2.4.2.1. Phương phỏp thu thập số liệu
Phƣơng tiện khảo sỏt:
Để phục vụ cỏc thiết bị đo đạc vận hành trờn biển, đoàn khảo sỏt sử dụng 3 tàu thuờ của cỏc hộ dõn trong vịnh tiến hành đo đạc vận tốc dũng chảy và cỏc thụng số mụi trường trờn 06 trạm, trong đú:
Khu vực đảo Tựng Gấu – Cỏt Bà
Hỡnh 2.7a. Sơ đồ khảo sỏt đo đạc thủy văn khu vực đảo Tựng Gấu – Cỏt Bà
- Đo đạc thủy văn và địa hỡnh (hỡnh 2.7a)
1 trạm liờn tục 03 ngày đờm (72 giờ) – Trạm TG 1 2 trạm liờn tục 01 ngày đờm (24 giờ) – Trạm TG 2, TG 3
Hỡnh 2.7b. Sơ đồ quan trắc đo đạc mụi trường khu vực đảo Tựng Gấu – Cỏt Bà
- Đo đạc quan trắc cỏc thụng số mụi trường (hỡnh 2.7b):
2 trạm quan trắc liờn tục: CB-LT1, CB-LT2 4 trạm quan trắc lắng đọng: CB-LD1, 2, 3, 4.
Sau khi hoàn thành cụng việc tại khu vực Tựng Gấu – Cỏt Bà nhúm khảo sỏt di chuyển lờn khu vực đảo Phất Cờ - Cỏi Bầu bằng tàu, thời gian di chuyển vào khoảng 12 giờ.
Khu vực đảo Phất Cờ – Cỏi Bầu
- Đo đạc thủy văn và địa hỡnh (hỡnh 2.8a):
1 trạm liờn tục 03 ngày đờm (72 giờ) – Trạm FC1 2 trạm liờn tục 01 ngày đờm (24 giờ) – Trạm FC2, FC3
- Đo đạc quan trắc cỏc thụng số mụi trường (hỡnh 2.8b):
2 trạm quan trắc liờn tục: FC-LT1, CB-LT2 4 trạm quan trắc lắng đọng: FC-LD1, 2, 3, 4.
Hỡnh 2.8a. Sơ đồ khảo sỏt đo đạc thủy văn khu vực đảo Phất cờ
Hỡnh 2.8b. Sơ đồ khảo sỏt đo đạc mụi trường khu vực đảo Phất cờ
Thiết bị khảo sỏt(hỡnh 2.9)
- Dũng chảy: Mỏy đo vận tốc dũng chảy cú hướng CM-2X (Nhật Bản). Thụng số kỹ thuật: Giải đo: 0.08 – 3 m/s, độ chớnh xỏc: ± 0.2 cm/s - Nhiệt độ nước biển: Conductivity meter LF 197 (Mỹ).
Thụng số kỹ thuật: giải đo: -5.0 - 99.90C, độ chớnh xỏc: ± 0.10C - Độ mặn nước biển: Conductivity meter LF 197 (Mỹ).
Thụng số kỹ thuật: giải đo: -2.0 - 70.0 ‰, độ chớnh xỏc: ± 0.1 ‰ - Độ trong suốt nước biển: dựng đĩa đo độ trong suốt do Nga sản xuất. - Đo địa hỡnh bổ sung: Mỏy đo địa hỡnh cú GPS ODOM (Mỹ).
- Dẫn và khống chế cao độ: Mỏy toàn đạc điện tử Nikon DTM 350 (Nhật) - Xỏc định tọa độ bằng mỏy DGPS Trimble DSM132.
Hệ tọa độ và cao độ sử dụng trong đo đạc và tớnh toỏn: Hệ tọa độ Quốc gia.
Mỏy đo vận tốc dũng chảy CM2X Mỏy DGPS Trimble DSM132
Mỏy đo sõu hồi õm ODOM Mỏy toàn đạc điện tử Nikon DTM 350 Hỡnh 2.9. Một số thiết bị khảo sỏt đo đạc
2.4.2.2. Tài liệu địa hỡnh
Cỏc số liệu địa hỡnh được xõy dựng trờn cơ sở bản đồ nền khu vực Hải Phũng, Quảng Ninh của cỏc đơn vị: Viện Cơ học, Trung tõm Khớ tượng Thủy văn Biển – Bộ Tài nguyờn Mụi trường:
- Bản đồ tỷ lệ 1:100.000 xuất bản thỏng 6/1965. - Bản đồ tỷ lệ 1:100.000 xuất bản năm 1980. - Bản đồ tỷ lệ 1:500.000 xuất bản năm 1980.
