Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Xây Dựng: Mô Phỏng Nước Dâng Ở Vùng Ven Biển Việt Nam

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng nghiên cứu mô phỏng nước dâng ven biển Việt Nam, phân tích tác động và giải pháp ứng phó hiệu quả.

• Tác giả: Trương Ngọc Thanh Nam
• Người hướng dẫn: Trương Ngọc Tường
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Xây Dựng
• Đề tài: Mô Phỏng Nước Dâng Ở Vùng Ven Biển Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 2.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 2.2. Các nghiên cứu trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Mô hình thuỷ động lực Mike 21 Flow Model FM
• 3.2. Mô hình sóng Mike 21 SW
• 3.3. Mô hình tạo trường gió bão Mike 21 Cyclone Wind Generation Tool
• 3.3.1. Mô hình thông số gió
• 3.4. Một số công thức kinh nghiệm tính nước dâng
• 3.4.1. Nước dâng do gió
• 3.4.2. Nước dâng do áp thấp
• 3.4.3. Nước dâng tổng do gió và áp thấp
• 3.4.4. Nước dâng do sóng
• 3.5. Lý thuyết thống kê chiều cao sóng lớn nhất theo phân bố Weibull
• 3.5.1. Đặc trưng tần suất phân bố
• 3.5.2. Chu kỳ lặp lại
• 3.5.3. Khoảng tin cậy
• 3.5.4. Lựa chọn hàm phân bố
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH SỐ
• 4.1. Mô hình thủy động lực Mike 21 Flow Model FM
• 4.1.1. Rời rạc không gian (Space Discretization)
• 4.1.2. Phương trình nước nông
• 4.1.3. Tích phân theo thời gian
• 4.1.4. Điều kiện biên
• 4.2. Mô hình sóng Mike 21 SW
• 4.2.1. Rời rạc không gian (Space Discretization)
• 4.2.2. Tích phân theo thời gian (Time Integration)
• 4.2.3. Điều kiện biên
• 5. CHƯƠNG 5: HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH
• 5.1. Hiệu chỉnh mô hình thủy động lực Mike 21 Flow Model FM
• 5.1.1. Phạm vi mô phỏng
• 5.1.2. Thời gian mô phỏng
• 5.1.3. Thông số mô hình
• 5.1.4. Kết quả mô phỏng
• 5.1.5. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh
• 5.2. Hiệu chỉnh mô hình sóng Mike 21 SW
• 5.2.1. Thông số mô hình
• 5.2.2. Hiệu chỉnh mô hình
• 5.2.3. Hiệu chỉnh mô hình kết hợp Mike 21 Flow Model FM và Mike 21 SW tính toán nước dâng do bão
• 5.2.3.1. Thông số mô hình
• 5.2.3.2. Hiệu chỉnh mô hình
• 5.2.3.3. So sánh với Mô hình 1 chiều - Luận văn cao học Phan Trung Quân 2005
• 6. CHƯƠNG 6: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN
• 6.1. Phạm vi tính toán
• 6.2. Mô hình áp dụng
• 6.2.1. Thông số mô hình
• 6.3. Kết quả mô phỏng
• 6.3.1. Phân tích kết quả chiều cao sóng bão
• 6.3.1.1. Thống kê kết quả
• 6.3.1.2. Tính toán chu kỳ lặp lại theo phân bố Weibull
• 6.3.2. Phân tích kết quả nước dâng trong bão
• 6.3.2.1. Phân tích kết quả nước dâng do gió và áp thấp
• 6.3.2.2. Phân tích kết quả nước dâng do sóng
• 6.3.2.3. Phân tích kết quả nước dâng tổng
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan

Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề của bão, đặc biệt là ở vùng ven biển Việt Nam. Mỗi năm, trung bình có khoảng 10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông, gây ra hiện tượng nước dâng nghiêm trọng. Nước dâng do bão kết hợp với triều cường có thể làm tăng mực nước lên mức nguy hiểm, ảnh hưởng đến an toàn của các công trình ven biển. Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu chế độ thủy triều và nước dâng do bão, nhằm cung cấp dữ liệu cho việc phòng chống thiên tai và thiết kế công trình. Các số liệu bão từ năm 1951 đến 2012 được thu thập từ Cơ Quan Khí tượng Nhật Bản, và kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp với số liệu quan trắc thực tế.

