ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN NƯỚC DÂNG DO BÃO KHU VỰC ĐẦM PHÁ TAM GIANG – THỪA THIÊN HUẾ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHOA HỌC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2016 - 2017

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN NƯỚC
DÂNG DO BÃO KHU VỰC ĐẦM PHÁ TAM GIANG –
THỪA THIÊN HUẾ
Thuộc nhóm ngành khoa học: khoa học biển
Sinh viên thực hiện

: Ngô Thành Đạt
Nguyễn Ngọc Sơn

Lớp:

ĐH4QB

Khoa Khoa học biển và Hải đảo

Năm thứ

: 3

Số năm đào tạo: 4

Ngành học

: Quản lý biên

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Vũ Văn Lân

Hà Nội - 2017


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN NƯỚC DÂNG
DO BÃO KHU VỰC ĐẦM PHÁ TAM GIANG – THỪA THIÊN HUẾ
- Sinh viên thực hiện: Ngô Thành Đạt, Nguyễn Ngọc Sơn
- Lớp: ĐH4QB
- Khoa: Khoa học Biển và Hải Đảo
- Năm thứ: 3
- Số năm đào tạo: 4
- Người hướng dẫn: ThS. Vũ Văn Lân
2. Mục tiêu đề tài:
Nghiên cứu chế độ thủy động lực nước dâng do bão khu vực Đầm phá
Tam Giang – Thừa Thiên Huế.
3. Tính mới và sáng tạo:Đề tài nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 FM để tính
toán chế độ thủy động lực nước dâng do bão qua nhiều kịch bản khác nhau, và đặc biệt
là việc kết hợp tất cả các kịch bản để có thể đưa ra những số liệu tính toán cụ thể làm
tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề tài nghiên cứu, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp để đánh giá hiện trạng,
tình hình nước dâng do bão tại khu vực nghiên cứu và dùng làm tài liệu đầu vào cho
mô hình; tính toán được trường mực nước dâng trong bão qua các kịch bản đề ra, từ đó
tổng hợp lại để làm tài liệu phục vụ cho nhiều nghiên cứu sau và cho việc quy hoạch
không gian biển nói chung và đường bờ biển nói riêng.

5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội,giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Kết quả mô phỏng nước dâng bão khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tỉnh
Thừa Thiên – Huế là tài liệu tham khảo đáng tin cậy, đã đánh giá được trường mực
nước dâng, trường thủy lực tại khu vực nghiên cứu.Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
thuộc địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế được đánh giá là đầm phá lớn nhất khu vực Đông
Nam Á và có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển kinh tế dân sinh khu vực
này. Vậy nên nghiên cứu này sẽ đóng góp rất nhiều cho việc quy hoạch không gian
biển cũng như đường bờ của khu vực.


6.Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp
chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu
có):

Ngày 7 tháng 5 năm 2017
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên
thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):


Ngày 7 tháng 5 năm 2017
Xác nhận của trường đại học

Người hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy

cô trong khoa đã tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện nghiên cứu. Đặc biệt, xin gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến ThS. Vũ Văn Lân – Cố vấn học tập lớp ĐH4QB đã nhiệt tình


hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, các phương pháp
nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi về tài liệu nghiên cứu cũng như hướng dẫn về
mảng kĩ thuật cho chúng tôi có thể hoàn thành bài nghiên cứu một cách tốt nhất.
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài, khó tránh khỏi sai sót, rất mong
các thầy, cô bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn
hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận
được ý kiến đóng góp thầy, cô để có thể học thêm được nhiều kinh nghiệm để có thể
hoàn thiện hơn trong những báo cáo hoặc nghiên cứu tiếp theo.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Ngô Thành Đạt
Nguyễn Ngọc Sơn

MỤC LỤC


DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH


Lời mở đầu
Việt Nam được thiên nhiên dành cho một ưu đãi rất lớn về biển, với đường
bờ biển dài trên 3260 km, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, cùng với trên
3000 hòn đảo lớn nhỏ đã đưa Việt Nam trở thành một quốc gia có tiềm năng to lớn về

kinh tế biển. Bên cạnh đó, nước ta còn có một hệt thống sông ngòi dày đặc, phân bổ từ
Bắc vào Nam, mang theo nguồn dinh dưỡng to lớn từ đất liền ra biển, nên nguồn lợi về
nông nghiệp và thủy sản tại các vùng ven biển là rất cao. Tuy nhiên, hàng năm nước ta
đều phải hứng chịu những thiệt hại to lớn do thiên tai mang lại gây ảnh hưởng nặng nề
đến việc phát triển kinh tế và đời sống của người dân ven biển. Theo Ủy ban Liên
chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC, 2007) và Ngân hàng Thế giới (WB, 2007), Việt
Nam là một trong 5 quốc gia bị ảnh hưởng nhiều nhất do nước biển dâng cao và sự gia
tăng về cường độ cũng như tần suất các hiện tượng thời tiết cực đoan. Nếu nước biển
dâng 1m, nhiều khả năng 5% diện tích sẽ bị ngập và 11% dân số sẽ phải di dời lên
vùng cao hơn. Trước những diễn biến ngày càng phức tạp của biến đổi khí hậu, nhóm
dân cư sống phụ thuộc vào nông nghiệp, dựa vào nguồn tài nguyên thiên nhiên bị ảnh
hưởng nghiêm trọng, nhất là vùng ven biển và đầm phá. Hơn nữa việc biến đổi khí hậu
và nước biển dâng cao có ảnh hưởng trực tiếp đến các khu vực đầm phá, và người dân
xung quanh.
Thừa Thiên Huế là tỉnh ven biển miền Trung Việt Nam, có diện tích 503.320,53
ha và dân số 1.127.905 người (2013). Trong những năm gần đây, Thừa Thiên Huế là
một trong những địa phương chịu nhiều thiên tai với các hiện tượng như bão và lũ lụt
kéo dài. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thám và Nguyễn Hoàng Sơn (2010) chỉ ra
rằng, tần suất xuất hiện các hiện tượng thiên tai, thời tiết cực đoạn ngày càng dày hơn;
nhiệt độ trung bình năm đều có xu hướng tăng nhanh, nhất là vùng núi; cường độ mưa
tăng rõ rệt, lượng mưa trung bình toàn lãnh thổ khoảng 3.000 mm/năm; từ năm 1952
đến 2010 đã có trên 40 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp đến Thừa Thiên Huế.
Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai thuộc địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế được
đánh giá là đầm phá lớn nhất khu vực Đông Nam Á với diện tích 22.600ha. Trải qua
địa phận 31 xã thuộc 05 huyện là Phong Điền, Quảng Điền, Hương Trà, Phú Vang
và Phú Lộc, là nơi sinh sống của hơn 300.000 người dân(2013), chiếm gần 30% dân số
tỉnh Thừa Thiên Huế. Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai có tầm quan trọng đặc biệt
8

