Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu của luận án: Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận phân tích quy luật biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Việt Nam để hoàn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm phục vụ khai thác hiệu quả thiết bị thủy âm.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN CƯƠNG NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM VÀ HỒN THIỆN QUY TRÌNH LẤY MẪU XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VIỆT NAM PHỤC VỤ KHAI THÁC HIỆU QUẢ CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM Ngành: Kỹ thuật trắc địa - đồ Mã số : 9520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 Cơng trình hồn thành tại: Bộ môn Trắc địa cao cấp Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đặng Nam Chinh Phản biện 1: GS TSKH Hoàng Ngọc Hà Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Văn Sáng Phản biện 3: TS Bùi Đăng Quang Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc Gia, Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam quốc gia có thủy hệ phong phú với đường bờ biển trải dài từ Móng Cái đến Hà Tiên, tổng chiều dài bờ biển khoảng 3,260 km nằm phía tây Biển Đơng [37] Dọc bờ biển khoảng 23 km có cửa sơng, có thủy hệ phong phú nên cơng tác thành lập bản đồ thủy hệ tỷ lệ lớn, đồ địa hình đáy biển quy trình thi cơng cơng trình ngầm nước thiết bị thủy âm với độ xác cao cần trọng Trong q trình thi cơng thiết bị thủy âm có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ xác kết đo, cần phải tính hiệu chỉnh nhằm hạn chế ảnh hưởng yếu tố Các nguồn sai số nêu bao gồm ảnh hưởng thiết bị định vị GNSS, thiết bị cải chuyển động, cơng tác lắp đặt thiết bị đo đạc, xác định vận tốc âm môi trường nước v.v Xác định xác vận tốc âm lan truyền mơi trường nước khu đo thời điểm đo quan trọng sai số xác định vận tốc âm ảnh hưởng tới kết đo sâu tăng dần độ sâu tăng Để làm điều ta cần nghiên cứu phân tích đặc tính biến đổi vận tốc âm khu vực đặc trưng, từ đưa đề xuất kiến nghị phương pháp xác định vận tốc âm hợp lý với khu vực Vấn đề vận tốc âm môi trường nước biển nghiên cứu thông qua việc quan trắc tham số đại diện nhiệt độ, độ sâu (áp suất), độ mặn Các nghiên cứu có nghiên cứu chung vùng rộng, chưa phản ánh biến đổi chi tiết vận tốc âm Với mục đích sâu vào việc nghiên cứu vận tốc âm môi trường nước biển tác giả muốn nghiên cứu phân tích quy luật, ảnh hưởng vận tốc âm vùng biển đặc trưng Việt Nam, cụ thể khu vực Vịnh Bắc Bộ Phân tích đánh giá ảnh hưởng vận tốc âm theo độ sâu, khu vực, theo thời gian để đưa biến đổi vận tốc âm theo yếu tố ảnh hưởng Từ số liệu thực nghiệm, kết phân tích, tác giả tiến hành nghiên cứu xây dựng sở liệu vận tốc âm trung bình, đưa quy luật biến đổi vận tốc âm môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Chính lý tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm hồn thiện quy trình lấy mẫu xác định vận tốc âm môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Việt Nam phục vụ khai thác hiệu thiết bị thủy âm” Mục đích nghiên cứu luận án Xác lập sở khoa học phương pháp luận phân tích quy luật biến đổi vận tốc âm môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Việt Nam để hoàn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm phục vụ khai thác hiệu thiết bị thủy âm Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài a Đối tượng nghiên cứu đề tài: Các sở liệu nhiệt độ, độ mặn độ sâu, vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ theo trường thời gian, không gian b Phạm vi nghiên cứu: Sự biến đổi yếu tố nhiệt độ, độ mặn, độ sâu khu vực Vịnh Bắc Bộ nhằm đánh giá ảnh hưởng yếu tố tới vận tốc âm Ảnh hưởng thay đổi vận tốc âm tới thiết bị thủy âm thông dụng Nội dung nghiên cứu luận án Thu thập số liệu nhiệt độ, độ mặn, vận tốc âm, mặt cắt âm có khu vực nghiên cứu vùng biển Vịnh Bắc Bộ Phân tích nguồn liệu thu được, đề xuất bổ sung số vùng khuyết số liệu vận tốc âm Nghiên cứu phân tích đặc tính vận tốc âm phân bố theo vùng, theo độ sâu thay đổi theo thời gian vùng biển Vịnh Bắc Bộ Nghiên cứu sở lý thuyết xác định vận tốc âm trung bình theo độ sâu, vận tốc âm đại diện theo vùng đánh giá ảnh hưởng sai số xác định vận tốc âm đến kết đo thiết bị thủy âm Trên sở quy định hành, biến đổi vận tốc âm từ đề xuất quy trình lấy mẫu xác định vận tốc âm khu vực nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phương pháp phân tích số liệu: Phân tích số liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ theo thời gian, theo độ sâu Phân tích đánh giá thay đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ nhằm xác định quy luật biến đổi vận tốc âm khu vực đưa quy trình xác định vận tốc âm theo yêu cầu khảo sát cụ thể Phương pháp sở liệu: Xây dựng sở liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ với mục đích đánh giá thay đổi vận tốc âm sở liệu theo không gian, thời gian độ sâu Hiển thị trực quan thay đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ trích xuất giá trị vận tốc âm thời điểm sở liệu đánh giá với số liệu đo đạc thực tế đưa đề xuất cho công tác xác định vận tốc âm phục vụ khảo sát Phương pháp thực nghiệm: Tính tốn số liệu thực nghiệm sở liệu vận tốc âm tính tốn hiệu chỉnh vận tốc âm vào liệu đo sâu đưa kết độ sâu theo sở liệu, độ sâu theo vận tốc âm thực tế Đưa nhận xét kết Phương pháp so sánh: Sau xây dựng sở liệu vận tốc âm, số liệu tính tốn, so sánh với kết