1.1 Giới thiệu

Việt Nam có vị trí địa lý gần một trong năm vùng bão chính của thế giới, dẫn đến việc thường xuyên phải đối mặt với các cơn bão mạnh. Các cơn bão này không chỉ gây thiệt hại về người và của mà còn ảnh hưởng đến các công trình ven biển. Việc nghiên cứu mô phỏng nước dâng và chế độ triều là rất cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do thiên tai. Chế độ triều ở Việt Nam rất đa dạng, bao gồm các chế độ nhật triều đều, nhật triều không đều và bán nhật triều không đều. Nghiên cứu này sẽ giúp xác định mực nước thiết kế cho các công trình ven biển, từ đó nâng cao khả năng phòng chống thiên tai.

II. Các nghiên cứu liên quan

Nghiên cứu về nước dâng và triều cường đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu như của Harris và Jelesnianski (1964) đã phát triển hệ phương trình thủy động lực hai chiều để tính toán thủy triều cho chất lỏng đồng nhất. Bodine (1971) đã đề xuất mô hình tính toán một chiều cho vùng biển hở, trong khi Das, Sinha và Balsubramanyam (1974) nghiên cứu mô phỏng nước dâng do bão. Những nghiên cứu này đã cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc áp dụng các mô hình hiện đại như Mike 21 trong việc mô phỏng nước dâng và triều cường tại Việt Nam. Việc áp dụng các mô hình này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong dự đoán mà còn hỗ trợ trong việc quy hoạch và thiết kế các công trình ven biển.

2.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Các nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng việc mô phỏng nước dâng cần phải kết hợp nhiều yếu tố như gió, áp thấp và sóng. Các mô hình thủy động lực hiện đại như Mike 21 cho phép mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng này. Việc áp dụng các mô hình này trong nghiên cứu tại Việt Nam sẽ giúp nâng cao khả năng dự đoán và phòng chống thiên tai, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng cho các dự án quy hoạch ven biển.

III. Cơ sở lý thuyết

Luận văn sử dụng các mô hình thủy động lực và sóng để mô phỏng nước dâng. Mô hình Mike 21 Flow Model FM được sử dụng để tính toán chế độ triều và nước dâng do bão. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố như chiều cao sóng, gió và áp thấp, từ đó đưa ra các dự đoán chính xác về mực nước dâng. Các công thức kinh nghiệm cũng được áp dụng để tính toán nước dâng do gió và áp thấp, giúp tăng cường độ tin cậy của kết quả mô phỏng. Việc sử dụng các mô hình này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành nước dâng mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các công trình ven biển.

3.1 Mô hình thủy động lực Mike 21

Mô hình Mike 21 Flow Model FM là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng nước dâng và triều cường. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố thủy động lực phức tạp, từ đó đưa ra các dự đoán chính xác về mực nước dâng trong các tình huống khác nhau. Việc áp dụng mô hình này trong nghiên cứu sẽ giúp cung cấp dữ liệu quan trọng cho các dự án quy hoạch và thiết kế công trình ven biển, đồng thời nâng cao khả năng phòng chống thiên tai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực ven biển Việt Nam nằm trong vùng bão Tây Thái Bình Dương, một trong năm vùng bão chính của thế giới, với trung bình khoảng 10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động hàng năm trên biển Đông. Các cơn bão thường xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 11, tập trung nhiều nhất vào các tháng 8 đến 11, gây ra hiện tượng nước dâng cao đột ngột khi đổ bộ vào bờ, làm thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, đồng thời ảnh hưởng đến an toàn các công trình ven biển. Đặc biệt, nước dâng do bão kết hợp với triều cường có thể đẩy mực nước lên đến khoảng 4m tại khu vực Bắc Bộ, làm tăng nguy cơ phá hoại. Ví dụ điển hình là cơn bão Sơn Tinh, mạnh nhất trong 30 năm qua, đã gây thiệt hại hơn 7,500 tỉ đồng cho các tỉnh miền Trung.