đối với sự phát triển kinh tế dân sinh khu vực Thừa Thiên - Huế nhờ các giá trị tài
nguyên và các chức năng về sinh thái, môi trường. Các giá trị và chức năng này gắn
liền với trạng thái phát triển của hai cửa chính Thuận An và Tư Hiền tồn tại nhiều năm
thông nối đầm phá với biển. Tuy nhiên, cửa lạch thường không ổn định về vị trí và
trạng thái đóng, mở do bão và nước dâng bão gây ra những hậu quả tiêu cực về sinh
thái, môi trường và kèm theo những thiệt hại lớn về kinh tế, dân sinh. Lấp cửa, chuyển
cửa đầm phá là các dạng tai biến nặng nề ở ven bờ miền Trung mà Thừa Thiên - Huế
là điển hình. Sau lần lấp cửa Tư Hiền vào tháng 12 năm 1994, đã xảy sự kiện lũ ngập
khủng khiếp vào đầu tháng 11 năm 1999, mở ra đến 5 cửa, trong đó có cửa Hòa Duân
mà việc ứng xử đối với cửa này đã gây nên cuộc bàn luận sôi nổi giữa các nhà khoa
học và quản lý.
Tuy chính quyền địa phương trong thời gian gần đây đã nhận thức về mối quan
hệ giữa các hiện tượng thời tiết cực đoan và biến đổi khí hậu, nhưng vẫn chưa có sự
hiểu biết sâu sắc về các vấn đề này. Vì vậy với đề tài nghiên cứu “ỨNG DỤNG MÔ
HÌNH MIKE 21 TÍNH TOÁN NƯỚC DÂNG DO BÃO KHU VỰC ĐẦM PHÁ TAM
GIANG – THỪA THIÊN HUẾ”giúp choviệc nghiên cứu chính xác được tác động của
nước biển dâng và nguy sự nguy hiểm của nó khi kết hợp với bão, lũ sẽ là tài liệu tham
khảo tốt cho công các ngăn ngừa và phòng chống thiên tai (ngập lụt, xói lở, sa bồi
chuyển lấp cửa biển) và bảo vệ tài nguyên, môi trường theo hướng phát triển bền
vững, cùng với đó là đề xuất các giải pháp ứng xử với các tai biến tự nhiên liên quan
đến thủy động lực tại đầm phá.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1Hiện trạng và tính cấp thiết của đề tài
a, Hiện trạng

9


Việt Nam được thiên nhiên dành cho một ưu đãi rất lớn về biển, với đường

bờ biển dài trên 3260 km và trên 3000 hòn đảo lớn nhỏ đã đưa Việt Nam trở thành
một quốc gia có tiềm năng to lớn về kinh tế biển. Vùng biển Việt Nam có nhiều
cửa sông đổ ra biển (trung bình cứ 20 km lại có một cửa sông) mang theo một
nguồn dinh dưỡng khổng lồ từ trong lục địa đổ ra vùng ven biển nên nguồn lợi thủy
sản rấtphong phú và đa dạng với nhiều chủng loại quy hiếm có giá trị kinh tế cao.
Tuy nhiên, bên cạnh những tiềm năng to lớn mà thiên nhiên ban tặng đó, hàng năm
vùng ven biển Việt Nam luôn luôn phải hứng chịu nhiều thiên tai như: bão, áp thấp
nhiệt đới, gió mùa, triều cường, nước dâng…, gây xói lở - bồi tụ bờ biển, phá hủy
nhiều công trình dân sinh kinh tế ven bờ, phá vỡ cấu trúc hệ sinh thái ven biển, gây
không ít khó khăn cho các hoạt động sản xuất kinh doanh, an ninh quốc phòng, phát
triển kinh tế của đất nước và đời sống của những người dân ven biển. Trong những
năm gần đây, các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra ngày càng dữ dội với xu hướng
gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ, cùng với việc khai thác tài nguyên của con
người ở vùng ven biển tăng nhanh nên hiện tượng xói lở - bồi tụ ở nhiều khu vực ven
biển Việt Nam đang ở mức báo động.
Vùng bờ biển Thừa Thiên - Huế đặc trưng bởi sự phân hóa địa hình theo chiều
Bắc - Nam và Đông - Tây. Theo chiều Đông –Tây có các thành tạo sông -biển và đầm
phá cổ với độ nghiêng của địa hình không đáng kể và các đê cát thiên nhiên cao 5m
đến 8m cho tới vài chục mét nằm song song và gần bờ biển. Các cửa sông đều hẹp và
thường bị thu lại đáng kể vào mùa khô bởi sự kéo dài của các đồi cát chạy vuông góc
với trục thoát lũ. Với những đặc trưng địa hình như vậy, vùng bờ biển Thừa Thiên Huế đã và đang đối diện với những nguy cơ tiềm ẩn (lũ lụt, xói lở...) và vấn đề bồi lấp
cửa sông Tư Hiền và xói lở bờ biển Thuận An đang diễn ra phức tạp hơn khi mực
nước biển dâng lên. Đặc biệt là yếu tố nước dâng do bão ảnh hưởng lớn đến vấn đề xói
lở và ngập lụt ở khu vực đầm phá Tam Giang – Thừa Thiên Huế.

