Ứng dụng mô hình Delft3D tính nước dâng trong bão vùng biển ven bờ Việt Nam

Luận văn là kết quả của quá trình tìm hiểu và ứng dụng mô hình Delft3D của Viện Thủy lực Delft Hà Lan để tính toán nước dâng của một số cơn bão lịch sử.. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trì

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Lê Quốc Huy

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DELFT3D TÍNH NƯỚC DÂNG TRONG BÃO

VÙNG BIỂN VEN BỜ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hải dương học

Mã số: 60.44.97

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo

Mục lục

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Các phương pháp nghiên cứu 5

1.2.1 Phương pháp thống kê và đo đạc 5

1.2.2 Phương pháp sử dụng các công thức thực nghiệm 6

1.2.3 Phương pháp mô hình toán 7

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước 8

1.4 Nội dung nghiên cứu trong luận văn 20

1.4.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 20

1.4.2 Nội dung nghiên cứu 20

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Các phương trình cơ bản 22

2.2 Các điều kiện biên 27

2.3 Phương pháp giải số trong Delft3D-Flow 30

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ ĐUN DELFT3D FLOW VÀ KẾT QUẢ TÍNH.36 3.1 Miền tính, lưới tính 36

3.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 37

3.3 Hiệu chỉnh mô hình 38

3.4 Số liệu đầu vào của mô hình 40

3.5 Kết quả ứng dụng mô hình tính toán nước dâng 40

3.6 Các kết quả tính toán 51

3.6.1 Kết quả tính cơn bão Damrey 51

3.6.2 Kết quả tính cơn bão Parma 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

Tài liệu tham khảo 69

PHỤ LỤC 71

MỞ ĐẦU Những thiệt hại mà các cơn bão gây ra cho vùng ven bờ biển chủ yếu

do sóng và nước dâng Lịch sử đã ghi nhận nhiều thiệt hại to lớn về người và tài sản trên thế giới và cả ở Việt Nam Việc tính toán và dự báo nước dâng do bão nhằm giảm nhẹ những thiệt hại và thiết kế an toàn các công trình hạ tầng ven biển, các tuyến đê biển là một nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà khoa học Trên thực tế các nghiên cứu lý thuyết về hiện tượng nước dâng được bắt đầu một cách có hệ thống từ nửa đầu thế kỷ 20 Các phương pháp tính toán từ đơn giản đến phức tạp đã xuất hiện Ngày nay với sự phát triển của khoa học máy tính, hiện tượng nước dâng do bão đã được mô hình hóa Các mô hình tính toán nước dâng hiện đại đang dần trở thành công cụ dự báo cho các vùng biển trên thế giới

Luận văn này cũng góp phần nghiên cứu hiện tượng nước dâng do bão cho một vùng biển ở Việt Nam Luận văn là kết quả của quá trình tìm hiểu và ứng dụng mô hình Delft3D của Viện Thủy lực Delft Hà Lan để tính toán nước dâng của một số cơn bão lịch sử

Nội dung luận văn tốt nghiệp gồm 3 chương và phần kết luận:

- Chương 1: Tổng quan

Trình bày khái niệm, cơ chế, các phương pháp nghiên cứu, lịch sử và các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về nước dâng do bão

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày cơ sở lý thuyết của mô đun Delft3D Flow

- Chương 3: Ứng dụng mô đun Delft3D Flow và kết quả tính

Chuẩn bị số liệu đầu vào, hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình, kết quả ứng dụng mô đun Delft3D Flow tính nước dâng cho vùng biển ven bờ vịnh Bắc bộ trong cơn bão Damrey (2005) và Parma (2009)

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu

Nước dâng do bão (NDDB) là thiên tai chủ yếu ở vùng ven biển, chúng thường gây ra những tổn thất lớn về người và tài sản Dọc theo bờ biển Bangladesh, những cơn bão và nước dâng kèm theo vào các năm 1876, 1891,

1970, 1991 đã cướp đi sinh mạng của hàng trăm nghìn người và chúng được

so sánh tương đương với thảm họa sóng thần năm 2004 Cơn bão Katrina đổ

bộ vào thành phố New Orleans bang Lousiana - Mỹ ngày 29/8/2005 với sức gió trên 140 dặm/giờ (~225 km/h), đã phá hỏng hệ thống đê bảo vệ và gây nước dâng 6 m, khoảng 1000 người chết và mất tích chủ yếu là vì NDDB, thiệt hại khoảng 81.2 tỷ USD Tại khu vực Đông Nam Á, cơn bão Nargis đổ

bộ vào Myanma ngày 2/5/2008 làm hơn 100.000 người chết và mất tích, thiệt hại ước tính khoảng 10.0 tỷ USD và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống cư dân vùng bão đổ bộ cũng như môi trường xung quanh Các khu vực khác trên thế giới như khu vực Đông - Bắc Á, vùng biển Caribe cũng chịu nhiều thiệt hại bởi NDDB gây ra, trong đó nước dâng cao nhất đo được tại Triều Tiên cũng tới 5,2 m

Ở nước ta, NDDB cũng gây ra nhiều tổn thất to lớn Theo thống kê, NDDB lớn nhất tại Việt Nam ghi được là 3,6 m trong cơn bão DAN tại Hải Phòng năm 1989 Trong lịch sử cũng đã ghi nhận nước dâng bão năm 1881 tại Hải Phòng làm rất nhiều người dân thiệt mạng Trong năm 2005 có 4 cơn bão gây nước dâng cao thì 2 cơn (bão số 2 - Washi và bão số 7 - Damrey) xảy ra đúng vào lúc triều cường nên thiệt hại do 2 cơn bão này tại các tỉnh Hải Phòng và Nam Định rất lớn

Hầu hết những bờ biển trên thế giới bị ảnh hưởng của NDDB - những nơi thỉnh thoảng hoặc thường xuyên có các cơn bão mạnh đi qua Bão gây ra nước dâng dọc theo bờ biển phía Đông của Bắc Mỹ, Vịnh Mexico, Hawai,

Mexico, biển Ca ri bê, vịnh Bengal, biển Ả rập, phía Đông và Tây Nam Ấn

Độ dương, phía Tây Thái Bình dương, bờ biển Australia, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Philippines, Myanmar, Việt Nam và Thái Lan Nước dâng được gây nên bởi hoạt động của siêu bão thường ở dọc bờ Đông của Canada, vùng Hồ lớn, biển Địa Trung Hải và vùng biển Bắc Như vậy, nguy cơ do NDDB mang tính toàn cầu, mặc dù nó không xuất hiện trên toàn bộ thế giới nhưng tác động của nó ảnh hưởng đến một tỷ lệ lớn dân số và các trung tâm

