Đặc điểm điều kiện khí tượng, thủy văn và động lực biển ven bờ khu vực bãi tiên vịnh nha trang

Trong khuôn khổ báo cáo này và sự hiểu biết của tôi, tôi được biết các công trình nghiên cứu về khí tượng thủy văn và động lực biển tại vịnh Nha Trang như: Những công trình nghiên cứu củ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN KHÍ

TƯỢNG, THUỶ VĂN VÀ ĐỘNG LỰC, TẠI VỊNH NHA TRANG I.1 Đặc điểm vị trí địa lý

Vịnh Nha Trang là một vịnh nhỏ nằm sâu trong nội địa, xung quanh được bao bọc bởi các đảo vừa và nhỏ, đảo lớn nhất là đảo Hòn Tre

Vịnh Nha Trang rộng khoảng 124 km2, giới hạn tọa độ địa lý 12o09 – 12o22N

và 109o12 – 109o22’E Phía lục địa giới hạn bởi đường bờ, dài khoảng 28 km từ mũi Hòn Khô đến mũi Cù Linh Phần biển khơi ngoài giới hạn bởi đường đẳng sâu 50 m

và co hàng trục đảo lớn nhỏ tạo thành vành đai che chắn bên ngoài Ở phía nam vịnh, địa hình đáy đốc hơn phía Bắc Giữa vịnh có một rãnh sâu (kênh ngầm ) chạy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Phần cửa vịnh phía đông có dải san hô ngầm

“Grandbanc”, án ngữ như một kè chắn sóng tự nhiên bảo vệ cho bãi tắm dọc thành phố Nha Trang

Vịnh Nha Trang được hình thành cách đây 18.000 năm (đường bờ cổ điển nằm gần Hòn Hố, ở độ sâu 37m) Vịnh thông ra biển qua 2 cửa: ở phía Đông Bắc và phía Tây Nam Với độ sâu trung bình hơn 10 m, cảng Nha Trang có thể tiếp đón tàu đến 2 vạn tấn và các loại tàu hành khách, tàu du lịch lớn nhất thế giới

Vịnh Nha Trang có nhiệt độ nước trung bình 26oC (dao động 24 – 29oC), ấm áp quanh năm Nhiệt độ cao nhất vào VI, VII vàVIII Lạnh nhất vào tháng XII và I

Tốc độ gió trung bình là 2.6 m/s (dao động 2 – 5 m/s), chưa vượt quá giới hạn bất lợi cho hoạt động con người

Hệ thống thủy văn động lực mang tính hỗn hợp Sóng cao trung bình 0,4 m, độ cao sóng cực đại là 4.0 đến 4.5m, chu kỳ trung bình 5.5 – 6.0s Do địa hình tương đối dốc, nên sóng lừng tác động mạnh, đặc biệt là vào thời gian từ tháng IX cho đến tháng

IV năm sau

Tốc độ dòng chảy trung bình không quá 40 cm/s Trên tầng mặt dòng chảy theo hướng gió, có tốc độ đạt 20 cm/s Ở các tầng sâu, dòng chảy có tốc độ nhanh hơn 1,5 –

2 lần so với tầng mặt

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

Vùng cửa vịnh Nha Trang có hiện tượng nước trồi với tốc độ trồi dưới nước sâu lên đạt giá trị 10-3 cm/s Hiện tượng này đã tạo ra những đặc trưng hải dương học, sinh thái học hết sức đặc biệt và thú vị, có giá trị khoa học và thực tiễn lớn

Các tai biến thiên nhiên như giông, bão, lũ lụt thường sảy ra trong những tháng VIII – XII Lịch sử còn ghi lại những trận bão lớn đổ bộ vào Nha Trang như cơn bão ngày 9/XI/1988, cơn bão ngày 10/XI/1993 đều có tốc độ khoảng 30 m/s Bão thường kèm theo mưa, lụt như lượng mưa ngày 2/XII/1986, ngày 16/III/1991… đều lớn hơn 400 –

600 mm/ngày Do cao trình ven bờ chỉ khoảng 0,7 m, dưới độ cao thủy triều trung bình, nên mưa bão, triều cường, lũ lụt… là những tai biến có tác hại to lớn đối với hoạt động ven bờ

Vịnh Nha Trang có 2 cửa sông lớn đổ ra, đó là cửa sông Cái và cửa sông Đồng

Bò Hai cửa sông này làm cho chế độ thủy động lực nơi đây phong phú

I.2 Tình hình nghiên cứu của khu vực

Nha Trang nằm ở vị trí được thiên nhiên ưu đãi rất nhiều về vị trí địa lý, khí hậu, sông ngòi… Nơi đây tập chung dân cư đông đúc, thu hút rất nhiều khách du lịch, đang là một trong những thành phố phát triển nhất nước, đặc biệt về dịch vụ du lịch và thương mại Xung quanh được bao bọc bởi nhiều hòn đảo và khí hậu mát mẻ Do đó vịnh Nha Trang đang được xem là tâm điểm của du lịch nó thu hút được rất nhiều khách du lịch tới đây Vì vậy việc nghiên cứu khí tượng, thủy văn và động lực biển, đi đôi với bảo vệ môi trường biển ở nơi đây đang được chú ý rất nhiều