b, Tính cấp thiết của đề tài
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. Nước dâng do bão là hiện tượng thứ
cấp. Như vậy, bão và nước dâng luôn đi kèm nhau. Thiệt hại về người và vật chất khi
10

có bão khó có thể xác định chính xác một cách định lượng đâu là do bão (gió mạnh)
gây ra và đâu là do nước dâng gây ra. Ngoài ra, khi có bão thường có các hiện tượng
khác đi kèm như mưa to, sóng lớn ... cũng góp phần gây thiệt hại đáng kể.
Giá trị nước dâng do bão càng lớn khi mà thời điểm bão di chuyển vào
vùng ven bờ trùng với thời kỳ triều cường bên cạnh đó sóng bão thuộc loại sóng
dài giá trị lớn của nước dâng còn có thể tồn tại trong nhiều giờ và trải dài hàng
chục km dọc theo bờ biển. Vì vậy nó có thể gây ra ngập lụt đối với vùng ven biển
trầm trọng trên một diện tích lớn và tác hại của nó dễ dàng nhận thấy như ngập
lụt do nước biển sẽ làm cho đồng ruộng bị nhiễm mặn. Điều này không những
tàn phá mùa màng tức thời mà còn có tác hại lâu dài về sau và phải mất một thời
gian dài mới có thể rửa mặn được, gây ngập lụt và hư hại nhà cửa và một số công
trình ven biển. Cùng với mưa lớn và gió mạnh, có thể gây tử vong cho cư dân
sinh sống ở vùng xảy ra bão lụt. Sự nhiễm mặn cũng góp phần đáng kể đối với
việc tàn phá các công trình kiên cố ở vùng bị ngập lụt. Đối với vùng nuôi trồng
thuỷ, hải sản ven bờ, tổn thất do ngập lụt là khó có thể tránh khỏi. Hơn nữa, gió
lớn trong bão sẽ gây ra dòng chảy ở biển lớn, nhất là những vùng sát bờ, dòng
chảy vừa lớn ( ≥ 200cm/s) vừa có hướng phức tạp, gây nên xói mòn đê đập và
các công trình xây dựng ở ven bờ.
Do quá trình dâng lên chậm nên nước dâng không gây ra va đập mạnh vào các
công trình mà chính sự va đập này mới gây ra sự tàn phá trực tiếp như sóng gió. Mặt
khác, nếu như mực nước không thay đổi thì sóng lớn (trong bão) chỉ có thể gây ra va
đập ở miền ngoài xa bờ khó có thể với tới các công trình xây dựng. Nhưng do có nước
dâng làm nền nên sóng biển có thể tiến xa vào bờ được. Sóng biển trong trường hợp
này có thể với tới các công trình ở cao hơn, các đê kè biển bị vỡ cũng do các nguyên
nhân tổng hợp loại này
Trên thế giới nhiều nơi bị ảnh hưởng rất nặng của nước dâng bão như vùng vịnh
Băng gan, đặc biệt là Bangladet (riêng 2 vụ 1970 và 1990 nước dâng 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 7m4), các nước ven bờ biển Bắc cũng đã chịu hậu quả nghiêm
trọng của các trận nước dâng 1916, 1953, 1962, 1976 (trong cơn bão 1953 ở Hà Lan
1.400 người chết, Ở Anh 300 người chết. Nhật Bản, Triều Tiên, Trung Quốc cũng chịu
11


hậu quả nước dâng bão rất nặng nề (mực nước dâng cao nhất đã ghi được tương ứng là
3,6m; 5,2m; 3,2m). Còn ở nước ta, nước dâng đã ghi được trong cơn bão DAN 1989 là
3,6m. Trong lịch sử:
- 1881 ở Hải Phòng trận nước dâng rất lớn làm nhiều người chết (có con số đưa
ra là khoảng 300.000 người).
- 1904 bão gây nước dâng lớn ở Mỹ Tho làm chết 5.000 người.
- l955 ở Hải Phòng, 1982 ở Nghệ Tĩnh, 1990 và 1996 Ở Hải Phòng làm nước tràn
qua đê, gây ngập lụt, phá huỷ cầu cống, ruộng lúa và các công trình khác.
- 1985 cơn bão Cecil ở Huế-Bình Trị Thiên cũ, dâng nước, làm chết gần 1000
người,
- 1989 nước dâng bão làm chết 352 người, mất tích 600 người.
- 1990 nước dâng bão làm chết 356 người.
Nước dâng do bão xảy ra trong thời kỳ triều cường làm mực nước dâng cao kết
hợp với lượng mưa lớn gây ra tình trạng ngập lụt lớn ở khu vực nghiên cứu do hiện
trạng cửa sông Tư Hiền đang bị bồi lấp cửa cản trở sự thoát nước trong lũ. Bên cạnh
đó nước dâng bão cũng là nguyên nhân chính gây ra hiện trạng xói lở bờ biển cấp tính
ở khu vực đầm Phá Tam Giang – Thừa Thiên Huế. Vì vậy cần có nghiên cứu cụ thể về
trường mực nước và chế độ dòng chảy trong bão ở khu vực này.
1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
a, Vị trí địa lí
Hệ đầm phá Tam Giang-Cầu Hai là tổng thể đầm phá ven biển miền Trung Việt
Nam thuộc tỉnh Thừa Thiên-Huế trong phạm vi từ 16°14′ đến 16°42′ vĩ bắc và 107°22′
đến 107°57′ kinh đông. Khu đầm này trải dài 68 km thuộc địa phận năm huyện: Phong

Điền, Quảng Điền, Hương Trà, Phú Vang, và Phú Lộc.
Về mặt địa lý khu đầm này là bốn đầm nối nhau từ bắc xuống nam:Phá Tam
Giang; Đầm Sam; Đầm Hà Trung-Thủy Tú; Đầm Cầu Hai.
Phá Tam Giang chạy dài khoảng 27 km bắt đầu từ cửa sông Ô Lâu đến cửa sông
Hương với diện tích 5.200 ha. Phá thông với biển bằng mỗi cửa Thuận An.Đầm SamThanh Lam nhỏ hơn với diện tích 1.620 ha, không thông ra biển.Đầm Hà Trung-Thủy

12


Tú dài và hẹp với diện tích 3.600 ha cũng là đầm kín không thông ra biển.Đầm Cầu
Hai lớn nhất với diện tích 11.200 ha. Cửa Tư Hiền thông đầm Cầu Hai với biển.

