Nghiên cứu ảnh hưởng của trường gió và áp suất không khí tới quá trình dao động dâng, rút mực nước phi tuần hoàn tại bờ tây vịnh bắc bộ

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

Nguyễn Minh Hải

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TRƢỜNG GIÓ
VÀ ÁP SUẤT KHÔNG KHÍ TỚI QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG
DÂNG, RÚT MỰC NƢỚC PHI TUẦN HOÀN TẠI KHU VỰC
BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


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

Nguyễn Minh Hải

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TRƢỜNG GIÓ
VÀ ÁP SUẤT KHÔNG KHÍ TỚI QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG
DÂNG, RÚT MỰC NƢỚC PHI TUẦN HOÀN TẠI KHU VỰC
BỜ TÂY VỊNH BẮC BỘ
Chuyên ngành: Hải dƣơng học
Mã số: 60.44.97

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng 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 hƣớng và giúp đỡ em tận tình về nhiều mặt.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn Hải dƣơng
học và trong khoa Khí tƣợng - Thủy văn và Hải dƣơng 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


MỤC LỤC

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

1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG DAO ĐỘNG
DÂNG, RÚT MỰC NƢỚC BIỂN……………………………………………...

3

1.1 Khái niệm dao động dâng, rút của mực nƣớc biển……………………...

3

1.2. Tình hình nghiên cứu mực nƣớc biển trong và ngoài nƣớc…………….

4

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

9

2.1. Phƣơng pháp thống kê………………………………………………….

9

2.2. Phƣơng pháp mô hình…………………………………………………..

17

Chƣơng 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN…………………………………………...

22

3.1. Tính toán ảnh hƣởng của điều kiện của trƣờng gió đến chế độ dâng, rút

mực nƣớc phi tuần hoàn tại bờ tây vịnh Bắc Bộ bằng mô hình Mike21 FM

22

3.2. Tính toán ảnh hƣởng của điều kiện khí tƣợng đến độ dâng, rút mực
nƣớc phi điều hòa bằng phƣơng pháp thống kê

57

3.3. Tính toán ảnh hƣởng của điều kiện của trƣờng bão đến chế độ dâng rút
nƣớc phi tuần hoàn tại bờ tây Vịnh bắc bộ bằng mô hình Mike21 FM

65

KẾT LUẬN ………………………………………….........................................

76

PHỤ LỤC ………………………………………………………………………

80

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

82


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Nội dung

Trang

Bảng 2.1

Mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Dáu.

11

Bảng 2.2

Biểu tính tƣơng quan giữa hai biến

15

Bảng 3.1

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Đông

24

Bảng 3.2

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Đông Bắc

32

Bảng 3.3

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Đông Nam

35

Bảng 3.4

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Tây

41

Bảng 3.5

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Tây Bắc

47

Bảng 3.6

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
một số điểm chiết xuất từ mô hình theo hƣớng Tây Nam

52

Bảng 3.7

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
Hòn Dáu

57

Bảng 3.8

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hoàn tại
Hòn Ngƣ

61

Bảng 3.9

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

65

Phụ lục

Các phƣơng trình và hệ số tƣơng quan

71


DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Nội dung

Trang

Hình 2.1

Lƣới tính của mô hình MIKE 21 FM

20

Hình 3.1

So sánh mực nƣớc 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 nƣớc thực đo và tính toán tại trạm Hòn Ngƣ (từ ngày
05 tháng 1 năm 2005 đến ngày 29 tháng 1 năm 2005)
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi

tuần hoàn theo hƣớng Đông tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Bắc tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi

22

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
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19

22
25
25
26
27
27
28
28
29
31
31
32
32
33
33
36
36
37

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
Hình 3.39
Hình 3.40

tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi

tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Đông Nam tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi

tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Cửa Tùng

37
38
38
39
39
42
42
43
43
44
44
45
45
48
48
49
49
50
50
51
51


Hình 3.41

53

Hình 3.61

Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Diễn Châu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hoàn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
Bắc và độ dâng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
Nam và độ dâng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Tây
Bắc và độ dâng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Tây
Nam và độ dâng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa áp suất không khí và độ dâng,

rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
Bắc và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đông
Nam và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Tây và
độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Tây
Bắc và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Tây
Nam và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa áp suất không khí và độ dâng,
rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Ngƣ
Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Rose đổ bộ

