NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của TRƯỜNG GIÓ và TRƯỜNG KHÍ áp tới DAO ĐỘNG, rút mực nước tại bờ tây VỊNH bắc bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
……………………

Nguyễn Minh Hải

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ
TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI
BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
....................................

Nguyễn Minh Hải

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỜNG GIÓ VÀ
TRƯỜNG KHÍ ÁP TỚI DAO ĐỘNG, RÚT MỰC NƯỚC TẠI
BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ
Chuyên ngành: Hải dương học
Mã số: 60.44.97

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Hồng Lam

Hà Nội - 2012


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu
sắc nhất tới TS Trần Hồng Lam, Trung tâm Hải văn, Tổng cục Biển và Hải
đảo Việt Nam đã định hướng và giúp đỡ em tận tình về nhiều mặt.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn Hải dương
học và trong khoa Khí tượng - Thủy văn và Hải dương học; các bạn học viên
trong lớp; đã chỉ dẫn và đóng góp những lời quý báu, tạo điều kiện thuận lợi
về mọi mặt để em hoàn thành khóa học và luận văn.
Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, chắc không tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng
nghiệp để em hoàn thiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2012
HỌC VIÊN

Nguyễn Minh Hải


DANH MỤC CÁC BẢNG

STT

Nội dung

Trang

Bảng 2.1

Mực nước phi điều hòa tại Hòn Dáu.

07

Bảng 2.2

Biểu tính tương quan giữa hai biến

11

Bảng 3.1

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông

20

Bảng 3.2

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Bắc

25

Bảng 3.3

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Đông Nam

30

Bảng 3.4

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây

35

Bảng 3.5

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Bắc

40

Bảng 3.6

Tương quan giữa tốc độ gió và mực nước phi điều hòa tại một
số điểm chiết xuất từ mô hình theo hướng Tây Nam

45

Bảng 3.7

Các cơn bão đổ bộ vào khu vực từ Quảng Ninh đến Thanh
Hóa

50

Bảng 3.8

Các phương trình và hệ số tương quan

70


DANH MỤC CÁC HÌNH
STT
Hình 2.1
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16

Nội dung
Lưới tính của mô hình MIKE 21 FM

So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hòn Dáu (từ
ngày 05 tháng 1 năm 2005 đến ngày 29 tháng 1 năm 2005)
So sánh mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hòn Ngư (từ
ngày 05 tháng 1 năm 2005 đến ngày 29 tháng 1 năm 2005)
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Lạch Trường
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Lạch Trường

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Diễn Châu

Trang
17
18
18
21
21
22
22
23
23
24
24
26
26
27
27
28
28


Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23

Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26
Hình 3.27
Hình 3.28
Hình 3.29
Hình 3.30
Hình 3.31
Hình 3.32
Hình 3.33
Hình 3.34
Hình 3.35
Hình 3.36
Hình 3.37
Hình 3.38

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Bắc tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Lạch Trường

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Đông Nam tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Lạch Trường
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước

29
29
31
31
32
32
33
33
34
34
36
36
37
37
38
38
39
39
41
41
42
42


Hình 3.39
Hình 3.40
Hình 3.41
Hình 3.42
Hình 3.43
Hình 3.44

Hình 3.45
Hình 3.46
Hình 3.47
Hình 3.48
Hình 3.49
Hình 3.50
Hình 3.51
Hình 3.52
Hình 3.53
Hình 3.54
Hình 3.55
Hình 3.56
Hình 3.57
Hình 3.58
Hình 3.59
Hình 3.60
Hình 3.61
Hình 3.62
Hình 3.63

phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Lạch Trường
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Bắc tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước

phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Lạch Trường
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ gió và mực nước
phi điều hòa theo hướng Tây Nam tại trạm Cửa Tùng
Đường đi của các cơn bão năm 1968, trong đó có cơn bão
Rose
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Rose đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 1980, trong đó có cơn bão
Ruth
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Ruth đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 1988, trong đó có cơn bão Pat
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Pat đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 1992, trong đó có cơn bão Eli
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Eli đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 1996, trong đó có cơn bão
Frankie
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Frankie đổ
bộ
Đường đi của các cơn bão năm 2003 trong đó có cơn bão