độ sâu sử dụng vận tốc âm theo sở liệu vận tốc âm đo thực tế Đánh giá thay đổi việc sử dụng sở liệu số liệu thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn a Ý nghĩa khoa học: Dựa sở lý thuyết, quy luật phân bố vận tốc âm theo không gian thời gian môi trường nước để đánh giá mức độ ảnh hưởng thay đổi vận tốc âm đến độ xác đo đạc thiết bị thủy âm, từ đề xuất phương pháp xác định vận tốc âm phù hợp bảo đảm khai thác hiệu thiết bị thủy âm Đưa kiến nghị, phương pháp xác định vận tốc âm, xác định vận tốc âm trung bình mơi trường nước biển điều kiện khảo sát tương ứng Xây dựng sở liệu vận tốc âm theo liệu có Thành lập sở liệu phân bố vận tốc âm môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ, xây dựng chương trình khai thác sở liệu vận tốc âm, tính tốn các giá trị vận tốc âm vị trí yêu cầu dựa sở liệu xây dựng b Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đưa phương pháp hạn chế ảnh hưởng vận tốc âm môi trường nước biển đến kết đo Đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm phù hợp khu vực khảo sát, tỷ lệ đồ khảo sát Khai thác, sử dụng sở liệu vận tốc âm cho trường hợp khảo sát, tỷ lệ đồ cụ thể Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Vịnh Bắc Bộ vùng nước có độ sâu nhỏ, có nhiều cửa sơng biến đổi nhiệt độ độ mặn theo thời gian đáng kể Đặc điểm ảnh hưởng tới biến thiên vận tốc âm môi trường nước theo thời gian tháng năm lên tới 27.2 m/s Luận điểm 2: Quy trình lẫy mẫu vận tốc âm đề xuất luận án đánh giá quy trình lấy mẫu vận tốc âm hành, phân tích ưu điểm nhược điểm quy trình Từ quy luật biến đổi vận tốc âm, nhược điểm quy trình lấy mẫu vận tốc âm đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm phục vụ khai thác hiệu thiết bị thủy âm Luận điểm 3: Quy trình lấy mẫu vận tốc âm đề xuất, sở liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ xây dựng đáp ứng yêu cầu độ xác ứng dụng thiết bị thủy âm thành lập đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 nhỏ khu vực Vịnh Bắc Bộ Điểm luận án - Vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ có quy luật biến đổi phức tạp Luận án đưa phân tích, đánh giá trực quan biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ theo vị trí, khơng gian thời gian nhằm mục đích khai thác hiệu thiết bị thủy âm - Sử dụng sở liệu hải dương toàn cầu (WOD) sở liệu hải dương đơn vị Hải dương vùng Viễn đông Nga để xây dựng sở liệu vận tốc âm cho khu vực Vịnh Bắc Bộ Độ xác sở liệu đánh giá dựa kết đo thực tế - Cơ sở liệu vận tốc âm xây dựng kết ứng dụng khảo sát đo đạc thành lập đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 nhỏ khu vực Vịnh Bắc Bộ Cấu trúc luận án Cấu trúc luận án bao gồm phần sau: Gồm phần chính: (1) Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết luận án, mục đích nghiên cứu luận án, phương pháp nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, luận điểm bảo vệ điểm luận án (2) Phần nội dung gồm chương: Chương Tổng quan nghiên cứu biến đổi vận tốc âm ứng dụng thiết bị thủy âm môi trường nước biển Chương Nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm, phương pháp xác định vận tốc âm môi trường nước biển Chương Ảnh hưởng vận tốc âm đến độ xác thiết bị đo thủy âm, quy luật biến đổi vận tốc âm vịnh bắc Chương Xây dựng sở liệu vận tốc âm hồn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm khu vực vịnh bắc cho thiết bị thủy âm thực nghiệm csdl (3) Phần kết luận kiến nghị 10 Cơ sở tài liệu - Tài liệu luận án sử dụng tài liệu chuyên ngành Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam Bên cạnh nghiên cứu sinh sử dụng nguồn tài liệu Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Khoa học Công nghệ Quốc gia Các số liệu điều tra khảo sát sử dụng số liệu nhiều năm Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển - Tài liệu tham khảo Internet 11 Lời cảm ơn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đặng Nam Chinh, thầy cô giáo Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất tận tình giúp đỡ, góp ý tạo điều kiện tốt để nghiên cứu sinh hồn thành nhiệm vụ Trân trọng cảm ơn ban Lãnh đạo Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển - Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam - Bộ Tài nguyên Môi trường, đồng nghiệp, nhà khoa học quan tâm, đóng góp ý kiến để nghiên cứu sinh hoàn thiện tốt luận án Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới tất thành viên gia đình dành điều kiện tốt tinh thần vật chất để tơi hồn thành tốt khóa học 5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ THỦY ÂM TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN 1.1 Các cơng trình nghiên cứu giới vận tốc âm biến đổi vận tốc âm môi trường nước biển 1.1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng thiết bị thủy âm Ngay từ năm trước Công nguyên, nhà triết học Hy Lạp Aristotle (384-322), có nhận định rằng, âm lan truyền môi trường nước tốt lan truyền khơng khí Sau có số nghiên cứu lan truyền âm môi trường nước nghiên cứu Leonardo Da Vici (1452-1519) Francis Bacon (15611626) Cho đến kỷ XVIII đầu kỷ XIX, có số nhà khoa học J.A Nollet (1700-1770), Alexander Monro (1733-1817) thực nghiên cứu, tiến hành thử nghiêm xác định vận tốc âm môi trường nước để ứng dụng vào số mục đích khác Trong nghiên cứu này, người ta sử dụng nguồn âm tiếng chuông (bell) phát nước Năm 1826, nhà vật lý người Thụy sĩ J.D Calladon (1802-1893) nhà toán học người Pháp J.K.F Sturm (1803-1855) triển