NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG TỚI SÓNG TRONG BÃO BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ TÍCH HỢP TẠI VEN BIỂN QUẢNG NINHHẢI PHÒNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Văn Khanh NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỦY TRIỀU VÀ NƢỚC DÂNG TỚI SĨNG TRONG BÃO BẰNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ TÍCH HỢP TẠI VEN BIỂN QUẢNG NINH-HẢI PHÕNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Văn Khanh NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỦY TRIỀU VÀ NƢỚC DÂNG TỚI SĨNG TRONG BÃO BẰNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ TÍCH HỢP TẠI VEN BIỂN QUẢNG NINH-HẢI PHÕNG Chuyên ngành: Hải dƣơng học Mã số: 8440228.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: HD1: TS Nguyễn Bá Thủy HD2: TS Nguyễn Kim Cƣơng Hà Nội, 2018 MỤC LỤC CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan sóng 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sóng vùng biển khơi: 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trƣờng sóng vùng ven bờ: 1.1.3.Tình hình nghiên cứu sóng Việt Nam 1.2 Giới thiệu khu vực 1.2.1 Quảng Ninh 1.2.2 Hải Phòng 14 CHƢƠNG II: SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Số liệu phục vụ nghiên cứu 25 2.2 Mơ hình tích hợp tính tốn thủy triều, sóng biển nƣớc dâng bão (SuWAT) 25 2.3 Kết nối mơ hình thủy triều nƣớc dâng bão mơ hình sóng 30 2.4 Mơ hình bão giải tích 32 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35 3.1 Miền tính, lƣới tính cho mơ hình 35 3.2 Kiểm định mơ hình SuWAT cho khu vực nghiên cứu 35 3.3 Đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng bão 44 3.4 Hiện trạng sóng bão (giai đoạn 1952-2017) ven biển Quảng Ninh-Hải Phòng 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 Kết luận 53 Kiến nghị 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Quảng Ninh Hình 1.2 Hoa gió thời kỳ 1961 – 2017 Hình 1.3 Hoa gió tháng thời kỳ 1961 – 2017 Hình 1.4 Hoa gió tháng thời kỳ 1961 – 2017 Hình 1.5 Hoa sóng Cơ Tơ thời kỳ 1961 – 2017 13 Hình 1.6 Hoa sóng Cơ Tơ tháng thời kỳ 1961 – 2017 13 Hình 1.7 Hoa sóng Cơ Tơ tháng thời kỳ 1961 – 2017 13 Hình 1.8 Bản đồ hành thành phố Hải Phòng 16 Hình 1.9 Hoa sóng Hòn Dáu thời kỳ 1961 – 2017 19 Hình 1.10: Hoa sóng Hòn Dáu tháng thời kỳ 1961 - 2017 19 Hình 1.11: Hoa sóng Hòn Dáu tháng thời kỳ 1961 - 2017 19 Hình 2.1 Hệ số CD (a) ứng suất bề mặt vận tốc gió U10=18.45m/s cho trƣờng hợp mơ hình có khơng xét ảnh hƣởng sóng (Jannsen 1992) 31 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn thành phần mơ hình kết nối 31 Hình 2.3 Sơ đồ tích hợp mơ hình SuWAT 33 Hình 2.4 Minh họa thành phần cơng thức tính vận tốc gió 34 Hình 3.1 Miền tính trƣờng độ sâu lƣới tính Biển Đơng (a) khu vực nghiên cứu (b) 36 Hình 3.2 Quỹ đạo bão Frankie (7/1996) 37 Hình 3.3 Dao động theo thời gian mực nƣớc quan trắc, thủy triều dự tính nƣớc dâng Hòn Dáu bão Frankie (7/1996) 37 Hình 3.4 Quỹ đạo bão Doksuri (9/2017) 38 Hình 3.5 Dao động theo thời gian mực nƣớc quan trắc, thủy triều dự tính nƣớc dâng Hòn Ngƣ (a) Hòn Dáu (b) bão Doksuri (9/2017) 39 Hình 3.6 Ngập lụt nƣớc dâng bão kết hợp với triều cƣờng bão Doksuri (9/2018) Cửa Lò-Nghệ An (a) Hải Hậu-Nam Định (b) 39 Hình 3.7 So sánh nƣớc dâng tính tốn quan trắc Hòn Dáu bão Frankie (7/1996) đổ vào ven biển Hải Phòng-Thái Bình (Đã tính đến ảnh hƣởng sóng) 40 Hình 3.8 So sánh nƣớc dâng tính tốn quan trắc Hòn Ngƣ (a) Hòn Dáu (b) trong bão Doksuri (9/2017) đổ vào ven biển Nghệ An-Hà Tĩnh (Đã tính đến ảnh hƣởng sóng) 41 Hình 3.9 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc Hòn Dáu bão Frankie (7/1996) đổ vào ven biển Hải Phòng-Thái Bình (trƣờng hợp khơng xét đến ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng) 42 Hình 3.10 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc Hòn Ngƣ trong bão Doksuri (9/2017) đổ vào ven