Ven bờ vịnh Nha Trang có viện Hải Dương Học Nha Trang, và nhiều cơ quan,

tổ chức, trung tâm nghiên cứu về khí tượng thủy văn và động lực biển, hoặc ít nhiều quan tâm về những vấn đề này như: Trung Tâm Khí Tượng Nam Trung Bộ , Trung Tâm Nhiệt Đới Việt Nga, Sở Công Nghệ Môi Trường Khánh Hòa, Đại Học Thủy Sản… Do vậy việc nghiên cứu về Vịnh Nha Trang diễn ra rất sôi động, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vịnh Nha Trang Trong khuôn khổ báo cáo này và sự hiểu biết của tôi, tôi được biết các công trình nghiên cứu về khí tượng thủy văn và động lực biển tại vịnh Nha Trang như: Những công trình nghiên cứu của phòng vật lý Viện Hải Dương Học về xói lở bồi tụ sông Cái Nha Trang trong các năm1989, 1990, 1991, các tính toán một số thông số gió, mực nước, dòng chảy vùng biển Nha Trang năm 1996,

các nghiên cứu ảnh hưởng của Sông Cái Nha Trang đến điều kiện thủy thạch động lực vùng cửa sông năm 1998 Nghiên cứu về đặc trưng động lực vùng biển Nha Trang năm 1997, 1999, của Nguyễn Kim Vinh Nghiên cứu tính toán về đặc điểm sóng vùng cửa sông Cái Nha Trang trong các trường gió điển hình của Bùi Hồng Long, Lê Đình Mầu Đặc điểm vùng ven bờ vịnh Nha Trang, của Lã Văn Bài, Nguyễn Kim Vinh, Chiêu Kim Quỳnh, Phạm Xuân Dương Đặc điểm động lực hệ dòng chảy vùng của sông Cái và vịnh Nha Trang trong mùa mưa và mùa khô, của Nguyễn Bá Xuân Biến đổi mực nước biển ở vịnh Nha Trang, của Nguyễn Kim Vinh Ngoài ra còn rất nhiều công trình nghiên cứu khác mà tôi không liệt kê ở đây

Quanh vịnh được bố trí các trạm đo đạc khí tượng, đo các yếu tố gió, nhiệt độ…, liên tục qua các ốp, gồm các đài khí tượng Nha Trang, đài khí tượng Bãi Tiên Viện Hải Dương Học Nha Trang có trạm đo đạc mực nước tại Cầu Đá, để đo đạc mực nước liên tục qua các giờ để tính dao động mực nước, nghiên cứu chế độ thuỷ triều, nghiên cứu dao động mực nước trung bình nhiều năm, để từ đó dự báo mực nước cho khu vực vịnh Nha Trang

Có rất nhiều công trình nghiên cứu, với nhiều mục đích khác nhau Trên đây là những hiểu biết của tôi về vấn đề này Trong đồ án tốt nghiệp này chỉ là sự đánh giá lại

và bằng những kết quả tính toán, để khẳng định lại những kết quả của: Báo cáo kết quả

đo đạc khảo sát hải văn tại khu vực dự án:”Đê lấn biển và hạ tầng kỹ thuật khu biệt thự khóm Đường Đệ – Nha Trang”

I.3 Một số đặc điểm tự nhiên của khu vực Bãi Tiên

Vùng ven biển Bãi Tiên là vùng nước ven biển, thuộc vùng biển Vĩnh Hoà, thuộc vịnh Nha Trang Khu vực nghiên cứu (hình 1) Khu vực có sườn rất dốc, bên trên là dãy núi cao chắn Do vậy đặc điểm khí tượng, thuỷ văn và động lực nơi đây ảnh hưởng rất lớn vào địa hình

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu

I.3.1 Điều kiện địa chất

Theo khảo sát của công ty TVXD giao thông công cộng Khánh Hoà, trong khu vực xây đê chắn sóng, các lớp đất từ trên xuống dưới trong phạm vi nghiên cứu được chia 4 lớp

Lớp 1: Là lớp đất đá trên cùng có bề dày nhỏ hơn 2m và thay đổi theo dọc tuyến

đường Địa chất ở đây chủ yếu là hạt mịn, màu xám vàng, đồng nhất, ở trạng thái chặt

Lớp 2: Là lớp địa chất có bề dày biến đổi trong khoảng từ 2m - 8m Ở đây chủ yếu

tồn tại các hạt trung lẫn vụn san hô, màu xám đen, trạng thái đến trạng thái xốp

Lớp 3: Là lớp chủ yếu bùn cát bột pha bùn sét và vỏ sò, có màu xám đen, ở trạng thái

nhão Bề dày của lớp này biến đổi từ 3m – 10m

Lớp 4: Là lớp đá phong hoá liolit, có thành phần là: Cát bột pha sét, sét lẫn dăm, sạn

phong hoá (chứa đá tảng đường kính từ 20 – 35 cm) Lớp địa chất này ở trạng thái cứng, màu xám xanh, nâu và vàng