Koni
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Koni đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 2005 trong đó có cơn bão

43
43
44
44
46
46
47
47
48
48
49
49
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63

Hình 3.64
Hình 3.65
Hình 3.66
Hình 3.67
Hình 3.68
Hình 3.69

Damrey
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Damrey đổ
bộ
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Washi đổ
bộ
Đường đi của các cơn bão năm 2007 trong đó có cơn bão
Francisco
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Francisco
đổ bộ
Đường đi của các cơn bão năm 2009 trong đó có cơn bão
Mujgae
Dao động mực nước phi điều hòa tại thời điểm bão Mujgae đổ
bộ

64
65
66
67
68
69

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU …………………………………………………………...........

1

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG
DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN

3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5

2.1. Phương pháp thống kê

5

2.1.1. Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều

5

2.1.2 ách m c nư c a động điều hòa

6

2.2. Phương pháp mô hình
Chương 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
3.1. Tính toán ảnh hưởng của điều kiện của trường gió đến chế độ dâng rút
nước tại bờ tây vịnh Bắc Bộ bằng mô hình Mike21 FM

13
18
18

3.1.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình

18

3.1.2. Áp ụng tính t án

19

3.1.3. Các kết quả tính

20


3.2. Tính toán ảnh hưởng của điều kiện của trường bão đến chế độ dâng rút
nước tại bờ tây Vịnh bắc bộ bằng mô hình Mike21 FM
3.2.1. Kịch bản tính t án

50
50

3.2.2. Các kết quả tính t án
KẾT LUẬN …………………………………………...............................

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………….

74


MỞ ĐẦU

Vịnh Bắc Bộ ở vào khoảng vĩ độ 18o20’ N - 21o40’ N, kinh độ 106o08’ E 110o00’ E là vịnh lớn thứ hai của biển Đông với diện tích khoảng 150.000 km2, với
chiều rộng khoảng 200 - 320 km và chiều dài khoảng 600 km. Độ sâu trung bình
toàn vịnh khoảng 50 - 60 m, nơi sâu nhất tại vùng cửa vịnh khoảng 110 m. Vịnh
thông với biển Đông qua cửa vịnh ở phía nam với độ rộng khoảng 250 km, nơi sâu
nhất trên 50 m. Ngoài ra biển Đông và vịnh còn thông nhau qua eo Hải Nam ở vùng
đông bắc vịnh với độ rộng khoảng 30 km, nơi sâu nhất khoảng trên 10 m.
Trong vịnh có nhiều đảo, trong đó có những đảo khá lớn ở khu vực tỉnh
Quảng Ninh như Cái Bầu, Kế Bào, Cô Tô… khu vực quần đảo Bái Tử Long và Hạ
Long với khoảng 3000 hòn đảo lớn nhỏ, chiếm diện tích gần 3000 km2 tạo thành
một hệ thống lạch biển chằng chịt ra vào các cảng quan trọng vùng Hạ Long của
Việt Nam. Ở ngoài khơi, còn có một số đảo không lớn và riêng biêt như Hòn Mắt,
Bạch Long Vỹ (cách Hải Phòng khoảng 150 km). Vịnh Bắc Bộ còn có nhiều nguồn
tài nguyên thiên nhiên phong phú và đa dạng, trong đó có các dạng tài nguyên nổi
trội như hải sản, du lịch biển, giao thông vận tải biển... cho phép khai thác để phát
triển kinh tế.
Song song với các lợi thế nêu trên, vùng biển trong vịnh luôn tiềm ẩn những
nguy cơ gây nên những thảm họa thiên tai nguy hiểm như: bão, nước dâng do bão,
sóng lớn, mực nước biển dâng dị thường... Vì vậy, cần thiết phải đẩy mạnh công tác
nghiên cứu khoa học nhằm mục đích nắm bắt được những quy luật tự nhiên, dự báo,
cảnh báo được các hiện tượng thời tiết nguy hiểm bắt nguồn từ biển.
Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm biến thiên mực nước biển ven bờ Việt Nam
nói chung và việc nghiên cứu dao động dâng, rút của mực nước do gió và khí áp nói
riêng là một trong những nhiệm vụ cấp thiết cần phải được triển khai nghiên cứu

phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý và phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh
quốc phòng.

