bão hoạt động (5 ngày hoặc 7 ngày)

tại các trạm trên (nguồn từ: Trung Tâm Khí tượng Thủy văn Biển).

- Số liệu khảo sát nước dâng do bão ngay sau khi bão đổ bộ (15 cơn) (nguồn từ:

Trung Tâm Khí tượng Thủy văn Biển và Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu Tư vấn Môi trường Biển).

Các số liệu về địa hình đáy biển được số hóa và thiết lập bản đồ độ sâu biển và đường bờ cho mô hình số trị Các số liệu về tham số bão được tổng hợp thành một bộ thống nhất Ngoài việc sử dụng các số liệu này trong việc hiệu chỉnh, kiểm tra mô hình

số trị (bài toán nước dâng bão), còn tiến hành phân tích thống kê, tìm ra các quy luật phân của các tham số bão như tốc độ di chuyển, cường độ, vị trí đổ của bão… để xây dựng các cơn bão giả định Số liệu đo đạc mực nước từng giờ nhiều năm tại các trạm thủy, hải văn ven bờ được phân tich để xá định các hằng số điều hòa (biên độ và pha) của các sóng triều thành phần Các giá trị phân tích này được sử dụng trong việc hiệu chỉnh mô hình số trị (bài toán thủy triều), cũng như sử dụng để mô tả giá trị độ cao

Hình I.1 349 cơn bão lịch sử hoạt động trên Biển Đông.

I.2 Phân tích và xử lý số liệu

I.2.1 Hằng số điều hòa thủy triều

Theo lý thuyết thủy triều điều hòa, mực nước thủy triều thiên văn có thể xác định bằng tổ hợp mực nước do các sóng triều thành phần gây lên, theo công thức:

i n

i i



) ( cos

1

Trong đó, Zt là độ cao thủy triều so với mực chuẩn nào đó, n – số lượng sóng triều

thành phần, A0- hằng số tham chiếu đến mực biển trung bình, fi – hệ số suy giảm biên

độ, (V0+u)i – pha ban đầu trên kinh tuyến Greenwich, Hi, qi và gi tương ứng là biên độ,

vận tốc góc và pha của sóng triều thành phần thứ i

Trên cơ sở các số liệu mực nước từng giờ nhiều năm, sử dụng công thức (1) và

phương pháp phân tích điều hòa [4] ta thu nhận được giá trị hằng số điều hòa Hi và gi

của các sóng triều tại các trạm Thực tế kết quả phân tích cho thấy trong khu vực biển nước ta, 10 sóng triều có biên độ đáng kể nhất đó là sóng M2, S2, K1, O1, N2, K2, P1, Q1, Sa và Ssa Từ các hằng số điều hòa này dễ dàng tính toán được mực triều thiên văn tại trạm, ở thời điểm bất kỳ Ngoài ra, các hằng số điều hòa này còn được sử dụng

để hiệu chỉnh mô hình số trị (mô đun tính thủy triều).

I.2.2 Nước dâng do bão

Mực nước dâng do bão có thể được tách ra từ số liệu đo đạc mực nước trong thời

gian có bão hoạt động bằng công thức: Znd = Zdo - Zt, với Znd là nước dâng do bão, Zt

-có như vận tốc gió cực đại Wmax, hướng di chuyển của bão q, vận tốc di chuyển Vc và cấp bão tại từng thời điểm quan trắc (OBS), và vị trí bão đổ bộ (  vĩ độ, quỹ đạo bão cắt bờ) cho từng cơn bão bằng hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Xác định phạm vi ảnh hưởng khác nhau của bão tới vùng nghiên cứu: vùng 1, khi bão còn cách xa, cách bờ biển khoảng 500Km, ở vùng này bão hầu như chưa gây nước dâng ở vùng nghiên cứu; vùng 2, tiếp theo đến khi bão cách bờ khoảng 200Km, lúc này bão có thể gây nước dâng đáng kể đến vùng ven bờ; vùng 3, tiếp theo đến khi bão

đổ bộ, đây là lúc bão gây nước dâng lớn nhất đến vùng ven bờ; vùng 4, sau khi bão đổ

bộ, bão thường tan hoặc thay đổi lớn về cường độ (xem Hình I.2)

Hình I.2 Vùng nghiên cứu và phân vùng gây ảnh hưởng của bão.

Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3

Vùng 4

đầu mùa, bão thường đổ bộ vào phía Bắc và chuyển dần vào phía Nam vào cuối mùa (Đào, 2002).

Ngày 0.07 -0.09 0.06 0.02 0.00

I.3 Xây dựng các cơn bão giả định

Xây dựng các hàm thống kê (phân phối xác suất) cho 4 tham số bão (vị trí bão đổ

bộ - , áp suất tâm bão - Po, hướng di chuyển - q và vận tốc di chuyển - Vf) của 313/349 cơn bão lịch sử đổ bộ vào vùng bờ từ 14°N đến 22°N (Hình I.3).

Mỗi cơn bão giả định gồm 3 đoạn tương ứng với 3 vùng (vùng 1, vùng 2 và vùng 3+4); mỗi vùng có 4 tham số (tọa độ (vĩ độ) đổ bộ, hướng di chuyển (q), vận tốc di chuyển (Vf) và áp suất tâm (Po)) và các tham số này có giá trị như nhau trên từng đoạn; được xây dựng một cách ngẫu nhiên dựa trên hàm phân phối xác suất và hệ số tương quan của 4 tham số này (Hình I.3) Kết quả là đã xây dựng 5.490 cơn bão giả định (tương ứng với hơn 1.000 năm bão, trung bình 5,49 cơn/năm) Trong số này bao gồm

cả những cơn bão đã xảy ra.

(c) Po (hPa)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

10.6 11.6 12.6 13.6 14.6 15.6 16.6 17.6 18.6 19.6 20.6 21.6

(d) Vị trí bão đổ bộ (vĩ độ)

Hình I.3 Hàm phân phối xác suất của các tham số bão trong vùng 3

Hình I.4 5490 cơn bão giả định được tạo ra đổ bộ vào khu vực 14°N-22°N (thể

hiện trong GIS).

I.4 Xây dựng đường tần suất mực nước tổng hợp

I.4.1 Mô hình số trị tính toán thủy triều và nước dâng bão

Với số liệu thực đo có được rõ ràng không đủ để có thể xây dựng được các đường tần suất mực nước cho toàn bộ điểm ven bờ trong khu vực, để khắc phục tình trạng

I.4.2 Tính toán thủy triều

Trước hết, mô hình số trị cần được hiệu chỉnh qua các giá trị hằng số điều hòa (biên

độ, pha) của 10 sóng (M2, S2, K1, O1, N2, K2, P1, Q1, Sa và Ssa) tại các trạm đo trong khu vực Sau khi đã hiệu chỉnh tốt, mô hình được sử dụng để tính toán các hằng số điều hòa tại các điểm ven ven bờ, và tiếp theo, các hằng số điều hòa này sẽ được sử dụng để tính độ cao mực triều từng giờ tại điểm đó trong chu kỳ 19 năm, qua công thức (1) Cuối cùng, các giá trị độ cao triều từng giờ này được sử dụng để xây dựng

đường tần suất đảm bảo độ cao thủy triều [2].

I.4.3 Tính toán nước dâng bão

Trước khi sử dụng mô hình số trị để tính giá trị nước dâng bão lớn nhất tại các điểm ven bờ do từng cơn bão (trong số 5.490 cơn giả định) gây ra, đã hiệu chỉnh và kiểm tra

mô hình số trị này qua số liệu mực nước đo đạc của 66 cơn bão gây nước dâng đáng kể (> 50cm) Kết quả so sánh giữa tính toán và thực đo cho thấy mô hình đã mô tả tốt

hiện tượng nước dâng do bão trong khu vực nghiên cứu [3] Tiến hành tính toán nước

dâng do cơn bão giả định gây ra, tại mỗi điểm ven bờ ta nhận được 5490 giá trị nước dâng cực đại Các giá trị nước dâng này được sử dụng để xây dựng đường tần suất đảm bảo độ cao nước dâng do bão.