Mục tiêu của luận văn là mô phỏng chế độ thủy triều, trường sóng bão và nước dâng do bão tại khu vực ven biển phía Bắc Việt Nam, dựa trên số liệu bão thu thập từ năm 1951 đến 2012. Nghiên cứu tập trung phân tích chu kỳ lặp lại của các yếu tố như chiều cao sóng nước sâu, nước dâng do gió và áp thấp, nước dâng do sóng và nước dâng tổng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực biển Đông và ven biển phía Bắc Việt Nam, với dữ liệu mô phỏng được hiệu chỉnh và so sánh với số liệu quan trắc thực tế tại các trạm thủy văn như Hòn Dấu, Đà Nẵng, Nha Trang, Vũng Tàu và Hà Tiên.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác phòng chống thiên tai, giảm nhẹ thiệt hại do bão gây ra, đồng thời hỗ trợ xác định mực nước thiết kế cho các công trình ven biển, góp phần nâng cao độ an toàn và hiệu quả trong quy hoạch, thiết kế và quản lý các dự án ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các mô hình thủy động lực và mô hình sóng hiện đại để mô phỏng nước dâng và sóng bão, bao gồm:

• Mô hình thủy động lực Mike 21 Flow Model FM: Dựa trên phương trình nước nông hai chiều trong hệ tọa độ cầu, mô hình sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn với lưới phi cấu trúc, cho phép mô phỏng trường dòng chảy, mực nước triều và nước dâng do gió và áp thấp. Các thành phần ứng suất ma sát gió, ma sát đáy và ứng suất tán xạ do sóng được tính toán chi tiết.

• Mô hình sóng Mike 21 SW: Mô hình phổ sóng-gió thế hệ mới, mô phỏng quá trình hình thành, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở vùng nước sâu và ven bờ. Mô hình bao gồm các hiện tượng vật lý như sóng phát triển do gió, tương tác phi tuyến giữa sóng, suy giảm do sóng bạc đầu, ma sát đáy, sóng vỡ, khúc xạ và tương tác sóng-dòng chảy.

• Mô hình tạo trường gió bão Mike 21 Cyclone Wind Generation Tool: Công cụ tính toán trường gió và áp suất từ các cơn bão nhiệt đới dựa trên các thông số khí tượng như vị trí mắt bão, vận tốc gió lớn nhất, bán kính gió lớn nhất, áp suất tâm bão. Các mô hình thông số gió như Young & Sobey, Holland và các biến thể được sử dụng để mô phỏng chính xác trường gió bão.

• Các công thức kinh nghiệm tính nước dâng: Bao gồm nước dâng do gió, áp thấp, sóng và tổng hợp nước dâng do gió và áp thấp, được áp dụng để hiệu chỉnh và đánh giá kết quả mô phỏng.

• Lý thuyết thống kê chiều cao sóng lớn nhất theo phân bố Weibull: Được sử dụng để phân tích chu kỳ lặp lại và khoảng tin cậy của chiều cao sóng cực đại, giúp đánh giá xác suất và tần suất xuất hiện các hiện tượng sóng lớn trong bão.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu bão được thu thập và cập nhật từ Cơ Quan Khí tượng Nhật Bản (Japan Meteorological Agency) trong giai đoạn 1951-2012, bao gồm các thông số vận tốc gió, áp suất, bán kính gió lớn nhất và đường đi bão. Dữ liệu mực nước triều và sóng quan trắc tại các trạm thủy văn ven biển như Hòn Dấu, Đà Nẵng, Nha Trang, Vũng Tàu và Hà Tiên được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình Mike 21 Flow Model FM để mô phỏng chế độ thủy triều và nước dâng do gió, áp thấp; mô hình Mike 21 SW để mô phỏng trường sóng bão; mô hình Mike 21 Cyclone Wind Generation Tool để tạo trường gió và áp suất bão. Kết quả mô phỏng được so sánh với số liệu quan trắc để hiệu chỉnh và đánh giá độ chính xác.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7/2012 đến tháng 12/2012, với thời gian mô phỏng chi tiết cho các hiện tượng thủy triều và bão trong năm 2011-2012.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình sử dụng lưới phi cấu trúc với gần 10,000 nút và hơn 15,000 phần tử tam giác, đảm bảo độ chi tiết và chính xác trong mô phỏng khu vực biển Đông và ven biển phía Bắc Việt Nam.