1


Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của trường gió và khí áp t i a động
âng, rút m c nư c tại khu v c bờ ây vịnh Bắc Bộ” tập trung xác định ảnh hưởng
của các yếu tố gió, khí áp lên dao động của mực nước phi điều hòa tại bờ Tây vịnh
Bắc Bộ. Các kết quả của Luận văn có thể phục vụ cho việc kiểm tra các kết quả dự
báo về trường gió và trường khí áp so với sự dâng rút của mực nước phi điều hòa,
xây dựng các công trình ven biển như cầu cảng, đê… qua việc xác định được sự
dâng rút mực nước phi điều hòa tại khu vực xây dựng.
Nội dung luận văn bao gổm 03 chương, phần kết luận và phần các bảng phụ
lục:
- Chương 1: Tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng tới dao động dâng, rút mực
nước biển và tình hình nghiên cứu
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Các kết quả tính toán
- Kết luận
- Phụ lục

2


Chương 1
TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG
DÂNG RÚT MỰC NƯỚC BIỂN

Dao động dâng rút của mực nước biển là các dao động dâng, rút mực nước

dưới tác động của trường gió ổn định và biến động của gió và áp suất khí quyển
trong bão, dòng nước sông... dao động mực nước biển là tổ hợp dao động của thủy
triều và các dao động dâng, rút mực nước do các nhiễu động khí quyển và các quá
trình khác. Vì vậy, để có được bức tranh tổng thể, chi tiết về dao động của mực
nước biển phục vụ cho các nhu cầu kinh tế, kỹ thuật khác nhau còn cần phải tìm
hiểu, nghiên cứu kỹ lưỡng các thành phần dao động phi tuần hoàn - nước dâng,
nước rút.
Dao động dâng rút của mực nước biển là do các hoạt động của khí quyển và
bức xạ mặt trời có tính chất không tuần hoàn gây nên. Các hoạt động đa dạng, muôn
hình muôn v của khí quyển dẫn đến sự đa dạng của mực nước biển. Tuy nhiên, có
thể kể ra các nguyên nhân chính sau đây gây nên các dao động dâng rút mực nước
biển:
- Dao động dâng rút xuất hiện dưới tác dụng của ma sát tiếp tuyến giữa gió
và mặt nước giới hạn bởi bờ biển. Sự giảm áp suất khí quyển trên lục địa và tăng áp
suất trên mặt biển kết hợp với gió gây ra nước dâng tại vùng ven bờ và ngược lại sự
tăng áp suất khí quyển trên lục địa và giảm áp suất trên mặt biển kết hợp với gió gây
ra nước rút;
- Dao động dâng rút do biến đổi áp suất khí quyển gây nên. Áp suất khí
quyển tăng lên 1 mbar thì mực nước biển giảm xuống 10 mm và ngược lại khi áp
suất khí quyển giảm xuống 1 mbar thì mực nước biển tăng lên 10 mm. Tuy nhiên,
đây là những biến đổi tĩnh học chúng thường nhỏ hơn nhiều so với biến đổi động
lực học của gió và dòng chảy bờ;

3


- Dao động dâng rút do sự bất đồng nhất của chu trình tuần hoàn nước (sự
bốc hơi, giáng thủy, dòng chảy) liên quan đến sự biến đổi của lượng nước tại các
khu vực khác nhau của biển. Những dao động này có thể rất đáng kể ví dụ như có
trận mưa lớn lên tới hàng trăm mm trong một ngày có thể làm tăng mực nước đột

ngột trong khoảng thời gian ngắn;
- Dao động dâng rút do sự biến đổi của mật độ nước gây ra. Như đã biết mật
độ nước biển phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối mà tại khu vực ven bờ nhiệt độ và
độ muối nước biển thường xuyên thay đổi do ảnh hưởng của nước lục địa và tương
tác với địa quyển. Sự dịch chuyển của lượng nước mặt nh hơn vào vùng ven bờ s
làm cho mực nước biển dâng lên. Ngược lại khi có gió dạt nước nh hơn bị mang ra
ngoài khơi, nước nặng hơn ở dưới sâu dọc sườn lục địa dâng lên thay thế khi đó
mực nước biển s hạ thấp do vùng ven bờ bị mất nước và nước mặt nh hơn được
thay thế bằng nước sâu nặng hơn tại đây;
- Dao động dâng rút do hiệu ứng bơm Ekman. Sự hội tụ khối nước lớp
Ekman do gió địa phương đồng thời với sự chìm xuống của các khối nước từ dòng
địa chuyển tải vào đẩy lớp nước ấm hơn lên cao dồn vào bờ bề mặt biển vùng gần
bờ bị dâng cao;
- Dao động dâng rút mực nước biển do ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt
đới.

