Nghiên cứu đánh giá tác động của quá trình dâng cao mực nước do biến đổi khí hậu toàn cầu đến phân bố không gian của các hằng số điều hòa thủy triều trên vùng biển miền Trung Việt Nam

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I BÁO CÁO TỎNG KẾT K ẾT Q U Ả T H ự C H IỆN ĐÈ TÀI K H O A H Ọ C CÔ NG NG H Ệ CẤP ĐẠ I HỌC QUỐC GIA n r Ạ À J • Tên đê tài: N G H IÊ N C Ứ U Đ Á N H GIÁ TÁC ĐỘ NG CỦA Q UÁ TRÌNH D Â NG C A O M ự c NƯỚ C DO BIỂN ĐỔ I K H Í H ẬU TO ÀN C Ầ U Đ Ế N P H Â N BĨ K H Ơ NG GIAN CỦA CÁC H ẰNG SỐ Đ IỀ U H Ò A T H Ủ Y TRIỀU TRÊN VÙNG BIỂ N M IỀ N TRUNG VIỆT NAM M ã số đề tài: Q G TĐ 13.09 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS NG UYỄN M IN H HUẤN H N ội - 2016 Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I DHGGHN BÁO CÁO TỎNG KÉT K ÉT Q U Ả TH Ự C HIỆN ĐÈ TÀI K H O A HỌC C Ô N G NGHỆ CẤP ĐẠI H ỌC Q U Ố C GIA Tên đề tài: N g h iên cứu đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biến đổi khí hậu tồn cầu đến phân bố không gian củ a h ằn g số điều h ò a th ủ y triều v ù n g biển m iền T ru n g V iệt N am Mã số đề tài: QGTĐ 13.09 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS NGUYỄN MINH HUẤN ĐA! HỌC Q U Ố C G IA HÀ NỘI_ TRUNG TAM t h ô n g t in t h v iệ n H N ội - 2016 PHẦN} THÔNG TIN CHUNG 1.1 lêa đề tài: Nghiên cứu đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biến đổi khí hậu tồr cầu đến phân bố không gian số điều hòa thủy triều vùng biển miền Tnr.g Việt Nam 1.2 Mẵ số: QGTĐ.13.09 1.3 Eaah sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Tổ chức công tác Vai trò thực đề tài ĨCS TS Nguyễn Minh Huấn Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Chủ nhiệm ICS TS Phạm Văn Huấn, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Thành viên Thỉ Phạm Văn Vỵ Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Thành viên NCS Nguyễn Quốc Trinh Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Thành viên pnCH Nguyễn Đắc Đa Trung tâm Động lực học Thủy khí Mơi trường Thành viên H^CH Vũ Thị Vui Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Thành viên TT Họ tên, học hàm học vị 1.4 Bơi vị chủ trì: 1.5 Thd gian thực hiện: 1.51 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2015 1.52 Gia hạn: từ tháng năm 2015 đến tháng năm 2016 1.53 Thực thực tế: từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2016 1.6 Nhrag thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng 1.7 Tổig kinh phí phê duyệt đề tài: 400 triệu đồng PHẦN II TỎNG QUAN KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề Dữ liệu vê hăng sô điêu hịa thủy triều thơng tin nhiều tính tốn khoa học \ a thực tien Cac mơ hình sơ đê mơ hồn lưu vùng biển, truyền triều lũ xam nhạp mạn, boi tụ XÓI lở bờ biên, đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biên biên đơi khí hậu tồn cầu địi hỏi thơng tin số điều hịa điểm ven bờ, cửa sơng vùng biên khơi làm số liệu đầu vào Đe co thông tin thủy triêu, từ nhiều năm dọc theo bờ biển nươc ta đa thiet lạp m ột hệ thơng trạm khí