Ngoài ra cũn tham khảo bản đồ nền trờn Google Earth
Số liệu địa hỡnh cập nhật đến năm 2002 do Viện cơ học cung cấp. Cỏc số liệu thường xuyờn được Viện Cơ học cập nhật qua những đợt khảo sỏt. Cỏc bản đồ được scanner và được lưu dưới dạng JPG. Từ đú chọn ra những vựng nhỏ của khu vực nghiờn cứu rồi dựng phần mềm chuyờn dụng để số hoỏ như phần mềm DIGITIZER của Đan Mạch, phần mềm VS1.0 của Trung Quốc, MicroStation của Mỹ v.v....Cỏc số liệu được số hoỏ là toạ độ và độ sõu được kết hợp với số liệu đo đạc độ sõu tại hai miền tớnh Cỏi Bầu và Cỏt Bà để thiết lập lưới tớnh cho mụ hỡnh toỏn.
2.4.2.3. Tài liệu khớ tượng thủy văn Số liệu mực nước
Cỏc tài liệu khớ tượng thủy văn được cung cấp bởi Trung tõm Khớ tượng Thuỷ văn Biển.
- Số liệu mực nước tại trạm Hũn Dấu - Số liệu mực nước tại Cửa ễng
- Số liệu mực nước tại cỏc thuỷ vực nuụi cỏ lồng bố
Đõy là cỏc số liệu mực nước từng giờ cho chuỗi 15 ngày liờn tục đo đạc tại bốn trạm: Hũn Dấu, Cửa ễng, Cỏi Bầu và Cỏt Bà. Số liệu cụ thể được trỡnh bày trong phần phụ lục. Tại mỗi khu vực nghiờn cứu xõy dựng một trạm đo mực nước và tiến hành thu thập số liệu mực nước từng giờ trong vũng 15 ngày (Một con triều)
Dựng phương phỏp phõn tớch hằng số điều hoà (HSĐH) thuỷ triều, sau khi tổng hợp cho năm 1969, cỏc giỏ trị về biờn độ và pha của 11 súng triều chớnh đối với trạm Mũi Ngọc và 30 súng đối với trạm Hũn Dấu như sau: xem bảng 2.6; 2.7; 2.8
Cỏc giỏ trị hằng số điều hoà này đó được dựng để dự tớnh mực nước và đó so sỏnh với cỏc số liệu quan trắc, sai số trong phạm vi trờn dưới 10cm. Dựng cỏc giỏ trị HSĐH cú thể dự tớnh mực nước triều cho thời gian bất kỳ.
Bảng 2.6. Hằng số điều hoà trạm Hũn Dấu TT Súng H(cm) G (độ) 1 M2 8.38 50.77 2 S2 4.79 105.69 3 N2 1.52 43.27 4 K2 1.38 57.79 5 K1 65.68 92.23 6 O1 73.99 29.34 7 P1 20.66 87.68 8 Q1 15.46 356.8 9 M4 1.18 288.12 10 MS4 0.72 342.68 11 M6 0.52 235.82 12 Sa 11.41 199.95 13 SSa 5.79 58.34 14 J1 1.15 106.54 15 S1 1.75 84.16 16 nuy2 0.31 52.39 17 2 1.13 42.47 18 L2 0.6 295.19 19 T2 0.58 334.76 20 2N2 2.06 135.8 21 2SM2 0.42 191.36 22 MO3 0.75 25.72 23 MK3 1.78 357.19 24 S4 0.04 89.25 25 MN4 0.46 249.96 26 2MS6 0.35 302.02 27 2MN6 0.44 204.75 28 Mm 0.65 341.29 29 MSf 1.67 93.91 30 Mf 1.11 53.7
Bảng 2.7. Hằng số điều hoà trạm Mũi Ngọc TT Súng H(cm) G (độ) 1 M2 27.22 148.92 2 S2 06.54 199.60 3 K1 76.79 091.15 4 O1 85.38 027.47 5 N2 04.33 108.72 6 K2 01.79 200.32 7 P1 25.59 090.55 8 Q1 17.07 023.32 9 M4 00.70 261.90 10 MS4 00.71 325.42 11 M6 00.93 045.58
Bảng 2.8. Hằng số điều hoà trạm Cửa ễng
TT Súng H(cm) G (độ) 1 M2 13.27 157.36 2 S2 4.22 166.61 3 N2 4.41 131.78 4 K2 1.09 213.42 5 K1 80.79 93.19 6 O1 84.66 37.6 7 P1 25.22 92 8 Q1 17.11 34.49 9 M4 2.17 264.2 10 MS4 1.12 327.22 11 M6 0.17 142.99 Số liệu khảo sỏt vận tốc.