biển Nghệ An-Hà Tĩnh( trƣờng hợp không xét đến ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng) 42 Hình 3.11 Quỹ đạo bão Wukong (9/2000) 43 Hình 3.12 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc trạm phao khơi trong bão Wukong (9/2000) đổ vào ven biển Hà Tĩnh 43 Hình 3.13 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Frankie (7/1996) phƣơng án tính tốn có khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển (a) Hòn Dáu, (b)Vị trí ngồi khơi 45 Hình 3.14 Trƣờng sóng lớn bão Frankie (7/1996) phƣơng án tính tốn có (a) khơng (b) xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển 46 Hình 3.15 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Doksuri (9/2017) phƣơng án tính tốn có khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển (a) Hòn Nghƣ, (b) Vị trí ngồi khơi 46 Hình 3.16 Trƣờng sóng lớn bão Doksuri (9/2017) phƣơng án tính tốn có (a) khơng (b) xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển 47 Hình 3.17 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Frankie (7/1996) phƣơng án tính: Xét tới thủy triều nƣớc dâng bão, xét tới nƣớc dâng bão không xét tới thủy triều nƣớc dâng bão, (a) Hòn Dáu (b) vị trí ngồi khơi 48 Hình 3.18 So sánh độ cao sóng Hòn Dáu bão Washi theo phƣơng án tính có khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão (a) Cấp bão thật, (b) Cấp siêu bão 49 Hình 3.19 Chênh lệch độ cao sóng có nghĩa lớn phƣơng án tính sóng có khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão (a) Cấp bão Washi thật, (b) Bão Washi cấp siêu bão 49 Hình 3.20 Quỹ đạo bão giai đoạn 1952-2017 ảnh hƣởng gây sóng lớn khu vực nghiên cứu 51 Hình 3.21 Phân bố độ cao sóng lớn số bão mạnh ảnh hƣởng tới khu vực nghiên cứu 52 Hình 3.22 Phân bố độ cao sóng lớn bão khu vực nghiên cứu giai đoạn 1952-2017 52 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng tần suất phân bố theo hƣớng tốc độ gió Cơ Tơ thời kỳ 1961 -2017 10 Bảng 1.2 Biên độ sóng triều O1, K1, M2 số phân triều V 11 Bảng 1.3 Các đặc trƣng nhiều năm mực nƣớc biển (1961-2017) theo tháng trạm Cô Tô (cm) 11 Bảng 1.4 Các đặc trƣng độ mặn nƣớc biển trạm Cô Tô 12 Bảng 1.5 Bảng tần suất phân bố theo hƣớng độ cao sóng Cơ Tơ 14 thời kỳ 1961 -2017 14 Bảng 1.6 Tốc độ gió trung bình số trạm (m/s) 17 Bảng 1.7 Tần suất xuất tốc độ gió theo hƣớng 18 Bảng 1.8 Tần suất sóng Hòn Dáu thời kỳ 1961 – 2017 19 Bảng 1.9 Danh sách bão ảnh hƣởng đến khu vực từ Hà Tĩnh đến Quảng Ninh 21 Bảng 3.1 Miền tính độ phân giải lƣới tính ven biển Bắc Bộ 35 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em nhận đƣợc tận tình hƣớng dẫn, gợi ý cho lời khuyên bổ ích TS Nguyễn Bá Thủy TS Nguyễn Kim Cƣơng suốt trình tìm hiểu lý thuyết để có kinh nghiệm quý báu tiếp cận giải vấn đề Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hƣớng dẫn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đề tài “Nghiên cứu nguyên nhân xây dựng quy trình công nghệ cảnh báo, dự báo tượng mực nước biển dâng dị thường miền Trung Nam Bộ Việt Nam” mã số ĐTĐL-CN.35/15 hỗ trợ chia sẻ số liệu nhƣ số kết phân tích, tính tốn Nhân dịp này, em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến thầy, giáo khoa Khí tƣợng-Thủy văn-Hải dƣơng học, Bộ mơn Khoa học công nghệ biển, thầy cô giáo trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội cách hay khác dạy dỗ giúp em học tập nhƣ hoạt động khác… Cuối cùng, em xin gửi lời tốt đẹp đến cho gia đình bạn bè, ngƣời động viên, khích lệ giúp đỡ em suốt q trình học tập hồn thành luận văn Trong trình học tập thực luận văn chắn không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, cô giáo nhƣ bạn đồng nghiệp để đƣợc tiếp tục hoàn thiện phát triển Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Trần Văn Khanh MỞ ĐẦU Các lĩnh vực biển vòng vài thập kỷ trở lại trở thành vấn đề đƣợc quan tâm phát triển Về kinh tế, biển trở thành mũi nhọn chiến