Hình 1.1:Khu vực Đầm phá Tam Giang – Cầu Hai
b, Hình thái đầm phá
Vì được cấu tạo bởi những động lực từ các nguồn sông, lũ, bão và sóng biển,
quần thể đầm phá Tam Giang-Cầu Hai từng biến chuyển qua nhiều thời kỳ.
*Phá Tam Giang
Kéo dài từ cửa sông Ô Lâu đến vùng cửa Thuận An với chiều dài 25 km và có
diện tích 5.200 ha. Bờ và đáy phá chủ yếu được cấu tạo từ trầm tích Holocen. Trong
đó, trầm tích hiện đại gồm bùn bột - sét chiếm tới 3/4 diện tích trung tâm phá, sau đó
gặp bùn sét ở cửa sông Ô Lâu, ít hơn có cát thô, cát trung và cát nhỏ phân bố gần khu
vực cửa Thuận An. Một khối lượng không nhỏ trầm tích đáy hiện đại tham gia cấu tạo
bãi bồi ven đầm phá, bãi bồi dạng đảo, dạng delta ở cửa sông Ô Lâu, cửa sông Hương.
Phá ngăn cách với biển Đông nhờ dãy cồn đụn cát chắn bờ cao 10-30m, rộng từ 0,3
đến 5 km.
Ở phía Đông Nam phá Tam Giang liên hệ với biển Đông qua cửa biển phát sinh
trong trận lũ lịch sử năm 1404 gần làng Hòa Duân. Cửa biển thứ hai Hòa Duân (còn có
13

tên khác là Yêu Hải Môn, Noãn Hải Môn, Nhuyễn Hải Môn, Thuận An, Hải Khẩu,
Cửa Lấp) tồn tại đến 500 năm mới bị lấp kín tự nhiên vào năm 1904 (cửa Lấp). Tuy
còn hoạt động nhưng khẩu độ bị thu hẹp dần, khả năng thoát lũ qua cửa Hòa Duân bị
giảm sút. Do vậy, từ cuối thế kỷ XVII đầu thế kỷ XVIII trở đi vào những năm lũ lớn,
ngoài cửa Hòa Duân, nước lũ còn tháo ra biển theo con lạch ngày mỗi sâu và rộng hơn
cắt qua dãy cồn đụn cát hẹp và thấp giữa làng Thai Dương Hạ. Trong đợt sóng thần
ngày 15/10/1897, lạch được khoét sâu, mở rộng thành cửa biển mới và được gọi là cửa
Sứt. Cửa Sứt lại bị lấp sau đó và trong trận bão ngày 19/9/1904 mới được khai thông,
mở rộng thành cửa biển lớn mang tên Thuận An cho đến ngày nay. Ngược lại, cũng
trong trận bão này cửa biển Hòa Duân bị lấp hẳn. Đến trận lũ lịch sử ngày 02/11/1999
cửa Hòa Duân được khai thông trở lại, nhưng đến năm sau đã bịt lại bởi đập Hòa
Duân.
*Đầm Thủy Tú
Bao gồm các đầm Sam, Thanh Lam, Hà Trung và Thủy Tú kéo dài từ cầu
Thuận An đến Cồn Trai trên chiều dài 33 km và có diện tích tới 5.220 ha. Tại đây cũng
gặp các thành tạo trầm tích Đệ tứ cấu tạo bờ và đáy tương tự như phá Tam Giang. Đối
với trầm tích đáy hiện đại, đại bộ phận là bùn bột - sét màu xám tro và giàu hữu cơ
phân bố ở trung tâm đầm (chiếm 4/5 diện tích) sau đó là cát trung, cát nhỏ. Cát thô, cát
trung và cát nhỏ thường gặp ở các bãi bồi ven đầm, bãi bồi dạng delta vùng cửa sông
Hương, cửa đầm Thủy Tú. Dãy cồn đụn cát chắn bờ ngăn cách đầm với biển Đông cao
từ 2-2,5m (Thuận An -Hòa Duân) đến 10-12m (Vinh Thanh-Vinh Mỹ), rộng từ 0,20,3 km (gần Hòa Duân) đến 3,5–5 km (Vinh Thanh-Vinh Mỹ).
*Đầm Cầu Hai
Có dáng vẻ lòng chảo hình bán nguyệt, tương đối đẳng thước và có diện tích
11.200 ha. Khác với phá Tam Giang, đầm Thủy Tú, tham gia cấu tạo bờ và đáy đầm
Cầu Hai có cả trầm tích mềm rời Đệ tứ lẫn đá granit phức hệ Hải Vân. Trong đó phần
trên cùng của trầm tích đáy hiện đại phổ biến nhất (chiếm 2/3 diện tích) có bùn sét bột xám đen, xám xanh phân bố ở trung tâm, tiếp đến gặp cát nhỏ, cát trung và cát thô
cấu tạo bãi bồi ven bờ Tây Nam, bãi bồi delta ở cửa sông Đại Giang, sông Truồi, sông
Cầu Hai, bãi bồi delta triều lên gần cửa Vinh Hiền. Đầm Cầu Hai liên thông với biển
14

Đông qua cửa Tư Hiền, có khi là cửa Vinh Hiền. Dãy cồn đụn cát đoạn bờ Vinh
Hiền - Tư Hiền có bề rộng khoảng 100-300m, độ cao 1-1,5m, lại luôn luôn biến động
như một bãi ngang. Theo sử sách ghi lại, cửa Tư Hiền có trước cửa Hòa Duân, Thuận
An rất lâu (có thể vào khoảng 3.500-3.000 năm trước đây) và cũng mang nhiều tên gọi
như Ô Long, Tư Dung, Tư Khách, Tư Hiền. Tuy chưa thấy xảy ra hiện tượng đóng kín
cửa Tư Hiền kể từ khi mở thêm cửa biển thứ hai Hòa Duân vào năm 1404, nhưng bắt
đầu thế kỷ XVIII trở đi, do khối lượng nước thông qua cửa Hòa Duân và con lạch giữa
Thai Dương Hạ ngày một gia tăng, nên khối lượng nước trao đổi tại cửa Tư Hiền suy
giảm và hậu quả là cửa biển này bị thu hẹp, lấp cạn dần. Mãi cho đến năm 1811, khi
trận lũ kịch phát xảy ra, nước lũ đã phá toang bãi cát ngang chắn bờ Phú An, tạo thêm
cửa Tư Hiền mới (Vinh Hiền) cách cửa Tư Hiền cũ 3 km về phía Bắc. Cũng từ thời
gian này về sau hai cửa Tư Hiền cũ và mới đóng, mở với chu kỳ ngắn hơn, có lúc luân
phiên (cửa này đóng, cửa kia mở), trong đó cửa Tư Hiền mới (Vinh Hiền) thường tồn
tại không lâu và bị lấp lại khi mùa khô đến.
Nhờ dung tích trữ nước khổng lồ (từ 300-350 triệu m 3 đến 400-500 triệu m3 vào
mùa khô, thậm chí tới 600 triệu m 3 vào mùa lũ) hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu
Hai còn đóng vai trò quyết định đối với hiện tượng chậm lũ trên lãnh thổ đồng bằng
cũng như vấn đề ổn định cửa biển (đóng - mở) và dãy cồn đụn cát chắn bờ khi có lũ
lịch sử xảy ra (trận lũ năm 1409, năm 1999).
Đặc biệt nhất là năm 1999 khi có lũ lớn, hệ đầm phá Tam Giang-Cầu Hai mở
thêm ba cửa thông ra biển: cửa Hòa Duân, cửa Vinh Hải, và cửa Lộc Thủy. Những cửa
này không tồn tại lâu dài vì sau đó ít lâu lại bị cát bồi lấp đi. Và hiện nay hệ đầm phá
Tam Giang-Cầu Hai chỉ thông với biển Đông qua hai cửa Tư Hiền và Thuận An.
c, Chế độ thủy Hải văn
*Chế độ Sóng
Sóng là một nhân tố ngoại sinh có ảnh hưởng trực tiếp đến vùng ven biển và
cửa sông. Tuy nhiên vai trò của sóng được thể hiện bằng các hiệu ứng do chúng sinh
ra: dòng bùn cát, dòng chảy sóng trong đới sóng vỡ. Tại đới ven biển, sóng gió có ý