I.3.2 Chế độ gió

Hai hiện tượng thời tiết đáng chú ý ở đây là chế độ gió mùa và bão:

Trong gió mùa đông (khoảng từ tháng X – XI năm trước đến tháng II – III năm sau), hướng gió thịnh hành là gió Đông – Bắc có tần suất khá cao Còn trong mùa gió

mùa hè, hướng gió chiếm ưu thế là hương Tây – Nam Tốc độ gió vào khoảng 2-5m/s chiếm tần suất lớn cho cả hai mùa

Khu vực tỉnh Khánh Hoà là nơi có tần suất xuất hiện bão tương đối thấp và thường sảy ra vào tháng X và XI Theo thống kê từ năm 1956 – 1995, tần suất bão và ATNĐ theo vĩ độ thuộc vùng biển và lân cận là khoảng 5.34 – 6.49%

I.4 Sơ đồ bố trí các trạm nghiên cứu

H 1: ϕ: 12o16’55.9’’N, λ: 109o12’11.5’’E

H 2: ϕ: 12o17’34.4’’N, λ: 109o12’52.2’’E H3: ϕ: 12o17’40.5’’N, λ: 109o13’42.8’’E

Hình 2: Sơ đồ bố trí các trạm quan trắc

Để xác định tọa độ thực tại các trạm, đã sử dụng phương pháp định vị vệ tinh GARMIN-45Xl của Mỹ có ghi đến phần mười của giây

Để đo giao động mực nước tại các trạm H1, H2, H3 (hình 2), đã sử dụng thước

đo có độ chính xác đến 1cm Các thước đo mực nước được cắm xuống đất và tựa vững chắc vào ba cột sắt tròn cắm sâu xuống đất có hình chóp Bằng phương pháp dựng thước này đã tránh được hiên tượng lún, nghiêng và rung của thước đo Riêng tại tram H2 (ở xa bờ), thước đo được cột chặt vào hai chân chòi nuôi tôm Phương pháp đọc số liệu mực nươc từ thước đo: trong trường hợp biển lặng, đọc số đo mực nước ngang với mực nước biển tại thời điểm đo; trong trường hợp có sóng, đọc mực nước của đỉnh sóng và của đáy sóng, sau đó chia 2 lấy số liệu trung bình của mực nước Các số liệu

đo mực nước tại các trạm được chuẩn hóa về các mốc trên bờ theo yêu cầu, cụ thể là:

+ Trạm đo mực nước H1 được chuyển về mố MCĐ6, sau đó chuyển tiếp về mốc cao

độ Đường Đệ

+ Trạm đo mực nước H2 được chuyển về mốc DD2/A, sau đó chuyển tiếp về mốc cao

độ Đường Đệ

+ Trạm đo mực nước H3 được chuyển về mốc DD4, sau đó chuyển về mốc cao độ Đường Đệ

- Để tiến hành đo dòng chảy tại các trạm V1 và V3 đã sử dụng máy đo dòng chảy hiện

số của Na Uy (Ký hiệu: AANDERAA-3900), máy hoạt động dựa theo nguyên lý đo dòng bằng hiệu ứng Doppler (siêu âm ) Tại trạm đo dòng V2, đã sử dụng máy đo dòng hiện số của Nhật (Ký hiệu U-2-TAMAYA ) Dòng chảy được đo tại các trạm theo quy định: nếu độ sâu của trạm nhỏ hơn 5m thì đo tại tầng1m; nếu độ sâu trạm lớn hơn 10m thì đo tại 2 tầng: tầng 1m và tầng gần đáy Cụ thể là tại trạm V2 đo tại tầng 1m ( độ sâu trạm 2.3m ), tại trạm V3 (độ sâu trạm 7m) đo tại tầng 1m và 5m, còn lại trạm V1(độ sâu trạm 14m) đo tại tầng 1m và tầng 10m Phương pháp đo: đưa tàu đến

vị trí trạm, thả neo ổn định tàu và tiến hành đo và đọc số liệu

- Để đo sóng tại các trạm S1 và S2, đã sử dụng máy đo sóng tự ghi của Anh: 5W Máy này được thả xuống tận đáy và được cố định và đánh dấu nhờ vào hệ thống giá sắt đỡ và phao nổi trên mặt Máy này làm việc theo nguyên lý đo áp suất tự động của các cột nước đi qua khi có sóng xuất hiện Chế độ đặt ghi cho máy: trong một giờ máy máy làm việc trong 5 phút và qua 0.5 giây thì máy ghi một lần, nghĩa là máy ghi được gần 600 số liệu Trên cơ sở số liệu ghi được, thông qua phần mềm sử lý chuyên dụng của máy đã đã tiến hành tính được các đặc trưng của sóng qua từng giờ