đô thị và thương mại lớn

Hiện tượng NDDB được gây nên khi một cơn bão di chuyển hướng vào

bờ tạo ra dồn nước tại bờ biển NDDB là sự dâng cao của bề mặt nước biển trên mực nước nền do tác động của gió và áp suất của bão NDDB thường xảy

ra trên một đoạn bờ biển khoảng 100 dặm hoặc hơn Ngoài khơi, mực nước tại tâm bão dâng do sự giảm áp suất tại tâm Mực nước tại tâm bão dâng theo quy luật khi áp suất giảm 1 mb thì mực nước dâng 1 cm Khi bão đổ bộ vào

bờ thì thủy triều, địa hình bờ, địa hình đáy, sự quay của trái đất, bán kính gió cực đại, tốc độ di chuyển của bão, mưa, dòng chảy sông đều là những yếu tố quan trọng quyết định độ dâng của mực nước Quá trình nước dâng thuộc dạng thời đoạn ngắn, nhưng bản chất của nó là sự truyền sóng dài

Một số cơ chế gây nên hiện tượng nước dâng trong bão:

Gió thổi trên bề mặt biển gây nên ứng suất gió theo phương ngang tạo

ra dòng chảy mặt theo hướng chung của gió Dòng chảy trên mặt cũng tạo nên

cả dòng chảy ở lớp nước dưới mặt Độ sâu của lớp dòng chảy này được xác định tùy thuộc vào địa hình và cường độ di chuyển về phía trước của bão Ví

dụ một cơn bão có cường độ vừa phải di chuyển với tốc độ nhanh thì chỉ tạo được dòng chảy có chiều dày khoảng hơn 30 m, trong khi cũng một cơn bão như vậy nhưng di chuyển với tốc độ chậm có thể tạo ra dòng chảy sâu tới gần

tăng Một thềm lục địa rộng có độ dốc vừa phải sẽ là điều kiện thuận lợi cho

sự hình thành NDDB mức độ lớn

Sóng vỡ gần bờ cũng vận chuyển một lượng nước về phía bờ Trong cơn bão khi có sự gia tăng chiều cao và độ dốc của sóng ở gần bờ thì lượng nước được vận chuyển vào bờ có tốc độ nhanh hơn khi nó chảy ra phía biển, đây cũng là yếu tố làm gia tăng hơn nữa mực nước dọc bờ biển

Như đã đề cập ở trên, độ lớn của mực nước dâng trong một vùng biển tùy thuộc vào các tham số khí tượng của cơn bão cũng như các đặc trưng của vùng biển Các thông số của bão bao gồm cường độ bão được đo bằng áp suất tại tâm bão và tốc độ gió lớn nhất của bão, đường đi của bão, tốc độ di chuyển

và bán kính gió cực đại (kích cỡ của bão) Bán kính gió cực đại là khoảng cách tính từ tâm bão đến vị trí có tốc độ gió lớn nhất, bán kính này có thể biến đổi từ 10 km đến 80 km Do trường gió có chiều quay ngược kim đồng hồ ở bán cầu Bắc nên mực nước dâng cao nhất đo được thường xuất hiện ở phía bên phải so với hướng di chuyển của bão tại vị trí xấp xỉ bằng bán kính gió cực đại

1.2 Các phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Phương pháp thống kê và đo đạc

Phương pháp này dựa trên những số liệu thống kê mực nước đo tại khu vực nghiên cứu và số liệu các cơn bão đổ bộ vào cùng thời điểm Từ những số liệu thống kê đó tìm ra được quy luật hay xây dựng mối liên hệ tương quan giữa số liệu bão và mực nước dâng tại vùng nghiên cứu Số liệu khảo sát tại hiện trường là rất cần thiết Nó được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định độ chính xác của phương pháp Tuy nhiên phương pháp này chỉ có thể áp dụng cho từng khu vực nghiên cứu, vì mỗi vùng có những điều kiện tự nhiên khác nhau

Đây là phương pháp truyền thống cho kết quả tương đối khả quan Những kết quả của phương pháp này rất quan trọng, nó xây dựng được bộ cơ

sở dữ liệu phục vụ cho các đánh giá tổng hợp về mực nước dâng trong các vùng biển nghiên cứu và phục vụ các các phương pháp khác

1.2.2 Phương pháp sử dụng các công thức thực nghiệm

Trong phương pháp này, người ta tính toán độ cao nước dâng trên nền mực nước trung bình theo vận tốc gió, mực nước nền trung bình có thể là mực nước trung bình nhiều năm của vùng biển có thủy triều hoặc không có thủy triều Công thức tính toán có dạng:

gh

X W k





trong đó: S(m)- độ cao nước dâng,

k = 2.10-6 - hệ số, có thể xê dịch quanh giá trị này

W(m/s) - vận tốc gió

X(m) - chiều dài đà gió

 - góc giữa hướng gió và trục vuông góc với đường bờ

h(m) - độ sâu

Nếu vận tốc gió khoảng 20 m/s, đà gió 100 km, gió thổi vuông góc với

bờ, độ sâu 20 m, ta có S vào khoảng 0.4 m Trong cùng điều kiện gió, độ cao nước dâng lớn hơn ở khu vực có độ sâu nhỏ hơn

Công thức trên cho độ cao nước dâng lớn nhất có thể xảy ra, vì các tham số xác định cho những điều kiện ổn định Do đó công thức này được sử dụng cho thiết kế vì kết quả thiên lớn sẽ đảm bảo an toàn cho công trình

Ngoài ra, NDDB bao gồm tác động của gió và giảm khí áp trong bão

H = a(1010-p 0 ) + bW2cosθ H- độ lớn nước dâng

p0- áp suất tại tâm bão

W- vận tốc gió ở độ cao 10 m so với bề mặt biển

θ - góc giữa hướng gió thổi và đường vuông góc với bờ (đơn vị radian)

Các hằng số a, b tính toán cho nhiều vùng khác nhau của Nhật Bản thu được giá trị a trong khoảng 0.02167-0.04304, trung bình là 0.03; giá trị b trong khoảng -0.00167-0.00181, trung bình là 0.2x10-6