4


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phương pháp thống kê
2.1.1. Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều
Độ cao mực nước thủy triều z tại thời gian bất kỳ t là tổng của các dao động
triều thành phần (gọi là các phân triều hay các sóng triều):
r

zt  A0   f i H i cos[qi t  (V0  u) i  g i ] ,

(2.1)

i 1

trong đó: A0  độ cao mực nước trung bình, f i  hệ số suy biến biên độ của phân
triều i , H i  hằng số điều hòa biên độ của phân triều i , qi  tốc độ góc không đổi
của phân triều i , (V0  u) i  những phần pha thiên văn của phân triều i biểu diễn
các góc giờ của những tinh tú giả định tại thời điểm t , g i  hằng số điều hòa về pha
của phân triều i , r  số lượng các phân triều. f i và (V0  u) i phụ thuộc thời gian t .
Khi có n độ cao mực nước quan trắc zt , nhiệm vụ của phân tích thủy triều là xác
định bộ gồm r cặp hằng số điều hòa không đổi H và g cho từng phân triều của
trạm nghiên cứu.
Để thuận tiện áp dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, người ta thường
biến đổi phương trình (2.1) thành
r

zt  A0   ( Ai cos qi t  Bi sin qi t ) ,

(2.2)

i 1

trong đó
Ai  f i H i cosg i  (V0  u) i , Bi  f i H i sing i  (V0  u) i .

(2.3)

Biết mực nước tại n giờ, người ta có n phương trình đại số dạng (2.2) đối
với các ẩn số Ai và Bi để giải bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Từ mỗi

5


cặp ẩn Ai và Bi tìm được s tính ra
Hi 

Ai2  Bi2
,
fi

g i  arctg

Bi
 (V0  u) i .
Ai

(2.4)

Chuỗi quan trắc càng dài, số phương trình dạng (2.2) càng nhiều, thì A0 và
số cặp hằng số điều hòa H và g nhận được càng nhiều, càng chính xác. Với một
năm quan trắc ta có 8760 phương trình dạng (2.2) và có thể xác định được khoảng
60-68 cặp hằng số điều hòa H và g của điểm quan trắc.
Nhược điểm cơ bản của các phương trình dạng (2.2) là những đại lượng thiên
văn biến thiên với thời gian f và (V0  u) của mỗi dao động thành phần i đã bị
xem là không đổi suốt trong thời gian quan trắc và bị đưa vào trong các ẩn số Ai và
Bi của các phương trình (2.2), do đó từng phương trình ở dạng (2.2) trở thành

không chính xác, bởi vì trong thực tế mỗi dao động phân triều ở công thức (2.1) là
một dao động điều biến biên độ, f biến đổi với thời gian và phần phụ pha (V0  u)
cũng biến đổi với thời gian một cách đáng kể.

Khi tính H i và g i theo các công thức (2.4) người ta phải dùng giá trị trung
bình của f i tại thời điểm giữa thời kỳ quan trắc và giá trị của (V0  u) i tại thời điểm
đầu thời kỳ quan trắc. Điều này lại gây nên những mâu thuẫn kỹ thuật như: chuỗi
quan trắc càng dài thì sai số càng tăng, chuỗi không liên tục (ví dụ 2 năm quan trắc
không kế tiếp, mà cách xa nhau) thì không thể có thời điểm giữa quan trắc...
Các chương trình phân tích điều hòa thủy triều bằng phương pháp bình
phương nhỏ nhất hiện nay xuất phát từ công thức (2.2) và mang những nhược điểm
cơ bản như vậy.
2.1.2 Tách mực nước dao đ ng điều hòa
Dùng phương pháp phân tích điều hòa thủy triều tính hằng số điều hòa tại
các trạm, sau đó dự tính lại thủy triều trong toàn bộ thời gian có số liệu quan trắc.

