Luận văn thạc sĩ hus 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

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu mối quan hệ thực nghiệm giữa dao động mực nước ven biển với các tham số bão vùng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Đào Ngọc Mai
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Huấn
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hải dương học
• 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
• 1.2. Lựa chọn khu vực nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Loại trừ thủy triều
• 2.2. Phương pháp hồi quy tuyến tính
• 2.2.1. Phương pháp hồi quy tuyến tính một biến
• 2.2.2. Phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến
• 2.2.3. Hệ số tương quan
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ DỮ LIỆU
• 3.1. Cơ sở dữ liệu mực nước
• 3.2. Cơ sở dữ liệu về bão
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỐI LIÊN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BỜ VỚI CÁC THAM SỐ BÃO
• 4.1. Khái quát về mô tả định tính đợt nước dâng rút và cơn bão liên quan
• 4.2. Mối liên hệ giữa nước dâng và khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu
• 4.3. Mối liên hệ giữa mực nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão
• 4.4. Phân tích hồi quy tuyến tính giữa nước dâng cực đại, nước dâng trung bình tại trạm quan trắc ven bờ với các tham số bão
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về dao động mực nước ven biển và bão tại vịnh Bắc Bộ

Nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động mực nước và các tham số bão tại vịnh Bắc Bộ là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực hải dương học. Vịnh Bắc Bộ là khu vực chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các cơn bão, dẫn đến những biến động lớn về mực nước ven biển. Việc hiểu rõ mối quan hệ này không chỉ giúp dự báo chính xác hơn về nước dâng do bão mà còn hỗ trợ trong việc thiết kế các công trình ven biển. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, nước dâng do bão có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các khu vực ven biển, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.

1.1. Tình hình nghiên cứu về dao động mực nước và bão

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phân tích mối quan hệ giữa mực nước ven biển và các tham số bão. Các nghiên cứu này thường sử dụng phương pháp mô hình số và thống kê để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nước dâng. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cường độ gió và áp suất tại tâm bão là những yếu tố chính quyết định đến mức độ nước dâng. Việc nắm bắt được các yếu tố này sẽ giúp cải thiện khả năng dự báo nước dâng trong tương lai.

1.2. Đặc điểm của khu vực nghiên cứu tại vịnh Bắc Bộ

Vịnh Bắc Bộ là khu vực có địa hình phức tạp với nhiều đảo và bờ biển dài. Đặc điểm này làm cho dao động mực nước tại đây có sự biến đổi lớn. Các cơn bão thường xuyên đổ bộ vào khu vực này, gây ra những đợt nước dâng mạnh. Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa nước dâng và các tham số bão tại đây là rất cần thiết để có thể đưa ra các biện pháp phòng tránh hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu dao động mực nước ven biển

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về mực nước ven biển và bão, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc xác định chính xác mối quan hệ giữa chúng. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự thiếu hụt dữ liệu quan trắc tại các trạm ven biển. Điều này dẫn đến việc khó khăn trong việc xây dựng các mô hình dự báo chính xác. Hơn nữa, sự biến đổi khí hậu cũng làm cho các mô hình hiện tại trở nên không còn phù hợp. Do đó, cần có những nghiên cứu sâu hơn để cải thiện độ chính xác của các dự báo.

2.1. Thiếu hụt dữ liệu quan trắc và ảnh hưởng đến nghiên cứu

Việc thiếu hụt dữ liệu quan trắc tại các trạm ven biển là một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu dao động mực nước. Nhiều khu vực không có đủ số liệu để phân tích, dẫn đến việc khó khăn trong việc xác định các mối quan hệ thực nghiệm. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dự báo nước dâng trong các cơn bão.

2.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dao động mực nước

Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng tần suất và cường độ của các cơn bão. Điều này dẫn đến những biến động lớn về mực nước ven biển. Các nghiên cứu cần phải xem xét các yếu tố này để có thể đưa ra những dự báo chính xác hơn về nước dâng trong tương lai.

III. Phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động mực nước và bão

Để nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động mực nước và các tham số bão, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Phương pháp hồi quy tuyến tính là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép xác định mối quan hệ giữa các biến số và đưa ra các dự báo dựa trên dữ liệu thu thập được. Ngoài ra, các mô hình số cũng được sử dụng để mô phỏng các tình huống khác nhau và đánh giá tác động của bão đến mực nước ven biển.

3.1. Phương pháp hồi quy tuyến tính trong nghiên cứu

Phương pháp hồi quy tuyến tính cho phép xác định mối quan hệ giữa mực nước ven biển và các tham số bão như cường độ gió và áp suất. Bằng cách sử dụng dữ liệu quan trắc, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng các mô hình dự báo chính xác hơn về nước dâng trong các cơn bão.

3.2. Mô hình số trong mô phỏng nước dâng do bão

Mô hình số là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng các tình huống nước dâng do bão. Các mô hình này có thể giúp đánh giá tác động của các yếu tố như tốc độ di chuyển của bão và độ sâu của vùng biển đến dao động mực nước. Tuy nhiên, độ chính xác của các mô hình này phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu đầu vào.

IV. Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động mực nước và bão

Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối liên hệ chặt chẽ giữa dao động mực nước và các tham số bão. Cường độ gió và áp suất tại tâm bão là những yếu tố chính ảnh hưởng đến mức độ nước dâng. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, khi cường độ gió tăng, mức nước dâng cũng tăng theo. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc dự báo nước dâng trong các cơn bão tại vịnh Bắc Bộ.

4.1. Mối liên hệ giữa cường độ gió và nước dâng

Nghiên cứu cho thấy rằng, khi cường độ gió tăng lên, mức nước dâng cũng tăng theo. Điều này được thể hiện rõ qua các số liệu quan trắc tại các trạm ven biển. Mối liên hệ này có thể được sử dụng để dự báo nước dâng trong các cơn bão sắp tới.

4.2. Tác động của áp suất bão đến dao động mực nước

Áp suất tại tâm bão cũng có tác động lớn đến mực nước ven biển. Khi áp suất giảm, nước dâng lên cao hơn so với mức bình thường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự giảm áp suất có thể làm tăng mức nước dâng lên tới 40 cm, điều này cần được xem xét trong các dự báo nước dâng.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động mực nước và các tham số bão tại vịnh Bắc Bộ là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có mối liên hệ chặt chẽ giữa các yếu tố này, từ đó giúp cải thiện khả năng dự báo nước dâng trong các cơn bão. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn để xác định rõ hơn các yếu tố ảnh hưởng và phát triển các mô hình dự báo chính xác hơn.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực dao động mực nước

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc thu thập dữ liệu quan trắc tại các trạm ven biển để cải thiện độ chính xác của các mô hình dự báo. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về tác động của biến đổi khí hậu đến mực nước ven biển.

5.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc thiết kế các công trình ven biển và lập kế hoạch phòng tránh thiên tai. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa nước dâng và các tham số bão sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vịnh Bắc Bộ là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi bão và áp thấp nhiệt đới tại Việt Nam, với tần suất trung bình từ 4 đến 5 cơn bão quét qua mỗi năm và vận tốc gió giật có thể vượt mốc 50 m/s. Theo các thống kê lịch sử hải văn ven bờ, cứ 100 cơn bão đổ bộ vào dải bờ biển nước ta thì có tới 10 cơn gây nước dâng vượt 2,0 m và 30 cơn gây nước dâng trên 1,5 m. Hiện tượng nước dâng do bão khi kết hợp với triều cường tại vùng biển phía Bắc thường duy trì đỉnh cao từ 2 đến 3 giờ, gây ngập lụt nghiêm trọng, phá vỡ hệ thống đê điều và cuốn trôi mùa màng. Cơn bão số 7 vào năm 2005 là minh chứng điển hình khi tàn phá nặng nề các tỉnh ven biển, gây thiệt hại kinh tế hơn 747 tỷ đồng tại Thanh Hóa và 517 tỷ đồng tại Nam Định.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là làm sáng tỏ bản chất động lực học và thiết lập mối quan hệ thực nghiệm định lượng giữa dao động mực nước ven bờ với các tham số đặc trưng của bão. Mục tiêu cụ thể là xây dựng các công thức hồi quy thực nghiệm đáng tin cậy, giúp xác định nhanh trị số nước dâng và nước rút cực đại phục vụ công tác cảnh báo sớm.

Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ vùng biển ven bờ Vịnh Bắc Bộ trải dài từ vĩ độ 17 độ Bắc đến 21 độ Bắc, tập trung chuyên sâu tại hai trạm quan trắc hải văn chiến lược gồm trạm Hòn Dấu tại Hải Phòng và trạm Hòn Ngư tại Nghệ An trên chuỗi số liệu quan trắc liên tục 32 năm từ năm 1980 đến năm 2012. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp công cụ tính toán nhanh với thời gian xử lý dưới 30 phút, hỗ trợ bảo vệ an toàn cho hơn 763 km đường bờ biển Vịnh Bắc Bộ và hàng triệu cư dân sinh sống tại các vùng trũng thấp duyên hải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết phân tích điều hòa thủy triều dựa trên nguyên lý chồng chập sóng điều hòa của Darwin và Doodson để phân tách dao động mực nước biển thành hai thành phần độc lập. Thành phần thứ nhất là dao động tuần hoàn do lực hấp dẫn thiên văn từ Mặt Trăng và Mặt Trời gây ra. Thành phần thứ hai là dao động phi tuần hoàn hay còn gọi là mực nước dư, đại diện cho hiện tượng nước dâng hoặc nước rút do áp suất khí quyển và trường gió bão tác động lên mặt biển.

Mô hình nghiên cứu xây dựng dựa trên lý thuyết hồi quy thống kê tuyến tính và phi tuyến, kết hợp ma trận tương quan Pearson để xác định mức độ phụ thuộc giữa mực nước dư cực trị với tập hợp các tham số bão. Bốn khái niệm khoa học cốt lõi được định nghĩa xuyên suốt bao gồm: hằng số điều hòa biên độ và pha thiên văn, mực nước dư cực đại, áp suất khí quyển cực tiểu tại tâm bão, và khoảng cách động lực học từ tâm bão đến trạm quan trắc ven bờ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu quan trắc mực nước từng giờ được thu thập đồng bộ tại trạm Hòn Dấu trong giai đoạn từ năm 1980 đến 2012 với tổng số 289.296 giờ quan trắc và trạm Hòn Ngư trong giai đoạn từ năm 1980 đến 2008. Cơ sở dữ liệu khí tượng bão được khai thác từ nguồn dữ liệu quỹ đạo chuẩn Best Track của cơ quan khí tượng hải quân quốc tế với chuỗi thời gian 50 năm từ năm 1960 đến 2009.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 909 cơn bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên Biển Đông trong 30 năm từ 1980 đến 2009, trong đó tác giả chọn lọc 63 cơn bão mạnh có vận tốc gió cực đại đạt từ 64 hải lý/giờ (tương đương 32,9 m/s) trở lên. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các cơn bão có quỹ đạo đổ bộ vào phía Nam của trạm quan trắc như khu vực Nam Định, Thanh Hóa để khảo sát tác động dâng nước mạnh nhất ở bán khuyên nguy hiểm bên phải đường đi của bão.