Hình 3.62

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Ruth đổ bộ

67

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

53
54
54
55
55
56
58
58
58
59
59
60
61
61
62
62
62

63
64
66


Hình 3.63

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Pat đổ bộ

68

Hình 3.64

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Eli đổ bộ

69

Hình 3.65

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Frankie đổ bộ

70

Hình 3.66

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Koni đổ bộ

71

Hình 3.67

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Damrey đổ bộ

72

Hình 3.68

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Washi đổ bộ

73

Hình 3.69

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn thời điểm bão Francisco đổ bộ

74

Hình 3.70

Dao động mực nƣớc phi tuần hoàn tại thời điểm bão Mujgae đổ bộ

75


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. Ngoài ra

biển Đông và vịnh còn thông nhau qua eo Hải Nam ở vùng đông bắc vịnh với độ
rộng khoảng 30 km. (“Hải dương học biển Đông” – GS. TS. Lê Đức Tố)
Trong vịnh có nhiều đảo, trong đó có những đảo khá lớn ở khu vực tỉnh
Quảng Ninh nhƣ 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 nhƣ 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 nhƣ 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 nhƣ: bão, nƣớc dâng do bão,
sóng lớn, mực nƣớc biển dâng dị thƣờng... Vì vậy, cần thiết phải đẩy mạnh công tác
nghiên cứu khoa học nhằm mục đích nắm bắt đƣợc những quy luật tự nhiên, dự báo,
cảnh báo đƣợc các hiện tƣợng thời tiết nguy hiểm bắt nguồn từ biển.
Do đó, viê ̣c nghiên cƣ́u đặc điểm biến thiên mực nƣớc biển ven bờ Việt Nam
nói chung và việc nghiên cứu dao động dâng, rút của mực nƣớc do gió và khí áp nói
riêng là một trong những nhiê ̣m vu ̣ cấ p thiế t cầ n phải đƣơ ̣c triể n khai nghiên cƣ́u
phục vụ cho công tác quy hoạch , quản lý và phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh
quố c phòng.

1


Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của trường gió và áp suât không khí tới
quá trình dao động dâng, rút mực nước phi tuần hoàn tại khu vực bờ Tây vịnh Bắc
Bộ” tập trung xác định ảnh hƣởng của các yếu tố gió, khí áp lên dao động của mực
nƣớc phi tuần hoàn 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 trƣờng gió và trƣờng khí áp so với sự

dâng rút của mực nƣớc phi tuần hoàn, xây dựng các công trình ven biển nhƣ cầu
cảng, đê… qua việc xác định đƣợc sự dâng rút mực nƣớc phi tuần hoàn tại khu vực
xây dựng.
Nội dung luận văn bao gổm 03 chƣơng, phần kết luận và phần các bảng phụ
lục:
- Chƣơng 1: Tổng quan về các yếu tố ảnh hƣởng tới dao động dâng, rút mực
nƣớc biển và tình hình nghiên cứu
- Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết và các phƣơng pháp nghiên cứu
- Chƣơng 3: Các kết quả tính toán
- Kết luận
- Phụ lục

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG DAO ĐỘNG
DÂNG, RÚT MỰC NƢỚC BIỂN

1.1. Khái niệm dao động dâng, rút của mực nƣớc biển
Dao đô ̣ng dâng rút của mực nƣớc biể n là các dao đô ̣ng dâng , rút mực nƣớc
dƣới tác động của trƣờng gió ổn định và biến động của gió và áp suất khí quyển
trong bão, dòng nƣớc sông... dao động mực nƣớc biển là tổ hợp dao động của thủy
triều và các dao động dâng, rút mực nƣớc do các nhiễu động khí quyển và các quá
trình khác. Vì vậy, để có đƣợc bức tranh tổng thể, chi tiết về dao động của mực
nƣớc biển phục vụ cho các nhu cầu kinh tế , kỹ thuật khác nhau còn cần phải tìm
hiểu, nghiên cứu kỹ lƣỡng các thành phần dao động phi tuầ n hoàn

