Phân tích và dự báo tràn dầu vùng biển Vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị ứng dụng số liệu radar biển

Header Page 1 of 126.

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

Trần Mạnh Cường

PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO TRÀN DẦU VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ
BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

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

Trần Mạnh Cường

PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO TRÀN DẦU VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ
BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN

Chuyên ngành: Hải dương học
Mã số: 60440228

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

HDC: TS. Nguyễn Kim Cương

Hà Nội - 2016

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

MỤC LỤC
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................3
1.1
Giới thiệu về hệ thống radar biển và các ứng dụng ................................3
1.2
Tổng quan về khu vực vịnh Bắc Bộ và chế độ dòng chảy tại khu vực này
5
1.3
Tổng quan tình hình nghiên cứu về dự báo tràn dầu trên biển .............8
CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...11
2.1. Hiện trạng các trạm radar và phương pháp phân tích dòng chảy ......11
2.2. Cơ sở lý thuyết về mô hình ROMS .........................................................15
2.3. Cơ sở lý thuyết về mô hình GNOME dự báo tràn dầu .........................17
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THU THẬP TỪ RADAR BIỂN VÀ
ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TẦNG MẶT KHU VỰC
VỊNH BẮC BỘ 21
3.1. Đánh giá, phân tích số liệu thu thập từ radar biển ...............................21

3.1.1. Đánh giá nguồn số liệu thu thập từ các trạm radar biển ..........................21
3.1.2. Đánh giá sai số quan trắc từ radar biển....................................................24
3.2. Ứng dụng số liệu radar biển phân tích trường dòng chảy tầng mặt khu
vực vịnh Bắc Bộ ...................................................................................................31
CHƯƠNG IV. PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO THỬ NGHIỆM LAN TRUYỀN
DẦU TRÊN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ ..............................................................39
4.1. Xác định các nguồn gây ô nhiễm dầu trên biển.....................................39
4.2. Phân tích quỹ đạo lan truyền dầu từ số liệu radar biển .......................39
4.3. Dự báo lan truyền dầu khi có sự cố ........................................................49
4.3.1. Thiết lập miền tính cho khu vực bằng mô hình thủy lực ROMS ...........49
4.3.2. So sánh giữa số liệu tính toán từ mô hình với số liệu quan trắc từ radar
biển và số liệu thu thập từ các đợt khảo sát .......................................................51
4.3.3. Dự báo thử nghiệm tràn dầu từ các nguồn số liệu thu thập ....................53
4.4. Thiết lập quy trình dự báo trong sự cố tràn dầu trên biển ..................58
KẾT LUẬN ..............................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................61

1

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Cấu hình của hệ thống Radar biển hiện đang vận hành ......................11
Bảng 2: Các loại dầu được tham số hóa trong mô hình được sắp xếp từ nhẹ
đến nặng [13].............................................................................................................19
Bảng 3. So sánh giữa dòng chảy quan trắc bằng Radar và AWAC .................30
Bảng 4. Thống kê trạng thái của dầu và hướng di chuyển chủ yếu tại từng vị trí