DNC Để đo gió đã sử dụng máy đo gió cầm tay của Nga, kèm theo xác định hướng gió và hướng sóng trên mặt bằng la bàn Đây là máy đo gió hoạt động trên nguyên lý cơ học

và được sử dụng rất phổ biến hiện nay

II.2 Phương pháp tính toán

Dựa vào nguồn số liệu trên Sau đó bằng phương pháp tính toán cụ thể để đưa

ra các kết quả tính toán định lượng, định tính tổng quát của các yếu tố khí tượng, thuỷ văn và động lực biển, trong thời gian đo đạc Để từ đó đi đến kết luận về những yếu tố này tác động lên công trình “Đê Lấn Biển Và Hạ Tầng Kỹ Thuật Khu

Biệt Thự Khóm Đường Đệ Nha Trang”

Tìm hằng số điều hòa bằng phương pháp hoa tiêu

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU III.1 ĐIỀU KIỆN KHÍ TƯỢNG

Gió là những yếu tố khí tượng quan trọng, là động lực chủ yếu gây nên dòng chảy ven bờ và sóng Dưới tác dụng của gió làm cho sóng và dòng chảy tác dụng trực tiếp lên công trình và bờ bãi ven biển

Trong thời gian đo đạc từ ngày 25/9 – 28/9/2004 ta thấy hướng gió chính là hướng Đông Bắc và tốc độ gió cực đại 6 – 7m/s

Tại trạm S1 ta thấy hướng gió chiếm ưu thế là hướng Tây Bắc với tần suất chiếm 29.17%, sau đó đến hướng Đông Đông Bắc chiếm 16.67%.(Bảng 1)

Bảng1: Tần suất gió theo hướng và khoảng tốc độ tại trạm phao đo sóng tự ghi”S1”,

Tại trạm S2 ta thấy hướng gió chiếm ưu thế là hướng Tây chiếm 33.33%, sau

đó đến hướng Bắc chiếm 25%, hương Đông Bắc và hướng Bắc Tây Bắc chiếm cùng tần suất 12.5%

Bảng 2: Tần suất gió theo hướng và khoảng tốc độ tại trạm phao đo sóng tự ghi”S1”,

vịnh Nha Trang, từ 25/9-28/9/2004

Bảng 3: Bảng số liệu trắc gió tại trạm đo sóng tự ghi S1, tại Vịnh Nha Trang, từ 25/9 – 28/9/2004

Stt Thời điểm quan trắc Tốc độ gió Hướng gió Hướng sóng mặt

W WNW

NW

NNW

4<V<=6m/s 2<V<=4m/s 0<V<=2m/s

Taàn suaát(%)

III.2 KẾT QUẢ TÍNH DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VÀ TÌM HẰNG SỐ ĐIỀU HỒ

III.2.1 Cơ sở lý thuyết về dao động mực nước

Vị trí mặt tự do của Đại dương thế giới – mực nước đại dương được quyết định bởi những muơn hình muơn vẻ tác dụng lên khối nước nếu như đai dương là đồng nhất

và yên lặng hồn tồn, thì mặt đại dương trùng với mặt phẳng vuơng gĩc với hướng trọng lực, gọi là mặt mức hay mặt đẳng thế

Mặt đại dương Thế giới ứng với mực nước trung bình nhiều năm là gần trùng hợp với một trong những mặt mức, và vì thế, trong phép gần đúng bậc nhất cĩ thể xem

nĩ là mặt geơit (vị trí trung bình mặt quả đất)

Hình 4: Hoa gió theo hướng và khoảng tốc độ tại trạm phao đo sóng tự ghi"S2" ,

vùng biển Vĩnh Hoà,vịnh Nha Trang,từ 25/9 - 28/9/2004

0 5 10 15 20 25 30 35

S SSW

SW WSW W WNW NW NNW

6<V<=8m/s 4<V<=6m/s 2<V<=4m/s 0<V<=2m/s

Tần suất(%)

Các lực làm ảnh hưởng mực nước của đại dương là:

+ Các lực tạo triều vũ trụ

+ Các hiện tượng địa động lực và nhiệt ở vỏ quả đất (động đất và biển động, hoạt động núi lửa trên mặt lục dịa và dưới nước, sự dâng lên hạ xuống của lục địa và chuyển động kiến tạo hiện đại)

+ Những tác động cơ học và lý hoá gây bởi bức xạ mặt trời và tác động của khí quyển (các quá trình nhiệt trong đại dương, sự biến đổi áp suất khí quyển, gió, mưa, dòng bờ v,v…)

Hệ thống chuyển động phức tạp của các khối nước hình thành do kết quả tác động của tất cả các yếu tố này, ở một mức độ nào đó được biểu hiện qua một hình thể nhất định của mặt Đại dương thế giới với những nét không ngừng biến đổi