Sử dụng số liệu khảo sỏt về mực nước và dũng chảy của hai đợt khảo sỏt: đợt 1 từ ngày 28 thỏng 3 đến ngày 12 thỏng 4 năm 2004 và đợt 2 từ ngày 6 thỏng 9 đến ngày 10 thỏng 9 năm 2004 của Trung tõm Khớ tượng Thuỷ văn Biển.
Việc đo đạc dũng chảy được tiến hành tại 6 trạm liờn tục thuộc 2 khu vực nghiờn cứu, vị trớ cụ thể cỏc trạm như bảng 2.9, 2.10 và cỏc hỡnh 2.7a ; 2.8a.
Bảng 2.9. Thống kờ thời gian và địa điểm đo vận tốc và mực nước khu vực nghiờn cứu thỏng 3 năm 2004.
Bảng 2.10. Thống kờ thời gian và địa điểm đo vận tốc và mực nước khu vực nghiờn cứu thỏng 9 năm 2004.
2.4.2.4. Tài liệu nhiệt độ, độ mặn, cỏc yếu tố mụi trường
Sử dụng cỏc số liệu do Phõn Viện Hải dương học Hải Phũng – Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam tổ chức khảo sỏt, (chi tiết xem phần tài liệu tham khảo trong CDrom). Những số liệu khảo sỏt mụi trường được dựng để xỏc định điều kiện biờn cho mụ hỡnh về cỏc nguồn phỏt thải, sau đú so sỏnh với cỏc nồng độ quan trắc trong việc hiệu chỉnh và thẩm định mụ hỡnh chất lượng nước. Số liệu về mụi trường được thu thập tại hai Vịnh khu vực Cỏt Bà và Cỏi Bầu vựng biển Hải Phũng – Quảng Ninh qua mựa khụ và mựa mưa thỏng 9 năm 2004 và thỏng 3 năm 2005, được trỡnh bày trong bảng 2.12 và cỏc hỡnh 2.7b; 2.8b.
Qua cỏc số liệu khảo sỏt quan trắc từ những khu vực nuụi cỏ lồng bố, cỏc số liệu tham khảo trong nước và quốc tế như đó trỡnh bày ở trờn, tiến hành tớnh toỏn được
Bắt đầu Kết thúc Kinh độ Vĩ độ 1 Tùng Gấu 1 V 8h00-30/3/2004 8h00-2/4/2004 107o05'201 20o46'552 2 Tùng Gấu 2 V 8h00-30/3/2004 8h00-31/3/2004 107o04'656 20o46'552 3 Tùng Gấu 3 V 8h00-31/3/2004 8h00-1/4/2004 107o04'640 20o46'736 4 Phất Cờ 1 V 13h00-1/4/2004 12h00-3/4/2004 107o29'295 21o05'522 5 Phất Cờ 2 V 13h00-2/4/2004 12h00-3/4/2004 107o28'880 21o05'478 6 Phất Cờ 3 V 12h00-3/4/2004 11h00-4/4/2004 107o28'983 21o05'317 7 Tùng Gấu Z 11h00-30/3/2004 13h00-14/04/2004 107o05'201 20o46'552 8 Phất Cờ Z 14h00-02/04/2004 23h00-15/04/2004 107o29'295 21o05'522 9 Cửa Ông Z 01h00-30/03/2004 23h00-11/04/2004 107o22' 21o02'
TT Tên trạm Yếu tố đo Thời gian Vị trí đo
Bắt đầu Kết thúc Kinh độ Vĩ độ 1 Tùng Gấu 1 V 17h00-6/9/2004 13h00-9/9/2004 107o05'201 20o46'552 2 Tùng Gấu 2 V 17h00-6/9/2004 17h00-7/9/2004 107o04'656 20o46'552 3 Tùng Gấu 3 V 17h00-7/9/2004 13h00-8/9/2004 107o04'640 20o46'736 4 Phất Cờ 1 V 19h00-8/9/2004 16h00-11/9/2004 107o29'295 21o05'522 5 Phất Cờ 2 V 18h00-9/9/2004 17h00-10/9/2004 107o28'880 21o05'478 6 Phất Cờ 3 V 17h00-9/9/2004 16h00-10/9/2004 107o28'983 21o05'317 Vị trí đo
tốc độ phỏt thải cỏc chất từ cỏc lồng bố. Bảng 2.11 trỡnh bày những thụng số phỏt thải từ cỏc ụ lồng bố cỏ đang nuụi.
