Đặt vấn đề Nước dâng do bão là một hiện tượng tự nhiên rất nguy hiểm đối với tính mạng và tài sản của các nước ven biển có bão đổ bộ. Trên thế giới nhiều nơi bị ảnh hưởng rất nặng của bão như vùng vịnh Bengal, đặc biệt là Bangladet (2 lần nước dâng trong 2 năm 1970 và 1990 cao hơn 7m, đã làm hơn 400.000 người thiệt mạng), vùng biển Caribe (nước dâng cao nhất đã ghi được là 8m, trận nước dâng do bão FLORA, 5.000 người thiệt mạng), Mỹ (đã chịu trận nước dâng lớn đến 7,4 m), các nước ven bờ biển Bắc cũng đã chịu hậu quả nghiêm trọng của các trận nước dâng 1916, 1953, 1962, 1976 (trong các cơn bão 1953 ở Hà Lan 1.400 người chết, ở Anh 300 người chết). Nhật Bản, Triều Tiên, Trung Quốc cũng chịu hậu quả nước dâng do bão rất nặng nề (mực nước dâng cao nhất tương ứng là 3,6 m; 5,2 m; 3,2 m ). Còn ở nước ta, nước dâng do bão ghi được trong lịch sử như sau: Năm 1904 bão gây ra nước dâng lớn nhất ở Mỹ Tho làm chết 5.
Năm 1955, 1990 và 1996 ở Hải Phòng, 1982 ở Nghệ Tĩnh bão làm nước tràn qua đê, gây ngập lụt, phá hủy cầu cống, ruộng lúa và các công trình khác. Năm 1985 cơn bão Cencil ở Huế - Bình Trị Thiên cũ, dâng nước, làm chết gần 1000 người, … Năm 1989 nước dâng bão làm chết 352 người, mất tích 600 người. Năm 1990 nước dâng bão làm chết 356 người Thống kê thiệt hại trực tiếp đối với các tỉnh vùng ven biển chịu ảnh hưởng của cơn bão số 7 (Damrey, 27/10/ 2005) : Thiệt hại vật chất do cơn bão gây ra rất nặng nề, tới 1. Thanh Hoá bị bão số 7 tàn phá, làm thiệt hại tới 747 tỷ đồng.000 dân trước khi bão ập đến, 1 người chết, 5 người bị thương.500 ngôi nhà bị kéo sập, 72.000 nhà khác bị hư hỏng nặng.
117 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phòng của bệnh viện, trạm xá bị đổ, hơn 1.310 phòng học hư hại, 71.600 ha lúa đang thời kỳ trổ đòng bị chìm nước. Tại Nam Định, số thiệt hại lên 517 tỷ đồng.000 ngôi nhà bị ngập, hư hại, 80.000 m3 đất đá của hệ thống thủy lợi bị sạt lở, 8.000 ha ao hồ nuôi thủy sản bị ngập và hư hỏng. Tại các tỉnh ven biển còn lại, tỉnh Quảng Ninh là 38 tỷ đồng, Hải Phòng 53 tỷ đồng, Thái Bình 178 tỷ đồng, Ninh Bình 150 tỷ đồng, Nghệ An 48 tỷ đồng. Khi thiết kế các loại công trình biển và nhất là công trình ven bờ như các công trình quai đê, lấn biển, xây dựng đê đập, cầu cảng, dàn khoan, kho bãi…người ta phải tính đến độ cao cần thiết, trong đó có mực nước dâng do bão.