15


nghĩa rất lớn đối với quá trình thay đổi ven bờ biển, cửa sông so với các quá trình động
lực khác (thuỷ triều, nước dâng, gió...).
Khu vực nghiên cứu có độ dốc đường bờ khá lớn, ít cửa sông và có nhiều dải
núi nhô ra biển tạo thành các vũng, vịnh, đầm phá và các đảo nhỏ ven bờ. Chế độ hải
văn nói chung phức tạp và mang tính chất của vùng biển dốc, thoáng. Bởi vậy, chế độ
sóng tại đây cũng khá phức tạp, có thể thấy như sau:
+ Mùa đông: Sóng biển có hướng thịnh hành là ĐB, độ cao sóng trung bình
0,8÷0,9 m, riêng 3 tháng đầu mùa đông độ cao sóng trung bình khoảng 1,1÷1,2 m. Độ
cao sóng lớn nhất khoảng 4,0 ÷ 4,5 m
+ Mùa hè: Hướng sóng thịnh hành là TN, ĐN. Độ cao sóng trung bình khoảng
0,6 ÷ 0,7 m. Độ cao sóng lớn nhất có thể đạt 3,5 ÷ 4,0 m. Từ tháng VII ÷ VIII, hướng
sóng T, TN chiếm ưu thế, độ cao trung bình khoảng 0,7 m và cao nhất có thể tới 4,0 m.
Đặc biệt trong các tháng IX ÷ X thường có bão hoạt động nên độ cao của sóng có thể
đạt 6,0 ÷ 7,0 m và có thể cao hơn nữa như tại Cồn Cỏ đã đo được sóng cực đại là 9 m.
*Chế độ Thủy triều
Thuỷ triều không chỉ có ý nghĩa quan trọng ở vùng biển mà còn chi phối ở mức
độ lớn (nhất là trong mùa khô), chế độ thuỷ văn vùng hạ du các sông. Thuỷ triều vùng
ven biển cửa sông có liên quan chặt chẽ đến chế độ thuỷ thạch động lực và quá trình
bồi xói bờ biển. Thuỷ triều là động lực quan trọng trong quá trình xâm nhập mặn vào
sông và đồng ruộng vùng hạ du, liên quan chặt chẽ với các quá trình chuyển tải và lắng
đọng trầm tích gây biến động bờ biển.
Ven cửa Thuận An và vùng lân cận thuỷ triều có tính chất Bán nhật triều thuần
tuý. Đây cũng là khu vực có biên độ triều nhỏ nhất so với toàn bộ dải bờ biển Việt
Nam. Vào thời kỳ nước cường biên độ dao động ngày của mực nước tại trạm Thuận
An cũng chỉ xấp xỉ 0,4 - 0,5 m. Xa dần về phía Bắc và Nam, biên độ thuỷ triều tăng
dần. ở khu vực cửa Tư Hiền biên độ thuỷ triều đã đạt 0,55 - 1,0 m. Giữa kỳ nước
cường và kỳ nước kém, độ lớn triều chênh lệch nhau không nhiều.

16


Sự thay đổi mực nước không đóng vai trò chính gây nên hiện tượng xói lở hay
bồi tụ mà nó chỉ có tác động tương hỗ với sóng gây xói lở bờ biển. Khi mực nước
dâng cao hơn, khả năng sóng vỗ vào lớp đất cao hơn của bờ biển, đê biển (thường là
lớp kém bền vững hơn các lớp thấp hơn) sẽ lớn hơn do vậy dễ gây xói lở hơn. Tuy
nhiên, nếu sự dâng lên đó chỉ xảy ra trong thời gian ngắn và hậu quả xói lở tức thì
không quá nghiêm trọng thì bờ biển có thể trở lại trạng thái cân bằng như trước đó
(điều này thường đúng với mực nước dâng do bão, có thể cao tới trên 3 m, song chỉ
tồn tại trong khoảng 2 ÷ 3 giờ). Nước dâng do gió mùa có thể chỉ dâng lên cỡ 30 ÷ 40
cm song có thể tồn tại 1 tuần hoặc lâu hơn, tạo thời gian lâu dài hơn cho sóng đánh vào
bờ ở mực cao hơn, đặc biệt là khi có cả mực triều cao. Cũng như vậy có thể kết luận
về tác động mực nước triều: Sự thay đổi mực nước triều không phải nguyên nhân trực
tiếp, thường xuyên gây xói, sạt lở bờ. Một bằng chứng khá rõ rệt là hiện tượng xói lở
xảy ra ở mọi nơi, không phân biệt chế độ thuỷ triều và biên độ của nó.
d, Nước dâng do bão
Khi bão đổ bộ vào ven biển thường kèm theo nước dâng, phát sinh do cơ chế
hiệu ứng nước dồn khi gió thổi mạnh, đồng thời phụ thuộc vào sự giảm khí áp. Nước
dâng phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng gió, tốc độ di chuyển của bão và địa hình đáy
biển vùng ven bờ. Tốc độ gió trong bão càng mạnh, thì nước dâng do bão càng mạnh.
Khi bão đổ bộ vào ven biển thường kèm theo nước dâng, phát sinh do cơ chế
hiệu ứng nước dồn khi gió thổi mạnh, đồng thời phụ thuộc vào sự giảm khí áp. Nước
dâng phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng gió, tốc độ di chuyển của bão và địa hình đáy
biển vùng ven bờ. Tốc độ gió trong bão càng mạnh, hướng gió càng thẳng góc với
đường bờ thì nước dâng do bão càng mạnh.
Nước dâng trong cơn bão là hiện tượng thiên tai nguy hiểm, đã nhiều lần gây
thiệt hại nghiêm trọng về người và của ở vùng ven biển nước ta. Nếu bão đổ bộ vào
lúc triều cường, nước dâng rất mạnh, sẽ gây nên sự tàn phá còn nặng nề hơn nữa. Do