6


Lấy giá trị độ cao mực nước quan trắc H qt trừ đi độ cao thủy triều dự tính

H tt cho các thời điểm tương ứng theo công thức:
Z i  H iqt  H itt , i  1, 2, ..., N

trong đó: N  độ dài chuỗi mực nước; Z  mực nước dâng hoặc rút.
Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào độ chính xác của dự tính
thủy triều. Hiện nay khả năng phân tích và dự tính thủy triều bằng phương pháp
phân tích điều hòa đã đạt được độ chính xác khá cao (114 sóng). Do vậy, phương
pháp này hoàn toàn có thể sử dụng để tách dao động thủy triều ra khỏi chuỗi số liệu
quan trắc mực nước biển.
Bảng 2.1: Mực nước phi điều hòa tại Hòn Dáu

2.1.3. Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính giữa các biến
Đây là một phương pháp thống kê mà giá trị kỳ vọng của một hay nhiều biến

ngẫu nhiên được dự đoán dựa vào điều kiện của các biến ngẫu nhiên (đã tính toán)
khác. Đối với mục tiêu đặt ra của Luận văn học viên xác định mối quan hệ giữa
trường gió (hướng gió, tốc độ gió) lên dao động mực nước phi điều hòa bằng các
phương trình tương quan.
Những mối phụ thuộc dự báo giữa các hiện tượng cần dự báo và những nhân
tố quyết định có thể nhận được bằng những phương pháp khác nhau. Thông thường

7


người ta tìm những mối phụ thuộc đó bằng cách dựng và phân tích các đồ thị dựa
trên số liệu quan trắc. Những biểu thức liên hệ nhận được s được biểu thị dưới
dạng những phương trình tương ứng. Những phương trình kiểu như vậy đã từng
được nhiều tác giả nghiên cứu để dự báo nhiệt độ nước biển, nhiệt độ không khí,
lượng mưa, độ dày băng, dao động mực nước biển và nhiều yếu tố thủy văn biển
khác.
Sau khi đã phân tích bước đầu những dữ liệu quan trắc, tức trên cơ sở phân
tích định tính những đặc điểm của hiện tượng được nghiên cứu và những hiểu biết
về các quy luật chung của nó đã thiết lập được các yếu tố chính quyết định sự biến
đổi của hiện tượng, người ta tiến tới nghiên cứu mối liên hệ định lượng giữa hiện
tượng và các yếu tố: xác định dạng của mối liên hệ đó và tìm biểu thức giải tích mà
sau này dùng làm biểu thức để tính toán dự báo.
Muốn vậy người ta lập các chuỗi số liệu quan trắc về hiện tượng dự báo và
các yếu tố mà nó phụ thuộc. Hiện tượng dự báo s được coi là biến số phụ thuộc,
gọi là hàm, còn các yếu tố s là biến độc lập, gọi là các đối số. Khi xây dựng các
mối liên hệ dự báo độ dài chuỗi quan trắc có ý nghĩa quan trọng. Trong thống kê
toán học đã xác nhận rằng khi tìm mối liên hệ giữa hai biến thì độ dài chuỗi quan
trắc cần phải chứa không ít hơn 100 quan trắc. Nếu như số biến tăng lên thì độ dài
chuỗi cũng phải tăng. Tuy nhiên, trong thực hành những chuỗi số liệu có độ dài đáp
ứng đòi hỏi thường thiếu. Dĩ nhiên những mối liên hệ được xây dựng theo những

chuỗi quan trắc ngắn s kém tin cậy hơn so với nhứng chuỗi chuỗi dài. Đặc biệt
điều này hay sảy ra đối với dự báo dài hạn. Vì vậy trong thực hành dự báo khi các
chuỗi quan trắc được tích luỹ dần thêm thì các mối phụ thuộc dự báo cũng được xây
dựng lại cho chính xác hơn.
Dạng đơn giản nhất của mối liên hệ giữa các đại lượng là mối phụ thuộc
hàm, khi mà mỗi trị số của đại lượng x ứng với một trị số hoàn toàn xác định của
một đại lượng y khác. Tuy nhiên, khi nghiên cứu các mối liên hệ giữa các hiện
tượng trong tự nhiên chúng ta ít gặp các mối phụ thuộc hàm mà thường là các mối