lƣợc phát triển quốc gia có ƣu biển Đối với Việt Nam quốc gia ven biển, có đƣờng bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam, có nhiều tiềm điều kiện thuận lợi việc phát triển đa dạng ngành kinh tế biển việc tận dụng lợi nhằm đƣa Việt Nam bƣớc “ trở thành quốc gia mạnh biển, giàu lên từ biển” ngày trở nên quan trọng Để có thơng tin hiểu biết định giúp cho việc quản lý, khai thác bảo vệ biển cần có số liệu quan trắc thực tế, nghiên cứu chun sâu mơ hình số trị Trong yếu tố hải văn, sóng biển yếu tố đƣợc quan tâm bậc đối hoạt động lƣu thơng biển Chính mà tin cảnh báo, dự báo sóng ln đƣợc quan tâm khơng thời điểm có thời tiết nguy hiểm biển (bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa mạnh ) mà hàng ngày để lập kế hoạch cho hoạt động biển Từ trƣớc tới nay, mơ hình dự báo sóng thƣờng khơng xem xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão, tức tính sóng mực nƣớc biển trung bình Khu vực ven biển Quảng Ninh-Hải Phòng nơi có biên độ thủy triều lớn, độ sâu ven biển có nhiều khác biệt pha thủy triều cao thấp, bão đổ gây nƣớc dâng lớn vào kỳ triều cƣờng Sự thay đổi trƣờng độ sâu dòng chảy bão đổ làm khác biệt trƣờng sóng bão Chính vậy, luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng thủy triều kết hợp với nƣớc dâng bão tới sóng bão Để nghiên cứu, đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng biển, mơ hình số trị hải dƣơng tích hợp sóng, thủy triều nƣớc dâng bão đƣợc áp dụng để tính tốn trƣờng sóng bão theo phƣơng án có khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng Khu vực áp dụng nghiên cứu ven biển Quảng Ninh-Hải Phòng Nội dung luận văn bao gồm 03 chƣơng chính, phần kết luận phần bảng phụ lục: Chƣơng I: Giới thiệu chung Chƣơng II: Số liệu phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng III: Kết nghiên cứu Kết luận kiến nghị CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan sóng Trƣờng sóng biển yếu tố động lực biển quan trọng tác động lên tàu thuyền, cơng trình hoạt động biển Trƣờng sóng vùng ven bờ ngun nhân gây xói lở bờ biển, biến đổi đáy biển vùng ven bờ tác động đến cơng trình bảo vệ bờ, cơng trình cảng luồng vào cảng Sóng dòng chảy sóng nhân tố tác động đến trình lan truyền ô nhiễm vùng ven bờ Nƣớc ta nằm vùng tác động bão loại gió mùa Sóng gió mùa bão yếu tố hải văn nguy hiểm biển [4] 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sóng vùng biển khơi: Thời kỳ trƣớc năm 70 phƣơng pháp tính sóng dựa vào toán đồ xây dựng sở tƣơng quan thực nghiệm tham số sóng, yếu tố tạo sóng tính tốn, dự báo sóng nghiệp vụ hàng ngày đạt đƣợc trình độ mơ đƣợc thành phần phổ sóng tính tốn cho vùng biển với bƣớc lƣới đủ chi tiết để phục vụ cho mục tiêu khác Vào năm 1970-1980 mơ hình tính sóng theo phƣơng trình CBNL sóng dạng phổ chủ yếu thuộc hệ I loại phƣơng trình dựa giả định thành phần phổ sóng hồn tồn độc lập với lan truyền Các mơ hình tính sóng theo giả định gọi mơ hình phổ sóng truyền độc lập DP (Decouple Propagation) Ví dụ mơ hình MRI Cục Khí tƣợng Nhật JMA Từ năm 1980 xuất mơ hình tính sóng hệ II, có tính tốn đến tƣơng tác sóng lan truyền Ví dụ CH (Couple Discret): mơ hình tính sóng lừng gió riêng biệt sóng lừng đƣợc tính theo ngun lý độc lập DP, mơ hình MRI-II (JMA) Hiện giới sử dụng loại mơ hình tính sóng hệ III cho phép tính đƣợc lƣợng phổ cách tích phân trực tiếp phƣơng trình CBNL sóng khơng phụ thuộc vào điều kiện dạng cho trƣớc phổ vùng nƣớc sâu ven bờ (mơ hình WAM, SWAN) Hiện Mỹ có số liệu sóng dạng tham số sóng gồm độ cao, chu kỳ, hƣớng sóng, cho hệ sóng gió sóng lừng ứng với Obs theo thời gian yêu cầu (10-20 năm) đƣợc cung cấp cho tất điểm vùng nƣớc sâu dọc bờ biển theo hai nguồn số liệu: + Số liệu khôi phục hệ thống tƣ liệu ven bờ (CEDRS), + Số liệu khôi phục hệ thống phân tích trạng thái mặt biển (SEAS) [4] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trường