tượns; thủy văn ven bờ, có trạm đo mực nươc lien tục theo khoảng thời gian kéo dài từ nhiêu tháng đến nhiều năm Tren sở chi sơ liệu người ta phân tích, tính toán đặc trưng chế độ thủy triêu mực nước trung bình, mực nước cực trị, thời gian triều dâng, triều rút hang sơ điêu hịa thủy triêu cho trạm đo đạc M ột thành theo hướng việc lập bảng thủy triều hàng năm cung cấp giá trị dự báo mực nước cho cảng ven bờ số giá trị nội suy cho điểm phụ ven biển hạ lưu sông Sô trạm dọc theo bờ biển miền Trung có 33 trạm cách trung bình khoảng 35 - 80 km Hướng nghiên cứu sử dụng mơ hình sổ trị giải hệ phương trình thủy động lực hai chieu băt đâu m uộn so với hướng thiết lập trạm triều ký, phát triển mạnh mẽ, đặc biệt năm gần Nhưng tựu ks nhât theo hướng đôi với Biên Đông cơng trình Sergeev (1964), Nguyễn Ngọc Thụy (1969), Đặng Công Minh (1975), cac cong trinh sư dụng hệ phương trình tun tính dạng eliptic, loại bỏ biến thời gian, tốn có nghiẹm nhat biet đieu kicn dao động rnưc nước biên bao CỊUânh miên nghiên cưu Phương phap sô tri khác đê giải tóan phân bơ khơng gian thủy triều dựa tren hẹ phương trình thủy động lực phi tuyên hypecbolic với điều kiện biên hỗn hợp: dao động mực nước biên lỏng điều kiện không thấm biên cứng Theo hướng có thê kê tên hàng loạt cơng trình tác Ye Robinxon (1983) Li Chen (1987), nhóm tác giả mơ hình triều thuộc đề tài nhà nước KT.03.03 (1991-1995) (Đô Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đặng Công Minh, Nguyễn Hữu Nhân, BÙI Hồng Long, Lê Trọng Đào, Nguyễn Thọ Sáo), Một hướng phát triển thời gian gần việc sử dụng kết đo đạc cao đọ tư vẹ tinh theo tuyên quỹ đạo bao phủ tồn diện tích vùng biển để phân tích cac hang so đieu hịa kêt hợp với tài liệu quan trăc trạm ven bờ để hiệu chinh va đa nhạn phân bơ hăng sơ điêu hịa cho tồn cầu với độ phân giải 30’x30’ 15’x l ’ kinh vĩ số liệu Le Provost, c , Genco, M L and Lyard F 1995; Yanagi nnk, 1997; D H I2000; Egbert, G.D., and S.Y Erofeeva, 2002; TOPEX/POSEIDON 2005 Việt Nam có đường bờ biển dài 3200 km, với khoảng 3000 đảo, giống nhiêu nước Đông Nam Á, phần lớn dân số, hoạt động công nghiệp, dịch vụ đầu tư thành phô lớn đêu năm vùng ven biên Kế hoạch phát triển hướng đến vung ven biên Việt Nam nhăm đóng góp 50% vào tơng sản phẩm quốc nội vào nàm 2020 Tuy nhiên Việt Nam lại nước bị đe dọa nhiều biên đơi khí hậu trực tiêp thơng qua tượng dâng cao mực nước, đặc biệt vùng ven biên bị ảnh hưởng triều cường Cho đên nay, sở liệu đồ số độ phân giải cao số điều hòa thủy triêu phân bố không gian vùng ven bờ khơi cho khu vực Biên Đông thuộc lãnh hải nước ta nước lân cận xây dựng cho khu vực vịnh Băc Bộ độ phân giải cao ’x5’ kinh vĩ khuôn khổ đề tài Q G -08-11: “Xây dựng sở liệu không gian số điều hòa thủy triều cho vùng biển vịnh Bắc Bộ“ tập thể tác giả Phạm Văn Huấn, Nguyễn M inh Huấn, Phạm Văn Vỵ Hoàng Trung Thành thực Nghiên cứu đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biến đổi khí hậu tồn câu đên phân bô không gian số điều hòa thủy triều vùng