Những dao động tuần hoàn đều đặn nhất của mặt biển theo thời gian là do các lực tạo triều gây nên Nhưng thậm chí ngay cả những dao động này chưa được nghiên cứu đầy đủ, tuy chúng có được nghiên cứu kỹ hơn nhiều so với các dạng dao động khác Chỉ ở một phạm vi hạn chế của một số biển mới có bản đồ trạng thái mặt mức ứng với các pha thủy triều nhất định

Nhờ tính tuần hoàn của các dao động thủy triều của mực nướcmà chúng dễ có thể được loại khỏi các số liệu quan trắc mực nước bằng cách lấy trung bình các số liệu trung bình trong một tháng hay một năm cũng có thể loại trừ cả những dao động tuần hoàn khác Như vậy, từ số liệu quan trắc dao động mực nước có thể tách phần không tuần hoàn, là phần chịu sự tác động biến đổi của khí quyển, đồng thời cũn là phần khó xác định nhất

Những hiện tượng địa nhiệt và địa động lực ở vỏ quả đất hoặc gây nên những dao động mực nước không tuần hoàn trong khoảng thời gian ngắn, nhiều khi rất đột ngột thậm chí nguy hiểm, như sóng thần txunami, sóng xây si mạnh, hoặc dẫn đến

những biến đổi tương đối chậm của mực nước trung bình do sự nâng lên và hạ xuống của lục địa gây ra

Những dao động mực nước do các hoạt động khí quyển và bức xạ mặt trời gây nên thường có tính chất không tuần hoàn Tuy vậy, trong nhiều trường hợp vẫn có thể xác lập được nhịp điệu nhất định trong những dao động ấy có quan hệ với biến trình ngày và biến trình năm của các yếu tố khí tượng thủy văn Các mặt khác nhau muôn hình muôn vẻ của hoạt động khí quyển lại dẫn đến sự đa dạng của các kiểu dao động mực nước Trong chế độ chung của mực nước biển có thể phân biệt những thành phần không tuần hoàn chính sau đây do bức xạ mặt trời và hoạt động khí quyển tạo nên: – Những dao động dâng rút liên quan với hoàn lưu nước, xuất hiện dưới tác dụng của

ma sát tiếp tuyến giữ dòng không khí và mặt nước giới hạn bởi bờ

– Những dao động mực nước do sự biến đổi áp suất khí quyển gây nên là phản ứng tĩnh học của khối nước đối với sự biến đổi đó Mực nước biển giảm xuống 10m, khi áp suất khí quyển tăng lên 1milibarơ và ngược lại, mực nước biển cao lên 10mm khi áp suất khí quyển giảm đi 1mbar

– Những dao động mực nước do tính không điều hòa trong quá trình tuần hoàn ẩm (sự bốc hơi, giáng thủy, dòng bờ) liên quan với sự biến đổi lượng nước tại các phần khác nhau của đại dương hay các biển

Nếu xét ảnh hưởng của mật độ nước đến vị trí mực nước biển ở bờ, có thể nhận thấy rằng tác dụng của nguyên nhân này cũng giống như tác dụng của gió Điều này có thể giải thích xuất phát từ bản chất của các hiện tượng dâng rút mà chung quy hiệu ứng tổng cộng của chúng ở các bờ quyết định những nét cơ bản của chế độ dao động mực nước Hiện tượng nước dâng luôn luôn là sự chuyển dịch một lượng nước mặt nhẹ hơn vào vùng ven bờ và do đó, có sự dâng cao mực nước tương ứng Sự dâng mực nước này sẽ tăng lên một ít do mật độ nó giảm khi chuyển tới bờ Ngược lại khi có gió dạt nước nhẹ hơn bị mang ra ngoài khơi, còn nước nặng hơn từ dưới sâu ở dọc sườn lục địa thì dâng lên để thay thế Mực nước trong điều kiện ấy sẽ hạ thấp do mất nước cũng như do nước mặt nhẹ hơn được nước sâu nặng hơn ở bờ

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

Khi xét các nguyên nhân dao động mực biển trong mối phụ thuộc của nó vào những nét chung nhất của chế độ động lực – hoàn lưu khí quyển, cần phải để ý cả đến tính chất tổng hợp của các hiện tượng liên quan với quá trình phức tạp

III.2.2 Kết quả tính toán dao động mực nước của khu vực Bãi Tiên

Bằng phương pháp thống kê cho ta các kết quả được thể hiện bởi các bảng dưới đây:

Bảng 5: Kết quả thống kê mực nước lên suống tại trạm H1, vùng biển Vĩnh Hoà, vịnh

Giờ Hmin

Thời gian nước dâng

Thời gian nước rút

Giờ Hmin

Thời gian nước dâng

Thời gian nước rút

độ Hmax Hmin nước dâng nước rút

Giờ Hmin

Thời gian nước dâng

Thời gian nước rút

30 mực nước cực đại xuất hiện vào lúc 5h)(hình 5, 6, 7)