1.2.3 Phương pháp mô hình toán

Mô hình toán là một trong những phương pháp tiếp cận tối ưu trong nghiên cứu các quá trình thủy động lực Đặc trưng thứ nhất của mô hình là các đối tượng nghiên cứu như các vùng địa lý, quy mô thời gian, các quá trình cần mô phỏng Đặc trưng thứ hai là quy mô không gian và các biến trạng thái Đặc trưng thứ ba là độ phân giải của mô hình và đặc trưng cuối cùng là độ chính xác

Các quá trình động lực gây nên độ dâng cao của mực nước như đã nói trên đều được mô tả trong hệ phương trình nước nông 2 chiều sau đây:

)(

g x

p fv

y

u v x

u u t

) (

g y

p fu

y

v v x

v u t

s y a

0)()(

u h t

U(z), V(z) - cỏc thành phần vận tốc biến đổi theo độ sõu theo hướng x,y tương ứng

 - dao động mặt nước so với mực trung bỡnh

h - độ sõu kể từ mực trung bỡnh

pa - ỏp suất khụng khớ

s y s

x 

 , - cỏc thành phần ứng suất giú trờn mặt nước theo trục x, y tương ứng

2 2

y x x s

y x y s

x 

 , - các thành phần ứng suất ma sát tại đáy theo trục x, y tương ứng

2 2

v u ku

b

v u kv

 = 0.729.10-4 s-1 - vận tốc góc quay trái đất

1.3 Tỡnh hỡnh nghiờn cứu trờn thế giới và trong nước

"Mụ hỡnh húa hiện tượng nước dõng là một nghệ thuật" (Jelesnianski và nnk, 1992) Mụ hỡnh húa NDDB vẫn đang được cải tiến trong thế kỷ 21 và mang tớnh toàn cầu Những cơn bóo gõy nờn hiện tượng nước dõng được nghiờn cứu ở những khu vực trờn thế giới với những tờn gọi khỏc nhau như: ở Bắc Mỹ, bóo xuất hiện ở vịnh Mờ xi cụ và bờ Đụng nước Mỹ được gọi là Hurricanes; ở Chõu Âu, bóo cú thuật ngữ là Tropical Storms; ở Chõu Á và Chõu Đại Dương, bóo được gọi là Typhoons Trong nửa đầu thế kỷ 20, cỏc

những phương pháp thực nghiệm đơn giản dựa trên những quan trắc thưa thớt (Conner và nnk, 1957; Harris, 1959) đến những dẫn xuất được phân tích phức tạp hơn đối với những cơn bão và lưu vực biển đơn giản nhưng giá trị thực tiễn còn hạn chế (Proudman, 1954; Doodson, 1956; Heaps, 1965) Ở Mỹ, Quốc hội đã chỉ đạo các cơ quan nghiên cứu của quân đội và Cục thời tiết tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về bão và các phương pháp dự báo bão sau những thiệt hại to lớn ở vùng duyên hải phía Đông năm 1954 Đây được xem như là sự khởi đầu của nghiên cứu có hệ thống về NDDB tại Bắc Mỹ (Murty, 1984) Trước khi mô hình số được phát triển thì các toán đồ đã được thiết kế

để dự báo nước dâng bất cứ khi nào một cơn bão đổ bộ vào một bờ biển Conner và nnk (1957) đã xây dựng một mô hình kinh nghiệm đơn giản để tính gần đúng đỉnh nước dâng ven bờ, sau đó vẽ lên các mực nước quan trắc lớn nhất dựa vào dữ liệu áp suất quan trắc được tại tâm bão để xác định đường bao nước dâng tốt nhất

Nhiều phương pháp và mô hình số đã được sử dụng để định lượng mực nước dâng được gây ra bởi các cơn bão Một trong những hướng dẫn sớm nhất được phát triển cho mục đích đó là thang tỷ lệ bão Saffir/Simpson

Bảng 1.1: Nước dâng do bão theo SAFFIR/SIMPSON

độ cao nước dâng tại những địa điểm khác nhau khi cơn bão đổ bộ vào

Harris (1959) đã tìm ra sự biến thiên có hệ thống của nước dâng với hai tham số: áp suất nhỏ nhất ở tâm bão và khoảng cách 91.44 m từ tâm bão vào

bờ, nhưng kết luận rằng độ dốc của thềm lục địa ảnh hưởng không lớn đến mực nước dâng (Harris, 1959; Harris, 1963)

Harris và Jelesnianski (1964) đã đưa ra một hệ phương trình thủy động lực hai chiều dạng tuyến tính để tính toán thủy động lực thủy triều cho chất lỏng đồng nhất với áp suất được tính bằng phương trình thủy tĩnh và bỏ qua sóng bề mặt Jelesnianski (1966) đã sử dụng hệ phương trình chuyển động tuyến tính đó bỏ qua ma sát đáy để tính toán và kết luận rằng gió có tác động

gấp 4 lần đến mực NDDB so với áp suất, đỉnh mực nước dâng lớn nhất xuất hiện đối với tốc độ bão khoảng 37 mph và góc giữa hướng di chuyển của bão

và đường vuông góc với bờ là 65o

Jelesnianski (1972) đã sử dụng kích cỡ của bão như là một tham số trong toán đồ của ông Toán đồ sử dụng các kết quả quan trắc và từ mô hình

số SPLASH (Special Program to List the Amplitude of Surges from Hurricanes) Hai phiên bản của mô hình này là SPLASH 1, SPLASH 2 được phát triển cho các khu vực lựa chọn ở các vịnh và bờ biển Đại Tây Dương Mặc dù mô hình Splash đưa ra được những độ cao mực nước dâng đáng tin cậy nhưng hạn chế của mô hình này là chỉ tính mực nước dâng cho những đoạn bờ biển có đường bờ thẳng và địa hình ít biến đổi Jelesnianski đã đưa ra kết luận rằng độ dốc của thềm lục địa thực sự là yếu tố chính tác động đến mực nước dâng Ông vẫn giữ nguyên kết luận sai của Harris (1959) vào trong tham số "khoảng cách của đoạn thẳng 91.44 m tính từ bờ", nên yếu tố này không giải quyết được sự biến đổi của địa hình đáy Jelesnianski đã đưa ra kết luận sai lầm giống như các nghiên cứu khác từ 1950 đến 1970 rằng ảnh hưởng của kích cỡ bão lên mực nước dâng là tương đối nhỏ Tuy nhiên gần đây việc phân tích dữ liệu lịch sử của các cơn bão cùng với sự mô phỏng bằng mô hình