sau 30 ngày xảy ra sự cố (đơn vị: %) ........................................................................43
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Mô tả phương pháp phân tích vận tốc dòng chảy bằng Radar biển ......4
Hình 2: Phạm vi quan trắc của 3 trạm radar hiện đang hoạt động tại khu vực
vịnh Bắc Bộ và phân bố số liệu của chúng .................................................................4
Hình 3: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa đông theo Báo cáo kết quả
điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) ........................................................................6
Hình 4: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa hè theo Báo cáo kết quả điều
tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) ................................................................................7
Hình 5: Sơ đồ hoàn lưu mùa vùng Vịnh Bắc Bộ 1960 -1962 [6].......................8
Hình 6: Sơ đồ lưới tính phân tích dòng chảy mặt tổng cộng ...........................13
Hình 6: Mô tả phương pháp phân tích dòng chảy mặt tổng cộng ....................14
Hình 7: Giới hạn góc θ1 và θ2 giữa các đường xuyên tâm từ điểm lưới đối với
các trạm radar ............................................................................................................15
Hình 8: Hiện trạng số liệu Radar thu thập được từ năm 2012 đến nay ............21
Hình 9: Các tham số đặc trưng trong quá trình vận hành của Radar ...............23
Hình 10: Phạm vi quan trắc của Radar biển đối với từng trạm ........................24
Hình 11: Phương pháp xác định sai số từ quan trắc bằng radar .......................25
Hình 12: Sai số GDOP trung bình từ quan trắc radar đối với vùng Vịnh Bắc Bộ
...................................................................................................................................26
Hình 13: Vị trí các trạm radar và hai trạm C001 và C002 ...............................27
Hình 14: Biến trình theo thời gian của dòng chảy đo đạc bằng Radar biển và
máy AWAC tại trạm tương ứng, trong đó dấu dương (+) thế hiện hướng dòng chảy
đi vào radar, dấu âm (-) thể hiện hướng dòng chảy ra khỏi radar .............................31
Hình 15: Phân bố số liệu dòng chảy mặt quan trắc từ hệ thống radar (đơn vị: %)
...................................................................................................................................32
Hình 16: Ứng suất gió trung bình trên biển Đông tháng 2 (trái) và tháng 8 (phải)
dựa trên số liệu QuickSCAT [N/m2] [11] .................................................................33
Hình 17: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong mùa gió Đông
Bắc (trái) và mùa gió Tây Nam (phải) (cm s-1) .........................................................33

Hình 18: Trường dòng chảy trung bình năm tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ trong
năm 2014 (trái) và độ lệch chuẩn của thành phần kinh hướng u (giữa) và thành phần
vỹ hướng v (phải) (cm s-1) .........................................................................................34
Hình 19: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong tháng 10 (cm s1
) và trường gió trung bình trong tháng (m s-1) .........................................................36
2

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

Hình 20: Thành phần vỹ hướng của dòng chảy trích tại điểm S2 trong thời kỳ
gió mùa Đông bắc .....................................................................................................36
Hình 21: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong tháng 8 (cm s1
) và trường gió trung bình trong tháng (m s-1) .........................................................37
Hình 22: Thành phần vỹ hướng của dòng chảy trích tại điểm S2 trong thời kỳ
gió mùa Tây Nam ......................................................................................................38
Hình 23: Vị trí các điểm tính toán lan truyền dầu ............................................40
Hình 24: Trường gió trung bình trong mùa gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam
từ số liệu gió tái phân tích ECMWF .........................................................................41
Hình 25: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại điểm 1 (trục hoành
tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................42
Hình 26: Hướng lan truyền của nhóm dầu FO theo từng tháng .......................45
Hình 27: Phân tích quỹ đạo của hạt dầu trên vịnh Bắc Bộ trong thời kỳ gió mùa
Đông Bắc ...................................................................................................................47
Hình 28: Phân tích quỹ đạo của hạt dầu trên vịnh Bắc Bộ trong thời kỳ gió mùa
Tây Nam ....................................................................................................................48
Hình 29: Lưới tính của mô hình ROMS trên biển Đông..................................50
Hình 30: So sánh số liệu từ mô hình và số liệu thu thập từ các đợt khảo sát CTD

cho tháng 9 và tháng 10 tại mặt cắt dọc vĩ tuyến 18.5oN ..........................................52
Hình 31: So sánh số liệu từ mô hình và số liệu thu thập từ radar biển ............53
Hình 32: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại vị trí 1 (trục hoành
tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................55
Hình 33: Đường đi của dầu sau sự cố tràn dầu trên khu vực vịnh Bắc Bộ sau 7
ngày tại vị trí 1 ..........................................................................................................55
Hình 34: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại vị trí 3 (trục hoành
tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................56
Hình 35: Đường đi của dầu sau sự cố tràn dầu trên khu vực vịnh Bắc Bộ sau 7
ngày tại vị trí 3 ..........................................................................................................57
Hình 36: Sơ đồ quy trình dự báo sự cố tràn dầu trên biển ...............................58