• Phương pháp số: Phương pháp thể tích hữu hạn được áp dụng cho cả mô hình thủy động lực và mô hình sóng, với tích phân theo thời gian sử dụng phương pháp Euler và Runge-Kutta bậc hai, đảm bảo tính ổn định và chính xác của mô phỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh mô hình thủy triều: Mô hình Mike 21 Flow Model FM mô phỏng dao động mực nước triều tại 5 trạm ven biển cho kết quả phù hợp với số liệu dự báo và quan trắc, với sai số lệch pha nhỏ tại các trạm Hòn Dấu, Đà Nẵng, Nha Trang và Vũng Tàu. Tại trạm Hà Tiên, sai số lệch pha lớn hơn nhưng vẫn trong phạm vi chấp nhận được. Độ chính xác mô phỏng được thể hiện qua các biểu đồ so sánh mực nước triều, cho thấy mô hình có thể dự báo dao động triều với độ tin cậy cao.

2. Mô phỏng trường sóng bão: Mô hình Mike 21 SW được hiệu chỉnh với dữ liệu quan trắc chiều cao sóng trong các cơn bão Fritz (1997) và Ketsana (2009), cho kết quả mô phỏng chiều cao sóng phù hợp với số liệu thực tế. Chiều cao sóng lớn nhất trong các cơn bão được mô phỏng chính xác với sai số nhỏ, thể hiện qua các biểu đồ phân bố sóng và so sánh với số liệu quan trắc.

3. Phân tích nước dâng do bão: Kết quả mô phỏng nước dâng do gió và áp thấp, nước dâng do sóng và nước dâng tổng tại 13 điểm tính toán khu vực phía Bắc Việt Nam cho thấy nước dâng tổng lớn nhất có thể đạt đến khoảng 3m trong các cơn bão mạnh. Chu kỳ lặp lại của các yếu tố nước dâng được phân tích theo phân bố Weibull, với chu kỳ lặp lại nước dâng tổng lớn nhất tại các điểm dao động từ vài chục đến hàng trăm năm, cung cấp thông tin quan trọng cho thiết kế công trình ven biển.

4. Đóng góp của các yếu tố nước dâng: Nước dâng do sóng chiếm khoảng 16-18% tổng chiều cao nước dâng trong bão, đóng góp đáng kể vào nước dâng tổng cộng. Nước dâng do gió và áp thấp chiếm phần lớn còn lại, thể hiện sự cần thiết phải mô phỏng đồng thời các yếu tố này để đánh giá chính xác nước dâng bão.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân kết quả mô phỏng phù hợp là do việc sử dụng mô hình Mike 21 với lưới tính toán chi tiết, dữ liệu đầu vào được cập nhật đầy đủ và hiệu chỉnh kỹ lưỡng với số liệu quan trắc thực tế. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả tương đồng, khẳng định tính khả thi và độ tin cậy của phương pháp mô phỏng kết hợp thủy động lực và sóng.

Việc phân tích chu kỳ lặp lại theo phân bố Weibull giúp đánh giá xác suất xuất hiện các hiện tượng nước dâng cực đại, hỗ trợ trong việc xác định mực nước thiết kế cho các công trình ven biển nhằm giảm thiểu rủi ro thiên tai. Kết quả cũng cho thấy sự đa dạng về chế độ thủy triều và nước dâng tại các vùng ven biển Việt Nam, đòi hỏi các giải pháp thiết kế và phòng chống thiên tai phải được điều chỉnh phù hợp theo từng khu vực.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ mực nước triều, biểu đồ chiều cao sóng theo thời gian, bản đồ phân bố nước dâng và bảng thống kê chu kỳ lặp lại, giúp trực quan hóa và phân tích sâu hơn các hiện tượng thủy văn ven biển.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường thu thập và cập nhật số liệu bão và thủy triều: Động viên các cơ quan khí tượng thủy văn tiếp tục thu thập dữ liệu chi tiết và cập nhật thường xuyên để nâng cao độ chính xác mô phỏng. Thời gian thực hiện: liên tục hàng năm. Chủ thể: Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia.