đã chứng minh rằng kích cỡ của bão có vai trò quan trọng trong sự phát sinh nước dâng bão ở các vùng ven bờ, đặc biệt là những cơn bão siêu mạnh di chuyển trên vùng nước rất nông (Irish và nnk, 2008)

Trong các năm từ 1950 đến 1960, tính toán NDDB chỉ áp dụng cho những vùng có đường bờ thẳng với địa hình ít biến đổi Chúng là cơ sở cho việc thiết kế hạ tầng cơ sở tránh nguy cơ bị phá hủy bởi NDDB cho đến những năm 1970 và nhiều nơi vẫn đang sử dụng đến nay Từ cuối những năm

1960, khi máy tính tốc độ cao xuất hiện cho phép sai phân hóa các hệ phương trình cơ bản trên cơ sở sử dụng các lưới tính có cấu trúc (thường là lưới

vuông) trong các mô hình 2D (tích phân theo chiều thẳng đứng) và sau đó là

mô hình 3D Khả năng này đã loại bỏ được giả thiết về một sự cân bằng lực

ổn định trong mô hình (không thích hợp với sự biến đổi quá nhanh của gió trong bão), đồng thời mô phỏng được sự cân bằng giữa thông lượng nước và

sự thay đổi của mực nước trong lưu vực Trong những năm 1980, mô hình SLOSH (the Sea, Lake, and Overland Surges from Hurricanes) của NOAA được thiết lập và Jelesnianski (1992) hoàn thiện để tính toán và đưa ra các bản

đồ đánh giá mức độ bảo hiểm do ngập lụt của FEMA (Federal Emergency Management Agency) và vẫn đang được cơ quan dự báo thời tiết Mỹ sử dụng

để dự báo NDDB Đây là mô hình hai chiều được phát triển để dự báo mực nước dâng tức thời bởi các cơn bão đang hoạt động tại những vùng biển ven

bờ Đại Tây Dương, nhưng cũng được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới Ngoài việc tính nước dâng cho vùng biển hở, mô hình này còn mở rộng khả năng tính nước dâng trong vịnh, cửa sông, lưu vực sông ven biển và cả các vị trí trên đất liền Những "barrier" thiên nhiên hay nhân tạo trong vùng nghiên cứu cũng được thể hiện trong mô hình đồng thời những ảnh hưởng của chúng đến độ cao mực nước dâng cũng được mô phỏng trong quá trình tính toán Kết quả dự báo của SLOSH có độ sai lệch là 20% Ví dụ nếu mô hình tính đỉnh của mực NDDB là 5 m thì đỉnh của mực nước dâng quan trắc được nằm trong khoảng từ 4 đến 6 m (National Hurrcane Center, 2007)

Thực nghiệm số cũng đã góp phần tìm hiểu sâu cơ chế của hiện tượng nước dâng và cải tiến lý thuyết về NDDB Một số cuốn sách quan trọng về NDDB bao gồm cả phân tích lý thuyết, dữ liệu quan trắc và kết quả số đã được xuất bản trong những năm 1980 (như của Simpson, 1981; Murty, 1984; Pugh, 1987) Gần đây nhiều sự cải tiến đã được áp dụng trong việc mô hình hóa NDDB Các kỹ thuật sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và lưới tính

trúc này có thể biểu diễn được các đối tượng phức tạp của địa hình đáy và trên

bờ như đường bờ biển khúc khuỷu, các cửa sông, các lạch triều và các đảo chắn Hơn nữa nó còn nâng cấp độ phân giải lên rất cao cho vùng nghiên cứu Với các trường gió có độ chính xác cao thì các mô hình này có thể có độ chính xác đến vài chục centimet khi tính toán cho các cơn bão trong quá khứ

Sự kết hợp các mô hình nước dâng và thủy triều có khả năng mô phỏng đầy

đủ tác động của dao động thủy triều lên mực nước tổng cộng và khả năng ngập lụt trong một cơn bão Trong số đó có các mô hình nổi tiếng như ACCIRD (Advanced Circulation Model for Oceanic, Coastal, and Estuarine Waters), DELFT3D, POM (Princeton Ocean Model) Ở các nước khác như Anh, Đan Mạch, Nhật, Nga, Trung Quốc cũng đã xây dựng những mô hình tính nước dâng của riêng mình

Ở nước ta, hiện tượng NDDB đã được nghiên cứu từ những năm 1970 của thế kỷ trước Một số tác giả và công trình nổi bật có thể liệt kê ra sau đây:

Lê Phước Trình và Trần Kỳ (1969 - 1970), Nguyễn Văn Cư (1979), Phạm Văn Ninh (1982), Đỗ Ngọc Quỳnh (1982), Vũ Như Hoán (1988), Nguyễn Ngọc Thuỵ (1989), Tạ Đăng Minh (1989), Lê Trọng Đào (1989), Bùi Xuân Thông (1995), Nguyễn Thị Việt Liên (1996), Nguyễn Vũ Thắng (1999), Bùi Hồng Long (2005), Nguyễn Kỳ Phùng (2006)

Tuy nhiên nghiên cứu một cách có hệ thống nước dâng bão ở Việt Nam chỉ được đặt ra từ 1984 đến nay, trong khuôn khổ 3 đề tài cấp nhà nước:

- Nghiên cứu thăm dò (1984-1985, đề tài 48.06.15, Phạm Văn Ninh chủ trì), sau khi khẳng định rằng hiện tượng nước dâng bão ở Việt Nam có thể nghiên cứu được đến kết quả ứng dụng trong thực tế, đã chia quá trình nghiên cứu NDDB làm 2 phần và thực hiện chúng trong khuôn khổ 2 đề tài cấp nhà nước khác

- Nghiên cứu các đặc trưng chế độ của hiện tượng tức là phân bố theo thời gian, không gian, dáng điệu quá trình nước dâng, vị trí và thời gian xảy ra nước dâng cực đại, quan hệ về thời gian xảy ra nước dâng với các pha triều, nhằm xác định cao trình của các công trình biển, hoạch định các quy hoạch kinh tế xã hội biển (1986-1990, đề tài 48B.02.02, Phạm Văn Ninh chủ trì)

- Nghiên cứu dự báo nước dâng cho các cơn bão cụ thể (1991-1995, đề tài KT.03.06, Đỗ Ngọc Quỳnh chủ trì)