3

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em đã nhận được sự tận tình hướng
dẫn, gợi ý và cho những lời khuyên hết sức bổ ích của TS. Nguyễn Kim Cương trong
suốt quá trình tìm hiểu lý thuyết để có những kinh nghiệm quý báu khi tiếp cận và
giải quyết vấn đề. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy.
Nhân dịp này, em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô giáo trong
khóa Khí tượng Thủy văn – Hải dương học cũng như Bộ môn Khoa học và Công
nghệ biển, những người trong suốt những năm qua đã dạy dỗ và giúp đỡ em rất nhiều
trong học tập cũng như trong các hoạt động.
Cuối cùng, em xin gửi những lời tốt đẹp nhất đến cho gia đình và bạn bè,

những người đã động viên, khích lệ và giúp đỡ em trong suốt quá học tập và hoàn
thành luận văn này.
Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này chắc chắn không tránh khỏi
những sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo cũng
như các bạn đồng nghiệp để được tiếp tục hoàn thiện và phát triển hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2016
HỌC VIÊN

Trần Mạnh Cường

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

MỞ ĐẦU
Các lĩnh vực biển trong vòng vài thập kỷ trở lại đây đã và đang trở thành một
trong những vấn đề được quan tâm và phát triển. Về kinh tế, biển đang trở thành mũi
nhọn trong chiến lược phát triển của các quốc gia có ưu thế về biển. Đối với Việt
Nam là một quốc gia ven biển, 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 đưa Việt
Nam từng bước "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.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ, các thiết bị quan trắc biển ngày càng hiện
đại và tiện dụng. Một trong những công nghệ quan trắc biển hiện nay đang được nhiều
quốc gia chú trọng đầu tư đó là quan trắc bằng công nghệ radar. Đối với Việt nam,

Nhà nước đã và đang có chủ trương quan tâm và có kế hoạch xây dựng nhiều mạng
lưới quan trắc, giám sát các quá trình động lực và môi trường biển, trong đó có hệ
thống radar biển.
Năm 2011, trạm radar biển đầu tiên ở Việt nam được xây dựng tại Đồng Hới,
đánh dấu một bước tiến quan trọng trong quan trắc biển tại Việt Nam. Đến nay, dự
án đã kết thúc giai đoạn 1 với 4 trạm trong đó 3 trạm quan trắc và 1 trạm trung tâm
quan trắc hệ thống dòng chảy khu vực vịnh Bắc Bộ. Các số liệu radar biển bao gồm
số liệu về sóng và dòng chảy là những nguồn dữ liệu vô cùng quý giá trong các lĩnh
vực nghiên cứu, ứng dụng, quản lý và khai thác biển. Đây là một nguồn dữ liệu mới
đối với Việt Nam và cho đến nay mới chỉ có rất ít công trình nghiên cứu có sử dụng
nguồn số liệu này.
Mặt khác, các nghiên cứu ứng dụng của nguồn dữ liệu này rất rộng và phong
phú, một trong số đó là ứng dụng dự báo vật thể trôi trên biển và dự báo tràn dầu trên
biển. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm dầu trên biển là một trong những vấn đề nghiêm trọng
đang được cộng đồng quốc tế quan tâm. Vấn đề ô nhiễm dầu trên biển Đông nói
1

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

chung và ô nhiễm dầu trên biển Việt Nam nói riêng cũng không nằm ngoài tình trạng
đó. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình lan truyền dầu sau khi
xảy ra các sự cố tràn dầu trên biển để đề ra các phương án ứng cứu thích hợp là rất
cần thiết.
Vì những lý do trên, trong khuôn khổ đề tài này tác giả đưa ra hướng nghiên
cứu để ứng dụng số liệu thu thập từ radar biển để nghiên cứu chế độ dòng chảy tại
vịnh Bắc Bộ và so sánh với các nghiên cứu trước đây. Sau đó, sẽ thực hiện nghiên
cứu ứng dụng khả năng dự báo tràn dầu trên biển bằng số liệu thu thập từ radar và từ

mô hình số trị.
Nội dung luận văn bao gổm 04 chương chính, phần kết luận và phần các bảng
phụ lục:
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Đánh giá số liệu thu thập từ radar biển và ứng dụng nghiên cứu chế
độ dòng chảy tầng mặt khu vực Vịnh Bắc bộ.
Chương 4: Phân tích và dự báo thử nghiệm lan truyền dầu trên khu vực Vịnh
Bắc bộ.
Kết luận