2. Áp dụng mô hình Mike 21 kết hợp trong quy hoạch và thiết kế công trình ven biển: Sử dụng kết quả mô phỏng để xác định mực nước thiết kế, đảm bảo an toàn và bền vững cho các công trình ven biển. Thời gian thực hiện: trong các dự án xây dựng và quy hoạch mới. Chủ thể: Các đơn vị tư vấn thiết kế, chủ đầu tư.

3. Phát triển hệ thống cảnh báo sớm nước dâng do bão: Kết hợp mô hình thủy động lực và mô hình sóng để dự báo chính xác nước dâng, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai. Thời gian thực hiện: trong vòng 2-3 năm. Chủ thể: Cơ quan phòng chống thiên tai, trung tâm dự báo khí tượng thủy văn.

4. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo chuyên sâu về mô phỏng thủy văn ven biển: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo chuyên ngành để cập nhật công nghệ mô phỏng mới và nâng cao trình độ chuyên môn. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể: Các trường đại học, viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình ven biển và thủy văn: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp mô phỏng hiện đại, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng nghiên cứu.

2. Cơ quan khí tượng thủy văn và phòng chống thiên tai: Tham khảo để cải thiện mô hình dự báo nước dâng, nâng cao hiệu quả cảnh báo và giảm thiểu thiệt hại do bão.

3. Các đơn vị tư vấn thiết kế và xây dựng công trình ven biển: Sử dụng kết quả mô phỏng để xác định mực nước thiết kế, đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình.

4. Nhà quản lý và hoạch định chính sách về phát triển ven biển: Cung cấp dữ liệu và phân tích khoa học hỗ trợ trong việc xây dựng các chính sách phòng chống thiên tai và phát triển bền vững vùng ven biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình Mike 21 có ưu điểm gì trong mô phỏng nước dâng bão?
   Mike 21 sử dụng lưới phi cấu trúc và phương pháp thể tích hữu hạn, cho phép mô phỏng chi tiết các hiện tượng thủy động lực và sóng trong khu vực ven biển phức tạp, đồng thời tích hợp các thành phần ứng suất gió, đáy và sóng, giúp kết quả mô phỏng chính xác và tin cậy.

2. Dữ liệu bão được sử dụng trong nghiên cứu lấy từ đâu?
   Dữ liệu bão được thu thập từ Cơ Quan Khí tượng Nhật Bản (Japan Meteorological Agency) trong giai đoạn 1951-2012, bao gồm các thông số vận tốc gió, áp suất, bán kính gió lớn nhất và đường đi bão.

3. Chu kỳ lặp lại của nước dâng có ý nghĩa gì trong thiết kế công trình?
   Chu kỳ lặp lại thể hiện khoảng thời gian trung bình giữa các lần xuất hiện nước dâng cực đại, giúp xác định mức độ rủi ro và lựa chọn mực nước thiết kế phù hợp để đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình ven biển.

4. Nước dâng do sóng chiếm tỷ lệ bao nhiêu trong tổng nước dâng bão?
   Nước dâng do sóng chiếm khoảng 16-18% tổng chiều cao nước dâng trong các cơn bão, đóng góp quan trọng và không thể bỏ qua trong tính toán nước dâng tổng cộng.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn?
   Kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để xác định mực nước thiết kế trong quy hoạch và xây dựng công trình ven biển, đồng thời hỗ trợ phát triển hệ thống cảnh báo sớm và các biện pháp phòng chống thiên tai hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc mô phỏng chế độ thủy triều, trường sóng bão và nước dâng do bão tại khu vực ven biển phía Bắc Việt Nam dựa trên dữ liệu bão từ 1951-2012.
• Mô hình Mike 21 Flow Model FM và Mike 21 SW được hiệu chỉnh với số liệu quan trắc, cho kết quả mô phỏng phù hợp và tin cậy.
• Phân tích chu kỳ lặp lại theo phân bố Weibull cung cấp thông tin quan trọng cho việc xác định mực nước thiết kế và đánh giá rủi ro thiên tai.
• Nước dâng do sóng chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng nước dâng bão, cần được tính toán chính xác trong thiết kế công trình ven biển.
• Đề xuất các giải pháp nâng cao thu thập dữ liệu, áp dụng mô hình trong quy hoạch, phát triển hệ thống cảnh báo và đào tạo chuyên sâu nhằm tăng cường hiệu quả phòng chống thiên tai.