khai thực nghiệm xác định vận tốc âm hồ Geneva (Thụy Sĩ) nhiệt độ nước 8oC Giá trị vận tốc âm xác định lúc 1435m/s, sai khác với giá trị vận tốc âm xác định cỡ 3m/s Trong khoảng năm 1830-1860 có số nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng sóng âm mơi trường nước với mục tiêu để xác định độ sâu lớp nước xác định khoảng cách tàu biển, hình thành kỹ thuật thủy âm Hiện công tác thủy đạc (đặc biệt vùng nước nông - 50m trong) ngày thực nhiều cơng nghệ đo sâu sóng laser từ máy bay (Airborne Lidar Bathymetry - ALB) Ưu điểm bật công nghệ LIDAR cho phép đo nhanh với độ xác cao nhờ sử dụng kỹ thuật laser đại Sự khác biệt rõ rệt cơng nghệ đo sâu sóng âm tối ưu vùng nước sâu cơng nghệ ALB tỏ có hiệu an tồn vùng nước với độ sâu khơng vượt 50 m với điều kiện nước phải tương đối Một ưu điểm công nghệ ALB ngồi độ sâu cịn đo độ cao vùng đất ven bờ biển, cho phép thu khối liệu liên tục độ cao (trên đất liền) - độ sâu (dưới biển) 1.1.2 Các nghiên cứu nước vận tốc âm biến đổi vận tốc âm Năm 1960, Wayne D Wilson đưa cơng thức thực nghiệm tính vận tốc âm, đến năm 1990 ông công bố báo “Equation for the speed of sound in Sea Water” [35], xây dựng công thức thực nghiệm tính vận tốc âm trình bày chi tiết tài liệu [35] Tuy nhiên, công thức sử dụng khu vực nước sâu có độ mặn trung bình khơng phù hợp với khu vực Việt Nam Đây công thức thực nghiệm để tính tốn giá trị vận tốc âm, làm sở tính tốn cho thiết bị xác định vận tốc âm sau Vào năm 1974, VA Del Grosso đưa “New equation for the speed of sound in natural waters (with comparisons to other equations)” [22] công thức xác định giá trị vận tốc âm xem hàm vận tốc âm hàm độ mặn, áp suất nhiệt độ Trong cơng thức đó, hệ số đặc trưng sử dụng để tính toán thực nghiệm giá trị vận tốc âm theo khoảng nhiệt độ, độ mặn, áp suất Tác giả tính hệ số với khoảng chia khác nhau, tính giá trị vận tốc âm mơi trường nước ngọt, môi trường nước biển với kết thể tài liệu [22] Công thức tác giả sử dụng vùng nước có biến thiên độ sâu lớn từ đến 11000 m không phù hợp với điều kiện Việt Nam Năm 1975, Medwin đưa cơng thức tính gần giá trị vận tốc âm “Fundamentals of Acoustical Oceanography” [23] công thức áp dụng cho độ sâu đến 1000m Với điều kiện Việt Nam phần lớn độ sâu nhỏ 1000 m nên việc sử dụng công thức Medwin công tác kiểm nghiệm thiết bị xác định vận tốc âm hợp lý Công thức Medwin áp dụng tài liệu [10] Năm 1977, Chen Millero đưa cơng thức tính giá trị vận tốc âm báo “Speed of sound in seawater at high pressures” [29] cơng thức trình bày chi tiết tài liệu [29] Công thức Chen Millero thường áp dụng cho vùng biển có độ sâu lớn (áp suất lớn), áp dụng số thiết bị xác định vận tốc âm với độ sâu lớn thường thiết bị vận tốc âm chuyên dùng cho nghiên cứu đại dương giới Năm 1981, Mackenzie đưa cơng thức tính vận tốc âm báo “Nine-term equation for the sound speed in the oceans” [27], công thức sử dụng cho trường hợp nhiệt độ từ đến 30oC, độ mặn từ 25 đến 40 ppt, độ sâu từ đến 8000m dùng chung cho vùng biển có độ sâu biến đổi lớn Cũng năm 1981, A.B.Coppens đưa cách tính giá trị vận tốc âm khác công thức A.B.Coppens sử dụng phạm vi nhiệt độ từ đến 35oC, độ mặn từ đến 45 ppt, độ sâu đến đến 4km, vùng biển có độ sâu trung bình [21] Trong tạp chí hiệp hội âm học Hoa Kỳ (The Journal of the Acoustical Society of America) năm 1929 đến có nhiều đóng góp lĩnh vực nghiên cứu vận tốc âm môi trường nước biển Các tác giả nghiên cứu nhiều khía cạnh ảnh hưởng vận tốc âm tới kết khảo sát lượng âm suy giảm điều kiện nước nông, sâu Vận tốc âm thay đổi theo thời gian, theo vị trí địa lý ảnh hưởng tới kết khảo sát thiết bị thủy âm nhiên chi tiết cho vùng biển Việt Nam chưa nghiên cứu Tiếp theo tài liệu sách ứng dụng âm học nước (Applied Underwater Acoustics) xuất năm 2017 tác giả Thomas H Neighbors III David Bradley [34] giới thiệu q trình phát triển cơng nghệ thủy âm, ảnh hưởng vận tốc âm tác giả đề cập tới từ năm 1946, nói tới thay đổi vận tốc âm theo mùa, theo độ sâu Trong tài liệu viết ứng dụng công nghệ âm học môi trường nước định vị thủy âm, kết nối môi trường nước, ảnh hưởng độ ồn tới kết khảo sát, ứng dụng việc xác định đàn cá chưa nghiên cứu cho khu vực Việt Nam Các nghiên cứu nước vận tốc âm chi tiết đầy đủ mặt, ứng dụng công nghệ thủy âm Ảnh hưởng vận tốc âm tới kết khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm đánh giá cho kết với vùng riêng biệt Nhưng biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ chưa có tài liệu nghiên cứu, có nghiên cứu vùng Biển Đơng khu vực nước có độ sâu lớn hay nghiên cứu tổng quan vùng biển Việt Nam 1.2 Các cơng trình nghiên cứu Việt Nam vận tốc âm biến đổi vận tốc âm môi trường nước biển Vấn đề nghiên cứu biển Việt Nam bắt đầu thực từ lâu, theo viết nghiên cứu biển [36], từ năm 1920 có tàu nghiên cứu Pháp bắt đầu nghiên cứu vùng biển Việt Nam Tiếp theo đó, Việt Nam phối hợp với nước Việt Nam - Trung Quốc (1959 - 1962), Việt Nam - Liên Xô (1960 - 1961) rút nhiều kết luận có giá trị trữ lượng cá biển khơi vấn đề địa chất - địa vật lý thềm lục địa, v.v Giai đoạn vấn đề nghiên cứu nhằm mục đích phát triển ngư nghiệp, chủ yếu nghiên cứu trữ lượng cá phần vật lý biển, địa chất biển Đến năm đầu thập kỷ 90, Việt Nam bắt đầu nghiên cứu triển khai công nghệ khảo sát đo đạc địa hình đáy biển Từ năm 1988 đến năm 1995 Bộ Tư lệnh Hải quân thành lập đồ độ sâu với tỷ lệ nhỏ tỷ lệ 1:1.000.000, 1:500.000, 1:200.000, 