Giáo trình DỰ BÁO THỦY VĂN BIỂN - Chương 6 pps

CHƯƠNG 6 - DỰ BÁO DAO ĐỘNG KHÔNG TUẦN HOÀN CỦA MỰC NƯỚC
iến thiên mực nước trong biển xảy ra dưới tác động của những nhân tố chủ
yếu sau: các lực tạo triều, dòng nước sông, bốc hơi, mưa, áp suất khí quyển và gió.
Dự báo biến thiên của mực nước biển chủ yếu thực hiện cho những vùng gân bờ và
các c ng biển. Trong trường hợp đó những nhân tố như địa hình đáy biển, hình
dạng của đường bờ gần điểm cần dự báo là những đặc điểm
quan trọng quyết định
sự bi n thiên mực nước dưới tác dụng của các lực.
rong tự nhiên hệ thống chuyển động phức tạp của các khối nước thường do
kết q ả tác động của tất cả những yếu tố đó. Các dao động tuần hoàn (thủy triều)
đã được nghiên cứu khá kỹ và việc dự báo chúng quy về việc lập các bảng thuỷ
triều.

Ở trình độ hiện nay, nhiều mô hình thủy động số trị giải bài toán tính và dự
báo n ết
quả t dao
động mực nước dựa trên các phương pháp thống kê đã được sử dụng phổ biến trong
nghiệ
iữa mực nước tổng cộng và
phần
ại lượng dao động không tuần hoàn cũng có thể nhận bằn
g cách: trên đường
cong dao
B
ả
ế
T
u
ước dâng trong gió mạnh và trong bão đã được x
ây dựng và triển khai và k

hử nghiệm tỏ ra rất hiệu quả. Trong chương này chỉ xét những dự báo
p vụ các cơ quan dự báo thủy văn biển.
Nếu trong biển quan trắc đư
ợc những dao động tuần hoàn và không tuần hoàn
của mực nước thì nhiệm vụ của người nghiên cứu dự báo là phải tách riêng được
phần tuần hoàn và phần không tuần hoàn. Bài toán này được giải quyết theo những
cách khác nhau. Trường hợp đơn giản nhất là có số liệu tính toán về dao động tuần
hoàn của mực nước và bài toán quy về tìm hiệu g
t
H
tuần hoàn
th
H để tách được phần không tuần hoàn
kth
H :
kththt
HHH =− .
Đ
động tổng cộng của mực nước (hình 6.1), bằng phương pháp đồ thị, nối
các điểm giữa đoạn nối nước ròng và nước lớn để nhận một đường cong là trơn hơn
và đó cũng là đường cong dao động không tuần hoàn của mực nước cần nhận. Khi
không có các dao động không tuần hoàn thì đường cong này trùng hợp với mực
nước trung bình.
Mực nước trung bình xác định bằng cách lấy trung bình các số đo trên thước
đo nước h
ay băng triều ký trong khoảng thời gian dài. Tùy từng bài toán cần giải
quyết, người ta có thể tính mực nước trung bình ngày, trung bình tháng, trung bình
mùa, năm hay nhiều năm.

70

Hình 6.1. Loại dao động tuần hoàn từ mực nước tổng cộng

thêi
g
ian
thêi
g
ian
cm
200
100
50
150
40
0
-40
-80
-120

Hình iện
hững dao động tuần hoàn của mực nước có thể có quy mô ngắn hạn (từ một
giờ đến vài ngày), quy mô mùa và nhiều năm.
Dao động dâng rút không tuần hoàn của mực nước thể hiện mạnh nhất ở các
vùng ven bờ. Ở một số nơi nước dâng rút mạnh có thể gây nên những khó khăn to
lớn cho việc đi lại của tàu thuyền và những tổn thất kinh tế khác.
Trong nhiều trường hợp việc p
hân tích sự dâng rút mực nước trong trường gió
tại các bờ đối diện cho phép kết luận về những hướng gió chủ yếu quyết định biến
động mực nước tại mỗi vùng bờ. Dạng tường minh nhất để thực hiện việc này là

dựng những đường cong biến thiên mực nước có kèm theo những mũi tên chỉ
hướng và cường độ gió tương tự như hình 6.2.
Được biết rằng do dòng chảy gió m
à các khối nước di chuyển từ vùng này tới
vùng khác. Khi n gió mạnh, ổn
định thì ở bờ đón gió qua ước rút. Gió là
một
động dâng rút mực nước cần tính tới
6.2. Đồ thị phân tích tác động gió lên mực nước ở các bờ đối d
N
kích thước thủy vực không lớn và trong điều kiệ
n trắc thấy nước dâng, ở bờ khuất gió - n
trong những nguyên nhân chính của các dao động không tuần hoàn của mực
nước biển. Khi xét ảnh hưởng của gió lên dao

71
hướn
hững hướng gió
khác
44 18 3
thì c
ảy vận chuyển nước tới điểm cần dự
báo.
ng quá lớn, nhưng hoạt động ổn
định với thời
gian dài có thể gây biến đổi mực nước đáng kể.
6.1. PHƯƠNG PH N DỰ BÁO DAO NG DÂ RÚT M NƯỚC
í quyển ở hai trạm.
Hiệu số này thường được gọi là građien
khí á