Next steps: Tiếp tục cập nhật dữ liệu bão mới, mở rộng phạm vi mô phỏng, phát triển hệ thống cảnh báo sớm nước dâng bão và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào các dự án ven biển thực tế.

Call to action: Các nhà nghiên cứu, cơ quan quản lý và đơn vị thiết kế công trình ven biển nên phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và bảo vệ an toàn cho cộng đồng ven biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- TRƯƠNG NGỌC THANH NAM MÔ PHỎNG NƯỚC DÂNG Ở VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM Chuyên ngành : Xây Dựng Mã số: 605845 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.

TRẦN THU TÂM. Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN DANH THẢO. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

HCM ngày 10 tháng 01 năm 2013. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. NGUYỄN THẾ DUY. TRẦN THU TÂM.

NGUYỄN DANH THẢO. TRƯƠNG NGỌC TƯỜNG. PHẠM TRUNG KIÊN. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tƣ do – Hạnh phúc --------------------- --------------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trƣơng Ngọc Thanh Nam MSHV: 11020365 Ngày, tháng, năm sinh: 09/06/1987 Chuyên ngành: Xây dựng công trình Mã số: 605845 I. TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG NƢỚC DÂNG Ở VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Thu thập và cập nhật số liệu bão từ năm 1951 đến năm 2012. Mô phỏng chế độ triều khu vực biển Đông.

Mô phỏng trƣờng sóng bão khu vực phía Bắc Việt Nam. Mô phỏng và tính toán nƣớc dâng khu vực phía Bắc Việt Nam. Thống kê và phân tích chu kỳ lặp lại các yếu tố: chiều cao sóng nƣớc sâu, nƣớc dâng do gió và áp thấp, nƣớc dâng do sóng và nƣớc dâng tổng. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2012. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRƢƠNG NGỌC TƢỜNG. HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS.

Trƣơng Ngọc Tƣờng TS. Trần Thu Tâm KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đã gặp rất nhiều trở ngại. Tuy nhiên, với sự hướng dẫn nhiệt tình cùng những lời động viên của Thầy Trương Ngọc Tường, tôi đã lần lượt vượt qua để hoàn thành được đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Trương Ngọc Tường đã tận tình dìu dắt tôi trong suốt thời gian vừa qua.

Chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn - thuộc trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình chỉ bảo và cho tôi những lời khuyên hữu ích giúp vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành tốt luận văn. Chân thành cảm ơn các Thầy, Cô, Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật Biển (Portcoast) Chân thành cảm ơn cha mẹ và vợ đã động viên, lo lắng giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè thân hữu đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn này.

Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2012 Trương Ngọc Thanh Nam Khu vực ven biển Việt Nam thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề do các cơn bão gây ra. Khi bão đổ bộ vào bờ đẩy mực nước dâng cao gây hậu quả nặng nề và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình ven biển. Đặc biệt nước dâng kết hợp với các đợt triều cường càng đẩy mực nước dâng cao hơn. Do vậy mục tiêu luận văn tập trung nghiên cứu chế độ thuỷ triều và nước dâng do bão nhằm góp phần phòng chống thiên tai và đánh giá số liệu mực nước thiết kế cho các công trình ven biển.