1:100.000 khu vực ven biển Từ năm 1999 đến nay, Bộ Tài nguyên Môi trường triển khai đo đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 1:10.000 phục vụ quản lý nhà nước Để đảm bảo cho công tác đo đạc, Cục Đo đạc, Bản đồ Việt Nam Cục Đo đạc, Bản đồ Thông tin địa lý Việt Nam đưa quy định, quy phạm phục vụ cho công tác đo đạc khảo sát đồ địa hình đáy biển Ngồi văn quản lý nhà nước, có tài liệu khác nghiên cứu vật lý biển như: Cuốn tài liệu Vật lý biển tác giả NGUT GS TS Đinh Văn Ưu - PGS TS Nguyễn Minh Huấn [3] đưa khái niệm nhiệt động học mơi trường nước biển, phương trình thủy nhiệt động học, vấn đề âm học môi trường nước biển Đây tài liệu nghiên cứu phục vụ giảng dạy đưa công thức vấn đề vật lý biển Chưa đề cập tới biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ Cuốn tài liệu Cơ sở âm học đại dương PGS TS Phạm Văn Huấn biên dịch xuất NXB Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2003 [4] Trong tài liệu vấn đề sóng âm, trường âm mơi trường nước biển đề cập chi tiết Các lý thuyết cơng thức cơng bố chi tiết giải thích đầy đủ để người đọc tham khảo áp dụng Đây tài liệu giáo khoa trường âm môi trường nước biển yếu tố ảnh hưởng mơi trường nước biển tới sóng âm lan truyền Làm tài liệu tham khảo luận án, tài liệu nêu công thức nghiên cứu sinh sử dụng đưa vào luận án Năm 2006, Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển SEAMAP (Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam) có đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Ứng dụng máy đo vận tốc âm công tác đo vẽ đồ địa hình đáy biển” tác giả Dương Quốc Lương [5] Đề tài đánh giá vai trò quan trọng vận tốc âm cơng tác khảo sát địa hình đáy biển đề xuất sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm áp dụng quy trình kỹ thuật đo địa hình đáy biển tỷ lệ Các số liệu vận tốc âm thực tế sử dụng thực lấy mẫu thực Trung tâm Trắc địa Bản đồ biển 8 Năm 2011, Viện khoa học công nghệ Việt Nam xuất sách chuyên khảo biển đảo Việt Nam với tiêu đề “Âm học biển trường sóng âm khu vực Biển Đông Việt Nam” tác giả Phạm Văn Thục [6] Trong tác giả viết chi tiết trường sóng âm, sóng âm mơi trường nước biển khu vực Biển Đông Đã đề cập tới số thiết bị sử dụng cơng nghệ sóng âm thực công tác khảo sát phục vụ nghiên cứu Tài liệu mang tính chất chuyên khảo đưa phạm vi nghiên cứu tổng quát khu vực Biển Đơng, có ý nghĩa nghiên cứu tham khảo lớn đề tài nghiên cứu sinh 1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy âm Việt Nam Thiết bị thủy âm Việt Nam nhiều sở đào tạo, sở sản xuất nghiên cứu ứng dụng Trong đó, sử dụng nhiều công nghệ đo sâu hồi âm đơn tia, thường dùng công tác khảo sát luồng lạch cửa sông, cửa biển Về luận văn nghiên cứu thiết bị thủy âm trường Đại học Mỏ - Địa chất có đề tài nghiên cứu thiết bị thủy âm như: Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng việc xác định vận tốc âm đến kết đo sâu quy trình đo vẽ thành lập đồ địa hình đáy biển Việt Nam, Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội bảo vệ năm 2011 ThS Vũ Hồng Tập thực [12] Luận văn tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc âm tới kết đo sâu hồi âm đơn tia việc thành lập đổ địa hình đáy biển chưa nghiên cứu cho thiết bị khác chưa nêu đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ dị thủy âm quét sườn công tác thành lập đồ địa hình đáy biển Việt Nam” ThS Phạm Vũ Vinh Quang thực năm 2013 [7] Trong tác giả tập trung nghiên cứu ứng dụng thiết bị dị thủy âm qt sườn bổ sung cho cơng tác đo vẽ địa hình đáy biển Việt Nam Bên cạnh đề cập tới tham số vận tốc âm cơng tác khai thác thiết bị dị thủy âm quét sườn, không vào chi tiết nghiên cứu vận tốc âm Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển có nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy âm thiết bị đo sâu đơn tia, đa tia, thủy âm quét sườn, thiết bị đo từ, nổ địa chấn Với đề tài nghiên cứu cấp sở “Nghiên cứu phương pháp xác định hiệu chỉnh độ nghiêng đầu biến âm máy đo sâu hồi âm đơn tia đo đạc độ sâu đáy biển” năm 2013 Th.S Tăng Quốc Cương chủ trì nghiệm thụ [1] Được ứng dụng cho lắp đặt thiết bị thủy âm, không liên quan nhiều tới luận án 1.2.2 Các nghiên cứu vận tốc âm Việt Nam cơng bố tạp chí chun ngành Ngồi cơng trình nghiên cứu dạng đề tài hay sách tham khảo kết nghiên cứu vận tốc âm đăng tải tạp chí chuyên ngành hay báo cáo khoa học chuyên ngành tuyển tập báo cáo Hội nghị Quốc gia Biển Đông năm 2007 [13] Trong tài liệu [13] tác giả đánh giá cấu trúc đặc điểm phân bố vận tốc âm khu vực Biển Đơng Việt Nam phân tích vận tốc âm theo mùa, thời điểm khí hậu đặc trưng, độ sâu đặc trưng cho khu vực Biển Đông chưa chi tiết cho khu vực Vịnh Bắc Bộ 9 1.2.3 Các nghiên cứu biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ Nghiên cứu riêng vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ chưa có nghiên cứu chi tiết, cụ thể Về yếu tố địa vật lý biển nhiệt độ độ mặn độ sâu nghiên cứu phục vụ mục đích khác có nghiên cứu tác giả Mai Thanh Tân với sách chuyên khảo Biển Đông tập I: Khái quát Biển Đông Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam xuất Nghiên cứu biến đổi vận tốc âm phục vụ công tác khảo sát thủy âm khu vực Vịnh Bắc Bộ chưa nghiên cứu cụ thể 10 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM, PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN 2.1 Khái quát thủy âm học Sóng âm mơi trường nước tượng vật lý phức tạp, đặc biệt môi trường nước biển Do môi