8


phụ thuộc tương quan. Ở đây mỗi giá trị của một đại lượng lại tương ứng với một
tập hợp các giá trị có thể có của đại lượng khác. Sự phân tán của các giá trị có thể
có ấy mang tính chất ngẫu nhiên và được giải thích một mặt do sai số của các quan
trắc, mặt khác do ảnh hưởng của một số lớn các yếu tố thứ yếu chưa được kể đến
khi xây dựng mối phụ thuộc.
Để trực quan đánh giá đặc điểm của mối liên hệ giữa các đại lượng x và y ,
người ta thường dựng đồ thị tương quan, trên đó theo trục tung đặt các trị số của
biến phụ thuộc y , còn trục hoành đặt các trị số của biến x . Theo từng cặp trị số của
x và y tương ứng nhận được trong một quan trắc người ta thu được một tập
hợp các điểm quan trắc. Đặc điểm phân bố của các điểm trên mặt phẳng đồ thị s
chỉ ra dạng của mối liên hệ cũng như mức độ (tính chặt ch ) của mối phụ thuộc.
Trong nhiều trường hợp chỉ cần xem các điểm quan trắc phân bố như thế nào trên
đồ thị người ta đã có thể đánh giá trước được khả năng hiệu quả của mối phụ thuộc
trong mục đích dự báo.
Khi trên đồ thị có một số lượng lớn các điểm quan trắc, muốn v đường liên
hệ có thể chia tất cả các điểm ra thành những nhóm và trong mỗi nhóm tìm điểm
trung bình (tìm ngay trên đồ thị hoặc tính các giá trị trung bình của x và y ). Sau đó
v đường liên hệ theo các điểm trung bình. Độ chính xác của đường liên hệ dự báo

tìm được có thể đánh giá bằng cách so sánh các giá trị của đại lượng y tính theo mối
liên hệ này với các giá trị quan trắc của y . Việc này thực hiện bằng cách dựng một
đồ thị trên đó theo trục tung đặt các các số liệu quan trắc thực tế, còn theo trục
hoành − là các giá trị tính được từ mối liên hệ dự báo. Nếu đường nhận được là một
đường thảng đi qua gốc tọa độ, nghiêng một góc khoảng 45° với trục tọa độ, thì đồ
thị dự báo được dựng đúng, trong trường hợp ngược lại cần phải xem xét và chỉnh
lại. Thông thường sự kiểm tra các mối phụ thuộc dự báo không thực hiện theo chính
chuỗi số liệu quan trắc mà từ đó mối phụ thuộc dự báo được xây dựng, mà theo một
chuỗi số liệu độc lập khác. Vì vậy khi xây dựng các mối phụ thuộc dự báo nếu
chuỗi số liệu quan trắc ta có khá dài, thì nên bớt lại một phần để dùng vào việc kiểm

9


tra dự báo.
Nếu như các điểm tập trung gần một đường thẳng thì mối liên hệ là tốt, chặt
ch . Nếu như mối liên hệ nhận được không đủ chặt ch , thì người ta dần dần đưa
thêm các đối số khác, ít quan trọng hơn so với đối số thứ nhất, vào mối liên hệ và
xây dựng các đồ thị liên hệ mới.
Khi mối phụ thuộc nhận được thoả mãn yêu cầu về mọi mặt, người ta tiến tới
tìm biểu thức định lượng (hay biểu thức giải tích) của mối phụ thuộc đó, xác định
các đặc trưng của mối liên hệ như hệ số tương quan, phương trình tương quan. Vì
đặc điểm tản mạn của các điểm quan trắc trên đồ thị tương quan thường khác nhau
và theo hình dạng bên ngoài khó đánh giá mức độ chặt ch của mối liên hệ, nên
trong thực hành dự báo đã thảo ra các tiêu chuẩn đặc biệt để đánh giá những liên hệ
dự báo. Như trên đã nêu, nếu mối liên hệ giữa các đại lượng rất chặt ch , tức các
điểm quan trắc tập trung ở gần đường thẳng, thì đồ thị này có thể dùng được ngay
để dự báo. Muốn vậy chỉ cần theo mỗi giá trị cho trước của đối số x trên đồ thị này
ta xác định giá trị tương ứng của đại lượng dự báo y. Để biểu diễn định lượng
những mối phụ thuộc dự báo người ta thường sử dụng phương pháp tính toán tương

