Hình 1 : Sơ đồ vị trí hệ thống trạm radar đã thực hiện giai đoạn I và dự kiến giai đoạn II
Hình 17 Tổng hợp véc tơ tổng cộng
Thành phần - y được tính bằng bình phương tối thiểu và thành phần – x được kết hợp để tính các véc tơ tổng cộng nội suy. Phương thức này được thực hiện tại mỗi điểm lưới trong khu vực đường ranh giới để tạo lên các véc tơ tổng cộng nội suy được quan trắc khi phép nội suy được thực hiện dọc theo đường ranh giới.
2.2. Mơ hình phân tích và dự báo vật thể trơi.
2.2.1. Giới thiệu chung
Mơ hình quỹ đạo La-grăng sử dụng dữ liệu dòng chảy từ hệ thống Rada HF kết hợp với dữ liệu gió được sử dụng để phân tích quỹ đạo trong quá khứ và dự báo của các vật thể. Sự thay đổi trong mô phỏng quỹ đạo được tính theo phương pháp Abascal (2009) [5]. Dựa vào phương pháp này, các thơng số mơ hình và sự thay đổi được ước đốn bằng giá trị trung bình của các phương pháp tối ưu và được sử dụng để tính tốn xác st phân bố của quỹ đạo của các vật thể. Đối với mỗi bộ dữ liệu
của vật thể trơi, mơ hình quỹ đạo La- grăng được hiệu chỉnh tới mức thấp nhất các sai số với quỹ đạo thực. Kết quả của quá trình hiệu chỉnh là giá trị trung bình tốt nhất và đạt được 95% quá trình hiệu chỉnh sau mỗi bước hiệu chỉnh thơng số. Một bước hiệu chỉnh cuối cùng (trên 95%) sẽ đi vào thực hiện tính tốn. Việc phải thực hiện thủ tục này vì có hai lợi ích: (a) q trình hiệu chỉnh bao gồm nguồn dữ liệu không ổn định để đưa vào các hệ số hiệu chỉnh mơ hình, mơ tả tối ưu nhất quỹ đạo trong quá khứ và (b) các giá trị của các hệ số có thể đưa thêm ra những thơng tin liên quan đến mỗi lực (gió và dịng chảy) trong mô phỏng quỹ đạo. Mỗi quỹ đạo q khứ được tính bằng các trung bình của phương pháp Monte Carlo sử dụng các kết quả đã đạt được trong quá trình hiệu chỉnh. Độ tin cậy đạt 95% được xác định và được sử dụng để tính tốn sai số về khoảng cách giữa quỹ đạo thực và quỹ đạo mơ phỏng. Độ chính xác của mơ phỏng được đánh giá thơng qua quỹ đạo thực và quỹ đạo trung bình của các thơng số thống kê. Trong phần này sẽ giới thiệu mơ hình quỹ đạo La- Grăng và phương pháp hiệu chỉnh.
2.2.1. Mơ hình quỹ đạo La-grăngian
Mơ hình được sử dụng trong mơ hình kiểm sốt lan truyền dầu có tên là TESEO (Abascal et al. 2009) [5]. Mơ hình số này bao gồm mơ đun vận chuyển và mơ đun khí tượng đưa ra q trình lan truyền dầu trong mơi trường biển. Trong luận văn này tập trung vào mô đun vận chuyển để phân tích chuyển động của các vật thể trôi. Mô đun vận chuyển được khai triển từ mơ hình vận chuyển La grang hai chiều. Quá trình chuyển động của vật thể được miêu tả bằng việc theo dõi một khu vực đám mây chứa các hạt tương tự như các vật thể. Vị trí của các hạt được tính tốn bởi các vị trí đặc biệt trong vận chuyển gây ra do dịng chảy, gió, và khuếch tán rối. Mơ hình số giải bởi phương pháp trung bình Euler theo phương trình véc tơ dưới đây: ) , ( ) , (x t u x t u dt x d i d i a (1)
Trong đó xi là vị trí hạt và ua và ud và thành phần vận tốc bình lưu và vận tốc khuếch tán theo phươngxi
. Vận tốc bình lưu ua
được tính dựa vào sự kết hợp tuyến tính của dịng chảy và vận tốc gió như cơng thức dưới:
w D c C a C u C u u (2) Trong đó uc là vận tốc dịng chảy bề mặt, uw là vận tốc gió tại 10 m và Cd hệ số kéo của gió
Chú ý rằng phương trình (2) bao gồm một hệ số liên quan đến Cd. Thông thường trong mơ hình Lagrange, phần dòng chảy bị ảnh hưởng bởi những hệ số khác. Tuy nhiên để lấy theo một thành phần không ổn định đối với số liệu quan trắc bằng radar, hệ số này sẽ được chọn để giảm thiểu sai số giữa quỹ đạo thực và quỹ đạo tính tốn. Vận tốc khuếch tán rối