trường nước biển không đồng có biến đổi lớn vị trí khác nhau, độ sâu khác nhau, thời điểm khác nên việc xác định vận tốc âm xác sử dụng cho thiết bị thủy âm khó khăn Với tần số âm khác mang dạng lượng khác truyền tới độ sâu khác Tùy thuộc khu vực, mục đích cần nghiên cứu, khảo sát người ta sử dụng tần số âm khác cho phù hợp yêu cầu Dưới số đặc tính sóng âm môi trường nước biển 2.1.1 Nguồn âm, lượng âm đơn vị đo 2.1.2 Tần số âm độ rộng băng tần 2.1.3 Lan truyền sóng âm hiệu ứng vật lý sóng âm 2.1.4 Hấp thụ, tán xạ suy yếu sóng âm 2.2 Vận tốc sóng âm yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm mơi trường nước biển 2.2.1 Vận tốc sóng âm mơi trường nước biển Vận tốc lan truyền sóng âm đặc trưng quan trọng môi trường biển hàm số nhiệt độ (T), độ muối (S) áp suất thủy tĩnh (P) Biểu diễn mối quan hệ vận tốc với đại lượng lý thuyết phức tạp Cho đến tồn số công thức thực nghiệm thể mối liên hệ Tùy theo vùng biển có cơng thức xác định vận tốc âm công thức Willson, VA Del Grosso, Chen Millero, Mackenzie, Medwin A.B Coppens Các công thức biểu diễn tổng nhiều đại lượng, đại lượng phụ thuộc riêng rẽ với T, S, P, vận tốc âm đồng thời phụ thuộc vào yếu tố Các công thức thực nghiệm miêu tả chi tiết mục 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm mơi trường nước biển 2.2.3 Các công thức thực nghiệm xác định vận tốc sóng âm mơi trường nước biển Năm 1960, Wayne D Wilson công bố báo “Vận tốc âm môi trường nước biển hàm nhiệt độ, áp suất độ mặn” (Speed of sound in Sea Water as a Function of Temperature, Pressuare, and Salinity) đưa cơng thức thực nghiệm tính vận tốc âm Năm 1975, Medwin đưa công thức tính gần giá trị vận tốc âm tài liệu [23] công thức áp dụng cho độ sâu đến 1000m Năm 1977, Chen Millero đưa cơng thức tính giá trị vận tốc âm tài liệu [29] thường gọi thuật toán UNESCO Năm 1981, Mackenzie đưa cơng thức tính vận tốc âm tài liệu [27] Cũng năm 1981, A.B.Coppens đưa cách tính giá trị vận tốc âm khác 2.3 Các phương pháp xác định vận tốc âm môi trường nước biển 11 2.3.1 Sử dụng trị đo trung gian áp dụng công thức thực nghiệm xác định vận tốc âm, sai số xác định vận tốc âm môi trường nước biển 2.3.2 Máy đo vận tốc âm SVM (Sound Velocity Meter) 2.3.3 Xác đinh vận tốc âm bar check 2.4 Quy luật biến đổi vận tốc âm môi trường nước biển Vận tốc âm tài liệu [19] công nhận áp dụng trường hợp kiểm nghiệm vận tốc âm với công thức sau: v 1449.2 4.6T – 0.055T 0.00029T 1.34 0.010T S 35 0.016 D (2.1) Công thức áp dụng với ≤ T ≤350C; ≤ S ≤ 45 ppt; ≤ D ≤ 1000 m Các giá trị T, S, D phải xác định cách xác Từ công thức 2.27, vận tốc âm ảnh hưởng giá trị nhiệt độ, độ mặn độ sâu 2.4.1 Sự biến đổi vận tốc âm theo độ mặn 2.4.2 Sự biến đổi vận tốc âm theo nhiệt độ 2.4.3 Sự biến đổi vận tốc âm theo độ sâu 12 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC ÂM ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐO THỦY ÂM, QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM TẠI VỊNH BẮC BỘ 3.1 Ảnh hưởng vận tốc âm tới thiết bị thủy âm 3.1.1 Đo sâu đơn tia 3.1.2 Đo sâu đa tia thủy âm quét sườn (side scan sonar) 3.1.3 Định vị thủy âm 3.2 Quy trình lấy mẫu vận tốc âm khảo sát thiết bị thủy âm Để xác định sai số ảnh hưởng vận tốc âm xét quy trình khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm sau: 3.2.1 Quy trình đo sâu đơn tia 3.2.2 Quy trình đo sâu đa tia 3.2.3 Quy trình đo thủy âm quét sườn (Side Scan Sonar - SSS) 3.2.4 Quy trình định vị thủy âm 3.3 Các yêu cầu độ xác khảo sát thủy âm Trong công tác đo đạc, khảo sát độ sâu đáy biển vùng nước nông ven bờ phục vụ đảm bảo an toàn hàng hải, xây dựng cơng trình biển nạo vét luồng lạch, cảng biển giới có tiêu chuẩn kỹ thuật địi hỏi độ xác cao đưa Sau số điểm tiêu chuẩn quốc tế 3.3.1 Tiêu chuẩn độ xác Tổ chức Thủy đạc Quốc tế (IHO) cho công tác khảo sát đáy biển 3.3.2 Tiêu chuẩn độ xác đo sâu số quan thủy đạc quốc gia (Canada, New Zealand, Australia) 3.3.3 Các quy định kỹ thuật liên quan tới sử dụng máy đo sâu hồi âm Việt Nam 3.4 Quy luật biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ Để phân tích quy luật biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ, chia trường hợp sau để đánh giá thay đổi giá trị vận tốc âm 3.4.1 Khái quát chung đặc điểm địa lý, tự nhiên biển khu vực Vịnh Bắc Bộ 3.4.2 Số liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ 3.4.3 Quy luật biển đổi vận tốc âm theo vị trí 3.4.4 Quy luật biến đổi vận tốc âm theo phương cột nước (Water colum) theo thời gian 13 CHƯƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VẬN TỐC ÂM VÀ HỒN THIỆN QUY TRÌNH LẤY MẪU VẬN TỐC ÂM KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ CHO CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM VÀ THỰC NGHIỆM CSDL 4.1 Cơ sở liệu vận tốc âm, đánh giá chất lượng số liệu Dữ liệu thực nghiệm vận tốc âm luận án thu thập Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển từ nhiều năm thi công ngoại nghiệp với sở liệu chuyên ngành Bộ liệu quan trắc sử dụng lấy 12 tháng, quan trắc với chu kỳ tháng lần Bao gồm giá trị vận tốc âm nhiệt độ, độ mặn, độ sâu Vị trí điểm quan trắc miêu tả hình 4.1 Nền đồ cung cấp đồ Google [39] Các liệu độ mặn, nhiệt độ, độ sâu sử dụng nguồn sở liệu cung cấp trang [8] trang cung cấp thông tin liệu biển giới World Ocean Database (WOD) sở liệu hải dương học vùng Viễn Đông Nga Phương pháp đánh giá độ xác xác định vận tốc âm dựa sở liệu quốc tế lấy số liệu quan