Ngoài ra, năm 1996-2000 đề tài cấp nhà nước “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ, ” do Phạm Văn Ninh và từ 1998 Đỗ Ngọc Quỳnh làm chủ nhiệm đã xem xét lại việc tính toán các đặc trưng chế độ bão ở miền Nam do có thêm số liệu

Gần đây, 2000-2001, Đỗ Ngọc Quỳnh đã phối hợp với Trung tâm Dự báo Quốc gia Khí tượng Thủy văn nghiên cứu thử nghiệm tiếp tục và đã chuyển giao cho Trung tâm đó để dự báo nghiệp vụ

Phần mềm dự báo NDDB Delft3D-Flow của Hà Lan đã được nghiên cứu cho toàn vùng Biển Đông và được chuyển giao cho Trung tâm Hải văn thuộc Tổng cục Biển và Hải đảo sử dụng vào dự báo nghiệp vụ nước dâng bão ở Việt Nam

Từ kết quả đề tài KC 09-04 và tiếp tục được phát triển bằng đề tài KC 08-05 do GS TS Trần Tân Tiến chủ trì, mô hình liên hoàn dự báo trường khí tượng thủy văn Biển Đông cho 72 h đã được xây dựng, trong đó có phần dự báo nước dâng do bão cho toàn vùng biển Việt Nam

Trong khuôn khổ đề tài "Đánh giá biến động mực nước biển cực trị do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu phục vụ chiến lược kinh tế biển" thuộc

Chương trình "Khoa học và công nghệ biển phục vụ phát triển bền vững kinh

tế xã hội" KC 09-06/10 do GS.TS Đinh Văn Ưu chủ trì, phần mềm ACCIRD

thuộc bộ phần mềm SMS (sử dụng lưới tam giác) đã được ứng dụng để tính NDDB cho khu vực vịnh Bắc Bộ và chi tiết cho vùng biển Hải Phòng

Một số phương pháp nghiên cứu và kết quả được ghi nhận:

Các tác giả Nguyễn Vũ Thắng, Vũ Như Hoán sử dụng phương pháp biểu

đồ, cơ sở của nó cũng xuất phát từ hệ phương trình số trị thủy động hai chiều sau đó được tham số hóa và sơ đồ hóa, nhưng có nhược điểm là độ chính xác

bị hạn chế bởi số lượng các biểu đồ sử dụng bị giới hạn từ 3 - 4 biểu đồ

Trong giai đoạn nghiên cứu của mình, Đỗ Ngọc Quỳnh và Phạm Văn Ninh đã sử dụng nhiều mô hình số trị với các thuật toán khác nhau và đã xây dựng nên 7 mô hình số theo sơ đồ sai phân hiện, xen kẽ 1 và 2, sai phân trung tâm nửa ẩn có là trơn, sai phân ẩn xen kẽ, đường đặc trưng, sai phân lưới tam giác nửa ẩn, sơ đồ lưới tổng hợp (trong đó đáng lưu ý về mặt phương pháp là phương pháp lưới tam giác và mô hình lưới cong phù hợp với đường bờ) Các

mô hình này đã được xem xét tính ổn định, hội tụ, độ chính xác so với một số nghiệm giải tích, thời gian máy và mức độ tiện dụng Cuối cùng mô hình sai phân ẩn xen kẽ truy đuổi luân hướng đã được chọn Các kết quả đã cho được một bức tranh tổng thể về khả năng nước dâng đã và có thể xảy ra cho từng vĩ

độ

Lê Trọng Đào dùng phương pháp phần tử hữu hạn với mục đích phương pháp này cho phép xấp xỉ đường bờ tốt hơn phương pháp sai phân hữu hạn để tính toán thuỷ triều và NDDB cho vịnh Bắc Bộ Các kết quả đã khẳng định sự tương tác giữa nước dâng và thuỷ triều ở Vịnh Bắc Bộ là đáng kể và không thể tính toán thuỷ triều và nước dâng một cách độc lập rồi sau đó lấy tổng đại

số của chúng

Trong các công trình nghiên cứu gần đây, một số tác giả (Bùi Hồng Long, Nguyễn Kỳ Phùng, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Thọ Sáo, Lê Trọng Đào ) đã tính toán NDDB bằng các mô hình 3D tự xây dựng hoặc ứng dụng

các phần mềm bản quyền hiện đại Hệ các phương trình cơ bản được viết trong các hệ tọa độ cầu và sigma

Trong nghiên cứu NDDB, phân bố trường gió và khí áp trong bão là yếu

tố rất quan trọng Độ chính xác của dự báo các trường gió và khí áp quyết định đến độ chính xác dự báo NDDB Hầu hết các nghiên cứu trước đây đều

sử dụng các công thức thực nghiệm tính phân bố trường gió và khí áp trong bão Kết quả tính theo các công thức này thường là các đường đồng mức đồng tâm tính từ tâm bão nên không phản ánh được sự phân bố theo địa hình và ảnh hưởng các hình thế khí áp bên ngoài phạm vi cơn bão Mặt khác giá trị tốc độ gió lớn nhất và áp suất nhỏ nhất tại tâm bão thường không đạt được gần tới giá trị của cơn bão thực

Thống kê nước dâng ven bờ Việt Nam

Để nghiên cứu thống kê NDDB, trước hết cần phải có số liệu các cơn bão đổ bộ vào bờ biển Việt Nam từ trước đến nay Theo số liệu của cơ quan phòng chống thiên tai Disaster Management Unit, thuộc dự án UNDP VIE/97/002 tại Việt Nam thì bão bắt đầu vào đầu tháng 6 ở khu vực phía Bắc

và dần dịch chuyển xuống phía Nam cho đến tháng 12, số lượng cơn bão cũng giảm dần từ Bắc vào Nam

Hình 1.1: Biểu đồ phân bố bão trong biển Đông

Từ năm 1954 đến năm 1999, có tổng cộng 212 cơn bão đổ bộ vào đất liền Việt Nam Trung bình có khoảng 30 cơn bão xuất hiện ở phía Tây Thái Bình Dương mỗi năm, trong đó có khoảng 10 cơn phát sinh trong vùng Biển Đông và có 4 đến 6 cơn ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam Có một số năm

mà số cơn bão đổ bộ vào Việt Nam từ 10 cơn trở lên là: năm 1964 (18 cơn),

1973 (12 cơn), 1978 (12 cơn), 1989 (10 cơn) và 1996 (10 cơn) Thông thường các cơn bão đổ bộ vào miền Bắc và miền Trung, số cơn bão đổ bộ vào miền Nam ít hơn