Thời gian xuất hiện nước lớn (NL), nước rút (NR) tại ba trạm H1,H2,H3 chênh lệch nhau không lớn Cụ thể :

- Tại trạm H1 thời gian trung bình xuất hiện nước lớn là: 9.8h, thời gian trung bình nước rút là: 8h

- Tại trạm H2 thời gian trung bình xuất hiện nước lớn là : 8.8h, thời gian trung bình nước rút là: 8h

- Tại trạm H1 thời gian trung bình xuất hiện nước lớn là: 8.6h, thời gian trung bình nước rút là: 8.4h

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

Biên độ dao động mực nước trong thời gian đo đạc là rất lớn, cần theo dõi với số liệu dài hơn để tìm ra mực nước trung bình tại khu vực để từ đĩ đề ra những biện pháp thích hợp tính tốn độ an tồn của các cơng trình Cơng việc này làm tốt tránh được những rủi ro, do tác động của mực nước lúc triều lên với sự tác động kết hợp của sĩng

và dịng chảy trong thời kỳ nước lớn và cĩ bão

So sánh với dao động mực nước tại các trạm Cầu Đá, vịnh Nha Trang ta thấy cĩ sự chênh lệch pha rất lớn so với sự lên xuống tại ba trạm Lấy ví dụ điển hình ngày 25/9 tại trạm H1, mực nước cực đại xuất hiện vào lúc 15h, cực tiểu vào lúc 5h Cịn tại trạm

đo đạc mực nước Cầu Đá, mực nước cực đại xuất hiện vào lúc 5h, cực tiểu vào lúc 16h

Điều này phải tìm cách giải thích nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch này Do cĩ

sự chênh lệch này, nên bắt buộc các cơng trình xây dựng ven biển trước khi xây dựng, khơng được lấy tùy tiện số liệu mực nước tại các trạm lân cận để làm mực nước cho khu vực xây dựng Khi cĩ kết quả đo đạc về mực nước ta tính tốn với cao độ của cơng trình xem cĩ phù hợp hay khơng và kết hợp với mực nước cực đại và cực tiểu trong lịch sử để từ đĩ tính tốn độ cao cơng trình hợp lý Cơng việc này tránh được nhưng rủi ro đến cơng trình và kinh tế

Hình 5: Dao động mực nước ngày đêm tại trạm H1, vùng biển Vĩnh Hoà,

vịnh Nha Trang, từ 24/9 - 1/10/2004

250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450

III.2.3 Cơ sở phương pháp tìm hằng số điều hồ để dự tính thuỷ triều

Ta dùng phương pháp hoa tiêu chỉnh lý và dự báo thủy triều

Phương pháp này cho phép ta giải quyết những vấn đề sau:

Hình 6: Dao động mực nước ngày đêm tại trạm H2, vùng biển Vĩnh Hoà,

vịnh Nha Trang, từ 24/09 - 01/10/2004 250

270 290 310 330 350 370 390 410

Hình 7: Dao động mực nước ngày đêm tại trạm H3, vùng biển Vĩnh Hoà,

vịnh Nha Trang, từ 24/9 - 1/10/2004 250

300 350 400 450 500 550

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

- Dự tính mực nước cho giờ bất kỳ theo hằng số điều hòa bốn sóng thành phần

- Tính hằng số điều hòa bốn sóng cơ bản từ dãy một ngày hay hai ngày quan trắc mực nước từng giờ

- Dự tính cho ngày bất kỳ thời điểm và độ cao nước lớn, nước dòng theo hằng số điều hòa bốn sóng trên mà không cần qua các tính toán trung gian độ cao triều cho từng giờ

- Phương pháp dựa trên khả năng gộp các sóng có chu kỳ gần nhau khi không đòi hỏi

dự tính mực nước với độ chính xác rất cao Đối với thực hành hoa tiêu, như đã biết, không đòi hỏi dự tính thuỷ triều chính xác lớn hơn 0.1m Vì vậy phương pháp hoa tiêu hoàn toàn dùng trong điều kiện trên tàu, hơn nữa dự tính thủy triều bằng phương pháp này đòi hỏi ít thời gian và khá đơn giản

Chúng ta sẽ lần lượt xem xét cách thực hiện các nhiệm vụ kể trên Việc phân tích

và so sánh độ cao tính toán và độ cao thực đo của thủy triều cho ta thấy rằng phần lớn các trường hợp độ lớn của thủy triều được quyết định bởi các sóng điều hòa của bốn sóng chính:M2, S2, K1 và O1, là các sóng chịu ảnh hưởng của điều kiện địa lý địa phương nhiều nhất Các hằng số điều hòa của bốn sóng khác: N2, K2, P1 và Q1có thể được biểu diễn qua những hằng số điều hòa của bốn sóng nói trên: M2, S2, K1 và O1 xuất phát từ các biểu thức:

2 2

67 , 3

Dựa vào những biểu thức ấy và xét đến các điều kiện thiên văn có thể biểu diễn

độ cao thuỷ triều không phải bằng tổng của đám mà chỉ của bốn sóng thành phần: M2, S2, K1 và O1 Để tính đến ảnh hưởng của bốn sóng còn lại người ta đưa ra các hiệu đính cho biên độ và pha các sóng chính Những hiệu đính này là các đại lượng biến

đổi, phụ thuộc vào điều kiện thiên văn, do đó có thể tính trước và lập thành bảng Những bảng như thế có dẫn trong các sách hướng dẫn chỉnh lý và dự báo thuỷ triều

Với việc tính đến các hiệu đính này công thức toán học độ cao thuỷ triều có dạng:

Để tính hằng số điều hoà chúng ta tiến hành giản ước tiếp công thức (III.2) bằng cách gép bốn sóng thành hai sóng: bán nhật và toàn nhật

Có thể chứng tỏ khả năng ghép sóng như vậy trên ví dụ sau đây:

Giả sử có hai sóng cùng chu kỳ nhưng với biên độ và pha khác nhau Khi đó có thể biểu diễn tổng hai sóng này bằng một trong hai sóng, nếu đưa vào biên độ và pha những số hiệu đính E và e

d D

d D tge

cos 1

sin +

=

sin cos

2

2 2

S S S

M M M

C B H

C B H

D = d2 = (b M +c M +g M2) − (b S +c S +g S2)

;

1

1 1

K K K

O O O

C H H

C H H

D = d1 = (b O +c O +g O1) − (b K +c K +g S1) Các hiệu chỉnh E2 và e2 cho sóng bán nhật đã ghép được tìm theo các đại lượng

D2 và d2; còn E1 và e1 của các sóng toàn nhật đã ghép tìm theo D1 và d1 Nếu coi các sóng S2 và K1 là cơ bản thì có thể viết công thức (III.2) dưới dạng đơn giản hơn

2 2 2

2 2

0

cos

cos

K K

K K

K K

S S

S S

S S

g e c b t q E C B H

g e c b t q E C B H Z h

+ + +

−

+ +

+ +

− +

=

(III.5) (III.5) là công thức cơ sở để xác định những hằng số điều hoà những sóng S2 và K1 từ dãy quan trắc một ngày Chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên tắc giải quyết bài toán Muốn vậy chúng ta viết công thức (III.5) dưới dạng đơn giản hơn nếu đưa ra các ký hiệu:

BSCSE2=F2; bS+cs+e2=f2;

BKCKE1=F1; bK+cK+e1=f1 Các đại lượng F2, F1, f2 và f1 phụ thuộc vào điều kiện thiên văn và có thể tính trước cho giờ bất kỳ có thể goi chúng là các đối số thiên văn Với những ký hiệu đã quy ước công thức (III.5) có dạng

2 2 2 2 2 0

cos

cos

S K

S S

g f t q F H

g f t q F H Z h

+

−

+ +

− +

=

(III.6)

Công thức dạng này vẫn chưa thuận tiện để xác định những hằng số điều hòa

Vì vậy chúng ta sẽ biến đổi nó bằng cách ký hiệu:

;

2 2

2 F R

H S = f2+g S2 =r2;

; 1 1

1F R

H K = f1+g K1 =r1; (III.7)

Khi đó :

2 cosq t r R cosq t r R

Z

Biến đổi côsin hiệu, ta có:

t q r R t q r R t q r R t q r R Z

h= O + 2cos 2cos 2 + 2sin 2sin 2 + 1cos 1cos 1 + 1sin 1sin 1 (III.9) Cho q2=30o/giờ, q1=150/giờ và ký hiệu:

R2cosr2=X2; R2sinr2=Y2;

R1cosr1=X1; R1sinr1=Y1; (III.10) Chúng ta sẽ nhận được :

t Y t X

t Y

t X

Z

h= 0 + 2cos 30 + 2sin 30 + 1cos 15 + 1sin 15 (III.11) Nếu như từ quan sát biết được độ cao từng giờ của mực nước thì trong phương trình (III.11) ẩn số sẽ là Z0, X2, Y2, X1, Y1 , để xác định chúng, cần dãy quan trắc một ngày độ cao từng giờ mực nước Giá trị mực nước trung bình Z0 được xác định bằng cách chia tổng các độ cao từng giờ cho 24 (số quan trắc) Để xác định giá trị X2, Y2,

X1, Y1 người ta chọn một cách cộng độ cao từng giờ mực nước h sao cho tổng các tung

độ ba sóng sau chu kỳ (24h) cho số 0 và chỉ còn lại tổng các tung độ của sóng cần tìm

Để hiểu rõ nguyên tắc trên chúng ta xét một thí dụ nhỏ Giả sử độ cao tổng cộng của thuỷ triều h được xác định bằng tổng của chỉ hai sóng, tức là:

t Y t X

h= 1cos 15 + 1sin 15 (III.12)

Hình 8: Hình biểu diễn tính toán hằng số điều hoà

Trên (hình 8) trình bày các sóng hợp thành X1cos 15t(đường cong1),

t

Y1sin 15 (đường cong 2) và độ cao tổng cộng thuỷ triều (đường cong 3)