Khi xây dựng kế hoạch phòng tránh người ta phải biết được các đặc trưng khác như về quá trình nước dâng rút, thời điểm, địa điểm xảy ra nước dâng, rút cực trị. Do vậy cần phải nghiên cứu đưa ra các đặc trưng chế độ và dự báo hiện tượng nước dâng, rút cho từng cơn bão cụ thể. Chính vì thế, nắm biết được mối liên hệ giữa nước dâng với các tham số bão sẽ giúp ích rất nhiều trong việc tính toán và thiết kế các loại công trình biển này. Trị số nước dâng do bão nói chung và trị số nước dâng cực đại do bão gây ra nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cường độ gió bão, hướng gió bão tác động, tốc độ di chuyển của bão, mức độ giảm khí áp ở tâm bão và độ sâu vùng biển bão tới… Với cùng những điều kiện như nhau, nhưng ngay trước khi bão đổ bộ, bão di chuyển với tốc độ nhanh chậm khác nhau sẽ gây ra những trị số nước dâng cực đại lúc bão đổ bộ khác nhau.
Hay việc bão di chuyển theo các hướng khác nhau thì cũng sẽ gây ra những hướng gió khác nhau và trị số nước dâng cực đại khác nhau. Ở vùng ven biển Việt Nam gió bão có thể có cường độ tới cấp 11, 12, hoặc hơn, tức là gió bão ở đây có thể có cường độ từ 29 m/s tới 33 m/s hoặc hơn. Gió bão có thể làm cho mực nước ven biển dâng cao thêm lên tới 1 m, 2 m, 3 m hoặc hơn so 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com với mực nước triều ở thời khoảng tương ứng. Ở Việt Nam phân tích trong 100 cơn bão thì : Cứ 2 cơn bão đổ bộ thì gây nước dâng >1m Cứ 3 cơn bão đổ bộ thì gây nước dâng >1,5m Cứ 10 cơn bão đổ bộ thì có 1 cơn gây nước dâng > 2m Thời gian tồn tại nước dâng từ 12 - 30 giờ, thời gian duy trì đỉnh nước dâng từ 2 - 3 giờ [3].
Ở Việt Nam, khi bão tới, khí áp trong bão cũng làm cho mực nước biển biến động đáng kể. Khi bão đổ bộ vào bờ biển, khí áp vùng trung tâm bão có thể giảm xuống tới 974 mb so với khí áp chuẩn bằng 1013 mb. Vì vậy, có thể làm cho mực nước ven biển nơi bão tới dâng cao thêm lên khoảng 40 cm so với mực nước triều ở thời khoảng tương ứng. Chính bởi tính cấp thiết từ các con số thống kê nêu trên về tác hại vô cùng tận của bão, cộng với các con số thông kê về nước dâng khi có bão, tác giả đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ thực nghiệm giữa dao động mực nước ven biển với các tham số bão vùng biển ven bờ vịnh Bắc Bộ”cho luận văn Thạc sỹ của mình, để mong mỏi có thể tìm ra được mối liên hệ cụ thể nào đó giữa nước dâng và các tham số bão, từ đó hướng tới có thể dự báo được nước dâng khi biết được thông tin bão.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu Trong hai thập kỷ gần đây do tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu, các thiệt hại do thiên tai gây ra có chiều hướng gia tăng về tần số xuất hiện và ngày càng mãnh liệt về cường độ trên phạm vi toàn thế giới.
Các hiện tượng mưa lớn, xoáy giật, lốc, đặc biệt là các cơn bão ngày càng mạnh lên và quy luật hoạt động ngày càng bất thường và có sức tàn phá kinh hoàng. Hiện nay do nhu cầu phát triển nền kinh tế biển và đảm bảo an ninh quốc phòng của cả nước nên ngày càng có nhiều hoạt động xã hội, kinh tế và quốc phòng 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trên phạm vi toàn dải ven bờ biển nước ta. Vấn đề nêu trên làm nảy sinh hai khía cạnh đan xen lẫn nhau. Thứ nhất là các hoạt động kinh tế biển đã tác động đến sự thay đổi về môi trường biển theo xu thế bất lợi và góp phần làm gia tăng thiên tai và thiệt hại vì thiên tai.