sóng vùng ven bờ: Trƣớc năm 70 tính tốn sóng ven bờ thƣờng đƣợc thực theo phƣơng pháp thủ công dựa vào toán đồ khúc xạ, hệ số biến dạng vv G.M Griswold ngƣời sử dụng máy tính để lập đồ tia sóng khúc xạ thơng qua việc giải phƣơng trình vi phân tia sóng Hiện phần lớn tính tốn lan truyền sóng từ vùng nƣớc sâu vào khu vực ven bờ dựa việc giải số trị phƣơng trình lan truyền sóng vùng biển ven bờ có độ dốc thoải Berkhof 1972 có tính đến hiệu ứng nhiễu xạ thân sóng vùng ven bờ Mơ hình lan truyền sóng vùng ven bờ RCPWAVE dựa theo phƣơng trình Trung tâm Công nghệ Ven bờ thuộc Hải quân Mỹ (CERC) mơ hình đƣợc sử dụng rộng rãi để mơ trƣờng sóng ven bờ tính tốn phục vụ xây dựng cơng trình ven biển bảo vệ bờ biển Mơ hình SWAN thuộc hệ III Viện Thủy lực Hà Lan đƣợc sử dụng để tính tốn sóng vùng khơi lan truyền thành phần phổ sóng vào vùng ven bờ [4] 1.1.3.Tình hình nghiên cứu sóng Việt Nam a) Thời kỳ trước năm 1975 Chủ yếu tiến hành quan trắc sóng máy ngắm sóng Ivannov, việc điều tra đo đạc yếu tố sóng vùng nƣớc sâu hầu nhƣ bị bỏ trống Một số cơng trình nghiên cứu tác giả nƣớc nƣớc chế độ sóng dạng tính tốn thủ cơng theo phƣơng pháp thống kê chế độ b) Thời kỳ từ năm 1975 đến Là thời kỳ phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ biển nƣớc ta Nghiên cứu sóng đƣợc phát triển hai phƣơng diện: đo đạc, điều tra khảo sát trƣờng sóng vùng nƣớc sâu ven bờ phƣơng pháp tính tốn, dự báo Gió lớn có liên quan tới bão sinh sóng lớn Khi nƣớc dâng lên từ mắt bão kết hợp với gió, dòng chảy thủy triều, nƣớc dâng bão đƣợc tạo Sự dâng mực nƣớc bờ biển gia tăng nguy hiểm - thƣờng hàng chục met - nguyên nhân dẫn đến phá hủy vùng ven bờ biển Năm 1981 bắt đầu thử nghiệm tính tốn số trị trƣờng sóng vùng khơi biển Đông theo phƣơng pháp Abuziarov Năm 1989 tiến hành xây dựng phƣơng pháp dự báo số trị trƣờng sóng vùng biển Đơng phƣơng pháp giải phƣơng trình CBNL sóng dạng phổ sử dụng phƣơng trình CBNL sóng với thành phần phổ sóng tách biệt để tính tốn dự báo sóng 3 Mơ hình Quan trắc Độ cao sóng (m) 2.5 1.5 0.5 7/22/96 7/23/96 7/24/96 7/25/96 7/26/96 7/27/96 Thời gian (giờ) Hình 3.9 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc Hòn Dáu bão Frankie (7/1996) đổ vào ven biển Hải Phòng-Thái Bình (trường hợp không xét đến ảnh hưởng thủy triều nước dâng) Hình 3.10 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc Hòn Ngư trong bão Doksuri (9/2017) đổ vào ven biển Nghệ An-Hà Tĩnh( trường hợp không xét đến ảnh hưởng thủy triều nước dâng) Do khơng khơng có trạm quan trắc sóng ngồi khơi, số liệu tái phân tích cho thấy thƣờng thiên thấp so với thực tế nên luận văn sử dụng số liệu quan trắc phao thời gian bão Wukong tháng năm 2000 đổ vào Hà Tĩnh Trạm phao có tọa độ 17.16oN - 107.38oE, độ sâu 30m (hình 3.11), coi vị trí xa bờ Trạm phao ghi số liệu quan trắc sóng liên tục Đây sản phẩm Dự 42 án hợp tác Chính phủ Na Uy với Trung tâm Khí tƣợng Thủy văn Biển (nay Trung tâm Hải văn) năm 2000 Đó nguồn số liệu quý có độ tin cậy cao Kết so sánh độ cao sóng mơ hình với số liệu quan trắc trạm phao đƣợc thể Hình 3.12 cho thấy mơ hình mơ tƣơng đối tốt biến đổi độ cao sóng theo thời gian, nhiên giá trị tính tốn lại thấp quan trắc, với sai số bình phƣơng trung bình 0.85m, sai số tuyệt đối độ cao sóng lớn 1,1m Mặc dù vậy, nhìn chung kết chấp nhận đƣợc phản ánh khả mơ hình tính tốn sóng bão khu vực xa bờ Hình 3.11 Quỹ đạo bão Wukong (9/2000) 4.5 Độ cao sóng (m) Quan trắc Mơ hình 3.5 2.5 1.5 0.5 6/9/2000 8/9/2000 9/9/2000 Thời gian (giờ) Hình 3.12 So sánh độ cao sóng tính tốn quan trắc trạm phao khơi trong bão Wukong (9/2000) đổ vào ven biển Hà Tĩnh 43 3.3 Đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng bão a) Ảnh hưởng thủy triều nước dâng tới sóng bão Theo số kết nghiên cứu trƣớc (Kim cộng 2010, Nguyễn Văn Hƣởng (2017) ảnh hƣởng tƣơng hỗ thủy triều, sóng nƣớc dâng bão đáng kể bão mạnh siêu