Từ nghiên cứu về lan truyền nước dâng vào sông cho thấy phân bố độ cao mực nước dâng tại các trạm phản ánh quy luật chung của quá trình truyền sóng (sóng dài) vào vùng nước nông như sau: Khi truyền vào vùng nước nông, sóng truyền với vận tốc C = gh. Bước sóng được tính theo công thức λ = CT; chu kỳ T của sóng được bảo tồn trong suốt thời gian truyền sóng. Trong khi đó, do độ sâu giảm (h giảm) làm cho vận tốc truyền sóng giảm, kéo theo bước sóng (λ) giảm. Để bảo toàn khối nước, khi bước sóng λ giảm thì biên độ tăng lên. Mặt khác, khi truyền vào vùng nước nông, ma sát đáy tăng mạnh, nhất là trong sông, sông càng nông, lòng sông càng uốn lượn ngoằn ngoèo, ma sát càng lớn . Điều này làm suy giảm năng lượng sóng, nói cách khác - độ cao sóng giảm. Do sự tranh chấp của hai hiệu ứng trên, trên một đoạn sông, khi sóng truyền vào, độ cao sóng sẽ tăng lên (do hiệu ứng thứ nhất) đến một điểm nào đó, sóng sẽ có độ cao lớn nhất (hai hiệu ứng cân bằng nhau), độ cao sóng giảm dần cho đến khi sóng tắt hẳn (do hiệu ứng thứ hai)
Có nhiều phương pháp tính toán nước dâng như: Phương pháp thống kê số liệu thực đo, phương pháp tính toán theo công thức kinh nghiệm; phương pháp đồ giải, phương pháp mô hình toán, suy diễn quá trình nước dâng.
Phương pháp kinh nghiệm dựa vào việc xác lập quan hệ kinh nghiệm từ số liệu lịch sử giữa các yếu tố khí tượng, mực nước triều trong bão ở địa điểm nghiên cứu. Theo phương pháp kinh nghiệm, cực trị và quá trình nước dâng được dự báo như sau:
Dự báo cực trị:
Phương trình đơn giản nhất để tính cực trị nước dâng là θ ξ 2 cos max max =a+bW (4.1) Trong đó
- ξmax - Mực nước dâng cao nhất trong gió bão - Wmax – Vận tốc gió cực đại
- θ - Góc giữa hướng gió cực trị và hướng gió chính. Hướng gió chính là hướng gió có lợi nhất cho nước dâng ở khu vực nghiên cứu tốt nhất là xác định bằng phương pháp thống kê.
- a, b – Hệ số hồi quy, xác định theo số liệu thực đo.
Do trong bão, vùng áp thấp tương đối lớn, nên trong công thức dự báo nước dâng thường thêm số hạng khí áp. Ví dụở Nhật Bản sử dụng công thức:
θ ξ 2 cos max max =aΔP+bW (4.2) tb a gh L K K b ρ ρ 1 = Trong đó: P Δ - Hiệu số áp suất khí quyển tại chỗ và khí áp bình quân tháng
ρ, ρa – Khối lượng riêng của nước biển và không khí K – Hệ sốứng suất gió
K1 – Hệ số kinh nghiệm L – Chiều dài sóng
Ở Việt Nam có thể dùng các công thức sau để tính toán nước dâng;
- Công thức quy phạm 0.1.078 α ξ 2.10 cos 2 6 tb x gh F W − = (4.3) - Công thức Hà Lan: α ξ cos 4850 2F Wx = (4.4)
Công thức Nguyễn Xuân Trường:
α ξ cos 6300 2F Wx = (4.5) Trong đó:
Wx – Tốc độ gió F - Đà gió
α - Góc giữa hướng gió với đường bờ
htb- Độ sâu trung bình vùng ven bờ khu vực tính toán
Dự báo quá trình
Dự báo cực trị nước dâng tuy có đơn giản, nhưng trong thực tế người ta thường quan tâm đến mực nước cực trị tổng hợp trong khi xảy ra nước dâng. Ngoài ra dự báo cực trị không dự báo được thời gian xuất hiện, Vì vậy, khi cần dự báo toàn bộ quá trình nước dâng, dùng phương pháp hồi quy từng bước tìm ra phương trình kinh nghiệm 0 t t t =a+bΔP− ξ (4.6) Trong đó: t ξ - Mực nước dâng ở thời điểm t 0 t t P− Δ - Hiệu số khí áp giữa hai điểm có khoảng cách thích hợp ở thời điểm t-t0; a, b – Hệ số kinh nghiệm
Để có thểđưa ra được bức tranh chếđộ nước dâng ở vùng biển nước ta, sự phân bố của chúng theo dải bờ biển và những nét đặc trưng khác, cần phải thu thập được lượng số liệu đủ lớn, đủ phản ánh được sự phân bố theo thời gian và không gian. Đặc trưng quan trọng của nước dâng là mực nước dâng, trong đó mực nước lớn nhất và vị trí xảy ra mực nước đó là những yếu tố quan trọng nhất.
Xác định mực nước cao nhất tại các điểm ven bờ sau khi bão đã xảy ra có thể được tiến hành bằng cách đo độ cao của vệt nước còn để lại trên các vật kiên cố như cột điện, tường nhà v.v… Thời gian tiến hành công việc là càng sớm càng tốt ngay sau khi bão tan bởi vì lúc đó các dấu vết để lại còn rõ.