Các số liệu bão được thu thập và cập nhật từ Cơ Quan Khí tượng Nhật Bản (Japan Meteorological Agency) từ năm 1951 đến năm 2012. Kết quả mô phỏng triều khu vực biển Đông và nước dâng do bão được so sánh với các số liệu quan trắc. Kết quả so sánh cho thấy tương đối phù hợp giữa kết quả mô phỏng và số liệu quan trắc thực tế. Áp dụng tính toán nước dâng cho khu vực phía Bắc Việt Nam.

Từ kết quả mô phỏng các cơn bão tạo cơ sở ban đầu để đánh giá số liệu nước dâng do bão khu vực phía Bắc Việt Nam. Đồng thời đánh giá riêng lẽ các yếu tố gây ra nước dâng do bão như gió, áp thấp và sóng. Kết quả mô phỏng được tiến hành thống kê phân tích chu kỳ lặp lại của các yếu tố như: chiều cao sóng nước sâu, nước dâng do gió và áp thấp, nước dâng do sóng và nước dâng tổng. Các kết quả này có thể tham khảo trong quy hoạch, thiết kế các công trình ven biển và các dự án phòng chống thiên tai.

Trang i MỤC LỤC Trang CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu. 3 CHƢƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .1 Các nghiên cứu trên thế giới .2 Các nghiên cứu trong nƣớc. 5 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Mô hình thuỷ động lực Mike 21 Flow Model FM .2 Mô hình sóng Mike 21 SW .3 Mô hình tạo trƣờng gió bão Mike 21 Cyclone Wind Generation Tool .2 Mô hình thông số gió .4 Một số công thức kinh nghiệm tính nƣớc dâng .1 Nước dâng do gió [6] .2 Nước dâng do áp thấp [6].3 Nước dâng tổng do gió và áp thấp [7].4 Nước dâng do sóng .5 Lý thuyết thống kê chiều cao sóng lớn nhất theo phân bố Weibull .1 Đặc trưng tần suất phân bố .2 Chu kỳ lặp lại .3 Khoảng tin cậy .4 Lựa chọn hàm phân bố. 21 CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH SỐ .1 Mô hình thủy động lực Mike 21 Flow Model FM .1 Rời rạc không gian (Space Discretization) .2 Phương trình nước nông.3 Tích phân theo thời gian .4 Điều kiện biên.

23 Luận Văn Thạc Sĩ Sinh viên thực hiện: Trƣơng Ngọc Thanh Nam Mã số sinh viên:11020365 Trang ii 4.2 Mô hình sóng Mike 21 SW .1 Rời rạc không gian (Space Discretization) .2 Tích phân theo thời gian (Time Integration) .3 Điều kiện biên. 28 CHƢƠNG 5: HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH .1 Hiệu chỉnh mô hình thủy động lực Mike 21 Flow Model FM .2 Phạm vi mô phỏng .3 Thời gian mô phỏng .4 Thông số mô hình .5 Kết quả mô phỏng .6 Đánh giá kết quả hiệu chỉnh .2 Hiệu chỉnh mô hình sóng Mike 21 SW .2 Thông số mô hình .3 Hiệu chỉnh mô hình .3 Hiệu chỉnh mô hình kết hợp Mike 21 Flow Model FM và Mike 21 SW tính toán nƣớc dâng do bão .3 Thông số mô hình .4 Hiệu chỉnh mô hình .5 So sánh với Mô hình 1 chiều - Luận văn cao học Phan Trung Quân 2005. 49 CHƢƠNG 6: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN .2 Phạm vi tính toán .3 Mô hình áp dụng.4 Thông số mô hình .6 Kết quả mô phỏng .7 Phân tích kết quả chiều cao sóng bão .1 Thống kê kết quả .2 Tính toán chu kỳ lặp lại theo phân bố Weibull .8 Phân tích kết quả nƣớc dâng trong bão .1 Phân tích kết quả nước dâng do gió và áp thấp. 77 Luận Văn Thạc Sĩ Sinh viên thực hiện: Trƣơng Ngọc Thanh Nam Mã số sinh viên:11020365 Trang iii 6.2 Phân tích kết quả nước dâng do sóng.3 Phân tích kết quả nước dâng tổng.