SVTH : Đỗ Đức Dự Lớp 43 HDH

Từ quan trắc chúng ta biết được các tung độ tổng cộng h từng giờ Bây giờ cần phải chọn một phương pháp cộng sao cho tổng các tung độ một trong các sóng hợp thành bằng không Thí dụ chúng, chúng ta sẽ chọn kiểu cộng như sau: khi cộng chúng

ta sẽ lấy những tung độ từng giờ từ 0 đến 6 giờ và từ 18 đến 24 giờ theo đúng dấu của chúng, còn các tung độ từ 6 đến 18 giờ với dấu ngược lại dấu của chúng Sự đổi dấu những tung độ trong khoảng từ 6 đến 18 giờ có nghĩa là thay các đường cong 1 và 2 trong khoảng này bằng các đường cong 1’ và 2’trên (hình 8) Từ hình vẽ thấy rõ rằng, trong cách cộng lựa chọn, tổng những tung độ của đường cong 2’ trong suốt một chu

kỳ từ 0 đến 23 giờ sẽ cho số không, tức là:

= +

=

23

0 23

1 cos 15 sin 15 cos 15

t X

t Y t X

23

0 1

1 15

o t

P t

h X

Bây giờ nếu như trong khi cộng chúng ta lấy những tung độ h với dấu ngược lại khoảng từ 0 đến 24 giờ, thì sóng 1 sẽ bị loại trừ và có thể tìm được biên độ Y1 của sóng 2

Trong trường hợp tung độ tổng cộng (độ cao thuỷ triều h)không phải chỉ gồm 2

mà gồm 4 sóng hợp thành, người ta cũng thực hiện tương tự Sau khi đã xác định các giá trị X2, Y2, X1và Y1, chúng ta sẽ tìm những bằng số điều hoà của các sóng S2và K1 theo các công thức (III.10)và (III.7)

Những hằng số điều hoà của các sóng M2 và O1 có thể tìm theo các tỷ số giữa biên độ các sóng chính HM2/HS2 và H01/HK1 và hiệu các pha gM2 – gS2 và g01-gk1 cho trước Những tỷ số và hiệu này được chọn bằng các trị số tương ứng ở trạm gần nhất, nơi đã biết sẵn những hằng số điều hoà tính theo phương pháp phân tích điều hoà Khi không có trạm lân cận với những hằng số điều hoà biết trước, phương pháp hoa tiêu có thể được dùng nếu có những dãy quan trắc vào lúc sóc vọng cho phép xác

định hằng số điều hoà những sóng bán nhật và vào lúc độ xích vĩ mặt trăng lớn nhất bảo đảm tính hằng số điều hoà các sóng toàn nhật Khi có hai dãy quan trắc này thì cần phải đảm bảo điều kiện chọn khoảng thời gian giữa dãy quan trẵc thứ nhất và thứ hai Nếu thuỷ triều có tính chất bán nhật, thì khoảng thời gian giữa dãy thứ nhất và thứ hai được chọn sao cho:

1 1

300 ≤ b M +c M − b o+c o day − b k +c k − b o +c o day ≥

Điều kiện tốt nhất là khi những hiệu trên bằng 180o

Cũng như phương pháp phân tích điều hoà, phương pháp hoa tiêu không những dùng để chỉnh lý quan trắc mực nước mà còn để chỉnh lý quan trắc dòng triều Nhưng, như đã biết, quan trắc dòng chảy phức tạp hơn quan trắc mực nước rất nhiều Dãy quan trắc dòng chảy 15 hay 30 ngày cần thiết để sử dụng phương pháp phân tích điều hoà không những đòi hỏi nhiều thời giờ mà còn vấp phải những khó khăn kỹ thuật rất lớn Vì vậy, khi chỉnh lý những quan trắc dòng triều người ta sử dụng rộng rãi phương pháp hoa tiêu để tính những hằng số điều hoà vì nó đòi hỏi những dãy quan trắc một hay hai ngày

Ngược lại, khi tính những hằng số điều hoà dao động triều của mực nước người

ta thường dùng phương pháp phân tích điều hoà hơn, vì tiến hành quan trắc mực nước trong vòng 15 ngày hay 30 ngày ở bờ không phải là khó khăn lớn Chỉ trong những trường hợp khi không thể tiến hành quan trắc lâu hơn 15hoặc 30 ngày ở gần bờ, hoặc khi nghiên cứu dao động mực nước xa bờ người ta mới dùng phương pháp hoa tiêu để tính những dao động mực nước

Công thức(III.8) cũng còn được dùng để giải quyết nhiệm vụ thứ ba của phương pháp hoa tiêu: dự tính thời gian và độ cao nước lớn, nước dòng

Muốn vậy, trong công thức (III.8) chúng ta cho q2=300/giờ và q1=150/giờ Khi đó:

2 cos 30t r R cos 15t r R

Z