2

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

CHƯƠNG I.TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu về hệ thống radar biển và các ứng dụng
Trong thời kỳ nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển như hiện nay thì việc
nghiên cứu các quá trình tự nhiên phục vụ cho các mục đích về kinh tế, xã hội… được
hỗ trợ rất nhiều từ các trang thiết bị tiên tiến. Trong nghiên cứu về các hiện tượng địa
vật lý nói chung và các quá trình động lực học nói riêng thì việc quan trắc thực tế có
tầm quan trọng rất lớn.
Để quan trắc được các biến đổi của các quá trình này người ta sử dụng 2 phương
pháp quan trắc: quan trắc trực tiếp và quan trắc gián tiếp. Mỗi phương pháp đều có
những ưu và nhược điểm riêng. Tuy nhiên được sự hỗ trợ mạnh mẽ của khoa học hiện
đại, phương pháp quan trắc gián tiếp ngày càng phát huy được những thế mạnh của

nó đó là: cập nhật và xử lý thông tin nhanh, quan trắc được cả trong những điều kiện
thời tiết cực đoan.
Radar biển là một trong những thiết bị ứng dụng công nghệ hiện đại dựa vào kỹ
thuật phát sóng tần số cao để phân tích giám sát một số yếu tố hải văn như trường
dòng chảy tầng mặt, giám sát sóng. Công nghệ này ở nước ngoài đã và đang phát
triển rất mạnh, đi kèm với nó là những công trình nghiên cứu khoa học có liên quan.
Tại Thái Lan, đã xây dựng hệ thống Radar biển tự động bao gồm 06 trạm phục vụ
cho công tác quan trắc hải văn thuộc vùng biển Thái Lan và một phần Vịnh Thái Lan.
Ngoài ra đã có nhiều nước trên thế giới và trong khu vực Đông Nam Á đã và đang áp
dụng công nghệ này như: Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc và Ấn Độ [5].
Hệ thống radar hiện đang hoạt động tại Việt Nam là hệ thống Seasonde do hãng
Codar sản xuất dựa trên nguyên lý Doppler. Tín hiệu từ ăng ten phát của radar đi tới
bề mặt biển (sóng biển chuyển động) sau đó phản hồi lại và được thu bởi ăng ten thu
(Hình 1). Trong quá trình thu sẽ có sự lệch pha tần số (Doppler shift) do sóng biển
chuyển động. Sự lệch pha này tỉ lệ với tốc độ sóng/tốc độ dòng chảy biển, qua các
phần mềm và thuật toán ta giải đoán được tốc độ của dòng chảy biển [5].

3

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

Quá trình thu tín hiệu radar và phân tích thành các đặc trưng của sóng và dòng
chảy được chia thành 3 giai đoạn chính: phân tích vận tốc mục tiêu (tín hiệu radio thu
được), khoảng cách đến mục tiêu và hướng của mục tiêu [5].

Hình 1: Mô tả phương pháp phân tích vận tốc dòng chảy bằng Radar biển

Hình 2: Phạm vi quan trắc của 3 trạm radar hiện đang hoạt động tại khu vực
vịnh Bắc Bộ và phân bố số liệu của chúng