93 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 102 MỤC LỤC BẢNG Trang Bảng 3.1: Hệ số kinh nghiệm trong công thức tính độ lệch chuẩn (Goda, 1988).2: Biên khoảng tin cậy cho chiều cao sóng cực hạn .1: Bảng thông số các biên mô hình .2: Thông số bão Fritz (9721) .3: Thông số bão Ketsana (0916) .4: Thông số bão Washi (0508) .5: Thống kê chiều cao nước dâng trong cơn bão Washi (0508) .6: Thông số bão Kim (7115) .7: Thông số bão Anita (7302) .1: Toạ độ và vị trí 13 điểm tính toán nước dâng .3: Chu kỳ lặp lại của chiều cao sóng nước sâu lớn nhất .4: Chu kỳ lặp lại của nước dâng lớn nhất do gió và áp thấp tại 13 điểm tính toán .5: Bảng tổng hợp chu kỳ lặp lại của nước dâng lớn nhất do sóng tại 13 điểm tính toán .6: Chu kỳ lặp lại của nước dâng tổng tại 13 điểm tính toán. 101 Luận Văn Thạc Sĩ Sinh viên thực hiện: Trƣơng Ngọc Thanh Nam Mã số sinh viên:11020365 Trang iv MỤC LỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Chế độ thủy triều biển đông và ven biển Việt Nam.2: Bản đồ phân bố nước dâng bão với suất bảo đảm 5% .1: Quan hệ tương quan trong công thức tính vận tốc gió lớn nhất trong bão .2: Quan hệ tương quan trong công thức tính bán kính gió lớn nhất trong bão .1: Phạm vi mô hình mô phỏng .2: Lưới đo sâu và vị trí các biên trong mô hình Mike 21 Flow Model FM .3: Mực nước tại điểm giữa biên 2 trong tháng 6/2012.4: Mực nước tại điểm giữa biên 3 trong tháng 6/2012.5: Mực nước tại điểm giữa biên 41 trong tháng 6/2012.6: Mực nước tại điểm giữa biên 42 trong tháng 6/2012.7: Mực nước tại điểm giữa biên 5 trong tháng 6/2012.8: Mực nước tại điểm giữa biên 6 trong tháng 6/2012.9: Mực nước tại điểm giữa biên 7 trong tháng 6/2012.10: Trường dòng chảy triều biển Đông lúc 0h 16/6/2011 .11: Trường dòng chảy triều biển Đông lúc 7h 16/6/2011 .12: Trường dòng chảy triều biển Đông lúc 11h 16/6/2011 .13: Trường dòng chảy triều biển Đông lúc 18h 6/6/2011 .14: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều dự báo của TTHV tại trạm Hòn Dấu .15: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều dự báo của TTHV tại trạm Đà Nẵng .16: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều dự báo của TTHV tại trạm Nha Trang .17: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều dự báo của TTHV tại trạm Vũng Tàu .18: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều dự báo của TTHV tại trạm Hà Tiên.19: Kết quả hiệu chỉnh với mực nước triều quan trắc thực tại trạm Vũng Tàu Luận Văn Thạc Sĩ Sinh viên thực hiện: Trƣơng Ngọc Thanh Nam Mã số sinh viên:11020365 Trang v .20: Quỹ đão đường đi bão Fritz (9721) .21: Phân bố áp suất tại tâm trong cơn bão Fritz (9721) .22: Trường gió bão Fritz (9721) lúc 18h 24/09/1997 .23: Trường áp suất bão Fritz (9721) lúc 18h 24/09/1997 .24: Trường sóng bão Fritz (9721) lúc 18h 24/09/1997 .25: So sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc trong cơn bão Fritz (9721) .26: Quỹ đão đường đi bão Ketsana (0916) .27: Phân bố áp suất tại tâm trong cơn bão Ketsana (0916) .28: Trường gió bão Ketsana (0916) lúc 06h 29/09/2009 .29: Trường áp suất bão Ketsana (0916) lúc 06h 29/09/2009 .30: Trường sóng bão Ketsana (0916) lúc 6h 29/09/2009 .31: So sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc trong cơn bão Ketsana (0916) .32: Quỹ đão đường đi bão Washi (0508) .