Hình 1.2: Số lượng bão đổ bộ vào Việt Nam theo từng tháng trong 53

năm, giai đoạn (1945-1998) (Nguồn UNDP Project VIE/97/002 Disaster Management Unit)

Hình 1.3: Số các cơn bão (tốc độ gió lớn hơn 16 m/s) và bão mạnh (tốc độ gió lớn hơn 33 m/s) hướng vào bờ biển Việt Nam trong khoảng từ 7.5oN-22.5oN

Bảng 1.2: Bão và nước dâng ven bờ Việt Nam

(Nguồn từ Đề tài KT.03.06, Công nghệ dự bão nước dâng do bão ven bờ biển Việt Nam, Viện Cơ học - Trung tâm KHTN & Công nghệ Quốc gia, Hà Nội)

Vĩ độ (N)

Số cơn bão

đổ bộ

P%

Số cơn bão/tru

ng bình năm

Nước dâng lớn nhất

đã xảy

ra (m)

Nước dâng lớn nhất

có thể xảy ra (m)

1.4 Nội dung nghiên cứu trong luận văn

1.4.1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Với những tác hại to lớn về người và vật chất do NDDB gây nên, công tác dự báo nước dâng trở thành một nhiệm vụ quan trọng của ngành khí tượng thủy văn Kết quả dự báo phục vụ cho công tác quản lý từ trung ương đến địa phương trong các trường hợp ứng phó với thiên tai Ngoài ra kết quả dự báo còn phục vụ các ngành giao thông, xây dựng để xây dựng các thông số chỉ tiêu ngành đảm bảo các công trình cơ sở hạ tầng nằm trong giới hạn an toàn trước tác động của thiên tai Vấn đề đặt ra là làm sao phòng tránh nhằm giảm thiểu những tác động bất lợi NDDB mang lại Hơn nữa, vấn đề nâng cao độ chính xác của kết quả dự báo luôn luôn được quan tâm và nghiên cứu

Trong rất nhiều phương pháp và nhiều mô hình toán đã liệt kê ở trên,

mô hình Delft3D là một mô hình hiện đại, chuyên dụng, cho kết quả tính nước dâng ổn định và chính xác Đây là mô hình thương mại và đã được đề tài KC 08.06 do GS TS Trần Tân Tiến (Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội) chủ trì mua bản quyền đầy đủ Được sự giúp đỡ của đề tài, tác giả đã được sử dụng bộ phần mềm bản quyền này trong quá trình nghiên cứu của mình

1.4.2 Nội dung nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều đơn vị trong nước sử dụng mô hình Delft3D tính NDDB tuy nhiên mỗi một đơn vị lại sử dụng số liệu trường khí tượng làm đầu vào cho mô hình khác nhau Hơn nữa, độ phân giải lưới tính, địa hình mà các nghiên cứu đó sử dụng còn thô Lưới tính được sử dụng là lưới vuông trong

hệ tọa độ Decarst Nội dung của luận văn này là tìm hiểu và ứng dụng mô đun Delft3D Flow để tính nước dâng do bão cho một vùng biển Xây dựng bộ thông số cho mô hình đủ tin cậy để tính toán cho toàn vùng biển Việt Nam

Tác giả sử dụng lưới cong trực giao với độ phân giải cao ở vùng biển nghiên cứu Sử dụng bộ hằng số điều hòa tính mực nước dao động tại biên của 8 sóng Số liệu trường khí tượng được tổ hợp từ các mô hình RAMS, WRF, HRM, ETA trong khuôn khổ của đề tài KC 08-05 do GS Trần Tân Tiến chủ trì

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Mô đun dòng chảy Delft3D-FLOW giải các phương trình nước nông không ổn định 2 chiều (trung bình theo độ sâu) hoặc 3 chiều Hệ các phương trình bao gồm các phương trình chuyển động, phương trình liên tục và phương trình tải - khuếch tán Các phương trình được xây dựng trong hệ toạ

độ cong trực giao hoặc trong hệ toạ độ cầu Trong mô đun Delft3D-FLOW với lưới chữ nhật (toạ độ Đề các) được xem như dạng đơn giản nhất của lưới cong Trong toạ độ lưới cong thì mực nước bề mặt và độ sâu có liên quan đến mặt phẳng nằm ngang quy chiếu, còn trong toạ độ cầu là mặt phẳng tương ứng với đường cong của trái đất

Dòng chảy bị tác động bởi thủy triều ở biên mở, ma sát gió ở mặt thoáng, chênh lệch áp suất do chênh lệch mực bề mặt hoặc chênh lệch mật độ Các số hạng thêm vào và bớt đi (Source and Sink) cũng được đưa vào trong các phương trình để mô hình hoá nguồn vào và nguồn ra của nước

2.1 Các phương trình cơ bản

Mô đun Delft3D-FLOW bao gồm các công thức toán học được xây dựng dưới các giả thiết vật lý cơ bản dưới đây:

- Có sự chênh lệch trên mặt tự do;

- Tính đến ảnh hưởng của lực quay trái đất - lực Coriolis;

- Tính đến ảnh hưởng của mật độ nước (phương trình trạng thái);

- Tính chênh lệch mật độ theo phương ngang do áp suất;

- Rối được đưa vào thông lượng khối và động lượng;

- Tính đến vận chuyển muối, nhiệt và các phần tử cố kết khác;

- Lực thuỷ triều tác động đến biên hở;

- Tính đến biến đổi ma sát trượt của gió theo thời gian và không gian ở trên bề mặt nước;

- Ma sát trượt đáy biến đổi theo không gian;

- Biến đổi áp suất khí quyển trên mặt nước theo cả không gian và thời gian;

- Nguồn vào và ra thay đổi theo thời gian;

- Tính đến các điểm khô ướt trên bãi triều;

- Trao đổi nhiệt thông qua mặt thoáng;

- Bay hơi và lắng đọng;

- Các lực tạo triều;

- Ảnh hưởng của dòng chảy trên biên trong các phương trình động lượng trung bình theo độ sâu;

- Ma sát trượt biên bên ở biên cứng;

- Trao đổi thẳng đứng của động lượng do sóng nội;

- Ảnh hưởng của các sóng đến ma sát đáy (2D và 3D);

- Sóng gây ra ma sát (ma sát bức xạ) và thông lượng khối;