trắc sử dụng Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển kết hợp với số liệu Quân chủng Hải Quân Việt Nam so sánh liệu WOD trạm quan trắc trùng thời gian 12 tháng 4.2 Xây dựng sở liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ Tại chương 2, luận án phân tích cơng thức thực nghiệm để xác định vận tốc âm dựa yếu tố nhiệt độ, độ mặn, độ sâu Công thức thực nghiệm để xây dựng sở liệu vận tốc âm công bố lựa chọn cho khu vực Việt Nam quy định tài liệu [19] 4.2.1 Xây dựng sở liệu vận tốc âm Dữ liệu tính tốn dựa sở liệu cơng bố theo sở liệu hải dương học (WOD) GDEMV 3.0 NOAA, sở liệu hải dương học vùng Viễn Đông Nga Luận án xây dựng chương trình khai thác Cơ sở liệu vận tốc âm, chương trình lập trình theo ngơn ngữ Visual Basic, giao diện tiếng Việt dễ sử dụng khai thác Giao diện chương trình khai thác liệu vận tốc âm hình 14 Hình Chương trình khai thác liệu vận tốc âm Các khn dạng liệu chương trình quy định sau: STT Tab B Tab L Tab D Tab V Trong đo STT số thứ tự điểm cần xác định vận tốc âm; B, L vị trí cần khai thác liệu vận tốc âm; D, V giá trị vận tốc âm theo độ sâu vị trí cần khai thác liệu vận tốc âm Cơ sở liệu vận tốc âm xây dựng nguyên tắc sau: Bước 1: Xác định thành phần liệu Bước 2: Xác định bảng cột cho sở liệu Bước 3: Xác định khóa chính, khóa ngoại mối quan hệ thực thể Bước 4: Chuẩn hóa sở liệu Bước giúp xem lại sở liệu vừa thiết kế có đáp ứng qui định sở liệu quan hệ hay không Sẽ chuẩn hóa nguồn liệu dạng sở liệu vận tốc âm theo khuôn dạng thống Chất lượng liệu so sánh đánh giá theo số liệu thực tế số liệu có nhiều giá trị nhiều thời điểm khác Sau xây dựng sở liệu lựa chọn phương thức xây dựng điểm mắt lưới sở liệu với mắt lưới có kích thước 0,25ox0,25o lựa chọn theo công thức sau: Tiến hành so sánh tọa độ điểm cần nội suy vận tốc âm với điểm có để lựa chọn điểm Sau chọn điểm mắt lưới, tiến hành nội suy vận tốc âm theo phương pháp nội suy tuyến tính theo hàm sau: VTAi = a0 + a1Bi + a2Li (4 1) Với điểm có, lập hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng ma trận sau: V = AX + L (4 2) Với 15 v1 2 v V = 3 v 4 v 1 1 A= 1 1 B1 B2 B3 B4 L1 L2 L3 L4 a X = a1 a VTA1 VTA 2 L= VTA VTA Trọng số pi điểm có vận tốc âm tham gia xác định tham số lựa chọn tính theo nghịch đảo khoảng cách từ điểm mắt lưới tới điểm cần xác định vận tốc âm Trích xuất giá trị vận tốc âm sở liệu sử dụng chương trình khai thác trên, giá trị vận tốc âm trích xuất theo cho điểm đơn theo tệp số liệu nhiều điểm hình dưới: Hình Giao diện cài đặt thơng số trích xuất giá trị vận tốc âm - Trong trường hợp cần trích xuất nhiều giá trị vận tốc âm lúc người sử dụng đánh dấu vào mục nhập tệp tọa độ, chương trình tính tốn dựa tệp tọa độ nhập vào - Trong trường hợp cần trích xuất giá trị vận tốc âm vị trí nhập giá trị tọa độ cần trích xuất thời gian cần trích xuất, chương trình tính tốn dựa tọa độ thời gian cần trích xuất vận tốc âm 4.2.2 So sánh vận tốc âm sở liệu vận tốc âm thực tế Để đánh giá độ xác CSLD vận tốc âm, Luận án sử dụng số liệu vận tốc âm thực tế thi công năm Trung tâm Trắc địa Bản đồ Biển có điều kiện đo trùng lặp số vị trí có giá trị vận tốc âm thực tế trích xuất sở liệu Dữ liệu đối chiếu giá trị vận tốc âm thực tế sở liệu bảng Bảng 4.1 Chênh lệch vận tốc âm thực vận tốc âm sở liệu Vận tốc âm Vận tốc âm Độ chênh Kinh Thời gian trung bình trung bình Vĩ độ sở STT o o độ ( ) quan trắc sở đo () liệu đo liệu (m/s) (m/s) (m/s) 20.75 107.5 Tháng 1540.2 1542.4 -2.2 21 108 Tháng 1523.5 1522.2 1.3 16 18 21 18 108 107 Tháng Tháng 1528 1524.3 1527.1 1527.3 0.9 -3 Bảng 4.2 Chênh lệch độ sâu sử dụng vận tốc âm thực tế sở liệu STT Vĩ độ (o) Kinh độ (o) 18 20.75 21 21 18 107.5 108 108 107 Độ Vận tốc sâu âm theo Thời gian trung vận quan trắc bình tốc CSDL âm (m/s) CSDL (m) Tháng 1540.2 13.61 Tháng 1523.5 22.93 Tháng 1528 27.24 Tháng 1524.3 17.37 Vận tốc âm trung bình đo thực tế (m/s) 1542.4 1522.2 1527.1 1527.3 Độ Độ chênh Độ sâu độ sâu chênh theo CSDL CSDL vận đo thực đo tốc tế thực âm (m) tế đo (m/s) (m) 13.63 -2.2 -0.02 22.91 1.3 0.02 27.23 0.9 0.02 17.40 -3 -0.03 So sánh đánh giá độ tin cậy số liệu vận tốc âm CSLD số liệu vận tốc âm thực tế tỷ lệ đồ 1:10.000 Độ H DS H DS chênh H KT Độ H KT (m) chênh X DS Y DS (m) (m) CSDL X KT Y KT (m) (thực CSDL (m) (m) (CSDL) (thực tế) thực (m) (m) (CSDL) tế) thực (1529.2) (1531.8) tế đo (1529.2) (1531 tế KT 8) (m) STT DH sâu (m) 2351573 505028 -17.84 -17.88 -0.03 2351573 505028 -17.69 -17.72 0.03 -0.16 2351573 505043 -17.85 -17.88 -0.03 2351573 505043 -17.71 -17.74 0.03 -0.14 2351573 505058 -17.81 -17.84 -0.03 2351573 505058 -17.69 -17.72 0.03 -0.13 2357963 510878 -17.53 -17.56 -0.03 2357963 510878 -17.32 -17.35 0.03 -0.21 17391 Đánh giá độ xác vận tốc âm quy đổi theo sở liệu theo thực tế dựa công thức mH= Trong CSLD-TT chênh độ sâu đo vận tốc âm CSDL vận tốc âm thực tế đo n số điểm đo đánh giá Lúc mH= 0.03 m; độ chênh giới hạn sai số đo sâu 0.3m độ 17 sâu nhỏ 30m 1% độ sâu độ sâu lớn 30m Như vây độ chênh lệch sử dụng vận tốc âm CSLD vận tốc âm thực tế đảm bảo độ xác tỷ lệ đồ địa hình 1/10.000 Phía đánh giá độ xác sử dụng vận tốc âm CSDL BÁO CÁO KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐO SÂU Tổng số điểm file Đo sâu: 213938 Tổng số điểm file Kiểm tra: 17442 Tổng số điểm kiểm tra: 17391 Số điểm trùng vị trí có độ dốc địa hình vượt hạn: Số điểm tính: 17391 Kết so sánh điểm trùng với điểm có độ sâu 50 m - Tổng