Phương pháp phân tích điều hòa bằng thuật toán bình phương tối thiểu được sử dụng để trích xuất gần 30 sóng triều chính, giúp khử bỏ triệt để thành phần thủy triều khỏi chuỗi số liệu thực đo. Toàn bộ các thuật toán xử lý dữ liệu, đồng hóa tọa độ không gian và phân tích hồi quy đa biến được lập trình tự động hóa bằng ngôn ngữ Fortran. Lý do lựa chọn phương pháp thống kê thực nghiệm xuất phát từ tính ưu việt trong việc phản ánh trung thực đặc thù địa hình vịnh nông có độ sâu trung bình từ 40 m đến 50 m, khắc phục triệt để các sai số do lưới tính toán quá thưa trong các mô hình số trị thủy động truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả thống kê tần suất cho thấy sự cân bằng giữa các đợt nước dâng và nước rút tại trạm Hòn Dấu với 12.175 đợt dâng và 12.177 đợt rút trong 32 năm. Tuy nhiên, các đợt nước dâng đáng kể có độ cao trên 50 cm chỉ xuất hiện 142 lần, chiếm tỷ lệ 1,17%. Tại trạm Hòn Ngư, số đợt nước dâng trên 50 cm lên tới 352 lần, chiếm tỷ lệ 4,49% trên tổng số 7.844 đợt dâng, chứng tỏ khu vực bờ biển Nghệ An chịu biên độ dao động nước dâng mạnh hơn đáng kể so với khu vực Hải Phòng.

Thứ hai, nghiên cứu đã xác lập các mốc giá trị cực trị lịch sử của nước dâng và nước rút do bão. Tại trạm Hòn Dấu, mực nước dâng lớn nhất ghi nhận đạt 161,1 cm trong cơn bão ngày 23 đến 25 tháng 8 năm 1996. Tại trạm Hòn Ngư, đỉnh nước dâng kỷ lục đạt 198,2 cm xuất hiện vào ngày 29 tháng 8 năm 1990. Về hiện tượng nước rút, giá trị âm sâu nhất tại Hòn Dấu đạt âm 91,5 cm vào ngày 10 tháng 11 năm 1990 và tại Hòn Ngư đạt âm 143,5 cm vào ngày 18 tháng 5 năm 2007.

Thứ ba, mối quan hệ giữa độ lớn nước dâng với khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc tuân theo quy luật phi tuyến rõ rệt. Điển hình trong cơn bão Charlotte năm 1962, quan hệ bậc 6 trên toàn dải khoảng cách đạt hệ số tương quan R bình phương bằng 0,8282. Khi phân tích riêng phạm vi cận bờ dưới 400 km, mối quan hệ chuyển sang dạng hàm đa thức bậc hai với hệ số tương quan R bình phương đạt 0,704. Quy luật thực nghiệm chỉ ra rằng khi bão cách bờ khoảng 400 km, mực nước có xu hướng rút nhẹ, nhưng khi tâm bão tiến sát bờ dưới 100 km, nước dâng tăng vọt theo cấp số nhân.

Thứ tư, phân tích hồi quy đa biến khẳng định mực nước dâng cực đại phụ thuộc chặt chẽ vào sự suy giảm khí áp tâm bão và vận tốc gió cực đại. Khí áp tâm bão khi giảm sâu xuống mức 974 mb so với chuẩn 1013 mb sẽ làm nước biển dâng thêm khoảng 40 cm thuần túy do hiệu ứng áp kế nghịch.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi tạo nên các đợt nước dâng cực trị bắt nguồn từ sự cộng hưởng giữa hiệu ứng hút nước của tâm áp thấp và ứng suất gió bão dồn nước vào lòng chảo Vịnh Bắc Bộ. Địa hình vịnh tương đối nông với hơn 60% diện tích có độ sâu dưới 30 m đã khuếch đại biên độ sóng lùi và sóng dâng khi bão áp sát bờ.

So với các công thức kinh nghiệm quốc tế như công thức của Cheng tại Hồng Kông hay Isozaki tại Nhật Bản, các hệ số hồi quy trong luận văn mang tính địa phương hóa sâu sắc, phù hợp hoàn hảo với đường bờ khúc khuỷu và thềm lục địa phía Bắc Việt Nam. Kết quả này vượt trội hơn các mô hình số trị trước đây vốn sử dụng lưới tính thô 27 km và giả định trên nền nước tĩnh.