bão Chính bão mạnh siêu bão công nghệ dự báo truyền thống trƣớc (dự báo nƣớc dâng bão không xét tới ảnh hƣởng sóng dự báo sóng khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão) cho kết với nhiều khác biệt định lƣợng độ cao nƣớc dâng sóng bão Các mơ hình dự báo sóng bão phần lớn không xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão, tức sóng biển đƣợc tính mực nƣớc trung bình Trên thực tế, tƣơng tác sóng dòng chảy thay đổi độ sâu dao động thủy triều nƣớc dâng bão tác động đáng kể tới phân bố độ cao sóng bão, với bão mạnh siêu bão Do vậy, để đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới độ cao sóng bão, mơ hình SuWAT thực tính tốn sóng bão cho số bão cụ thể với phƣơng án tính khơng xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng có xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng Sự khác biệt kết hai phƣơng án tính đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão khu vực Ba bão đƣợc lựa chọn để tính tốn bão Frankie (7/1996), Doksuri (9/2017) Washi (7/2005) Trong đó, Washi (7/2005) đổ vào Hải Phòng đƣợc áp dụng tính với trƣờng hợp cấp bão với cấp bão thực cấp đƣợc tăng tới cấp 16 (cấp siêu bão) nhƣng giữ nguyên quỹ đạo thời gian đổ nhằm đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng siêu bão chƣa có siêu bão xuất khu vực nghiên cứu Với phƣơng án tính sóng bão có xét tới ảnh hƣởng thủy triều, mơ SuWAT thực tính thủy triều trƣớc năm ngày thời điểm bắt đầu tính với số liệu bão Với trƣờng hợp bão Frankie, hình 3.13 so sánh độ cao sóng tính tốn trạm Hòn Dáu (3.13a) vị trí ngồi khơi (3.13b) theo phƣơng án tính có không xét tới thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển Kết cho thấy, trạm Hòn Dáu, phƣơng án tính có xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng cho kết 44 cao hơn, vị trí ngồi khơi, ngƣợc lại, phƣơng án khơng xét tới thủy triều nƣớc dâng cho kết cao Tuy nhiên khác biệt phƣơng án tính khơng lớn, khoảng 0,15m Hòn Dáu 0,6m vị trí ngồi khơi So sánh trƣờng sóng lớn q trình bão đổ vào ven biển Hải Phòng với phƣơng án tính đƣợc thể hình 3.14a-b thấy khác biệt phân bố độ cao sóng lớn khơng đáng kể Trong trƣờng hợp bão Doksuri (9/2017) đổ vào Nghệ An-Hà Tĩnh Kết so sánh độ cao sóng trạm Hòn Ngƣ hình 3.15a-b cho thấy có khác biệt tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp bão Frankie phƣơng án tính Đó phƣơng án có xét tới thủy triều nƣớc dâng bão cho kết độ cao sóng lớn trƣờng hợp khơng xét tới thủy triều nƣớc dâng trạm Hòn Ngƣ, nhƣng thấp vị trí ngồi khơi Tuy nhiên, chênh lệch phƣơng án tính bão Doksuri nhiều so với trƣờng hợp bão Frankie, 0,22m Hòn Ngƣ 0,5m khơi Sự khác biệt phƣơng án tính khu vực ven bờ ngồi khơi thấy rõ hình 3.16 phân bố độ cao sóng lớn bão Sự khác biệt phƣơng án tính nguyên nhân, thay đổi độ sâu khu vực gần bờ hai tƣơng tác sóng với dòng chảy (dòng triều kết hợp với dòng chảy gió bão) Ngoài ra, khác biệt định lƣợng phƣơng án tính bão bão Frankie đổ vào triều kiệt, bão Doksuri đổ vào lúc triều cƣờng 12 10 Có xét tới thủy triều nƣớc dâng Không xét tới thủy triều nƣớc dâng Độ cao sóng (m) Độ cao sóng (m) 2.5 1.5 Khơng xét tới thủy triều nƣớc dâng Có xét tới thủy triều nƣớc dâng 0.5 0 22/7/1996 23/7/1996 24/7/1996 Thời gian (giờ) 22/7/1996 25/7/1996 (a) 23/7/1996 24/7/1996 Thời gian (giờ) 25/7/1996 (b) Hình 3.13 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Frankie (7/1996) phương án tính tốn có không xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão tới sóng biển (a) Hòn Dáu, (b)Vị trí ngồi khơi 45 (b) (a) Hình 3.14 Trường sóng lớn bão Frankie (7/1996) phương án tính tốn có (a) khơng (b) xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão tới sóng biển 3.5 12 Xét tới thủy triều nƣớc dâng Không xét tới thủy triều nƣớc dâng 10 Độ cao sóng (m) Độ cao sóng (m) 2.5 1.5 0.5 14/9/2017 15/9/2017 16/9/2017 Thời gian (giờ) (a) Xét