số điểm so sánh: 17391 - Số điểm có độ lệch ΔH 0.0m: 70 Đạt: 0.4 % - Số điểm có độ lệch ΔH từ 0.00m đến 0.45m: 17284 Đạt: 99.38 % - Số điểm có độ lệch ΔH từ 0.45m đến 0.51m: 27 Đạt: 0.16 % - Số điểm có độ lệch ΔH từ 0.51m đến 0.60m: Đạt: 0.03 % - Số điểm có độ lệch ΔH lớn 0.60m: Đạt: 0.02 % Từ kết đánh giá nêu cho thấy, vận tốc âm nội suy sở liệu vận tốc âm trung bình sử dụng đo sâu phục vụ thành lập đồ địa hình đáy biển tỷ lệ trung bình 1:50.000, 1:10.000 sử dụng thiết bị đo sâu công nghệ đơn tia Trong cơng nghệ đơn tia vận tốc âm theo mặt cắt cột nước hiệu chỉnh vào giá trị độ sâu lấy theo vận tốc âm sở liệu vận tốc âm thực tế đảm bảo độ xác kết đo sâu Trong thơng tư quy định độ sâu D từ 100m mD = 1%.D tức với độ sâu 100m sai số độ sâu mD = 1m lớn nhiều so với độ lệch vận tốc âm gây nên sử dụng vận tốc âm sở liệu so với vận tốc âm thực tế đánh giá 4.3 Đánh giá kết đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm 4.3.1 Quy trình lấy mẫu vận tốc âm theo văn pháp quy a Quy trình lấy mẫu vận tốc âm theo văn pháp quy nhà nước - Quy định 180/1998/QĐ-ĐC Tổng cục Trưởng Tổng cục Địa ngày 31-031998 có quy định việc đo vẽ đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 Trong quy định chưa đề cập tới quy trình xác định vận tốc âm công tác đo vẽ Tại thời điểm quy trình xác định vận tốc âm sử dụng theo kinh nghiệm thi công, điều chỉnh cho quy định sau - Theo quy định thông tư, định Bộ chuyên ngành Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng 02 năm 2007 ban hành Quy định kỹ thuật thành lập đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 50 000 [9], - Theo thông tư 22 /2010/TT-BTNMT [18] Quy định kỹ thuật khảo sát điều tra tổng hợp tài nguyên môi trường biển tàu biển - Theo thông tư 24/2010/TT-BTNMT ngày 27 tháng 10 năm 2010 Quy định đo đạc, thành lập đồ địa hình đáy biển máy đo sâu hồi âm đa tia, b Quy định quy trình lấy mẫu vận tốc âm thiết kế kỹ thuật 18 Trong thiết kế kỹ thuật đo vẽ đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:50.000 c Đánh giá ưu nhược điểm quy trình lấy mẫu vận tốc âm văn pháp quy - Ưu điểm: Các quy trình lấy mẫu vận tốc âm sử dụng chung cho quan nhà nước, đơn vị thi công nêu rõ cần thiết phải xác định vận tốc âm dự án khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm Phải sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm đảm bảo yêu cầu độ xác theo quy định cho trường hợp khảo sát thủy âm Vị trí lấy mẫu vận tốc âm quy định rõ điều kiện cụ thể - Nhược điểm: Các quy trình lấy mẫu vận tốc âm hiên yêu cầu lấy mẫu vận tốc âm lần vị trí xác định vận tốc âm dự án khảo sát, khảo sát thủy âm cần có thời gian dài khoảng cách khảo sát khu vực lớn Như khảo sát tỷ lệ 1:50.000 khoảng cách điểm lấy mẫu vận tốc âm 25 km điểm, khảo sát tỷ lệ 1:10.000 khoảng 7km điểm Các quy trình chưa vào biến đổi vận tốc âm để quy định việc lấy mẫu vận tốc âm Hiện quy định lấy mẫu vận tốc âm dựa độ sâu lớn khu vực khảo sát vị trí trung tâm dự án cần khảo sát thủy âm 4.3.2 Đề xuất hồn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm (1) Đối với cơng trình khảo sát thủy âm u cầu độ xác đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 tương đương theo kết đánh giá mục 4.2 luận án sử dụng vận tốc âm trích xuất CSDL Phạm vi ứng dụng sử dụng cơng trình khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm khu vực Vịnh Bắc Bộ, đảm bảo hiệu kinh tế độ xác yêu cầu Các khu vực khác Vịnh Bắc Bộ cần thực bổ sung CSDL vận tốc âm, sau có đủ CSDL vận tốc âm khu vực, sử dụng giá trị vận tốc âm trích xuất CSDL để khảo sát cơng trình có độ xác đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 (2) Đối với cơng trình khảo sát với tỷ lệ đồ địa hình đáy biển lớn 1:10.000, yêu cầu quy trình thực lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp thời điểm khảo sát Việc lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp nhiều thời gian, kinh phí khu vực khảo sát xa bờ có độ sâu lớn Cơng tác thả thiết bị lấy mẫu vận tốc âm thu hồi thiết bị yêu cầu cẩn thận thực khơng liền mạch xảy trường hợp không thu đủ liệu vận tốc âm theo lớp nước Tại khu vực có độ sâu lớn việc lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp khó khăn, lúc cơng tác thả thiết bị lấy mẫu vận tốc âm khó để đảm bảo thả theo phương thẳng đứng ảnh hưởng dòng chảy sóng biển Giá trị vận tốc âm thu khơng đảm bảo độ tin cậy tỷ lệ lớn nhiều thời gian để xác định giá trị lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp Tùy theo khu vực cần lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp lưu ý số vấn đề đây: 19 a Lấy mẫu vận tốc âm phục vụ cho khảo sát trước thi công, khảo sát phục vụ lên phương án kỹ thuật để thi cơng, lúc độ xác độ sâu khơng yêu cầu cao cần lấy mẫu vận tốc âm lần khu vực khảo sát b Khu vực thi công theo văn pháp quy nhà nước cần bổ sung thêm quy định lấy mẫu vận tốc âm theo thời gian, theo phạm vi dự án khảo sát thủy âm Và cần quy định lấy mẫu vận tốc âm có thay đổi đột biến nhiệt độ, độ mặn, độ sâu ghi vào sổ lấy mẫu vận tốc âm c Các cơng trình u cầu độ xác cao phân tích biến đổi vận tốc âm khảo sát cần bổ sung thêm quy trình lấy mẫu vận tốc âm phải thực hàng ngày, theo chu kỳ quy định chi tiết thiết kế kỹ thuật d Các cơng trình sử dụng thiết bị đa chùm tia, vận tốc âm biến đổi phức tạp theo lớp nước nên quy trình lấy mẫu vận tốc âm công tác khảo sát đa chùm tia cần lấy mẫu theo quy định chi tiết thiết kế kỹ thuật