Toàn bộ dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua các bảng thống kê ma trận tương quan nhiều biến và hệ thống đồ thị chuỗi thời gian so sánh mực nước thực đo đường nét liền với mực nước tính toán đường gạch nối. Sự trùng khớp giữa hai đường đồ thị với hệ số tương quan trên 80% khẳng định độ tin cậy vượt trội của mô hình thực nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp mạng lưới trạm hải văn quan trắc tự động dọc dải bờ biển Vịnh Bắc Bộ. Bộ Tài nguyên và Môi trường cần chủ trì phân bổ ngân sách trong giai đoạn 2026 - 2028 để thay thế các thiết bị đo cơ học tại 5 trạm quan trắc trọng điểm bằng cảm biến sóng âm và áp suất điện tử, đặt mục tiêu giảm tỷ lệ khuyết số liệu xuống dưới 0,5% và truyền dữ liệu thời gian thực mỗi 10 phút một lần.

Thứ hai, tích hợp bộ phương trình hồi quy thực nghiệm vào phần mềm nghiệp vụ dự báo khí tượng hải văn. Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia cần triển khai ứng dụng các hàm tương quan bậc hai giữa khoảng cách bão, khí áp và mực nước dâng vào hệ thống hỗ trợ ra quyết định từ đầu năm 2026, nhằm nâng cao độ chính xác dự báo đỉnh nước dâng cực đại lên trên 85% trước khi bão đổ bộ từ 12 đến 24 giờ.

Thứ ba, điều chỉnh quy chuẩn thiết kế kỹ thuật công trình đê kè và cảng biển ven bờ. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp cùng Bộ Giao thông Vận tải hoàn thành việc rà soát cao trình đỉnh đê tại các tỉnh Hải Phòng, Nam Định, Nghệ An trước năm 2027, bắt buộc bổ sung biên độ an toàn nước dâng tối thiểu từ 1,5 m đến 2,0 m kết hợp với triều cường đỉnh kỳ vào quy chuẩn xây dựng.

Thứ tư, xây dựng bản đồ phân vùng rủi ro ngập lụt do nước dâng bão chi tiết cấp xã phường. Ủy ban nhân dân các tỉnh ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ cần hoàn thành số hóa bản đồ cảnh báo ngập lụt tỷ lệ 1:10.000 trong giai đoạn 2026 - 2030, giúp các địa phương chủ động phương án sơ tán dân cư, hướng tới mục tiêu giảm thiểu 30% thiệt hại về tài sản khi có bão mạnh đổ bộ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm chuyên viên dự báo khí tượng thủy văn và hải văn có thể ứng dụng trực tiếp các phương trình hồi quy và bảng tra cứu ma trận tương quan để tính toán nhanh mực nước dâng bão trong các ca trực nghiệp vụ khẩn cấp chỉ với 15 phút xử lý thông tin.

Nhóm kỹ sư thiết kế công trình thủy công, cảng biển và đê điều có thể khai thác các số liệu thống kê mực nước dâng cực trị từ 161,1 cm đến 198,2 cm cùng chuỗi số liệu mực nước rút sâu âm 143,5 cm để xác định chuẩn xác tĩnh không cầu cảng, cao trình đỉnh kè và độ sâu an toàn cho luồng tàu hàng hải.

Nhóm cán bộ chỉ huy phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn các cấp có thể tham khảo quy luật tương quan khoảng cách bão dưới 400 km để thiết lập các kịch bản sơ tán dân cư vùng trũng thấp trước 12 giờ khi bão đổ bộ vào đất liền.

Nhóm giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Hải dương học, Khí tượng học và Quản lý biển có thể sử dụng phương pháp tách triều bằng thuật toán bình phương tối thiểu và bộ mã nguồn Fortran làm tài liệu tham khảo chuẩn mực trong giảng dạy và phát triển các đề tài nghiên cứu mở rộng.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp loại triều theo dự tính thủy triều được thực hiện như thế nào? Phương pháp này áp dụng thuật toán bình phương tối thiểu để phân tích chuỗi số liệu mực nước thực đo liên tục nhiều năm nhằm xác định bộ hằng số điều hòa biên độ và pha của gần 30 sóng triều chính. Sau đó, giá trị triều tính toán được trừ khỏi mực nước tổng cộng để thu được chuỗi mực nước dư phi tuần hoàn chính xác phục vụ nghiên cứu bão.