- nƣớc dâng,

nƣớc rút.
Dao đô ̣ng dâng rút của mƣ̣c nƣớc biể n là do các hoạt động của khí quyển và
bƣ́c xa ̣ mă ̣t trời có tiń h chấ t không tuầ n hoàn gây nên . Các hoạt động đa dạng, muôn
hình muôn vẻ của khí quyển dẫn đến sự đa dạng của mực nƣớc biển . Tuy nhiên, có
thể kể ra các nguyên nhân chiń h sau đây gây nên các dao đô ̣ng dâng rút mƣ̣c nƣớc
biể n:
- Dao đô ̣ng dâng rút xuấ t hiê ̣n dƣới tác du ̣ng của ma sát tiế p tuyế n giƣ̃a gió
và mặt nƣớc giới hạn bởi bờ biển . Sƣ̣ giảm áp suấ t khí quyể n trên lu ̣c điạ và tăng áp
suấ t trên mă ̣t biể n kế t hơ ̣p với gió gây ra nƣớc dâng ta ̣i vùng ven bờ và ngƣơ ̣c la ̣i sƣ̣
tăng áp suấ t khí quyể n trên lu ̣c điạ và giảm áp suấ t trên mă ̣t biể n kế t hơ ̣p với gió gây
ra nƣớc rút;
- Dao đô ̣ng dâng rút do biế n đổ i áp suấ

t khí quyể n gây nên . Áp suất khí

quyể n tăng lên 1 mbar thì mƣ̣c nƣớc biể n giảm xuố ng 10 mm và ngƣơ ̣c la ̣i khi áp
suấ t khí quyể n giảm xuố ng 1 mbar thì mƣ̣c nƣớc biể n tăng lên 10 mm. Tuy nhiên,
đây là nhƣ̃ng biế n đổ i tiñ h ho ̣c chún g thƣờng nhỏ hơn nhiề u so với biế n đổ i đô ̣ng

3


lƣ̣c ho ̣c của gió và dòng chảy bờ ;
- Dao đô ̣ng dâng rút do sƣ̣ bấ t đồ ng nhấ t của chu trình tuầ n hoàn nƣớc
bố c hơi, giáng thủy , dòng chảy ) liên quan đế n sƣ̣ biế n đổ i của lƣơ ̣ng

(sƣ̣

nƣớc ta ̣i các

khu vƣ̣c khác nhau của biể n . Nhƣ̃ng dao đô ̣ng này có thể rấ t đáng kể ví du ̣ nhƣ có
trâ ̣n mƣa lớn lên tới hàng trăm mm trong mô ̣t ngày có thể làm tăng mƣ̣c nƣớc đô ̣t
ngô ̣t trong khoảng thời gian ngắ n ;
- Dao đô ̣ng dâng rút do sự biến đổi của mật độ nƣớc gây ra . Nhƣ đã biế t mâ ̣t
đô ̣ nƣớc biể n phu ̣ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ và đô ̣ muố i mà ta ̣i khu vƣ̣c ven bờ nhiê ̣t đô ̣ và
đô ̣ muố i nƣớc biể n thƣờng xuyên thay đổ i do ảnh hƣởng của nƣớc lu ̣c điạ và tƣơng
tác với địa quyển . Sƣ̣ dich
̣ chuyể n của lƣơ ̣ng nƣớc mă ̣t nhe ̣ hơn vào vùng ven bờ sẽ
làm cho mực nƣớc biển dâng lên . Ngƣơ ̣c la ̣i khi có gió da ̣t nƣớc nhe ̣ hơn bi ̣mang ra
ngoài khơi , nƣớc nă ̣ng hơn ở dƣới sâu do ̣c sƣờn lu ̣c đi ̣ a dâng lên thay thế khi đó
mƣ̣c nƣớc biể n sẽ ha ̣ thấ p do vùng ven bờ bi ̣mấ t nƣớc và nƣớc mă ̣t nhe ̣ hơn đƣơ ̣c
thay thế bằ ng nƣớc sâu nă ̣ng hơn ta ̣i đây;
- Dao đô ̣ng dâng rút do hiê ̣u ƣ́ng bơm Ekman

. Sƣ̣ hô ̣i tu ̣ khố i nƣớc lớp

Ekman do gió địa phƣơng đồng thời với sự chìm xuống của các khối nƣớc từ dòng
điạ chuyể n tải vào đẩ y lớp nƣớc ấ m hơn lên cao dồ n vào bờ bề mă ̣t biể n vùng gầ n
bờ bi ̣dâng cao;
- Dao đô ̣ng dâng rút mƣ̣c nƣớc biể n do ảnh hƣởng của b ão và áp thấp nhiệt
đới. (“Nghiên cứu đặc điểm biến thiên mực nước biển ven bờ Việt Nam” – TS.
Hoàng Trung Thành)
1.2. Tình hình nghiên cứu mực nƣớc biển trong và ngoài nƣớc
Tình hình nghiên cứu mực nước biển ở nước ngoài
Các phƣơng pháp phân tích thống kê nghiên cứu mực nƣớc biển thông qua
các công trình tổng quan của các tác giả ngƣời Nga tiêu biểu nhƣ Mariutin,
Peresipkin, Levikov, German v.v... Một số công trình đi sâu nghiên cứu xác định
các cực trị mực nƣớc với các tần suất hiếm và sự tổ hợp của các dao động mực nƣớc