sau khảo sát trước thi cơng vị trí có biến đổi lớn độ sâu, nhiệt độ, vùng ven bờ, vùng khơi 20 KẾT LUẬN Sau nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm Vịnh Bắc Bộ, chúng tơi có số kết luận sau: - Vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ biến đổi phức tạp đa dạng, Vịnh Bắc Bộ nằm khu vực có thay đổi đáng điều kiện khí hậu địa hình đáy biển Đặc biệt dòng hải lưu làm thay đổi quy luật biến đổi nhiệt độ nước biển khác với nhiệt độ khơng khí trung bình hàng tháng Trong năm, vào tháng dương lịch (đã sang mùa xuân), nhiệt độ nước biển khu vực bắc Vịnh Bắc Bộ có giá trị thấp năm vào cuối tháng đầu tháng nhiệt độ nước biển cao Giá trị vận tốc âm nhỏ vào tháng (Vmin=1513.6 m/s) vân tốc âm lớn vào tháng tháng (Vmax=1540.8 m/s), biển đổi vận tốc âm năm khu vực bắc Vịnh Bắc Bộ lên tới giá trị 27.2 m/s - Độ xác kết đo sâu máy đo sâu hồi âm đơn tia phụ thuộc vào sai số xác định vận tốc âm độ sâu điểm đo Vịnh Bắc Bộ vùng biển có độ sâu nhỏ (D < 100 m) ảnh hưởng sai số vận tốc âm sử dụng CSDL tới kết đo sâu không lớn - Các yêu cầu lấy mẫu vận tốc âm trực văn quy phạm pháp luật hành chưa đầy đủ, quy định Thiết kế kỹ thuật dự tốn cơng tác lấy mẫu vận tốc âm khảo sát đồ đáy biển tỷ lệ 1:10.000 nhỏ khu vực Vịnh Bắc Bộ để đảm bảo độ xác đo sâu có mật độ điểm dầy so với u cầu độ xác, chưa tối ưu cơng tác kinh tế kỹ thuật Đối với tỷ lệ lớn 1:10.000 quy định lấy mẫu chưa quy định chi tiết - CSDL vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ thành lập dựa CSDL hải dương toàn cầu liệu hải dương Viễn Đơng Cộng hịa Liên bang Nga kết hợp với số liệu đo Trung tâm Trăc địa Bản đồ biển hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đo vẽ đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 nhỏ Trong đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ lớn 1:10.000 cần có Thiết kế kỹ thuật lấy mẫu trực tiếp vận tốc âm để đảm bảo độ xác kết đo sâu - Các nghiên cứu áp dụng cho đo vẽ đồ địa hình đáy biển sử dụng máy đo sâu hồi âm đơn tia, sử dụng máy đo sâu hồi âm đa tia cần có nghiên cứu chi tiết đặc trưng kỹ thuật thiết bị để đưa quy trình lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp phù hợp với yêu cầu kỹ thuật 21 KIẾN NGHỊ Sau hoàn thành nội dung nghiên cứu luận án, chúng tơi có số kiến nghị sau: - Việc hiệu chỉnh cập nhật sở liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ nên bổ sung liệu thường xuyên để nâng cao độ tin cậy CSDL Sử dụng CSDL công tác khảo sát khu vực Vịnh Bắc Bộ từ tỷ lệ 1:10.000 trở xuống chủ động so với việc sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm - Cập nhật CSDL vận tốc âm sau thu thập nhiều liệu đo vận tốc âm trực tiếp khu vực Vịnh Bắc Bộ, số liệu tính tốn kiểm tra xử lý thống kê theo phương pháp Collocation Kriging để hoàn thiện CSDL vận tốc âm - Đối với tỷ lệ đồ lớn 1:10.000 không áp dụng vận tốc âm trích xuất CSDL khu vực Vịnh Bắc Bộ, CSDL vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ mang tính chất tham khảo cần phải có điều kiện khảo sát chi tiết cho tỷ lệ lớn điều kiện phù hợp - Theo nguyên tắc, phương pháp luận nêu luận án, tiến hành nghiên cứu tương tự cho vùng biển khác để xây dựng CSDL hồn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm vùng biển Việt Nam CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Gia Trọng, Nguyễn Văn Cương (2013), “Một số phương pháp nội suy trị đo GNSS ứng dụng”, Tạp chí Khoa học Đo đạc Bản đồ (17), 35 - 41 Nguyễn Văn Cương, Lê Thị Thanh Tâm (2014), “Ảnh hưởng việc xác định vận tốc âm đến số liệu đo sâu sử dụng mặt cắt vận tốc âm vị trí đo sử dụng mặt cắt vận tốc âm trung bình khu vực” - Hội nghị khoa học trường lần thứ 21 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Văn Cương (2016), “Nghiên cứu tích hợp cơng nghệ GNSS, thủy âm giải pháp nâng cao độ xác phục vụ điều tra tài nguyên môi trường biển”, Bộ Tài nguyên Môi trường, Hà Nội Đặng Nam Chinh, Nguyễn Gia Trọng, Nguyễn Văn Cương (2017),“Tính tốn để quy chuyển véc tơ cạnh từ tâm pha anten máy thu tâm mốc trắc địa”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất (số 58 - kỳ 2), 115 - 120 Nguyen Gia Trong, Pham Ngoc Quang, Nguyen Van Cuong, Nhu Van Thanh (2017), “Processing GNSS baseline using triple difference”, Geo-Spartial techlonogies and Earth resources (GTER-2017), page 295 - 300 (ISBN: 978-604-913-618-4) Nguyễn Văn Cương, Nguyễn Gia Trọng, “Ảnh hưởng nhiệt độ, độ mặn tới thay đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ”, năm 2018 ,Tạp chí Khoa học Đo đạc Bản đồ số 35 Nguyễn Văn Cương (2018), “Nghiên cứu, đề xuất quy trình đánh giá độ xác kết đo sâu xây dựng modul thực quy trình đánh giá”, Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam, Hà Nội ... tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ theo thời gian, theo độ sâu Phân tích đánh giá thay đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ nhằm xác định quy luật biến đổi vận tốc âm khu vực đưa quy trình xác định vận tốc. .. cho khu vực Biển Đông chưa chi tiết cho khu vực Vịnh Bắc Bộ 9 1.2.3 Các nghiên cứu biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ Nghiên cứu riêng vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ chưa có nghiên cứu. .. thủy âm môi trường nước biển Chương Nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm, phương pháp xác định vận tốc âm môi trường nước biển Chương Ảnh hưởng vận tốc âm đến độ xác thiết bị đo thủy âm, quy luật