Quy phạm tiến hành công việc đã được nói rõ trong tài liệu hướng dẫn của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO). Từ cao độ của mực nước, trừ đi độ cao thuỷ triều lúc vệt nước để lại trên vật, ta sẽ có độ cao nước dâng tại điểm đó. Độ chính xác của cách đo này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như :
- Khoảng cách từđiểm đo đến mốc cao độ- khoảng cách càng ngắn càng chính xác.
- Độ rõ của các vệt nước để lại, càng rõ càng chính xác.
- Độ chính xác của việc xác định thời điểm vệt nước để lại trên vật, từđó xác định được mực nước triều và cuối cùng - xác định độ cao thuỷ triều. Số liệu này cho ta biết độ cao nước dâng lớn nhất và xác định được đường bao nước dâng.
cơn bão) còn rất nghèo nàn. Do có nhiều khó khăn trong khâu tổ chức, kinh phí… nên cho đến năm 1985 mới tổ chức đi đo nước dâng được. Từ năm 1985 đến năm 1997 cũng chỉ đo được 14 đợt nước dâng của 15 cơn bão (Bảng 4.1 ). Trong số đó có đến 14 cơn thuộc dải bờ biển miền Bắc.
Bảng 4.1 Nước dâng các cơn bão đo được bằng phương pháp đo vệt nước sau bão
Số TT Tên bão Nơi đổ bộ Độ cao nước dâng
1 Andy(1985) Cửa Dĩnh (Quảng Bình) 170 cm 2 Cecil(1985) Mỹ Thuỷ (Thừa Thiên Huế) 255 cm
3 Wayne(1986) Trà lý(Thái Bình) 230cm
4 Betty(1987) Quỳnh Phượng (Nghệ An) 225cm
5 Dot (1989) Đồ Sơn (Hải Phòng ) 224cm
6 Irving (1989) Sầm Sơn (Thanh Hoá) 292cm
7 Dan (1989) Cửa Hội(Nghệ An) 360cm
8 Becky (1990) Cửa Nhượng (Hà Tĩnh) 235cm
9 Zeke (1991) Hải Phòng - Quảng Ninh 160 cm
10 Fred (1991) Hà Tĩnh-Quảng Bình 150 cm
11 Lois (1995) Thanh Hoá- Ninh Bình 140cm
12 Franki (1996) Tiền Hải (Thái Bình) 341cm
13 Niki (1996) Hải Hậu (Nam Hà) 311cm
14 Linda (1997) Cà Mau 100cm
15 Wukong (2000) Xuân Thành (Hà Tĩnh) 155cm
Phương pháp mô hình số trị ở Việt Nam được phát triển mạnh từ thập kỷ 80 trở lại đây. Nguyên nhân của sự phát triển mạnh mẽ này là do các thiết bị tính toán ngày càng được trang bị hiện đại hơn. Thêm vào đó, đội ngũ những người làm mô hình số trị ngày càng được tăng cường về số lượng và chất lượng. Các phương pháp tính làm cơ sở để xấp xỉ hệ phương trình nước nông phổ biến trên thế giới, như phương pháp sai phân hữu hạn (SPHH), phần tử hữu hạn (PTHH)... đều được triển khai, các kỹ thuật tính toán hỗ trợ như ghép lưới, lồng lưới cũng đã được hoàn thiện giúp cho việc giải các bài toán ở những miền phức tạp.
Cho đến nay, những kết quảđạt được và chưa được trong việc nghiên cứu về nước dâng do bão có thể tóm tắt như sau :
Về thống kê - biểu đồ: Đã đưa ra được bức tranh phân bố vềđộ cao nước dâng dọc bờ biển VN. Tần suất bão và nước dâng dọc theo các vĩ độ (bờ biển) Việt Nam, dạng đường bao nước dâng (dạng chung). Đã thu thập và chỉnh lý số liệu mực nước khi có bão của hầu hết các trạm KTTV ven bờ có đo mực nước. Có thể nói, về số liệu đã bao gồm hầu hết những gì liên quan đến hiện tượng nước dâng do bão có thể có ở bờ biển Việt Nam. Đã xây dựng được bộ biểu đồ dùng để dự báo nước dâng do bão cho dải bờ phía Bắc - là dải bờ có nước dâng lớn, tần suất xuất hiện bão lớn và có nhiều công trình xây dựng v.v.
không có máy tự ghi mực nước. Việc khảo sát nước dâng sau bão mãi đến thời gian gần đây (đối với những nơi không có trạm đo mực nước) mới được tiến hành cho một số ít cơn bão (14 cơn). Vì thế một số nơi trong dải ven bờ không có đủ số liệu về nước dâng để khẳng định.
Về phương pháp mô hình số trị thuỷ động - tức là giải hệ phương trình nước nông bằng phương pháp số được phát triển mạnh dưới các hình thức nói ở trên. Hầu như các khâu đoạn của mô hình (các mô hình được xây dựng trên các phương pháp tính khác nhau) đã được rà soát, kiểm nghiệm theo số liệu thực đo. Trong hai thập kỷ nay đã tiến hành tính toán nước dâng cho hầu hết các cơn bão có được trong quá khứ. Bằng công cụ tính toán này, đã lấp được các chỗ trống trong dải ven bờ Việt Nam, nơi ít hoặc không có số liệu đo mực nước.
Có thể nói, cho đến nay các mô hình số trị tính nước dâng do bão ở Việt Nam đã dần theo kịp với các mô hình trên thế giới.