tính chất nguy hiểm của hiện tượng nước dâng trong cơn bão nên khi thiết kế xây dựng
công trình, chống sạt lở bờ biển qui hoạch lãnh thổ ven biển đòi hỏi phải xem xét một
cách nghiêm túc vấn đề này.
e, Hiện trạng xói lở và bồi tu
Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát
triển kinh tế, dân sinh khu vực này nhờ các giá trị tài nguyên và các chức năng về sinh
17


thái, môi trường. Các giá trị và chức năng này gắn liền với trạng thái phát triển của hai
cửa biển chính Thuận An và Tư Hiền tồn tại nhiều năm thông nối đầm phá với biển.
Tuy nhiên, cửa biển thường không ổn định về vị trí và trạng thái đóng, mở, gây ra
những hậu quả tiêu cực về sinh thái, môi trường và kèm theo những thiệt hại lớn về
kinh tế, dân sinh. Lấp cửa, chuyển cửa đầm phá là các dạng tai biến nặng nề ở ven bờ
miền Trung mà Thừa Thiên - Huế là điển hình. Sau khi cửa Tư Hiền gần như bị bồi lấp
hoàn toàn, đã xảy sự kiện lũ ngập khủng khiếp vào đầu tháng 11 năm 1999, mở ra đến
5 cửa.

Hình 1.2: Cửa Tư Hiền
Đặc biệt là quá trình biến đổi bờ biển ưu thế ở đây thuộc về quá trình xâm thực
xói lở với tốc độ nhanh và ngày càng tăng cường. Tốc độ xói lởtrung bình năm giao
động từ 10 - 15m/năm, cực đại có năm bị xói lở từ 150-200m (khu vực Hải Dương Thừa Thiên Huế). Số lượng đoạn sạt lở rất nhiều, theo số liệu tại Thừa Thiên Huế có
33 đoạn sạt lở. Xét tương quan, trong tỉnh duyên hải miền Trung, Thừa Thiên Huế
đứng thứ hai về số lượng đoạn bờ bị sạt lở (trong đó các đoạn sạt lở có chiều dài từ
1000m - 5000m chiếm tỷ lệ lớn). Tỷ lệ giữa chiều dài bờ biển sạt lở so với chiều dài
bờ biển mỗi tỉnh rất cao: Ở Thừa Thiên Huế là 32km/120km chiếm 28%. Mức độ lấn
sâu vào đất liền (bờ bị sạt lở tính từ khi bắt đầu cho tới nay) rất lớn, nơi ít nhất vào
khoảng 50m và nơi nhiều nhất có thể đạt tới 200 - 250 m. Quá trình nước dâng do bão
là một trong những nguyên nhân gây ra hiện trạng xới lở bờ biển ở khu vực Đầm phá
18

Tam Giang – Thừa Thiên Huế vì vậy vấn đề nghiên cứu nước dâng bão ở khu vực này
giúp các nhà quản lý có đánh giá tổng quan về các nguyên nhân xói lở bờ biển.

Hình 1.3: Cửa Thuận An
1.3. Giới thiệu mô hình thủy lực Mike
Mike là bộ phần mềm của viện Thủy Lợi Đan Mạch được ứng dụng trong việc
tính toán về thủy lực, tài nguyên mà môi trường nước, bao gồm cả trong sông, vùng
cửa sông, ven biển và biển… Bộ phần mềm này đã được úng dụng khá hiệu quả trong
thực tế tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Trong bộ phàn mềm của Mike có chia ra làm nhiều mô hình, như Mike Zero,
Mike_11, Mike_21, Mike_3, Mike_She…
Mike 21 FM: là mô hình cơ bản tính toán trường động lực dòng chảy với cách
tiếp cận mắt lưới tính linh hoạt dạng tam giác phi cấu trúc. Mô hình này được nghiên
cứu cho hải dương học, môi trường vùng cửa sông ven biển.
Mô đun thủy lực là thành phần cơ bản nhất của mô hình Mike 21 FM và cung
cấp đặc trưng thủy lực cho các mô đun khác trong hện thống mô hình Mike 21 FM.
Mô đun này tính toán dòng chạy 2 chiều (2D) bằng phương pháp phần tử hữu hạn
không đều để giải hệ phương trình nông 2D.
Theo không gian miền tính được rời rạc bằng các phân tử (ô lưới) liên tục là các
tam giác không đều, lưới phi cấu trúc (unstracked mesh). Sơ đồ Euler hiện được sử
dụng với các tính toán 2 chiều.
19


Mô đun dòng chảy được phát triển bởi phương pháp lưới phần tử hữu hạn. Mô
đung 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 thủy tĩnh. Do đó, mô đun bao gồm các phương trình: phương trình liên tục, động

lượng, nhiệt độ, độ muối và mật độ, chúng khép kín bởi sơ đồ khép kín rối. Với trường
hợp ba chiều sử dụng hệ tọa độ sigma.
Việc rời rạc hóa 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
hóa 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 2 chiều, các phần tử
có thể là tam giác hoặc tứ giác. Trong trường hợp 3 chiều, các phần tử có thể là lăng
trụ tam giác hoặc lăng trụ tứ giác với các phần tử trên mặt có dạng tam giác hoặc tứ
giác. Mô hình Mike 21 FM bao gồm các mô đun sau:
-

Mô đun thủy động lực học
Mô đun vận chuyển tính toán vận chuyển bùn cát
Mô đun sinh thái
Mô đun giám sát chất điểm
Điều kiện biên:
Biên đất: theo dọc biên đất, thông lượng được gán bằng không đổi đối với tất cả

các giá trị. Với phương trình động lượng, điều này gây ra bởi sự trượt toàn phần dọc
theo biên đất.
Biên mở: điều kiện biên mở có thể xác định được dưới dạng lưu lượng, giá trị
vận tốc dòng chảy hoặc mực nước cho các phương trình thủy động lực. Đối với các
biên vận tốc dòng chảy và mực nước thì giá trị trên biên có thể là bảng số, biến đổi
theo thời gian nhưng cố định dọc biên, hoặc vừa biến đổi theo thời gian vừa biến đổi
dọc biên
Modul thủy lực cơ bản trong phương pháp số của các phương trình nước nông 2
chiều - độ sâu - phương trình kết hợp Navier - Stoke lấy trung bình hệ số Renold
không nén. Nó bao gồm các phương trình liên tục, phương trình động lượng, nhiệt độ,
độ mặn và phương trình mật độ. Theo chiều nằm ngang cả hệ tọa độ Đề các và hệ tọa

độ cầu đều được sử dụng.