4

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

Ở Việt Nam, công nghệ radar biển còn khá mới mẻ và chưa có nhiều nghiên
cứu chuyên sâu về lĩnh vực này. Năm 2011, Trung tâm Hải văn đã chủ trì thực hiện
dự án xây dựng hệ thống trạm radar biển, đến nay đã hoàn thành giai đoạn I với 3
trạm quan trắc tầm xa tại Hòn Dấu (20,6662333oN, 106,8169667oE), Nghi Xuân
(18,6210500oN, 105.8156000oE) và Đồng Hới (17,4711167oN, 106.6389500oE) và 1
trạm trung tâm thu số liệu tại Hà Nội (Hình 2). Cả ba trạm đều hoạt động ở tần số
4,65 MHz với độ phân giải ngang và độ phân giải góc phương vị lần lượt là 5,825 km
và 5o.
Một số ứng dụng của radar biển có thể được liệt kê ra sau đây: Dự báo các
điều kiện thời tiết trên biển; Phục vụ cho công tác đánh bắt thủy sản; Phục vụ cho
đánh giá ô nhiễm và lan truyền ô nhiễm biển; Ứng dụng trong cứu hộ cứu nạn trên
biển; Ứng dụng trong điều hành tàu thuyền qua lại eo biển, cảng; Ứng dụng trong
phối hợp để tăng độ chính xác dự báo số trị...[5].
1.2 Tổng quan về khu vực vịnh Bắc Bộ và chế độ dòng chảy tại khu vực
này
Vịnh Bắc Bộ nằm ở phía Tây Bắc của biển Đông, từ 105o36’E đến 109o55’E trải
dài từ vĩ tuyến 17oN đến vĩ tuyến 21o52’N, diện tích khoảng 160.000 km2, chu vi
khoảng 1.950 km, trong đó phía bờ Việt Nam là 740 km, chiều dài vịnh là 496 km, nơi
rộng nhất là 314 km. Vịnh Bắc Bộ được bao bọc bởi bờ biển miền Bắc Việt Nam ở
phía tây, bờ biển Nam Trung Quốc ở phía bắc và phía đông có bán đảo Lôi Châu và

đảo Hải Nam. Bờ biển khúc khuỷu với khoảng hơn 2.300 hòn đảo lớn nhỏ, tập trung
chủ yếu ở phía ven bờ Việt Nam. Đặc biệt đảo Bạch Long Vĩ của Việt Nam nằm khoảng
giữa vịnh với diện tích 2,5 km2 cách đảo Hòn Dấu, Hải Phòng khoảng 110 km.
Khối nước của Vịnh Bắc Bộ chủ yếu giao lưu với Biển Đông qua cửa phía nam
của vịnh rộng chừng 230 km và sâu hơn 100 m. Một phần nhỏ nước được trao đổi
qua eo biển hẹp (18 km) và không sâu (20 m) Quỳnh Châu. Do độ sâu của biển không
lớn nên hoàn lưu trong vịnh Bắc Bộ (và vịnh Thái Lan) được hình thành chủ yếu do
tác động của trường gió thịnh hành trên mặt biển. Tuy nhiên với sự liên kết tương đối
5

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

chặt chẽ với Biển Đông, quá trình trao đổi nước qua cửa vịnh cũng gây nên tính đa
dạng trong phân bố và biến động của hoàn lưu mùa trong các vịnh. Tính đa dạng này
còn bị chi phối bởi sự khác biệt của quá trình tương tác biển khí, chủ yếu là tương tác
nhiệt, trên các vịnh phụ thuộc vào vị trí địa lý của chúng.
Đặc điểm quan trọng của hoàn lưu trong vịnh Bắc Bộ là sự tồn tại trong cả năm
của dòng chảy ven bờ tây vịnh. Điều này đã được khẳng định không những bằng các
kết quả phân tích số liệu khảo sát từ những năm 1960 [2] mà còn được mô phỏng bằng
kết quả mô hình hoá 3D trong một số công trình thuộc các đề tài cấp bộ và cấp nhà
nước. Bên cạnh hoàn lưu trong dạng xoáy thuận nêu trên, các kết quả nghiên cứu thực
nghiệm cũng như mô hình hoá đều cho thấy sự hiện diện của một xoáy nghịch trên
vùng biển phía bắc vịnh trong mùa hè..

Hình 3: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa đông theo Báo cáo kết quả
điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964)