biển miền Trung Việt Nam vấn đề mang tính ứng dụng thực tiễn cao phục vụ thiết thực cho hoạt động hàng hải, khai thác nguồn lợi, xây dựng bảo vệ cơng trình bờ u câu đơi với liệu phải có độ phân giải khơng gian cao đủ tin cậy để phục vụ thực tiên cơng tác thiêt kê cơng trình biển, giao thơng hàng hải, quản lý nghiên cứu khoa học phục vụ tốn mơ hình hóa số cho vùng biển kích thước khác thuộc vùng biển Việt Nam Mục tiêu + Có sở liệu khơng gian số điều hồ sóng triều (08 sóng triêu chính) cho vùng biển miền Trung Việt Nam với độ phân giải cao (5’x ’ kinh vì) phục vụ nhu cầu thực tế toán nghiên cứu + Đánh giá ảnh hưởng tượng dâng cao mực nước biển biến đổi khí hậu đên phân bơ khơng gian số điều hồ sóng triều khu vực biên Việt Nam Phương pháp nghiên cửu Cơ sờ liệu phân bô không gian sổ điều hịa thủy triều sóng triều xây dựng phương pháp mơ hình số trị dựa hệ phương trình thủy động lực phi tuyến hypecbolic với điều kiện biên hỗn hợp: điều kiện không thâm biên cứng dao động mực nước biên lỏng xác định tò số điêu hịa thủy triêu tồn cầu với độ phân giải thấp, nghiên cứu sử dụng số điều hịa tồn cầu với độ phân giải 15’x l5 ’ Le Provost mơ hình ADCIRC 2DDI (2000) sử dụng đê tính tốn lan trun sóng triêu vùng biển miền Trung cho khu vực ven bờ, ven đảo kết dao động mực nước tồn lưới tính phân tích xác định giá trị pha biên độ số điều hồ sóng triều (01, K l, P1,Q1, M2, N2, K2, S2) lưới với độ phân giải ’ X ’ kinh vĩ Trong điêu kiện tác động biên đơi khí hậu tồn cầu, nghiên cứu đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biến đổi khí hậu đến phân bố khơng gian hăng sơ điêu hịa thủy triều vùng biển miền Trung Việt Nam vấn đề mang tính ứng dụng thực tiễn cao phục vụ thiết thực cho hoạt động hàng hải, khai thác nguôn lợi, xây dựng bảo vệ cơng trình bờ Để đánh giá tác động trình dâng cao mực nước biên đơi khí hậu tồn cầu đến phân bố khơng gian số điều hịa thủy triều, nghiên cứu sử dụng kịch nước biển dâng hai trường hợp nước dâng cực tiểu cực đại tương ứng với kịch phát thải cao phát thải thâp Bộ TNMT năm 2012 xây dựng cho vùng biển Việt Nam Mơ hình ADCIRC 2DDI sử dụng để tính tốn lan truyền sóng triều với hai kịch nước biên dâng vùng biển miền Trung cho khu vực ven bờ, ven đảo dao động mực nước toàn lưới tính phân tích xác định thay đổi giá trị pha biên độ số điều hồ sóng triều (01, K l, P1,Q1, M2, N2, K2 S2) tác động tượng dâng cao mực nước biển trung bình làm thay đổi độ sâu khu vực tính tốn tương ứng với kịch phát thải khí nhà kính lựa chọn để xây dựng kịch nước biển dâng cho Việt Nam kịch phát thải thấp (kịch B l) kịch phát thải cao nhóm kịch phát thải cao (kịch A1FI) Tổng kết kết nghiên cứu 4.1 Kết nghiên cứu xây dựng sở liệu độ phân giải cao sổ điều hịa sóng triều vùng biển miền Trung Việt Nam 4.1.1 Mơ hình thủy động lực ADCIRC 2D D I ADCIRC (Advanced Circulation Model) mô hình số trị phát triển để giài hệ phương trình chuyên động chất lỏng trái đất quay, sử dụng xấp xỉ thủy tĩnh xâp xỉ Boussinesq, hệ phương trình rời