20


Hệ phương trình cơ bản của chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở 2
nguyên lý bảo toàn động lượng và bảo toàn khối lượng. Kết quả đầu ra của nghiên cứu
là tập hợp các bộ nghiệm mực nước và lưu tốc dòng chảy.
• Phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng):
+ +=0
• Phương trình bảo toàn động lượng theo phương X:
+ + ++ [+] - Ωq - + () = 0
• Phương trình bảo toàn động lượng theo phương Y:
+ + ++ [+]-Ωp - + () = 0
Các ký hiệu sử dung trong công thức:
h (x, y, t): Chiều sâu nước (m)
(x, y, t): Cao độ mặt nước (m)
p, q (x, y, t): Lưu lượng đơn vị dòng theo các hướng X, Y (m3/s/m)= uh, vh
u, v: u, v = lưu tốc trung bình chiều sâu theo các hướng X,Y
C (x, y): Hệ số Chezy (m1/2/s).
g: Gia tốc trọng trường (m/s2)
f(V): Hệ số nhám do gió
V; Vx; Vy(x, y, t): Tốc độ gió và các tốc độ gió thành phần theo các hướng X, Y
Ω(p, q): Thông số Coriolis phụ thuộc vào vĩ độ (s-1)
: Áp suất khí quyển (kg/m2/s)
ρw: Khối lượng riêng của nước (kg/m3)
x, y: Tọa độ không gian (m)
t: Thời gian (s)
τxx, τxy, τyy: Các thành phần của ứng suất tiếp hiệu dụng.
Mô đun MIKE 21 FM cho phép tính toán trường mực nước, dòng chảy có xét

tới các trường hợp:
- Chỉ xét triều (mực nước)
- Triều kết hợp với sóng
21


- Triều kết hợp gió

*Cơ sở lý thuyết công cu MIKE 21 ToolBox tính toán mực nước triều
Khi cần số liệu thủy triều tại một vị trí nào đó mà khu vực đó lại không có số
liệu đo đạc hoặc có nhưng không đáp ứng đủ nhu cầu số liệu thì MIKE 21 lại có một
mô đun triết xuất số liệu thủy triều theo từng giờ hoặc theo từng bước thời gian trong
nhiều năm tại khu vực đó với độ chính xác cao.
Thủy triều là một yếu tố điều kiện biên quan trọng trong việc tính toán dòng
chảy, xâm nhập mặn cũng như các yếu tố khác. Hiện nay có rất nhiều phần mềm được
sử dụng để tính toán thủy triều, các phần mềm này dựa vào số liệu thực đo tại một số
trạm dọc bờ biển rồi tính ra các hằng số điều hòa để dự báo. Nếu ta tính toán cho khu
vực mà không có số liệu thủy triều thì MIKE 21 đã đưa ra một bộ số liệu hằng số thủy
triều trên toàn cầu, dự báo kết quả thủy triều tương đối chính xác tại các trạm dọc ven
biển Việt Nam cũng như các điểm trên thế giới.
*Cơ sở lý thuyết công cu MIKE 21 ToolBox tính toán trường khí áp và trường gió
trong bão
Nước dâng do bão là lượng nước bị đẩy vào bờ do hoàn lưu gió mạnh của bão,
lượng nước này kết hợp với thuỷ triều tạo nên triều do bão. Thêm vào đó, sóng biển do
gió mạnh gây nên cũng làm tăng thêm độ cao của mực nước. Nước dâng do bão có sức
tàn phá hết sức nguy hiểm, đặc biệt là kết hợp với triều cường khi bão đổ bộ.
Nước dâng do bão là yếu tố rất quan trọng trong việc tính toán thiết kế các công
trình ven biển vì nó quyết định đến chiều cao của công trình. Để biết được chiều cao
nước dâng cũng như diễn biến của nước dâng kết hợp với thủy triều khi đổ bộ vào bờ
biển diễn biến ra sao tại các khu vực ven bờ MIKE 21 có Module giúp tính toán chiều

cao nước dâng do bão gây ra. Số liệu đầu vào cần thời gian của bão, đường đi của bão,
vận tốc lớn nhất tâm bão, áp suất tâm bão, bán kính bão nhờ các yếu tố này MIKE 21
sẽ tính toán khôi phục lại trường gió trong bão phục vụ tính toán nước dâng.
MIKE 21Cyclone Wind chính là công cụ sử dụng để tính toán trường khí áp và
trường gió trong bão.
Trường gió và trường khí áp được tạo bởi một cơn bão nhiệt đới thường có thể
được mô tả bởi các tham số mô hình đơn giản dựa trên vài thông số như vị trí mắt bão,

22


bán kính gió tối đa... Hầu hết các thông số nói chung là có sẵn từ khí tượng lấy từ bảng
dữ liệu cho từng cơn bão.
Các tham số mô hình
♦ Theo Young and Sobey (1981) vận tốc quay của gió Vg ở vị trí cách trung tâm con
bão một khoảng r được xác định bởi công thức:

Trong đó: Pc là áp suất tại tâm bão
Pn là áp lực xung quanh tâm bão
♦ Sử dụng các thông số đã được xác định trong mô hình Young và Sobey, áp lực theo
Hà Lan (1981) được tính theo công thức:
p(r ) = pc + ( pn − pc ).exp( −

Rmw B
)
r

B là tham số hình dạng được them vào để phù hợp với các con bão khác nhau.
B được lấy trong phạm vi 1 < B < 2.5
*Ứng dung của mô hình Mike 21

- Tính toán và mô phỏng thủy lực
- Đánh giá chế độ thủy lực khu vực nước không phân tầng, nghiên cứu ngập lụt,
nước dâng ven biển cũng như ngập lụt trên lưu vực sông, hệ thống dự báo và cảnh báo.
- Mô phỏng dòng chảy không đều có tính đến yếu tố địa hình, nguồn lưu lượng
chảy và và các ngoại lực tác dụng.
- Tính toán vận chuyển bùn cát, lan truyền nhiệt, tràn dầu, mô phỏng sinh thái.
- Tương tác sóng, dòng chảy, Một số ưu điểm như sau:

23


Mike 21 tính toán vùng nghiên cứu được mô phỏng địa hình qua lưới phần tử
hữu hạn nên có độ chính xác cao hơn hẳn những mô hình có lưới tính hình vuông.
Điều nay rất hữu ích đối với những đoạn sông cong, những đoạn có bãi bồi, …
Mike 21 áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp giải thông
dụng hiểu quả đó là kỹ thuật ADI (Altermating Direction Implicit) để giải các phương
trình bảo toàn khối lượng và động lượng trong miền không gian và thời gian, các ma
trận phương trình kết quả đối với mỗi hướng và bước tính toán được giải bằng thuật
giải quét đúp (Double sweep).
1.4. Tổng quan về nghiên cứu nước dâng bão
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về nước dâng bão
Chính vì sự tàn khốc của thảm họa nước dâng do bão nên nghiên cứu về lý
thuyết và hiện trường để từ đó xây dựng các phương pháp, mô hình công nghệ tính
toán dự báo nước dâng đã được tiến hành từ rất lâu. Theo Brestschineider (1959) các
yếu tố khác nhau có thể gây nên sự thay đổi mực nước ở các khu vực ven biển trong
một cơn bão là: các tham số bão (áp suất khí quyển, vận tốc gió…), chuyển động quay
của trái đất, sóng biển, và mưa. Sau này, Pore (1965) đã bổ sung các thành phần là
thủy triều, hình dạng đường bờ và độ sâu biển.
Hiện tại có nhiều phương pháp tính toán và dự báo nước dâng do bão: phương
pháp sử dụng các công thức bán kinh nghiệm, phương pháp biểu đồ, phương pháp hệ

thần kinh nhân tạo và phương pháp mô hình số trị.
Trong phương pháp dùng các công thức bán kinh nghiệm (Ippen và Hallerman,
1966), độ lớn nước dâng được tính toán trên mực nước nền theo vận tốc gió, chiều dài
đà gió, góc giữa hướng gió và trục vuông góc với đường bờ và độ sâu vùng tính.
Phương pháp này rất đơn giản nhưng có độ chính xác không cao vì không mô tả hết
ảnh hưởng của các yếu tố tác động lên nước dâng do bão.
hương pháp biểu đồ (Yang, 1970; Horikawa, 1985) thường được dùng để dự
báo nước dâng do bão cho một số cảng biển mà ở đó nơi có nhiều số liệu quan trắc về
bão và nước dâng do bão. Nội dung của phương pháp là xây dựng các toán đồ dựa
theo mối liên hệ giữa số liệu quan trắc nước dâng bão với các tham số bão (vận tốc gió
lớn nhất, hướng gió, độ giảm áp ở tâm). Do vậy sẽ rất hạn chế khi không có đủ chuỗi
số liệu đủ dài (thông thường khoảng 100 năm nếu cần kết quả có độ chính xác cao) và
thường chỉ đúng cho các khu vực gần trạm quan trắc.
24


Phương pháp mô hình số trị được ra đời để khắc phục những thiếu sót về mặt
không đủ số liệu đo đạc thực nghiệm. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là giảm
được rất nhiều chi phí so với phương pháp đo đạc thực nghiệm. Ngoài ra, phương pháp
này còn cho phép tính toán, dự báo diễn biến của hiện tượng theo rất nhiều kịch bản
giả định chưa tồn tại trong thực tế hiện nay nhưng có khả năng xảy ra trong tương lai.
Trong nghiên cứu bằng mô hình số trị, hiện tượng nước dâng bão phổ biến được
mô phỏng dựa trên hệ phương trình nước nông (2 hoặc 3 chiều). Tùy theo từng mục
đích, trong dự báo nước dâng bão, mô hình 2 chiều có ưu điểm là không mất nhiều
thời gian tính toán nhưng hoàn toàn có thể đáp ứng được độ chính xác. Khi cần những
tính toán mô phỏng có mức độ chi tiết hơn, thí dụ phân bố tốc độ dòng chảy theo các
lớp nước thì cần dùng mô hình 3 chiều. Vào thời gian đầu, các mô hình số trị được
xây dựng để mô phỏng nước dâng do bão còn nhiều hạn chế do một số nguyên nhân:
(1) Thường chỉ mô phỏng, tính toán các hiện tượng riêng lẻ như thủy triều, sóng, nước
dâng do bão; (2) Lưới tính sử dụng trong tính toán rất thô, không bao quát chi tiết địa

hình ven bờ; (3) Bên cạnh đó, nhiều hiệu ứng ảnh hưởng tới nước dâng do bão trong
hệ phương trình bị bỏ qua. Chính vì vậy, kết quả của các mô hình này thường cho độ
chính xác không cao hoặc phù hợp cho khu vực này nhưng không thích hợp cho khu
vực khác hoặc mô phỏng tốt trong cơn bão này, nhưng với các cơn bão khác còn hạn
chế. Thí dụ như mô hình của Jelesnianski (1965), do bỏ qua thành phần ma sát và
thành phần phi tuyến dẫn đến kết quả tính toán mặc dù hợp lý về phân bố không gian
của nước dâng và thời điểm xảy ra nước dâng lớn nhất, tuy nhiên, định lượng độ cao
nước dâng cho một vị trí còn thiên cao hơn so với thực tế. Mô hình SPLASH (Spesical
Program to List Amplitude of Surge from Huricanes) được Jelesnianski xây dựng năm
1972 và sau đó, mô hình SLOSH (Sea, Lake, and Overland Surges from Hurricanes)
được phát triển để mô phỏng nước dâng do bão cho các khu vực ven biển, biển và hồ
đã được NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sử dụng rộng rãi
để mô phỏng ngập lụt vùng ven biển gây ra bởi nước dâng do bão ở Hoa Kỳ
(Jelesnianski et al, 1984, 1992) nhưng vẫn có nhiều hạn chế, đó là do sử dụng lưới có
cấu trúc cố định nên không thể mô phỏng chi tiết cho khu vực có địa hình, đường bờ
phức tạp. Bên cạnh đó do các thành phần bình lưu trong phương trình động lượng đã
bị bỏ qua nên cũng hạn chế độ chính xác trong tính toán. Trong những thập kỷ gần
đây, các nhà khoa học trên thế giờ đã phát triển nhiều mô hình sử dụng các sơ đồ sai
25