- Dòng chảy qua các công trình

Và thêm một giả thiết cho trường hợp hai chiều đó là quy mô không gian theo phương thẳng đứng (độ sâu) được coi như nhỏ hơn rất nhiều so với phương ngang hay giả thiết là vùng nước nông Khi đó, gia tốc theo phương thẳng đứng nhỏ hơn nhiều so với gia tốc trọng trường Vì vậy, phương trình chuyển động theo phương thẳng đứng được rút gọn thành phương trình cân bằng thủy tĩnh

Dưới các giả thiết đó ta có các phương trình trong hệ tọa độ cong trực giao (ξ,η):

- Phương trình liên tục:

Q G V d G G

G U d G

(3.1) với

1

E P d q q H

trong đó: q in và q out tương ứng là các nguồn nước bổ sung và lấy đi; P là lượng nước bổ sung do mưa và E là lượng nước mất đi do bay hơi; dσ là vi phân theo toạ độ tỉ lệ thẳng đứng; H=d+ζ là chiều cao cột nước; d và ζ tương ứng

là độ sâu đáy và mực nước so với mặt phẳng quy chiếu

- Các phương trình động lượng:

,)

(

1

2 2

2

2 2

C

v u gu P

G fv

G G

G

v G

G G

uv u

G

v u

(

1

2 2

2

2 2

C

v u gv P

G fu

G G

G

u G

G G

uv v

G

v v

là gia tốc trọng trường; o là mật độ nước; C 2D là hệ số Chezy thể hiện độ

nhám đáy; f là tham số Coriolis; G , G là các hệ số chuyển đổi từ toạ

độ cong sang toạ độ thẳng; P là áp suất thuỷ tĩnh; F và F là thông lượng mô men rối theo các phương  và ; M và M là động lượng của nguồn bổ sung hoặc mất đi theo các phương  và 

Phương trình cần bằng thuỷ tĩnh:

H g

Nếu coi mật độ nước không biến đổi và đưa vào tính chung với áp suất

khí quyển P atm thì áp suất tổng cộng theo các hướng sẽ là:

g P

0

11

g P

0

11

Trong trường hợp mật độ là một hàm của nhiệt độ và độ muối thông qua phương trình trạng thái thì ta có chênh lệch áp suất theo phương ngang sẽ là:

'

0 0

g P

0 0

g P

Phương trình trạng thái coi mật độ nước là một hàm của nhiệt độ (t)

và độ muối (s) và Eckart (1958) đưa ra công thức thực nghiệm như sau:

0 0 01000



6980,0

0 

s t t

(3.12)

với độ muối s (%o) và nhiệt độ t (oC)

Lực Coriolis: tham số Coriolis f phụ thuộc vào vĩ độ địa lý  và tốc độ

góc quay của trái đất : f = 2sin

Ứng suất rối Reynold: các lực F và F trong các phương trình động lượng mô tả sự bất cân bằng của ứng suất rối Reynold

2

11

G

u G

2

11

G

v G

G

trong đó: H là hệ số nhớt rối ngang

Phương trình tải cho các vật chất hoà tan: nhiệt độ, độ muối và một

số chất khác:

 

S C d

vC d

G uC

d G G

G t

1)

trong đó: C là nồng độ của chất quan tâm; λ d là hệ số phân hủy bậc nhất; S là

nguồn bổ sung hoặc mất đi của chất quan tâm trên một đơn vị diện tích do

dòng vào q in hoặc dòng ra q out , trao đổi nhiệt thông qua mặt thoáng Q tot:

d q in c in q out c out Q tot

2.2 Các điều kiện biên

Các phương trình nước nông trung bình theo độ sâu (hoặc phương trình sóng dài) áp dụng trong Delft3D-Flow là các phương trình vi phân đạo hàm riêng dạng hyperbolic (trường hợp chất lỏng không nhớt) hoặc parabolic (trường hợp chất lỏng nhớt) Để tìm nghiệm duy nhất thì các điều kiện biên và điều kiện ban đầu cho mực nước và các thành phần vận tốc dòng chảy theo phương ngang phải được xác định

Điều kiện biên tại đáy: tại đáy điều kiện biên cho các phương trình

2 2 0

D b

C

U U

trong đó: U

là độ lớn của thành phần vận tốc theo phương ngang

Hệ số Chezy C 2D có thể được xác định tương ứng theo một trong ba công thức sau:

trong đó: H là chiều cao cột nước; n là hệ số Manning (m-1/3s)

trong đó: H là chiều cao cột nước; k s độ dài nhám Nikuradse

Điều kiện biên trên mặt thoáng:

trong đó:  là hướng của véc tơ ứng suất gió so với hướng  (hằng số) Độ lớn của ứng suất trượt do gió được xác định theo công thức:

2 10

cách mặt nước (biến đổi theo cả thời gian và không gian); C d là hệ số kéo của gió, phụ thuộc vào U10

Delft3D-Flow hỗ trợ cho cả trường hợp gió toàn miền và gió cục bộ Gió toàn miền tương ứng với trường gió đồng nhất theo không gian và thay đổi theo thời gian Còn gió cục bộ là trường gió thay đổi theo cả không gian

và thời gian

Điều kiện biên tại biên lỏng:

Trong Delft3D-Flow có các loại biên sau có thể được đưa vào:

d

g

Thông thường các điều kiện biên được xác định trong một giới hạn một

số điểm biên Việc nội suy tuyến tính dọc biên được sử dụng để gán các giá trị tại điểm biên, vì vậy việc nội suy này có thể tạo ra dòng chảy không thực trong khu vực quan tâm Miền tính nên được mở rộng để ảnh hưởng của điều kiện biên đến vùng quan tâm là nhỏ nhất

Điều kiện biên cứng:

Biên cứng được đặt ở vị trí chuyển tiếp giữa đất và nước Tại biên cứng bắt buộc phải thoã mãn hai điều kiện Điều kiện thứ nhất đối với dòng chảy tại biên và điều kiện thứ hai là ứng suất trượt dọc biên

Điều kiện biên đối với dòng chảy tại biên đó là:

Đối với ứng suất trượt dọc biên thì một trong hai điều kiện sau phải được thoả mãn:

1 Ứng suất trượt tiếp tuyến bằng không (điều kiện không trượt)