rạc hóa khơng gian sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn, rời rạc hóa theo thời gian sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn Mơ hình ADCIRC thiết lập cho khu vực miền Trung với đặc điểm sau: Trường độ sâu khu vực biển miền Trung từ tỉnh Hà Tĩnh đến Bình Thuận nằm khoảng tọa độ từ 10,5 đến 18,5 độ v ĩ Bắc, từ 105,8 đến 112,0 độ kinh Đông xây dựng dựa sơ liệu địa hình tồn câu G EB C 030 Anh với số liệu độ sâu sử dụng hệ quy chiếu mực nước biển trung bình, trường độ sâu miền tính thể hình vẽ 1, lưới tính phần tử tam giác xây dựng theo thuật toán Scalar paving density với phần tử có kích thước cạnh nhỏ 3000m vùng ven bờ biên, độ lớn phân tử biến đổi tỉ lệ với vận tổc lan truyền sóng trọng lực Điều kiện biên mực nước biến đổi theo thời gian tính tốn từ sổ điều hịa thủy triêu sóng (0 , K l, P1,Q1, M2, N2, K2, S2) trích xuất từ sở liệu số điều hòa Leprovost v i độ phân giải khôn? eian 15’ X 15’ Các điều kiện biên tương tác với khí ứng suất bề mặt thống (gió và/hoặc ứng st phát xạ sóng) áp suất khí khơng xét tới mô phỏns '0 106 108 110 112 114 Hình 1: Trường độ sâu khu vực tính tốn thuộc biển miền Trung Việt Nam Thời gian mô từ 0:00 ngày tháng năm 2014 đến 24:00 ngày 31 tháng 12 năm 2014 với tham số lựa chọn sau: Model type: 2DDP Cold startCoriolis option variable; Finite amplitude terms; Wetting/drying; Advective terms; Time derivative terms; Solver type Iterative JCG;Wave continuity: 0.01; Lateral viscosity: 6.8 m2/s; friction coefficient: 0.0025 Các tham sô lựa chọn kêt tính tốn hiệu chỉnh kiểm chứng kêt mơ hình giá trị mực nước trạm hải văn ven bờ thời gian 30 ngày 4.1.2 Phân bo không gian tham sổ thủy triều khu vực biển miền Trung Việt Nam Từ kêt tính tốn mơ hình, chuỗi số liệu mực nước 365 ngày lưu giữ tồn lưới tính khu vực miền Trung phân tích phương pháp bình phương tối thiểu để xác định giá trị số điều hoà song triều chírủi (01 K l, P1,Q1, M2, N2, K2, S2) Để đánh giá độ xác kết tính tốn, số liệu hằne số điều hịa trích xuât tọa độ tương ứng với vị trí trạm hải văn có số liệu đo đạc mực nước nhiều năm xác định số điều hòa, số liệu so sánh đối chứng thê bảng Kêt so sánh đối chứng cho thấy sai số trung bình biên độ sóng triều 5.8cm với hệ số tương quan R2 = 0.8249 giá trị pha 9.11° với hệ số tương quan R2 - 0.8918 Các kết tính toán cho thấy phù hợp phân bổ tính chất độ lớn thuy trieu cua khu vực với tính chât nhật triêu chiêm ưu thê vùng phía bắc, khu vực từ nam Quảng Bình đên Băc Quảng Nam (cửa Thuận An - Đà Nang) chuyển sang chế độ ban nhạt tneu VỚI biên độ nhỏ nhât, tính chât thuân nhât bán nhật triều nhanh chóng biên đơi dân rời xa trung tâm cửa Thuận An với biên độ mực nước triều tang len Nam Thừa Thiên đên Băc Quảng Nam, Đà Nằng có chế độ bán nhật triều khơng đêu độ lớn biên độ triều trung bình tăng dần phía Nam Khu vực từ nam tỉnh Quảng Nam đến Quy Nhơn - Nha Trang Ninh Thuận đặc trưng cho chế độ bán nhật triều không Hệ số tư n g quan biên độ sóng triều th ự c đo tính tốn 70 60 E