MỞ ĐẦU Các lĩnh vực biển trong vòng vài thập kỷ trở lại đây đã và đang trở thành một trong những vấn đề đƣợc quan tâm và phát triển. Về kinh tế, biển đang trở thành mũi nhọn trong chiến lƣợc phát triển của các quốc gia có ƣu thế về biển. Đối với Việt Nam là một quốc gia ven biển, có đƣờng bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam, có nhiều tiềm năng và điều kiện thuận lợi trong việc phát triển đa dạng các ngành kinh tế biển thì việc tận dụng lợi thế đó nhằm đƣa Việt Nam từng bƣớc “ trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển” ngày càng trở nên quan trọng. Để có những thông tin và hiểu biết nhất định giúp cho việc quản lý, khai thác và bảo vệ biển cần có những số liệu quan trắc thực tế, các nghiên cứu chuyên sâu bằng mô hình số trị.
Trong các yếu tố hải văn, sóng biển là yếu tố đƣợc quan tâm bậc nhất đối các hoạt động và lƣu thông trên biển. Chính vì vậy mà các bản tin cảnh báo, dự báo sóng luôn đƣợc quan tâm không chỉ trong những thời điểm có thời tiết nguy hiểm trên biển (bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa mạnh.) mà hàng ngày để lập kế hoạch cho các hoạt động trên biển. Từ trƣớc tới nay, các mô hình dự báo sóng thƣờng không xem xét tới ảnh hƣởng của thủy triều và nƣớc dâng do bão, tức là tính sóng trên nền mực nƣớc biển trung bình. Khu vực ven biển Quảng Ninh-Hải Phòng là nơi có biên độ thủy triều lớn, do vậy độ sâu ven biển sẽ có nhiều khác biệt tại những pha thủy triều cao và thấp, nhất là khi bão đổ bộ gây nƣớc dâng lớn vào kỳ triều cƣờng.
Sự thay đổi trƣờng độ sâu và dòng chảy khi bão đổ bộ có thể làm khác biệt trƣờng sóng trong bão. Chính vì vậy, luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của thủy triều kết hợp với nƣớc dâng do bão tới sóng trong bão. Để nghiên cứu, đánh giá ảnh hƣởng của thủy triều và nƣớc dâng tới sóng biển, mô hình số trị hải dƣơng tích hợp sóng, thủy triều và nƣớc dâng do bão đƣợc áp dụng để tính toán trƣờng sóng trong bão theo 2 phƣơng án là có và không xét tới ảnh hƣởng của thủy triều và nƣớc dâng. Khu vực áp dụng nghiên cứu là ven biển Quảng Ninh-Hải Phòng.
Nội dung của luận văn bao gồm 03 chƣơng chính, phần kết luận và phần các bảng phụ lục: Chƣơng I: Giới thiệu chung. Chƣơng II: Số liệu và phƣơng pháp nghiên cứu. Chƣơng III: Kết quả nghiên cứu. Kết luận và kiến nghị 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.phong CHƢƠNG I.
GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về sóng Trƣờng sóng trên biển là một trong các yếu tố động lực biển quan trọng tác động lên tàu thuyền, các công trình và mọi hoạt động trên biển. Trƣờng sóng vùng ven bờ cũng là nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển, biến đổi đáy biển vùng ven bờ tác động đến các công trình bảo vệ bờ, công trình cảng và luồng ra vào cảng. Sóng và dòng chảy sóng còn là nhân tố tác động đến các quá trình lan truyền ô nhiễm vùng ven bờ.
Nƣớc ta nằm trong vùng tác động của bão và các loại gió mùa. Sóng trong gió mùa và bão là yếu tố hải văn cực kỳ nguy hiểm trên biển [4]. Tình hình nghiên cứu sóng vùng biển khơi: Thời kỳ trƣớc những năm 70 các phƣơng pháp tính sóng đều dựa vào các toán đồ xây dựng trên cơ sở các tƣơng quan thực nghiệm giữa các tham số sóng, yếu tố tạo sóng và các tính toán, dự báo sóng nghiệp vụ hàng ngày đã đạt đƣợc trình độ mô phỏng đƣợc từng thành phần phổ sóng và tính toán cho vùng biển với bƣớc lƣới đủ chi tiết để phục vụ cho các mục tiêu khác nhau. Vào những năm 1970-1980 các mô hình tính sóng theo phƣơng trình CBNL sóng dạng phổ chủ yếu thuộc thế hệ I là loại phƣơng trình dựa trên giả định các thành phần phổ sóng hoàn toàn độc lập với nhau trong khi lan truyền.