Tại sao nước dâng cực đại thường xuất hiện ở phía bên phải đường đi của bão? Tại bán cầu Bắc, hoàn lưu bão xoáy ngược chiều kim đồng hồ kết hợp với vận tốc tịnh tiến của tâm bão làm cho trường gió ở nửa bên phải đường đi đạt cường độ mạnh nhất. Hướng gió thổi vuông góc từ biển vào bờ dồn ép khối nước lên vùng đáy nông, tạo ra đỉnh nước dâng cao nhất ở sườn phải bão.

Khoảng cách từ tâm bão đến trạm bờ ảnh hưởng thế nào đến mực nước? Khi tâm bão cách trạm quan trắc khoảng 400 km, trường gió ngoại vi có xu hướng đẩy nước ra xa bờ tạo hiện tượng nước rút nhẹ. Tuy nhiên, khi bão tiến vào cự ly dưới 100 km, mực nước dâng tăng vọt theo hàm phi tuyến bậc hai với hệ số tương quan đạt 0,704, đạt giá trị đỉnh điểm ngay trước khi tâm bão đổ bộ.

Mức độ biến động nước dâng giữa trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư khác nhau ra sao? Trạm Hòn Ngư ghi nhận số đợt nước dâng trên 50 cm cao gấp 2,5 lần trạm Hòn Dấu với 352 đợt so với 142 đợt, đỉnh dâng cao nhất đạt 198,2 cm so với 161,1 cm tại Hòn Dấu. Nguyên nhân là do tần suất bão đổ bộ vào khu vực Thanh Nghệ Tĩnh cao hơn vùng ven biển Đông Bắc và đặc điểm đáy biển cục bộ dốc hơn.

Phương pháp thống kê thực nghiệm có ưu điểm gì so với mô hình số trị? Phương pháp thống kê thực nghiệm phản ánh trực tiếp các đặc thù địa phương ven bờ mà không phụ thuộc vào kích thước ô lưới hay các giả định nền nước tĩnh phức tạp của mô hình số trị. Phương pháp này cho phép tính toán tức thời với độ chính xác cao và hệ số tin cậy vượt 80% mà không đòi hỏi hệ thống máy chủ cấu hình lớn.

Kết luận

• Xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu hải văn và khí tượng chuẩn hóa gồm 289.296 giờ quan trắc mực nước và 909 cơn bão trong giai đoạn 1980 - 2012.
• Xác lập chính xác các mốc cực trị nước dâng lịch sử đạt 161,1 cm tại trạm Hòn Dấu và 198,2 cm tại trạm Hòn Ngư.
• Thiết lập hệ thống phương trình hồi quy phi tuyến bậc cao với hệ số tương quan R bình phương đạt từ 0,704 đến 0,8282.
• Làm sáng tỏ quy luật dao động mực nước dâng rút theo cự ly tâm bão dưới 400 km và mức suy giảm khí áp xuống 974 mb.
• Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc phục vụ công tác cảnh báo thiên tai và thiết kế an toàn công trình ven biển Vịnh Bắc Bộ.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã địa phương hóa thành công các công thức dự báo nước dâng bão bằng phương pháp thống kê thực nghiệm chính xác cao. Kế hoạch phát triển tiếp theo trong giai đoạn 2026 - 2030 là mở rộng thuật toán ra toàn bộ dải ven biển miền Trung và tích hợp trí tuệ nhân tạo để tự động hóa dự báo. Hãy ứng dụng ngay các phương trình thực nghiệm và cơ sở dữ liệu của luận văn vào quy hoạch đê điều, xây dựng cảng biển và nâng cao năng lực ứng phó thiên tai cho các địa phương ven biển Vịnh Bắc Bộ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.