4

với các điều kiện sóng phát sinh do các nhiễu động dị thƣờng của khí quyển. Trong
số tác giả này phải kể đến Kite, Lopatoukin, Boukhanovsky.
Tại các nƣớc phát triển nhƣ Nhật, Mỹ, Anh... đã có một hệ thống các trạm
mực nƣớc ven bờ biển hiện đại, đo đạc nhiều năm và mật độ trạm đủ dày để tính
toán các đặc trƣng mực nƣớc bằng phƣơng pháp thống kê cho toàn bộ dải ven biển
đảm bảo độ chính xác rất cao phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân.
Các mô hình tính toán hải dƣơng đƣợc biết đến nhƣ Delf3D, Mike21… cũng
đều có những mô - đun tính toán liên quan đến dao động mực nƣớc. Trong Luận
văn này, học viên sử dụng mô hình Mike21 để tính toán sự ảnh hƣởng của gió và
bão tới quá trình dao động dâng, rút của mực nƣớc phi tuần hoàn.
Tình hình nghiên cứu mực nước biển ở trong nước
Việt Nam là một quốc gia biển, vì vậy ngay từ khi mới thành lập các nhà
lãnh đạo đất nƣớc đã có ‎ý thức xây dựng đội ngũ các nhà khoa học có tâm có tài để
phát triển đất nƣớc mà hƣớng nghiên cứu về biển giữ vai trò rất quan trọng. Trong
nghiên cứu mực nƣớc biển, các nhà khoa học trong nƣớc cũng theo 2 phƣơng pháp
tính toán thống kê và mô hình.
Trong đề tài cấp nhà nƣớc về “Xác định số "0" độ sâu cho vùng lãnh hải Việt
Nam” mã số KHCN-06.06 do Cục bản đồ Bộ Tổng tham mƣu chủ trì, các tác giả
Bùi Xuân Thông, Nguyễn Thế Tƣởng đã sử dụng phƣơng pháp Vladimirsky để xác
định mực nƣớc triều thấp nhất tại 6 trạm có số đo mực nƣớc từng giờ và đo dẫn cao
độ về mốc trạm Hòn Dấu để từ đó kiến nghị vị trí xác định số "0" hải đồ dự kiến áp
dụng cho toàn lãnh hải Việt Nam. Thực hiện nhiệm vụ xác định các ngấn triều thấp
nhất phục vụ công tác đo vẽ bản đồ biển, các tác giả Bùi Đình Khƣớc, Trần Quang
Tiến đã thực hiện tính toán theo phƣơng pháp Vladimirsky cho 16 trạm có số đo
mực nƣớc biển dọc bờ và hải đảo Việt Nam.
Sử dụng các phƣơng pháp của Vladimisky và Peresipkin, Phạm Văn Huấn,
Nguyễn Tài Hợi đã tính đƣợc các mực thủy triều cực trị (thấp nhất và cao nhất) cho