Bảng 2.11. Tốc độ phỏt thải từ vị trớ nuụi cỏ lồng bố vào mụi trường nước tại hai vị trớ đại diện cho Vịnh Tựng Gấu và Phất Cờ trờn diện tớch 900 m2
Thụng số Đơn vị Mựa mƣa Mựa khụ
Phất Cờ Cỏt Bà Phất Cờ Cỏt Bà BOD Mg/l/s 10.340 14.175 4.900 5.803 COD Mg/l/s 9.075 13.388 7.278 7.793 N-NH4 Mg/l/s 0.140 0.163 0.107 0.097 N-NO2 Mg/l/s 0.112 0.050 0.005 0.001 N-NO3 Mg/l/s 0.150 0.035 0.076 0.127 P-PO4 Mg/l/s 2.798 2.185 0.354 0.233 N-T Mg/l/s 4.125 5.513 1.443 0.928 P-T mg/l/s 2.365 2.970 0.435 0.378
2.4.3. Sử dụng cỏc số liệu địa hỡnh để thiết lập hệ lƣới lồng cho mụ hỡnh toỏn MIKE 21 WQ
Dựa trờn cỏc số liệu địa hỡnh đó thu thập được cựng cỏc bản đồ nền, sử dụng phần mềm chuyờn dụng của Đan Mạch để số húa, số liệu được số hoỏ là cỏc thụng tin bản đồ với toạ độ và độ sõu được cập nhật với số liệu đo đạc độ sõu tại hai miền tớnh Cỏi Bầu và Cỏt Bà để thiết lập cỏc lưới tớnh 270m x 270m, 90m x 90m. cho mụ hỡnh toỏn. Để cú thể chi tiết hoỏ được hai thuỷ vực cần nghiờn cứu cần sử dụng hệ lưới lồng cú ba bậc. Sử dụng cỏc số liệu địa hỡnh đo đạc tại hai Vịnh Phất Cờ (Cỏi Bầu – Quảng Ninh) và Tựng Gấu (Cỏt Bà – Hải Phũng) để chia lưới tớnh chi tiết hơn với bước lưới 30m x 30m.
Bậc 1 là cho miền tớnh lớn được chia với lưới thụ cú bước lưới 270m x 270m cú kớch thước Đụng-Tõy: 162,54km và Nam-Bắc: 110,16km (603 ụ x 409 ụ). Hỡnh 2.10. Bậc 2 là 2 lưới nhỏ hơn bao hai khu vực nghiờn cứu với bước lưới 90m x 90m. Kớch thước lưới Vịnh Phất Cờ: 76 ụ x 76 ụ (6,84 km x 6,84 km), Vịnh Tựng Gấu: 82 ụ x 55 ụ (7,38km x 4,95km). Hỡnh 2.11; 2.12.
Bậc 3 là 2 lưới chi tiết hơn và cú bước lưới là 30m x 30m. Kớch thước lưới Vịnh Phất Cờ: 136 ụ x 154 ụ (4.08km x 4.62km), Vịnh Tựng Gấu: 64 ụ x 64 ụ (1.92km x 1.92 km). Hỡnh 2.13; 2.14.
Địa hỡnh chi tiết và lưới tớnh được trỡnh bày trờn cỏc sơ đồ trường độ sõu khu vực Tựng Gấu (Hải Phũng), Phất Cờ (Quảng Ninh). Xem cỏc hỡnh từ 2.10 – 2.14.
Hỡnh 2.10. Lưới tớnh lớn bậc 1 cho vựng Hải Phũng – Quảng Ninh (Lưới 270m x 270m).
Hỡnh 2.12. Lưới tớnh bậc 2 cho vựng Đảo Phất Cờ Quảng Ninh (Lưới 90m x 90m).
Hỡnh 2.14. Lưới tớnh nấc 3 cho vựng Đảo Phất Cờ Quảng Ninh (Lưới 30 m x 30 m).
2.4.4. Hiệu chỉnh và thẩm định mụ hỡnh thủy lực MIKE 21 HD
2.4.4.1. Hiệu chỉnh mụ hỡnh thủy lực
Cỏc số liệu đo đạc khảo sỏt được sử dụng để hiệu chỉnh mụ hỡnh bao gồm: Mực nước, Dũng chảy, Nhiệt độ nước biển, Độ mặn nước biển và Độ trong suốt nước biển tại hai thuỷ vực đảo Tựng Gấu và đảo Phất Cờ.