quan, phương pháp này cho phép nhận được đặc
trưng định lượng của mối liên hệ giữa các đại lượng, xác định độ tin cậy của mối
liên hệ và chỉ ra mức độ ảnh hưởng của từng nhân tố đối số. Tuy nhiên cần nhớ rằng
việc sử dụng tương quan chỉ bắt đầu khi nào bản chất vật lý của mối liên hệ giữa
các biến và hiện tượng dự báo đã được xác định. Phương pháp tương quan chỉ được
xem như cách thể hiện số của mối phụ thuộc đã tìm được và có cơ sở vật lý.
Giả sử đặc trưng thủy văn cần dự báo y bị tác động bởi một đặc trưng khí
tượng hay thủy văn khác x được quan trắc tại thời kỳ trước hoặc đồng thời với đặc
trưng y . Cần phải tìm phương trình liên hệ giữa hai đại lượng này dưới dạng:
y= f(x) ± σ

(2.5)

trong đó chỉ ra độ chính xác của phương trình (±σ) . Ước lượng độ chính xác của
phương trình (2.5) trong một số trường hợp có thể lấy bằng ±0,8 σ; ±0,6 σ hoặc ±1/

10


5 A (σ - độ lệch bình phương trung bình của yếu tố dự báo; A - biên độ dao động
của yếu tố dự báo).
Trong trường hợp liên hệ tuyến tính của hai biến, người ta lập bảng các chuỗi
quan trắc của các đại lượng y và x và tính toán các tham số cơ bản: x , y , σx , σ y và
rxy (bảng 2.2).
Bảng 2.2: Biểu tính tương quan giữa hai biến

Những tham số này tính theo các công thức đã biết trong thống kê toán học:

trong đó − r hệ số tương quan (0  rxy  1) ; − E độ lệch xác suất của r.
Sử dụng những trị số nhận được của các tham số cơ bản có thể quyết định

vấn đề về đột in cậy của mối liên hệ. Mối liên hệ được xem là đáng tin cậy khi trị số

11


của hệ số tương quan khá lớn (r ≥ 80,0) và đồng thời phải lớn hơn độ lệch xác suất
của nó không ít hơn 6−10 lần. (r/E ≥ 6).
Sự cần thiết phải tính chỉ tiêu tin cậy là do không phải hệ số tương quan cao
luôn luôn là chỉ tiêu của mối liên hệ tin cậy. Thí dụ, đối với những chuỗi quan trắc
ngắn, thì hệ số tương quan cao nhận được có khi chỉ là do ngẫu nhiên. Chuỗi quan
trắc được xem là đủ dài nếu như độ lệch xác suất E là hàm của số lượng quan trắc
đủ nhỏ, tức r/E > 10.
Trong khi tính toán, nếu bất đẳng thức này không thoả mãn thì phải tăng độ
dài chuỗi quan trắc. Ngoài ra có trường hợp hệ số tương quan có thể khá cao khi
tính toán với chuỗi quan trắc ở một thời kỳ quan trắc này, song lại rất thấp nếu tính
toán với chuỗi quan trắc ở thời kỳ khác. Rõ ràng điều này xảy ra do biến đổi mối
liên hệ từ thời kỳ này đến thời kỳ kia, nói cách khác mối liên hệ giữa hiện tượng dự
báo và nhân tố ảnh hưởng không ổn định. Vì vậy phải kiểm tra xem hệ số tương
quan nhận được có biến đổi không khi tăng hoặc giảm độ dài chuỗi.
Có hai cách kiểm tra thực tế về độ ổn định của mối liên hệ. Cách thứ nhất
thực hiện như sau: Chia toàn bộ chuỗi quan trắc thành hai phần, tính các hệ số
tương quan r1 và r2 và các độ lệch xác suất tương ứng E1 và E2 riêng biệt cho mỗi
phần. Nếu bất đẳng thức:
r1 - r2

< E1 + E2

(2.8)

thì mối liên hệ ổn định.