6

Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

Hình 4: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa hè theo Báo cáo kết quả điều
tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964)
Các bản đồ hoàn lưu vịnh Bắc Bộ được thể hiện trong [1] dựa trên cơ sở phân
tích số liệu khảo sát nêu trên.
Nguyên nhân hình thành bức tranh hoàn lưu trong mùa hè trên vịnh Bắc Bộ
được mô tả trên đây có thể lý giải bằng sự phân hoá về hướng gió trên vịnh do hoạt
động kết hợp của áp thấp bắc Đông Dương và dải hội tụ nhiệt đới. Với hướng gió
thịnh hành đông-nam từ Bạch Long Vỹ đến Hải Phòng, Quảng Ninh, sự hình thành
hai xoáy đối lập dấu nằm hai phía bắc và nam hoàn toàn khẳng định vai trò của gió
trong mùa hè. Trong mùa đông, sự xâm nhập của dòng chảy Biển Đông góp phần làm
tăng cường dòng chảy đi về phía nam ven bờ phía tây vịnh.
Hoàn lưu tầng mặt Vịnh Bắc Bộ trong các tháng mùa xuân, mùa thu và mùa
đông tương tự như nhau. Trong các mùa này nước từ phía phía nam đảo Hải Nam đi
vào trong vịnh, men theo phía tây đảo Hải Nam đi ngược lên phía bắc vịnh rồi vòng
lại theo bờ đông của các tỉnh bắc và bắc trung bộ thoát ra ngoài Vịnh Bắc bộ. Trong

7

Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

các tháng mùa hè hoàn lưu có hướng ngược lại với 3 mùa còn lại của năm. Trong
nghiên cứu này, hoàn lưu các xoáy thuận và xoáy nghịch ở trung tâm và phía bắc vịnh
không được thể hiện rõ. Nguyên nhân dẫn đến sự thiếu vắng của các hoàn lưu này có
thể do số liệu thu thập về dòng chảy chưa đủ để phân tích ra các đặc trưng quy mô
nhỏ của hoàn lưu vùng biển này [6].

Hình 5: Sơ đồ hoàn lưu mùa vùng Vịnh Bắc Bộ 1960 -1962 [6]
1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu về dự báo tràn dầu trên biển
Các hướng nghiên cứu lan truyền dầu trên thế giới
Các nghiên cứu liên quan đến tính toán dự báo tràn dầu và biến đổi dầu trên thế
giới được tiếp cận theo một số hướng cơ bản:
8

Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

Cách tiếp cận thứ nhất là nghiên cứu các thành phần hóa học và tính chất lý hóa
của các thành phần đối với từng loại dầu có khả năng rò rỉ, gây ô nhiễm để xác định
quá trình biến đổi của dầu trong môi trường tự nhiên, đặc biệt là trong môi trường
biển.
Cách tiếp cận thứ 2 liên quan tới việc xây dựng các mô hình số trị tính toán quá
trình lan truyền và biến đổi ô nhiễm dầu. Trong đó quá trình biến đổi ô nhiễm dầu
chịu tác động của gió, dòng chảy, sóng, các quá trình bốc hơi, nhũ tương hóa,.. được
xem xét vào mô hình;
Cách tiếp cận thứ 3 là nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thiệt hại do ô nhiễm dầu
tới môi trường sinh thái và kinh tế, xã hội;
Cách tiếp cận thứ 4 là đưa ra các giải pháp ứng phó sự cố ô nhiễm dầu, bao gồm
các giải pháp thu gom và xử lý dầu, khôi phục lại môi trường vùng biển bị ô nhiễm

Các công trình đã công bố trong nước
Một trong các công trình nghiên cứu đầu tiên thuộc lĩnh vực này được triển khai
trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước, mã số 48.B.05.03 “Ô nhiễm biển” do Phạm Văn
Ninh Chủ trì. Công trình nghiên cứu phát triển mô hình OilSpill dựa trên phương
pháp lagrange và rối thống kê dạng Random Walk do nhóm nghiên cứu tại Viện Cơ
học Việt Nam thực hiện. Mô hình này đã được ứng dụng cho tính toán lan truyền vệt
dầu trên Biển Đông, Vịnh Bắc Bộ và khu vực ven biển nước ta trong nhiều năm qua.
Nhóm nghiên cứu tại ĐHKHTN do Đinh Văn Ưu dẫn đầu đã phát triển mô hình
tính toán lan truyền chất lỏng có ô nhiễm dầu trên mô hình GHER-3D và đã cho
những ứng dụng thử nghiệm thành công đáng ghi nhận. Nghiên cứu phát triển mô
hình tính toán lan truyền dầu bằng phương pháp sai phân với sơ đồ Upwind bậc 1 kết
hợp với trường gió từ mô hình MM5 và dòng chảy từ mô hình POM do Vũ Thanh Ca
cùng với nhóm nghiên cứu tại Viện KHKTTV và MT thực hiện. Nhóm nghiên cứu
do Nguyễn Hữu Nhân đã phát triển mô hình tính toán lan truyền dầu theo phương
pháp lagrange và kết hợp với mô hình MECA tính dòng chảy. Tác giả đã xây dựng
phần mềm mô phỏng tràn dầu OilSAS.
Trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước “Ô nhiễm dầu trên vùng biển Việt Nam
và Biển Đông” mã số KC 09-22/06-10 do Nguyễn Đình Dương chủ nhiệm. Trong đề
tài này tác giả sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp với mô hình Mike PA/SA để
9

Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

mô phỏng vết dầu loang khi sự cố xảy ra. Tác giả Trần Hồng Thái và nnk tại Viện
KHKTTV và MT đã áp dụng mô hình Mike PA/SA để tính lan truyền ô nhiễm dầu
và xác định nguồn ô nhiễm dầu trong sự cố tràn dầu ven biển đầu năm 2007.
Mới đây nhất, dự án “Xây dựng chương trình mô phỏng vết dầu loang khu vực

biển phía Nam và Tây Nam Bộ” do Phùng Đăng Hiếu và cộng sự đã xây dựng chương
trình mô phỏng và dự báo nhanh vết dầu loang sử dụng hệ thống máy tính tốc độ cao
trên hệ điều hành UNIX và tích hợp tính toán liên hoàn đáp ứng được thời gian tính
toán dự báo ngắn đảm bảo đưa ra được bản tin kịp thời.

10

Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] “Atlas Quốc gia Việt Nam,” Nhà xuất bản Tài nguyên - Môi trường và Bản đồ
Việt Nam, Hà Nội, 1999.
[2] “Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ,” 1964.
[3] Nguyễn Đình Dương, Hồ Lệ Thu, Lê Vân Anh, Nguyễn Kim Anh, “Ô nhiễm
dầu trên vùng biển Việt Nam và kế cận”, Tạp chí Các Khoa học về Trái đất,
2013.
[4] Trần Hồng Lam và Nguyễn Thanh Trang, “Khả năng ứng dụng radar biển trong
quản lý biển,” Tạp chí Môi trường, 2013.
[5] Nguyễn Thanh Trang, “Nghiên cứu ứng dụng số liệu radar biển,” Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Hanoi, 2014.
Tiếng Anh
[6] Y. Ding, C. Chen, R. C. Beardsley, X. Bao, M. Shi, Y. Zhang, Z. Lai, R. Li, H.
Lin và N. T. Viet, “Observational and model studies of the circulation in the
Gulf of Tonkin, South China Sea,” Journal of Geophysical Research Ocean,,
pp. VOL. 118, 1–16, 2013.
[7] B. M. Emery, L. Washburn và J. A. Harlan, “Evaluating Radial Current

Measurements from CODAR High-Frequency Radars with Moored Current
Meters,” 2004.

61

Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

[8] Codar, User’s Guide, SeaSonde Combine Suite Release 7, CODAR Ocean
Sensors, Ltd, 2011.
[9] K. S. Hedström, Technical Manual for a Coupled Sea-Ice/Ocean Circulation
Model (Version 3), Anchorage, Alaska: U.S. Department of the Interior
Minerals Management Service Anchorage, 2009.
[10] K. C. Kim, “Calibration and Validation of high frequency radar for ocean
surface current mapping,” California, 2014.
[11] N. N. Minh, “Tidal characteristics of the Gulf of Tonkin,” Toulouse, 2013.
[12] A. Skarke, B. L. Lipphardt Jr., P. Muscarella, K. C. Wong, A. Trembanis, M.
Badiey, “Comparison of HF Radar and ADCP Surface Currents at the Delaware
Bay Mouth,” 2008.
[13] GNOME manual, “General NOAA Operational Modeling Environment
(GNOME) Technical Documentation,” NOAA, Washington, 2012.

62

Footer Page 18 of 126.