I.4.4 Tính toán nước dâng tổng hợp (bão và thủy triều)

Bão và thủy triều được coi là hai hiện tượng hoàn toàn độc lập với nhau Một cơn bão đổ bộ vào đất liền có thể vào bất cứ pha triều: thấp nhất, cao nhất, lưng triều, Sơ

đồ xây dựng đường tần suất mực nước tổng hợp tại từng điểm được chỉ ra trên Hình I.5.

trong đó, HTH là giá trị mực nước tổng hợp, HB - giá trị nước dâng do bão, HTr - giá

trị mực nước thủy triều, i=1-54.900, j=1-5.490, k=1-55200.

Giá trị nước dâng bão được xác định từ hàm phân phối thống kê toán học tương ứng

như sau [8, 12]:

)) (

phân bố đều (uniform distribution), Inv - hàm ngược của F.

Giá trị mực nước thủy triều được xác định trực tiếp từ đường phân phối thực nghiệm tương ứng bằng phương pháp tuyến tính cục bộ (Piecewise linear) với xác suất

P được lấy ngẫu nhiên trong khoảng 0-1 theo phân bố đều Chẳng hạn, giá trị mực

nước thủy triều có xác suất 0,77 là 53cm (Hình I.8).

Hình I.8 Phương pháp tuyến tính cục bộ để xác định mực nước triều HTr từ hàm

phân phối xác suất P.

Đường tần suất mực nước tổng hợp được thể hiện theo đồ thị có 2 trục là x và y Trục y là giá trị mực nước tổng hợp HTB, trục x là chu kỳ lặp lại Tr (năm) và suất đảm

bảo năm P(%) Trục x ty lệ theo hàm logarit, log10(x) [12]

Chu kỳ lặp lại (return period) và suất đảm bảo năm (annual exceedance frequency)

được xác định theo công thức [10, 12]:

TB

TB TB

rH

H rH

T

P L

Rank

trong đó, TrHTB là chu kỳ lặp lại của độ cao mực nước tổng hợp HTB, RankHTB - hạng

của giá trị độ cao mực nước tổng hợp HTB (được tính theo giá trị mực nước giảm dần,

RankHTB=1 tương ứng với MaxHTB, RankHTB=48.900 tương ứng với MinHTB), L – độ

dài chuỗi số liệu (năm), P - suất đảm bảo năm

Hình I.9 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm (108°10', 21°30')

II ĐƯỜNG TẦN SUẤT MỰC NƯỚC TỔNG HỢP TẠI 96 ĐIỂM VEN BỜ

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 427.9 372.4 308.2 265.7 227.9 182.6 128.7

Hình II.1 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 1 (108°02', 21°28') Bình

Ngọc, Móng Cái, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050

Hình II.2 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 2 (107°51', 21°27') Bình

Ngọc, Móng Cái, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 398.9 352.4 296.4 257.9 222.4 178.6 130.4

Hình II.3 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 3 (107°44', 21°23') Hải

Tiến, Móng Cái, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.4 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 4 (107°38', 21°18') Quảng

Điền, Hải Hà, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 413.8 364.6 305.2 264.1 226.1 179.4 131.4

Hình II.5 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 5 (107°24', 21°12') Quảng

Phong, Hải Hà, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.8 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 8 (107°03', 20°57') Tiên

Lãng, Tiên Yên, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 446.8 386.7 317.9 272.8 232.4 181.5 129.2

Hình II.9 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 9 (106°53', 20°49') Đồng

Rui, Tiên Yên, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.10 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 10 (106°47', 20°45') Cẩm

Hải, Cẩm Phả, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 403.7 348.4 286.7 247.1 211.7 166.1 120.7