Các mô hình tính sóng theo giả định này gọi là các mô hình phổ sóng truyền độc lập DP (Decouple Propagation). Ví dụ mô hình MRI của Cục Khí tƣợng Nhật JMA. Từ những năm 1980 xuất hiện mô hình tính sóng thế hệ II, có tính toán đến sự tƣơng tác giữa các sóng trong khi lan truyền. Hiện nay trên thế giới sử dụng loại mô hình tính sóng thế hệ III cho phép tính đƣợc năng lƣợng phổ bằng cách tích phân trực tiếp phƣơng trình CBNL sóng không phụ thuộc vào điều kiện các dạng cho trƣớc của phổ cả ở vùng nƣớc sâu và ven bờ (mô hình WAM, SWAN).
Hiện nay tại Mỹ có các số liệu sóng ở dạng các tham số sóng gồm độ cao, chu kỳ, hƣớng sóng, cho hệ sóng gió và sóng lừng ứng với từng Obs và theo thời gian yêu cầu (10-20 năm) đƣợc cung cấp cho tất cả các điểm vùng nƣớc sâu dọc bờ biển theo hai nguồn số liệu: + Số liệu khôi phục của hệ thống tƣ liệu ven bờ (CEDRS), + Số liệu khôi phục của hệ thống phân tích trạng thái mặt biển (SEAS) [4]. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tình hình nghiên cứu trường sóng vùng ven bờ: Trƣớc những năm 70 các tính toán sóng ven bờ thƣờng đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp thủ công dựa vào các toán đồ khúc xạ, hệ số biến dạng vv. Griswold là một trong những ngƣời đầu tiên sử dụng máy tính để lập các bản đồ tia sóng khúc xạ thông qua việc giải phƣơng trình vi phân tia sóng.
Hiện nay phần lớn các tính toán lan truyền sóng từ vùng nƣớc sâu vào khu vực ven bờ đều dựa trên việc giải số trị phƣơng trình lan truyền sóng trên vùng biển ven bờ có độ dốc thoải của Berkhof 1972 có tính đến hiệu ứng nhiễu xạ giữa bản thân các sóng tại vùng ven bờ. Mô hình lan truyền sóng vùng ven bờ RCPWAVE dựa theo phƣơng trình trên của Trung tâm Công nghệ Ven bờ thuộc Hải quân Mỹ (CERC) là một mô hình đƣợc sử dụng rộng rãi để mô phỏng trƣờng sóng ven bờ trong các tính toán phục vụ xây dựng các công trình ven biển và bảo vệ bờ biển. Mô hình SWAN thuộc thế hệ III của Viện Thủy lực Hà Lan đƣợc sử dụng để tính toán sóng vùng khơi và lan truyền các thành phần phổ sóng vào vùng ven bờ [4].Tình hình nghiên cứu sóng ở Việt Nam a) Thời kỳ trước năm 1975 Chủ yếu tiến hành quan trắc sóng bằng máy ngắm sóng Ivannov, còn việc điều tra đo đạc các yếu tố sóng vùng nƣớc sâu hầu nhƣ bị bỏ trống. Một số các công trình nghiên cứu do các tác giả nƣớc ngoài và trong nƣớc về chế độ sóng đều ở dạng các tính toán thủ công theo phƣơng pháp thống kê chế độ.
b) Thời kỳ từ năm 1975 đến nay Là thời kỳ phát triển mạnh mẽ nhất của khoa học công nghệ biển ở nƣớc ta. Nghiên cứu sóng đƣợc phát triển trong cả hai phƣơng diện: đo đạc, điều tra khảo sát cơ bản trƣờng sóng vùng nƣớc sâu ven bờ và các phƣơng pháp tính toán, dự báo. Gió lớn có liên quan tới bão và có thể sinh ra sóng lớn. Khi nƣớc dâng lên từ trong mắt bão kết hợp với gió, dòng chảy và thủy triều, nƣớc dâng bão đƣợc tạo ra.