Cách thứ hai để kiểm tra tính ổn định của mối liên hệ là so sánh các hệ số
tương quan của hai phần r1 và r2 với hệ số tương quan chung của mỗi phần r. Nếu r1
và r2 không vượt ra ngoài khoảng giá trị r ± E thì mối liên hệ ổn định.
Như vậy nếu xác định được rằng mối liên hệ ổn định và hệ số tương quan đủ
lớn thì có thể tìm phương trình liên hệ:

12


Sai số giữa giá trị quan trắc và giá trị tính theo phương trình dự báo (2. 9): εi
= yqt

- ydb được so sánh với 1/5 biên độ dao động của yếu tố dự báo. Nếu sai số lớn

hơn đại lượng này thì nó được coi là vượt quá sai số cho phép, sai số lớn. Nếu
phương trình dự báo đảm bảo số sai số lớn ít hơn 20% toàn bộ số lần quan trắc thì
phương trình dự báo được xem là tin cậy.

2.2. Phương pháp mô hình
Mô đun thủy lực MIKE 21 FM
Mô đun thủy lực được phát triển bởi phương pháp lưới phần tử hữu hạn. Mô
đun này được dựa trên nghiệm số của hệ các phương trình Navier-Stokes cho chất
lỏng không nén được 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết Boussinesq và giả thiết về
áp suất thuỷ tĩnh. Do đó, mô đun bao gồm các phương trình: phương trình liên tục,
động lượng, nhiệt độ, độ muối và mật độ và chúng khép kín bởi sơ đồ khép kín rối.
Với trường hợp ba chiều sử dụng hệ toạ độ sigma.
Việc rời rạc hoá không gian của các phương trình cơ bản được thực hiện
bằng việc sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn trung tâm. Miền không gian được
rời rạc hoá bằng việc chia nhỏ miền liên tục thành các ô lưới/phần tử không trùng
nhau. Theo phương ngang thì lưới phi cấu trúc được sử dụng còn theo phương

thẳng đứng trong trường hợp 3 chiều thì sử dụng lưới có cấu trúc. Trong trường hợp
hai chiều các phần tử có thể là phần tử tam giác hoặc tứ giác. Trong trường hợp ba

13


chiều các phần tử có thể là hình lăng trụ tam giác hoặc lăng trụ tứ giác với các phần
tử trên mặt có dạng tam giác hoặc tứ giác.
Phương trình cơ bản
Phương trình liên tục

(2.5)

Phương trình động lượng the phương x và y tương ứng

(2.6)

(2.7)

Trong đó:
t là thời gian;
x, y và z là toạ độ Đề các;

 là dao động mực nước;
d là độ sâu; h=+d là độ sâu tổng cộng;
u, v và w là thành phần vận tốc theo phương x, y và z;
f=2sin là tham số coriolis;
g là gia tốc trọng trường;

14

 là mật độ nước;
t là nhớt rối thẳng đứng;
pa là áp suất khí quyển;

o là mật độ chuẩn;
S là độ lớn của lưu lượng do các điểm nguồn;
(us,vs) là vận tốc của dòng lưu lượng đi vào miền tính;
Fu, Fv là các số hạng ứng suất theo phương ngang.
Phương trình tải ch nhiệt và muối

(2.8)

(2.9)

trong đó Dv là hệ số khuếch tán rối thẳng đứng; H là số hạng nguồn do trao đổi

nhiệt với khí quyển. Ts và ss là nhiệt độ và độ muối của nguồn; FT và Fs là các số
hạng khuếch tán theo phương ngang.
Phương trình tải ch đại lượng vô hư ng

(2.10)

trong đó C là nồng độ của đại lượng vô hướng; kp là tốc độ phân huỷ của đại lượng
đó; Cs là nồng độ của đại lượng vô hướng tại điểm nguồn; D v là hệ số khuếch tán
thẳng đứng; và FC là số hạng khuếch tán ngang.
Điều kiện biên
Biên đất

15


Dọc theo biên đất thông lượng được gán bằng không đối với tất cả các giá trị.
Với phương trình động lượng điều này gây ra sự trượt toàn phần dọc theo biên đất.
Biên mở
Điều kiện biên mở có thể được xác định dưới cả dạng lưu lượng hoặc mực
nước cho các phương trình thuỷ động lực. Với phương trình tải thì giá trị xác định
hoặc chênh lệch xác định có thể được đưa vào.

16