Việc tớnh toỏn hiệu chỉnh mụ hỡnh phải kộo dài cho cả chuỗi số liệu quan trắc là 15 ngày tức là từ ngày 30/03 đến ngày 15/04/2004.
Tại cỏc biờn lỏng mực nước từng giờ được sử dụng do mụ hỡnh lớn toàn Vịnh Bắc Bộ cung cấp.
Cỏc kết quả tớnh toỏn và đo đạc về mực nước và dũng chảy được thể hiện trờn cỏc hỡnh 2.15 - 2.25.
Cỏc kết quả cho thấy sự sai khỏc nhau về mực nước giữa số liệu đo đạc và tớnh toỏn bằng mụ hỡnh chỉ nằm trong khoảng 10-20cm, sự sai khỏc về pha khụng quỏ 30- 60 phỳt. Chỉ cú trạm Cỏi Bầu là sự sai khỏc về pha cú lớn hơn nhưng về mực nước
thỡ chấp nhận được. Sự sai khỏc nhau về pha cú thể là do địa hỡnh miền lớn vựng phớa Đụng miền tớnh chưa thật chớnh xỏc.
Hỡnh 2.15. So sỏnh mực nước thực đo và tớnh toỏn tại trạm Cửa ễng (hiệu chỉnh mụ hỡnh).
Hỡnh 2.16. So sỏnh mực nước thực đo và tớnh toỏn tại trạm Cỏt Bà (hiệu chỉnh mụ hỡnh) .
Hỡnh 2.17. So sỏnh mực nước thực đo và tớnh toỏn tại trạm Cỏi Bầu (hiệu chỉnh mụ hỡnh).
Hỡnh 2.19. So sỏnh vận tốc thực đo và tớnh toỏn tại trạm Tựng Gấu 2 (hiệu chỉnh mụ hỡnh).
Hỡnh 2.21. So sỏnh vận tốc thực đo và tớnh toỏn tại trạm Phất cờ 1 (hiệu chỉnh mụ hỡnh).
Hỡnh 2.23. So sỏnh vận tốc thực đo và tớnh toỏn tại trạm Phất cờ 3 (hiệu chỉnh mụ hỡnh).
Triều lờn Triều xuống
Hỡnh 2.24. Đường đi của chất thải bảo toàn khi triều lờn và khi triều xuống tại Đảo Tựng Gấu.
Triều lờn Triều xuống
Hỡnh 2.25. Đường đi của chất thải bảo toàn khi triều lờn và khi triều xuống Đảo Phất Cờ.
Cỏc kết quả thể hiện sự so sỏnh vận tốc tại 6 vị trớ quan trắc và tớnh toỏn của hai thuỷ vực Tựng Gấu và Phất Cờ. Cú thể nhận thấy tương đối phự hợp về pha giữa vận tốc quan trắc và tớnh toỏn tại 6 trạm. Vận tốc lớn nhất quan trắc được tại thuỷ vực Tựng Gấu khụng vượt quỏ 34cm/s và tại thuỷ vực Phất Cờ khụng vượt quỏ 46cm/s. Sai khỏc vận tốc giữa tớnh toỏn và thực đo nằm trong khoảng khụng quỏ 5-10cm/s. Một đặc điểm tại cỏc nơi khảo sỏt đo đạc là những luồng nhỏ và khỏ hẹp đồng thời trong thời gian đo đạc cỏc tàu thuyền thường xuyờn qua lại mà vận tốc tại luồng lại khụng lớn nờn cỏc số liệu đo đạc về vận tốc sẽ bị ảnh hưởng bởi tỏc động của cỏc tàu thuyền do vận tốc nước sau chõn vịt của tàu thuyền. Ngoài ra, trong tớnh toỏn chỉ xem xột đến dũng triều, cỏc thành phần khỏc như dũng chảy mật độ, dũng giú và dũng dư, dũng chảy từ sụng, dũng chảy do súng v.v... chưa được xem xột đến. Những dũng chảy này tại khu vực nghiờn cứu cú thể chiếm đến 10%-20% vỡ do địa hỡnh nụng và khuất giú nờn dũng chảy do súng và dũng mật độ khụng đỏng kể.
Bức tranh dũng chảy cho thấy khi thuỷ triều lờn tại Vịnh Phất Cờ dũng chảy cú hướng Tõy Bắc - Đụng Nam và khi triều rỳt thỡ dũng triều cú hướng ngược lại, tại