d d u
u , (MaierReimer 1982 [7]) thay đổi theo mỗi bước thời gian t và được tính như sau:
t D ud 6 (3)
Trong đó D là hệ số khuếch tán có giá trị từ 1–100 m2/s (ASCE 1996) [6]. Mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi được thực hiện bằng việc lấy trung bình quỹ đạo, mơ hình có thể mơ phỏng lan truyền dầu và vật thể trôi thời gian trong quá khứ và dự báo với mục đích là xác định nơi khởi nguồn hoặc vị trí dự báo. Mơ hình vận chuyển Lagrange đã được hiệu chỉnh và được thực hiện khi sử dụng dữ liệu từ các phao trơi. Thêm nữa, nó đã đạt được thành cơng khi thử nghiệm một vài ví dụ về lan truyền dầu thực hiển bởi Văn phịng tìm kiếm cứu nạn Tây Ban Nha và tập đoàn ESEOO (Abascal et al. 2007 [4]; Sotillo et al. 2008 [10]) với hệ số D bằng 56
Để áp dụng phương trình (1), hệ số mơ hình Cd và Cc phải được xác định. Giá trị của hệ số kéo của gió Cd thay đổi từ 2,5 đến 4,4% của tốc độ gió, với giá trị
trung bình từ 3–3.5 % (ASCE 1996) [6]. Khi gió nhẹ khơng có sóng đổ, 3,5% của tốc độ gió theo hướng của gió sẽ cho kết quả mơ phỏng tốt của các vệt dầu và vật thể trơi vùng ngồi khơi.
Hiện nay chưa có số liệu về phao trơi cho việc hiệu chỉnh các hệ số Cd và Cc lên tác giả đã áp dụng các kết quả nghiên cứu của các cơng trình dã được cơng bố trước đây vào mơ hình để phân tích và dự báo vật thể trơi bằng phần mềm mơ hình Codar leeway. Mặt khác phần mềm Codar Leeway chưa tích hợp trường gió vào phân tích và dự báo vật thể trơi, Vì vậy kết quả phân tích và dự báo thử nghệm dưới đây chỉ dựa trên trường dòng chảy quan trắc bằng radar biển và dự báo bằng mơ hình dự báo dịng chảy ngắn hạn (STPS). Trong đó hệ số Cc = 0.787, D = 56 m2/s theo Abascal et al. (2009) [5] khi nghiên cứu phân tích quỹ đạo vật thể trôi bằng dữ liệu radar tần số cao vùng biển Tây Ban Nha.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ TỪ DỮ LIỆU RADAR BIỂN
3.1. Phân tích số liệu
3.1.1. Đánh giá số liệu quan trắc dòng chảy bằng radar biển
Số liệu radar biển trong quan trắc dịng chảy tầng mặt có độ chính xác phụ thuộc vào môi trường trong phạm vi hoạt động của radar. Với mơi trường bình thường sai số trung bình của vận tốc dịng chảy < 7 cm/s và hướng < 10 độ.
Theo một nghiên cứu của tác giả Lee et al. (2014) [12] về đánh giá độ chính xác của số liệu radar biển khu vực biển của sông Keum (Hàn Quốc) trong hai mùa mùa đông và mùa hè với số liệu quan trắc từ máy ADCP đưa ra kết luận: Sai số trung bình qn phương của dịng chảy mùa đông < 5.4 cm/s và mùa hè < 10 cm/s.
Đánh giá mức độ đầy đủ của nguồn dữ liệu quan trắc bằng radar biển tác giả đã tiến hành phân tích tính tốn mật độ dữ liệu quan trắc được trong thời gian từ 05 tháng 6 năm 2012 đến tháng ngày 15 tháng 11 năm 2014 với bước thời gian 1 giờ tại 03 trạm radar và dữ liệu giao thoa của 3 trạm này. Trong đó, số lần quan trắc tại trạm Hòn Dáu là: 11.434, trạm Nghi Xuân 15.163 lần và trạm Đồng Hới là 12.540 lần. Các kết quả phân tích phân bố mật độ số liệu quan trắc dịng chảy tại 03 trạm (hình 18, 19, 20) cho thấy số liệu quan trắc dòng chảy tại 03 trạm có mật độ chưa đồng đều. Số liệu tại trạm Nghi Xuân có phân bố đồng đều nhất, mật độ trung bình 70 – 75 %, trong khi đó trạm Hịn Dáu va Nghi Xn có mật độ số đạt được 55 – 60 %. Với các phân tích trên nhận thấy rằng các dữ liệu quan trắc dòng chảy tại 03 trạm vùng biển Vịnh Bắc Bộ trong thời gian từ năm 2011 đến nay được một bộ tương đối nhiều, có thể ứng dụng trong việc phân tích chế độ dịng chảy vùng biển Vịnh Bắc Bộ cũng như trong việc nghiên cứu phân tích và dự báo quỹ đạo trôi của vật thể.