Hình II.11 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 11 (106°39', 20°38') Cửa

Ông, Cẩm Phả, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050

Hình II.12 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 12 (106°35', 20°30')

Quang Hanh, Cẩm Phả, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 383.3 333.3 276.3 238.6 204 158.6 117.9

Hình II.13 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 13 (106°35', 20°20') Hà

Phong, Hạ Long, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050

Hình II.14 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 14 (106°31', 20°14') Hà

Tu, Hạ Long, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 401.5 341.5 276.6 236 200.4 155.8 116.7

Hình II.15 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 15 (106°22', 20°11') Bãi

Cháy, Hạ Long, Quảng Ninh

P mực nước tổng hợp, Điểm

050

Hình II.16 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 16 (106°16', 20°05') Hà

An, Yên Hưng, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 434.7 368.2 296.2 251 211.4 162.4 120.5

Hình II.17 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 17 (106°06', 19°56') Đồng

Bài, Cát Hải, Hải Phòng

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100150200250300350400450500550600

Hình II.18 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 18 (105°56', 19°50') Tiền

Phong, Yên Hưng, Quảng Ninh

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 436.7 368.7 293.8 246.1 204.1 154.3 118.1

Hình II.19 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 19 (105°50', 19°40') Tân

Thành, Kiến Thụy, Hải Phòng

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.20 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 20 (105°48', 19°30') Vạn

Hương, Đồ Sơn, Hải Phòng

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 384.4 325.3 262.2 223.3 189.7 148 110.9

Hình II.21 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 21 (105°49', 19°20') Đông

Hưng, Tiên Lãng, Hải Phòng

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100150200250300350400450500550600

Hình II.22 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 22 (105°44', 19°10') Thụy

Hải, Thái Thụy, Thái Bình

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 377.6 315 251 213.1 181 140.7 102.2

Hình II.23 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 23 (105°37', 19°02') Thái

Đô, Thái Thụy, Thái Bình

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100150200250300350400450500550600

Hình II.24 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 24 (105°43', 18°49') Đông

Hoàng, Tiền Hải, Thái Bình

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 378.4 318.6 251.4 208.2 170.7 128.5 96.6

Hình II.25 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 25 (105°48', 18°40') Nam

Thịnh, Tiền Hải, Thái Bình

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.26 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 26 (105°54', 18°30') Giao

Thiện, Giao Thủy, Nam Định

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 308.2 254.4 199.5 167.4 141.6 113.6 86

Hình II.27 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 27 (106°02', 18°20') Giao

Lạc, Giao Thủy, Nam Định

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.28 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 28 (106°11', 18°15') Bạch

Long, Giao Thủy, Nam Định

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 352.3 286.6 219.9 181.1 150.2 118 88.4

Hình II.29 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 29 (106°26', 18°07') Giao

Lâm, Giao Thủy, Nam Định

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.30 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 30 (106°29', 17°59') Hải

Chính, Hải Hậu, Nam Định

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 414.5 331.2 246.2 196.9 157.5 116.9 88.2

Hình II.31 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 31 (106°27', 17°50') Hải

Hòa, Hải Hậu, Nam Định

Hình II.32 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 32 (106°30', 17°40') Nghĩa

Phúc, Nghĩa Hưng, Nam Định

Hình II.34 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 34 (106°46', 17°21') Minh

Lộc, Hậu Lộc, Thanh Hoá

P mực nước tổng hợp, Điểm

050100

Hình II.35 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 35 (106°54', 17°14')

Hoằng Thanh, Hoằng Hoá, Thanh Hoá

Tr (nam) : 100 50 20 10 5 2 1

H (cm) : 431.8 354.8 272.2 221.7 179.6 134 94.6

Hình II.36 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 36 (107°06', 17°06')

Quảng Cư, Sầm Sơn, Thanh Hoá

Hình II.37 Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm 37 (107°10', 16°56')

Quảng Thái, Quảng Xương, Thanh Hoá