Sự dâng mực nƣớc ở bờ biển gia tăng sự nguy hiểm - thƣờng là hàng chục met - là nguyên nhân dẫn đến phá hủy vùng ven bờ biển. Năm 1981 đã bắt đầu các thử nghiệm tính toán số trị trƣờng sóng vùng khơi biển Đông theo phƣơng pháp Abuziarov. Năm 1989 đã tiến hành xây dựng phƣơng pháp dự báo số trị trƣờng sóng vùng biển Đông bằng phƣơng pháp giải phƣơng trình CBNL sóng dạng phổ trong đó đã sử dụng phƣơng trình CBNL sóng với các thành phần phổ sóng tách biệt để tính toán và dự báo sóng 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Tính sóng trong bão và gió mùa đã đƣợc đề cập đến trong nhiều chƣơng trình nghiên cứu biển nhƣ chƣơng trình 48B, chƣơng trình biển KT03, chƣơng trình khoa học công nghệ biển KHCN06.
Tính sóng vùng ven bờ cũng đƣợc chú ý phát triển cùng với các yêu cầu về thiết kế các công trình ven biển, bảo vệ bờ biển chống sạt lở, xói lở bờ, bảo vệ các công trình tuyến kênh hàng hải ra vào cảng chống sa bồi và quản lý khai thác vùng bờ biển nƣớc ta. Về các phƣơng tiện máy và thiết bị đo đạc trƣờng sóng cũng đƣợc phát triển rất mạnh trong thời gian từ năm 1975 tới nay. Trƣớc năm 1980 đã sử dựng các loại máy tự ghi sóng ven bờ - sóng ký dây và máy tự ghi sóng vùng nƣớc sâu - GM16 của Liên Xô thời đó. Từ 1980 tới nay, nhờ các dự án do nƣớc ngoài tài trợ, các nguồn kinh phí của các chƣơng trình điều tra nghiên cứu biển và kinh phí đầu tƣ chiều sâu tại một số các cơ quan nghiên cứu biển nƣớc ta đã đƣợc trang bị các loại máy tự ghi sóng của Anh, phao đo sóng của Hà Lan, Na Uy, máy tự ghi sóng của Mỹ, Nhật vv…Tuy nhiên đại đa số các số liệu đo đạc đƣợc là các số liệu khảo sát trong thời gian ngắn không hoàn toàn đặc trƣng cho đặc điểm khốc liệt về trƣờng sóng ở vùng biển nƣớc ta, đó là trƣờng sóng trong bão và gió mùa.
[4] Với dự báo sóng biển: Ở Việt Nam, nghiên cứu dự báo sóng biển bằng mô hình số trị cũng đã đƣợc đặt ra từ lâu, nhƣng tiến bộ chậm so với thế giới. Hiện tại đã có những tiến bộ vƣợt bậc hơn do tiếp thu công nghệ và nghiên cứu khai thác mô hình dự báo sóng dạng mã nguồn mở. Các mô hình số trị dự báo sóng thế hệ thứ 3 đã đƣợc một số tác giả nghiên cứu áp dụng, điển hình nhƣ: - Tại Trung tâm KTTV Biển (nay là Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam): Đề tài cấp bộ “Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo tác nghiệp khí tượng thuỷ văn biển (gồm dòng chảy, sóng và nước dâng do bão) vùng Biển Đông và ven biển Việt Nam” đã áp dụng WAM cho dự báo sóng ngoài khơi, SWAN cho dự báo sóng ven bờ. - Tại Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam: Đề tài cấp nhà nƣớc KT-03-04 đã xây dựng quy trình tính toán sóng ven bờ, sử dụng các mô hình RCPWAVE, STWAVE.
Tuy nhiên trong khuôn khổ đề tài này không dự báo sóng cho khu vực Biển Đông. [1] - Tại một số cơ quan khác (Đại học Xây dựng Hà Nội, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, .