Các công trình ven bờ, các hồ chứa nước tại thượng nguồn các con sông đã ngăn dòng vận chuyển bùn cát tự nhiên làm bồi lấp các luồng tàu và gây ra xói lở tại nhiều nơi. Rừng ngập mặn và phòng hộ bị tàn phá do nhu cầu nuôi trồng hải sản không những làm cho môi trường sinh thái bị mất cân bằng mà còn tạo điều kiện cho sóng lớn tác động trực tiếp vào đê biển. Những khảo sát thực tế sau cơn bão số 7 (bão Damrey) ngày 27/9/2005 đã cho thấy khu vực ven biển có rừng ngập mặn hoặc rừng phòng hộ bảo vệ thì đê biển không bị vỡ. Thứ hai các hoạt động nền kinh tế biển kéo theo sự tập trung đông dân cư, các công trình có giá trị và tài sản lớn nên khi thiên tai xảy ra thì mức độ thiệt hại rất lớn.
Thuỷ triều và nước dâng do bão ở vùng biển phía bắc nước ta thuộc vào loại lớn. Hơn nữa vùng đồng bằng Bắc Bộ đặc biệt là vùng Hải Phòng, Nam Định là vùng chịu nhiều ảnh hưởng của nứơc dâng do bão, sóng gió và thuỷ triều. Chính vì vậy mà trong hai thập kỷ qua hai hiện tượng này đã được nghiên cứu khá nhiều và chi tiết kể cả trong và ngoài nước. Để góp phần làm giảm nhẹ thiên tai, phát triển nền kinh tế biển bền vững, vấn đề nghiên cứu, đánh giá và đề ra những biện pháp cụ thể là nhiệm vụ rất lớn và cấp thiết.
Hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta, việc nghiên cứu và tính toán nước dâng do bão đều thể hiện trong hai phương pháp. Phương pháp mô hình số trị và phương pháp mô hình số trị thuỷ động. Phương pháp thống kê thuần tuý là phương pháp đơn giản nhất. Đây là phương pháp thiết lập mối tương quan giữa nước dâng và một số tham số bão vừa đơn giản, vừa mang tính chất địa phương cho từng vùng biển cụ thể.
Nơi có nhiều số liệu, các nhà chuyên môn có thể đưa ra những mối tương quan cần thiết. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cheng (Hồng Kông) sau khi nghiên cứu về nước dâng bằng phương pháp thống kê đã đưa ra một số công thức kinh nghiệm tính toán nước dâng do bão tại khu vực Hồng Kông: h = 0.16 Trong đó h là nước dâng cực đại, G – gió giật cực đại, W10 – giá trị gió cực đại trong 10 phút, W60 – giá trị gió cực đại trong 60 phút, Pc – giá trị khí áp ở tâm. Tương tự với các công thức thực nghiệm trên các tác giả Nhật Bản như Myazaki (1957), Isozaki (1970) cũng đề nghị sử dụng các công thức thực nghiệm của mình cho vùng biển Nhật Bản. Tại Việt Nam, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu nước dâng theo hướng chủ yếu là sử dụng phương pháp mô hình số trị.
Cơ sở của phương pháp mô hình số trị là xuất phát từ hệ phương trình thuỷ động. Qua một số công đoạn tham số hoá, biểu thức hoá và sơ đồ hoá (SPLASH). Đại diện cho phương pháp này tại nước ta là Vũ Như Hoán, Nguyễn Vũ Thắng. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản hơn phương pháp số trị thuỷ động.
Các kết quả nghiên cứu theo phương pháp này của Vũ Như Hoán đã được sử dụng để dự báo nước dâng cho vùng biển Việt Nam. Phương pháp này cũng được áp dụng tính toán nước dâng do bão vùng biển Hải Phòng qua công trình của Nguyễn Vũ Thắng. Nhược điểm của phương pháp này là độ chính xác không lớn do phải tham số hoá các yếu tố trong bão. Hơn nữa nó cần một lượng số liệu thực đo về bão và nước dâng đủ lớn để xác định được các tham số trong mối quan hệ.
Vì vậy phạm vi áp dụng rất hạn chế.