ađien hiệu dụng. Tuỳ
một hoặc nh
iều
građien hiệu dụng (hình 6.3).
g,
tốc độ và thời gian tác động của gió.
Bài toán xác định hướng gió nước rút và hướng gió nước dâng có thể giải
quyết bằng cách tính độ lặp lại của nước rút và nước dâng với n
nhau. Thí dụ, đối với một vùng bờ nào đó nếu ta lập được bảng tần suất (độ
lặp lại) của nước rút theo các hướng gió như sau:
Hướng gió NNW NW WWE W WWS
Tần suất, % 7 28
ó thể kết luận chắc chắn rằng các hướng gió chủ yếu gây nên nước rút tại vùng
đang xét là gió tây tây bắc và gió tây bắc sau đó là gió tây; các hướng gió khác
không gây rút nước.
Khi phân tích các hiện tượng dâng rút mực nước cần chú ý đến ảnh hưởng của
thời gian hoạt động của gió với vận tốc khác nhau. Trường gió gây nên biến đổi
mực nước ở các vùng bờ thông qua dòng ch
Được biết các gió
cường độ trung bình cần một khoảng thời gian cỡ một hai
ngày để hình thành nên trường dòng chảy ổn định. Những gió có thể mạnh, nhưng
tác động tức thời không kéo dài thường không gây nên những biến đổi mực nước
một cách đáng kể. Trong khi đó gió cường độ khô
ÁP GRAĐIE ĐỘ NG ỰC
Một trong những phương pháp dự báo ngắn hạn biến đổi mực nước là phương
pháp dựa trên việc tính tới tác động của gió thông quan trường khí áp đặc trưng
bởi hiệu số áp suất kh
p hiệu dụng.
Người ta thường phân tích các bản đồ synop để suy xét về tác động của các
tình thế synop tới sự dâng hay rút nước. Phải định ra các nhóm trường nước d

âng
cao hay thấp, nghiên cứu đặc điểm của trường khí áp trong cùng thời kỳ để thiết
lập được sự phân bố điển hình của các đường đẳng khí áp trong thời gian trước khi
và trong khi xảy ra dâng nước hoặc rút nước.
Để có được đặc trưng số của trường khí áp người ta thường tính hiệu áp suất
không khí giữa hai trạm cách nhau đủ xa, hiệu này gọi là gr
hình dạng và đặc điểm
vùng bờ cần dự báo người ta có thể tính
Khi xây dựng đồ thị biến đổi của građien khí áp và mực nước có thể tìm được
sự lệch pha trong hai quá trình và sự lệch pha đó dùng làm thời gian báo trước của
dự báo.
Bước tiếp theo là xây dựng mối phụ thuộc của độ cao mực nước dâng hay rút
vào giá trị của các graddien hiệu dụng. Dạng tổng quát của các mối p
hụ thuộc dự
báo như sau:
),,(
00
GHfH = (6.1)

72
trong đó
−
H
mực nước dự báo, −
0
H mực nước tại thời điểm lập dự báo,
građ
ự báo cho riêng từng pha nước dâng hoặc pha nước rút.
Tuy nhiên trong
thực

yển pha.
−
0
G
ien áp suất tại thời điểm lập dự báo.
Những mối phụ thuộc dạng này được xây dựng cho nhiều nơi. Thời gian báo
trước thường bằng 6-12 giờ. Với thời gian báo trước này thì nói chung độ đảm bảo
của dự báo khá cao.
Nhược điểm của phụ thuộc dạng (6.1) là các hệ số bằng số trong các biểu thức
đối với pha nước dâng và pha nước rút thường khác nhau. Vì vậy phải tìm
những
biểu thức d
hành dự báo không thể biết được khi nào thì dùng mối phụ thuộc của pha
nước dâng, khi nào thì dùng mối phụ thuộc của pha nước rút, đặc biệt là ở những
thời điểm chu
a) b)

Hình 6.3. Trường hợp tính một (a) và hai (b) građien hiệu dụng tuỳ hình dạng đường bờ
trong nhiều trường hợp độ biến đổi của građien khí áp theo thời gian có thể là chỉ
số của sự biến đổi tiếp theo của quá trình mực nước.
Nếu tính tới đặc điểm vừa nêu thì phương trình dự báo mực nước có thể biểu
diễn dưới dạng
(6
.2)
trong đó mực nước dự báo, mực nước tại thời điểm lập dự báo,

građien khí áp t ời điểm lập dự báo, građien khí
y theo bản đồ báo).
6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC DỰA TRÊN TRƯỜNG ÁP SUẤT KHÍ
QUYỂN

ng không tuần hoàn của mực
nưóc
theo những hệ số khai triển có thể xác định hướng và
cường độ
các dòng chảy gió, tức là tính gián tiếp tr ng vận
tĩnh học trong dao động mực nước.
),,(
,11 nnnn
GHfH
−−
Δ=
−
n
H
−
−1 nn
G
i điểm
−
−1n
H
ại th
synop dự
−=Δ
−− 1,1
(
nnn
GGG
áp tại thờ
n, lấ

−
n
G
O. I. Seremechievskaia đề xuất một phương pháp dự báo cho phép tính biến
trình mực nước đồng thời tại nhiều trạm biển. Phương pháp này dựa trên quan
điểm cho rằng nhân tố chính quyết định các dao độ
là dòng chảy do gió. Trường khí áp được biểu diễn giải tích bằng các đa thức
Chebưsev. Dựa
ij
A
ườ tốc dòng chảy và cả hiệu ứng

73
Các p g trình dự báo có dạng quát
như sau hươn tổng
[
]
,)(;
11 1 −−−
−=−

nnijnn
HHAfHH

(6.3)

trong đó mực nước dự bá
o, mực nước trung bình mười ngày trước dự −
n
H −

−1n
H
báo,
−−
H
H

hiệu các mực nước cho phép loại ảnh hưởng của biến trình năm,
n
và
−1 thời hn − ạn dự báo (khác nhau 6, 12, 18 và 24 giờ).

74