tới thủy triều nƣớc dâng Không xét tới thủy triều nƣớc dâng 14/9/2017 -2 -0.5 15/9/2017 16/9/2017 Thời gian (giờ) (b) Hình 3.15 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Doksuri (9/2017) phương án tính tốn có không xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão tới sóng biển (a) Hòn Nghư, (b) Vị trí ngồi khơi 46 (a) (b) Hình 3.16 Trường sóng lớn bão Doksuri (9/2017) phương án tính tốn có (a) khơng (b) xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão tới sóng biển b) Ảnh hưởng nước dâng tới sóng bão Để đánh giá ảnh hƣởng riêng rẽ thủy triều nƣớc dâng tới độ cao sóng bão, hình 3.17a-b so sánh kết tính sóng phƣơng án, có xét tới thủy triều nƣớc dâng bão, xét tới nƣớc dâng bão (không xét tới thủy triều) không xét tới thủy triều nƣớc dâng bão trạm Hòn Dáu vị trí ngồi khơi bão Frankie Kết cho thấy, hầu nhƣ khơng có khác biệt vị trí ngồi khơi phƣơng án xét tới thủy triều nƣớc dâng phƣơng án xét tới nƣớc dâng, có nghĩa ảnh hƣởng thủy triều tới sóng có chút đáng kể khu vực ven bờ (Hình 3.17a - trạm Hòn Dáu) 47 Khơng xét tới nƣớc dâng thủy triều Chỉ xét tới nƣớc dâng Độ cao sóng (m) Độ cao sóng (m) 2.5 Xét tới thủy triều nƣớc dâng 1.5 0.5 Chỉ xét tới nƣớc dâng Xét tới nƣớc dâng thủy triều Không xét tới nƣớc dâng thủy triều 22/7/1996 23/7/1996 24/7/1996 22/7/1996 25/7/1996 Thời gian (giờ) 23/7/1996 24/7/1996 25/7/1996 Thời gian (giờ) (a) (b) Hình 3.17 So sánh độ cao sóng tính tốn bão Frankie (7/1996) phương án tính: Xét tới thủy triều nước dâng bão, xét tới nước dâng bão không xét tới thủy triều nước dâng bão, (a) Hòn Dáu (b) vị trí ngồi khơi c) Ảnh hưởng thủy triều nước dâng tới sóng bão mạnh, siêu bão Do khu vực biển Quảng Ninh -Hải Phòng chƣa có siêu bão mạnh cỡ cấp 15 trở lên đổ bộ, vậy, để đánh giá ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão cho trƣờng hợp bão mạnh cỡ siêu bão, trƣờng hợp cấp bão đƣợc thử nghiệm tính tốn bão Washi với thông số bão thực tế trƣờng hợp quỹ đạo thời gian đổ nhƣ bão Washi nhƣng bão đƣợc tăng tới cấp 16 (cấp siêu bão) So sánh độ cao sóng tính tốn trạm Hòn Dáu theo phƣơng án tính có không xét tới thủy triều nƣớc dâng bão tới sóng biển đƣợc thể hình 3.18a-b, trƣờng hợp hình 3.18a với cấp bão thật 3.18b với cấp siêu bão Kết cho thấy chênh lệch độ cao sóng lớn phƣơng án tính tốn với bão thật 0,22m với cấp siêu bão 1,1m Phân bố chênh lệch độ cao sóng có nghĩa lớn phƣơng án tính (Độ cao sóng [Có xét tới thủy triều nƣớc dâng]-Độ cao sóng [Khơng xét tới thủy triều nƣớc dâng]) cho trƣờng hợp cấp bão Washi thật cấp siêu bão đƣợc thể hình 3.19a-b Kết cho thấy, khu vực ven bờ với cấp siêu bão, chênh lệch độ cao sóng có nghĩa lớn vị trí sát bờ bên phải đƣờng bão lên tới 2,0m, với cấp bão thật khoảng 0,5m Tại vùng khơi, chênh lệch -0,4m với cấp bão thật -1,4m với cấp siêu bão Kết với bão có cƣờng độ cấp siêu bão cơng nghệ dự báo sóng cần thiết phải xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão để tránh kết có dự báo thiên thấp khu vực ven bờ nơi bão qua 48 Những so sánh kết tính toán theo cá phƣơng án cho thấy với dự báo sóng bão cho bão mạnh siêu bão cần thiết phải sử dụng công nghệ dự báo có xét tới thủy triều nƣớc dâng bão, đặc biệt nƣớc dâng bão Độ cao sóng (m) 2.5 Khơng xét đến thủy triều nƣớc dâng bão Có xét đến thủy triều nƣớc dâng bão 1.5 Có xét đến thủy triều nƣớc dâng bão 0.5 7/29/2005 12:00 Không xét đến thủy triều nƣớc dâng bão Độ cao sóng (m) 3.5 7/30/2005 12:00 7/31/2005 12:00 8/1/2005 12:00 7/29/2005 12:00 Thời gian (giờ) 7/30/2005 12:00 7/31/2005 12:00 8/1/2005 12:00 Thời gian (giờ) (a) (b) Hình 3.18 So sánh độ cao sóng Hòn Dáu bão Washi theo phương án tính có không xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão (a) Cấp bão thật, (b) Cấp siêu bão (b) (a) Hình 3.19 Chênh lệch độ cao sóng có nghĩa lớn phương án tính sóng có không xét tới ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão (a) Cấp bão Washi thật, (b) Bão Washi cấp siêu bão 3.4 Hiện trạng sóng bão (giai đoạn 1952-2017) ven biển Quảng NinhHải Phòng Do hạn chế số liệu quan trắc sóng bão nên giải pháp sử dụng kết tính tốn từ mơ hình số trị có độ tin cậy cao để thay phù hợp cho nghiên cứu đánh giá sóng bão khu vực Nghiên cứu thủy triều nƣớc dâng có ảnh hƣởng đáng kể tới độ cao sóng, với bão mạnh lại đổ vào lúc thủy triều cao Do vậy, kết tính sóng cho tất bão lịch sử 49 xét tới tƣơng tác thủy triều, nƣớc dâng sóng Trên hình 3.20 quỹ đạo bão ảnh hƣởng gây sóng lớn khu vực giai đoạn 1952-2017 Tất bão đƣợc thu thập tham số bão để tính sóng bão Kết tính tốn cho thấy, giai đoạn 1952 - 2017 có nhiều bão mạnh gây sóng lớn khu vực ven bờ nhƣ khơi Quảng Ninh-Hải Phòng, phải kể tới tới bão Wayne 9/1986 đổ vào Quảng Ninh tạo độ cao sóng lớn tới 8-9m Bắc vịnh Bắc Bộ (hình 3.21a), bão Damrey (9/2005) đổ vào Nam Định gây nƣớc dâng kèm theo sóng lớn làm tràn sạt lở đê biển từ Hải -Phòng Nam Định (hình 3.21d) Phân bố trƣờng sóng lớn bão khu vực biển Quảng Ninh-Hải Phòng giai đoạn 1952-2017 đƣợc thể hình 3.22 biển Quảng Ninh-Hải Phòng nơi có độ cao sóng bão khơng lớn, vùng ngồi khơi độ cao sóng lớn khoảng 6m, ven bờ 2-3m khu vực bị che chắn đảo Hải Nam nên giảm trình lan truyền sóng từ biển khơi vào nhiều bão mạnh từ phía đảo Hải Nam vào thƣờng bị giảm cấp ma sát với phần đất đảo Tại phía Nam khu vực, độ cao sóng bão lớn so với khu vực phía bắc bị che khuất, độ cao sóng ngồi khơi lên tới 10m, vùng ven bờ 4-5m 50 Hình 3.20 Quỹ đạo bão giai đoạn 1952-2017 ảnh hưởng gây sóng lớn khu vực nghiên cứu (a) Bão Wayne 9/1986 (b) Bão Fred 10/1991 51 (d) Bão Damrey 9/2005 (c) Bão Churk 6/1992 Hình 3.21 Phân bố độ cao sóng lớn số bão mạnh ảnh hưởng tới khu vực nghiên cứu Hình 3.22 Phân bố độ cao sóng lớn bão khu vực nghiên cứu giai đoạn 1952-2017 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này, ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão khu vực biển Quảng Ninh-Hải Phòng đƣợc phân tích theo kết mơ mơ hình hải dƣơng tích hợp thủy triều, sóng nƣớc dâng bão (mơ hình SuWAT) Luận văn sử dụng số liệu quan trắc tham số bão, sóng nƣớc dâng bão Frankie (7/1996), Washi (9/2005), Doksuri (9/2017) Wukong (9/2000) để kiểm định mơ hình phân tích đánh giá Trong với trƣờng hợp bão Washi, mô đƣợc thực với cấp bão thật đổ (cấp 10) trƣờng hợp đƣợc tăng tới cấp siêu bão (cấp 16) nhằm đánh giá độ chênh lệch kết tính sóng hai phƣơng án có không xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão Số liệu quỹ đạo tham số bão tất bão ảnh hƣởng gây sóng lớn khu vực giai đoạn 1952-2017 đƣợc thu thập để đánh phân bố trƣờng sóng khu vực nghiên cứu Những kết đạt đƣợc luận văn nhƣ sau: - Đã kiểm nghiệm mơ hình SuWAT tính sóng nƣớc dâng bão khu vực nghiên cứu, mơ hình phản ánh tƣơng đối tốt diễn biến nƣớc dâng bão sóng, sai số tính tốn quan trắc độ cao sóng nƣớc dâng lớn không lớn - Kết tính sóng bão cho kịch bão với phƣơng án tính có khơng xét đến ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng bão cho thấy với bão có cƣờng độ không mạnh lại đổ vào lúc thủy triều thấp (bão Frankie) khơng có khác biệt độ cao sóng phƣơng án tính Tuy nhiên, trƣờng hợp bão mạnh siêu bão đổ vào lúc thủy triều cao phƣơng án tính sóng có xét tới ảnh hƣởng thủy triều nƣớc dâng cho kết độ cao sóng lớn vùng ven bờ nhƣng lại nhỏ khu vực khơi Kết phân tích cho thấy ảnh hƣởng nƣớc dâng bão tới sóng bão nhiều thủy triều - Trong giai đoạn 1952-2017, khu vực biển Quảng Ninh-Hải Phòng nơi có độ cao sóng bão khơng lớn, vùng ngồi khơi độ cao sóng lớn khoảng 6m, ven bờ 23m Độ cao sóng không lớn là khu vực bị che chắn đảo Hải Nam nên giảm q trình lan truyền sóng từ biển khơi vào nhiều bão mạnh từ 53 phía đảo Hải Nam vào thƣờng bị giảm cấp ma sát với phần đất đảo Kết nghiên cứu đƣa đƣợc yêu cầu công nghệ để tăng