2 Điều kiện trượt từng phần

Với các tính toán trong phạm vi rộng thì ảnh hưởng của ứng suất trượt dọc biên cứng có thể được bỏ qua và điều kiện không trượt được áp dụng cho tất cả các biên cứng Còn với các tính toán trong phạm vi hẹp (ví dụ trong phòng thí nghiệm) thì ảnh hưởng của bề mặt biên cứng trở lên đáng kể

2.3 Phương pháp giải số trong Delft3D-Flow

Delft3D-Flow là một mô hình số dựa trên các phương pháp sai phân hữu hạn Để rời rạc hoá các phương trình nước nông hai chiều theo không gian thì khu vực được mô hình hoá được chia thành các ô lưới vuông hoặc cong Giả thiết rằng lưới tính là lưới trực giao và có cấu trúc (xem hình 2.1)

Hình 2.1: Một ví dụ về lưới tính trong Delft3D-Flow

Để rời rạc hoá các phương trình nước nông hai chiều, các biến vận tốc

và mực nước được sắp xếp theo một cách nhất định trong lưới Lưới sắp xếp theo cách này được gọi là lưới so le Cách sắp xếp các biến theo cách này được gọi là lưới Arakawa C Các điểm mực nước (điểm áp suất) được đặt ở chính giữa ô lưới Các thành phần vận tốc vuông góc với các cạnh của ô lưới

và chúng được mô tả như sau:

Hình 2.2: Cách sắp xếp các biến trong lưới so le

Hình 2.3: Minh hoạ bằng hình ảnh việc chuyển đổi lưới

từ không gian vật lý sang không gian tính toán Các lưới so le có một số ưu điểm:

không so le nhưng vẫn có độ chính xác tương tự;

Định nghĩa các biên của mô hình:

Miền tính được xác định bằng cách khép kín các biên của lưới tính Có hai loại biên: các biên cứng dọc theo các đoạn “đất-nước” (đường bờ biển, bờ sông, các đảo) và các biên lỏng ngang qua trường dòng chảy Các biên lỏng là các biên nhân tạo và được chọn để giới hạn miền tính Hình 2.1 mô tả khu vực

mô hình hoá theo lưới so le, khép kín lưới và vị trí của các biên cứng và lỏng Hình 2.4 minh hoạ lưới tương ứng được tạo ra bằng chương trình tạo lưới Delft-RGFGRID:

Hình 2.4: Một ví dụ về khu vực mô hình hoá trong Delft3D-Flow Ghi chú:

Biên cứng Khép kín lưới tính Điểm mực nước Điểm biên lỏng Điểm vận tốc U Điểm vận tốc V Điểm độ sâu

Ô lưới so le, các biến cùng chỉ

số (M,N)

Ô lưới liên tục, hay còn gọi là thể tích điều khiển tính toán

Hình 2.5: Một ví dụ về lưới trong Delft3D-Flow

Tích phân theo thời gian các phương trình nước nông hai chiều:

Việc giải các phương trình nước nông hai chiều phải thoả mãn các yêu cầu sau:

 Độ ổn định;

 Độ chính xác (có độ chính xác thấp nhất là bậc 2);

 Thích hợp cho cả bài toán dừng và trạng thái ổn định;

 Hiệu suất tính toán

Tích phân các phương trình nước nông hiện theo thời gian trong lưới chữ nhật thì bước thời gian tính chủ yếu phụ thuộc vào số Courant:

111

gH t

trong đó: t là bước thời gian; g là gia tốc trọng trường; H là độ cao cột nước;

tế ví dụ tính truyền sóng triều thì bước thời gian chỉ khoảng một vài giây Việc tăng bước thời gian tính sẽ làm mất tính ổn định và điều này là không

chấp nhận được Do đó phương pháp ẩn là cần thiết Tuy nhiên một sơ đồ ẩn lại không kinh tế về thời gian và bộ nhớ máy tính nếu ma trận nghịch đảo lớn Một xấp xỉ sai phân hữu hạn ẩn được đưa ra đó là phương pháp Crank Nicholson Với các phương trình nước nông trung bình theo độ sâu không tính đến thành phần bình lưu và ma sát đáy thì phương pháp Crank Nicholson đưa ra công thức như sau:

02

12

l l

U A U

A t

U U

với:

v u

0

y

H x H

y g f

x g f

và H=d+

Nghiệm sau một bước thời gian có dạng:

l l

U tA I

tA I

1

Sau khi rời rạc hoá, việc tiếp theo đó là sai phân theo không gian theo

cả hai phương của lưới tạo ra hệ các phương trình sai phân với một ma trận nhóm Trong mỗi hàng có ít nhất năm số hạng bằng không, tương ứng với các

ô lưới quanh điểm mực nước Delft3D-Flow áp dụng các phương pháp ẩn luân hướng ADI và AOI một cách hiệu quả

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ ĐUN DELFT3D FLOW

VÀ KẾT QUẢ TÍNH

3.1 Miền tính, lưới tính

Miền tính được lựa chọn là toàn vùng Biển Đông giới hạn từ 99o

E-121oE và 1oN-25oN và lưới tính là lưới cong trực giao, khoảng cách lưới thưa

ở các biên phía đông, phía nam và mịn dần về phía bờ biển Việt Nam

Khoảng cách lưới tính nhỏ nhất ở ven bờ phía Tây Vịnh Bắc bộ là 1,2 km

Hình 3.1: Miền tính và lưới tính khu vực Biển Đông

las ia

HaTien

DinhAn VungTau

HonDau

CuaHoi CuaGianh CuaViet DaNang

QuiNhon

NhaTrang

TruongSa

Hình 3.2: Địa hình miền tính toàn Biển Đông

Số liệu địa hình đáy biển được lấy từ bộ số liệu địa hình toàn cầu (grided bathymetry data) của GEBCO (Genaral Bathymetric Chart of Oceans)

có độ phân giải là 30 giây

3.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu

Các điều kiện biên của mô hình thuỷ động lực là tác nhân quyết định sự chuyển động của nước biển Tại biên cứng, các thành phần vận tốc lấy bằng không Mô hình cho phép sử dụng các điều kiện biên khác nhau tại biên lỏng gồm: dao động của mực nước hoặc vận tốc; lưu lượng từ các sông đổ vào khu vực tính Trên bề mặt là phân bố theo không gian và thời gian của trường gió (tốc độ và hướng tại cao độ 10 m trên mặt biển), trường áp suất khí quyển

Tác giả đã lựa chọn sử dụng điều kiện biên dao động mực nước tại các biên lỏng Các biên lỏng trên Biển Đông mà tác giả lựa chọn cho mô hình là