độ xác dự báo sóng bão khu vực nghiên cứu, nơi có biên độ thủy triều lớn tƣơng lai có nhiều bão mạnh, siêu bão đổ Kiến nghị - Cần có chƣơng trình khảo sát chi tiết để có chuỗi số liệu đủ dài đủ chất lƣợng để nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực sóng bão, đặc biệt tác động qua lại thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão tất vùng ven biển Việt Nam, nhằm đáp ứng nhu cầu dự báo hoạt động ven biển - Sự ảnh hƣởng qua lại thủy triều nƣớc dâng tới sóng bão cần có nghiên cứu kỹ lƣỡng tƣơng tác sóng dòng chảy - Để đánh giá chi tiết đầy đủ ảnh hƣởng qua lại thủy triều, sóng nƣớc dâng bão cần thiết phải xây dựng lƣới tính có độ phân giải cao cỡ vài chục mét 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đinh Văn Mạnh (2011) Phát triển hồn thiện mơ hình dự bão sóng bão, nƣớc dâng bão, thủy triều cho dải ven biển Việt Nam Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Cơ học Đỗ Đình Chiến, Nguyễn Bá Thủy, Nguyễn Thọ Sáo, Trần Hồng Thái, Sooyoul Kim (2014), Nghiên cứu tƣơng tác sóng nƣớc dâng bão mơ hình số trị, Tạp chí Khí tƣợng Thủy văn, (647), tr.19-24 Nguyễn Bá Thủy, Hoàng Đức Cƣờng, Dƣ Đức Tiến, Đỗ Đình Chiến, Sooyoul Kim (2014), Đánh giá diễn biến nƣớc biển dâng bão số năm 2014 vấn đề dự báo, Tạp chí Khí tƣợng Thủy văn, (647), tr.14-18 Nguyễn Mạnh Hùng, Đỗ Thiền, Trƣơng Trọng Xuân Phần III – Chƣơng V Trƣờng sóng Biển Đơng-Biển Đơng ( Tập II: Khí tƣợng, Thủy văn, Động lực biển) Nguyễn Văn Hƣởng, Nguyễn Bá Thủy (2017) Ảnh hƣởng thủy triều sóng tới nƣớc dâng bão ven biển Bắc Bộ Tạp chí khí tƣợng thủy văn số 676, trang 1-9 Nguyễn Xuân Hiển "Nghiên cứu nƣớc dâng bão có tính đến ảnh hƣởng sóng áp dụng cho vùng ven biển Hải Phòng" Trần Quang Tiến (2015) Nghiên cứu ứng dụng, xây dựng mơ hình dự báo sóng tác nghiệp cho vùng biển vịnh Bắc Bộ Trung tâm KTTVQG có sử dụng số liệu viễn thám, số liệu RADA biển Đề tài cấp Bộ Tài nguyên môi trƣờng Vũ Hải Đăng, Nguyễn Bá Thủy, Đỗ Đình Chiến, Sooyoul Kim (2017) Nghiên cứu đánh giá định lƣợng thành phần nƣớc dâng bão mơ hình số trị Tạp chí khoa học cơng nghệ biển Tập 17, số 2, trang 132-138 Tiếng Anh Delft University of Technology (2014), SWAN User Manual, Delft, The Netherlands 55 10 Feng Xingru, Yin Baoshu, Yang Dezhou, William Perrie (2011), “The effect of wave-induced radiation stress on storm surge during Typhoon Saomai (2006)”, Acta Oceanol Sin., 2011, Vol 30, No 3, p.20-26 11 Kim, S.Y., Yasuda, T., Mase, H (2010), "Numerical analysis of effects of tidal variations on storm surges and waves", Applied Ocean Research Volume 12 Murty T S., Flather R A and Henry R F (1986), “The storm surge problem in the Bay of Bengal”, Prog Oceanog, (16), pp 195-233 13 Prandle D, Wolf K (1978), “The interaction of surge and tide in the North Sea and River Thames”, Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, (55), pp 203-16 14 Tanaka, H and Nguyen X T (2008), “Wave Setup at River Mouths in Japan”, Journal of Water Resources and Environmental Engineering, (23) 15 Wang S Y., Manausa S, Y, M., Dean R G., Walton T L., (2007), “Combined Total Storm Tide Frequency Analysis for Dog Island in Franklin County, Florida,” Beaches and Shores Resource Center, Florida State University, Florida 56 ... bạn bè, ngƣời động viên, khích lệ giúp đỡ em suốt q trình học tập hồn thành luận văn Trong trình học tập thực luận văn chắn không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, cô... Phòng Nội dung luận văn bao gồm 03 chƣơng chính, phần kết luận phần bảng phụ lục: Chƣơng I: Giới thiệu chung Chƣơng II: Số liệu phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng III: Kết nghiên cứu Kết luận kiến nghị... dựng hệ thống dự báo tác nghiệp khí tượng thuỷ văn biển (gồm dòng chảy, sóng nước dâng bão) vùng Biển Đông ven biển Việt Nam” áp dụng WAM cho dự báo sóng ngồi khơi, SWAN cho dự báo sóng ven bờ