5


18 trạm mực nƣớc và sử dụng số liệu mực nƣớc trung bình năm trƣớc năm 1994
ƣớc lƣợng tốc độ tăng lên của mực nƣớc biển cho năm trạm mực nƣớc chính dọc bờ
Việt Nam.
Tác giả Đỗ Ngọc Quỳnh đã mở rộng tính toán cho các vùng biển xa bờ khi
đã xác định đƣợc các hằng số điều hoà thủy triều. Kết quả chi tiết có thể tham khảo
trong. Đặc biệt trong 10 năm gần đây, hệ thống các trạm đo mực nƣớc ven bờ, cửa
sông, hải đảo đã đƣợc tập hợp và đánh giá khá kỹ từ các trạm hải văn và thuỷ văn
cửa sông gần biển. Trong đề tài khoa học cấp nhà nƣớc “Cơ sở khoa học và đặc
trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” mã số
KHCN-06.10 do Viện Cơ học chủ trì.
Để đánh giá đƣợc nguy cơ ngập lụt do mực nƣớc biển dâng bởi biến đổi khí
hậu ở Việt Nam, trong dự án do chính phủ Hà Lan tài trợ, Nguyễn Tài Hợi, đã tổng
hợp một khối lƣợng lớn số liệu từ 32 trạm đo mực nƣớc của cả hai hệ thống trạm
hải văn và thuỷ văn dọc ven bờ, hải đảo Việt Nam. Phần lớn các đặc trƣng thống kê
mực nƣớc của các trạm này đã đƣợc mô tả cùng với hệ thông các đƣờng cong phân
bố với các suất bảo đảm xác định. Từ năm 1983, trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu
của Tổng cục Khí tƣợng Thuỷ văn, các tác giả Nguyễn Thuyết, Nguyễn Ngọc Thụy
đã áp dụng phƣơng pháp phổ để phân tích dao động mực nƣớc. Kết quả phân tích
phổ mực nƣớc cho thấy ngoài các dao động có chu kỳ khá rõ tƣơng ứng với các
thành phần triều, còn chứa rất nhiều các sóng khác tiềm ẩn với chu kỳ dài. Trong
quy mô của biển Đông, tác giả Phạm Văn Huấn đã có những kết luận về các trƣờng
dao động riêng trong quan hệ tổ hợp thủy triều và mực nƣớc biển nói chung và đánh
giá dao động dâng rút mực nƣớc biển Đông trong hai trƣờng gió mùa vào khoảng
vài chục cm. Năm 2009, tác giả Đinh Văn Ƣu và N guyễn Nguyê ̣t Minh tiế n hành
phân tić h thố ng kê mƣ̣c nƣớc nhiề u năm và áp du ̣ng kỹ thuâ ̣t wavelet đã bƣớc đầ u
xác định đƣợc vai trò của các dao động chu kỳ 1 năm, tƣ̀ 2 đến 7-8 năm. Trong đó
biên đô ̣ dao đô ̣ng năm là đáng kể có thể chiế m tới 20-30% đô ̣ lớn thủy triề u . Nhƣ̃ng

kế t quả phân tić h này cũng cho thấ y xu thế biế n đổ i mƣ̣c nƣớ c do tác đô ̣ng của biế n
đổ i khí hâ ̣u và các nguyên nhân khác cũng không giố ng nhau đố i với các vùng biể n .

6


Đã thiết lập một hệ thống các trạm quan trắ c mƣ̣c nƣớc nhằm đo đạc liên tục
dao động mực nƣớc biển theo các khoảng thời gian kéo dài khác nhau từ hàng tháng
đến hàng năm và thậm chí nhiều năm dọc theo ven bờ biển Việt Nam . Trên cơ sở
các chuỗi số liệu này đã tiến hành phân tích tính toán ra các tham số đặc trƣng cho
chế độ thủy triều nhƣ mực nƣớc trung bình, mực nƣớc cực trị, thời gian triều dâng,
thời gian triều rút, các hằng số tuần hoàn thủy triều,... cho từng trạm.
Kết quả là việc lập ra các bảng thủy triều hàng năm cho các cảng chính dọc
ven bờ. Bảng mô tả mực nƣớc dự tính từng giờ của các cảng chính và một số giá trị
nội suy cho các điểm phụ ở ven biển hoặc vùng hạ lƣu các sông
này đƣợc Trung tâm Hải văn

. Bảng thủy triều

(trƣớc đây là Trung tâm Khí tƣơ ̣ng Thủy văn Biể n

)

xuấ t bản hàng năm và đã phu ̣c vu ̣ rấ t tố t cho các chƣơng trin
̀ h nghiên cƣ́u khoa ho ̣c
cũng nhƣ yêu cầ u thƣ̣c tiễn của các ngành kinh tế , an ninh và quố c phòng trên biể n .
Nhiều công trình của nhiều tác giả khác nhau đã tập trung theo phƣơng pháp
số trị để nghiên cứu thủy triều trong Biển Đông cũng nhƣ Vịnh Bắc Bộ. Có thể kể
tên hàng loạt các công trình của các tác giả nhƣ: nhóm mô hình triều thuộc đề tài
nhà nƣớc KT.03.03 (1991 - 1995) “Thủy triều Biển Đông và sự dâng mực nƣớc

biển ven bờ Việt Nam” (gồm Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đặng Công
Minh, Nguyễn Hữu Nhân, Bùi Hồng Long, Lê Trọng Đào, Nguyễn Thọ Sáo);
những công trình đƣợc thực hiện trong khuôn khổ các luận án phó tiến sỹ trong và
ngoài nƣớc nhƣ của Bùi Hồng Long (1986), Nguyễn Thọ Sáo (1988), Nguyễn Thị
Việt Liên (1997), Đinh Văn Mạnh (2000). Trong đó luận án của Đinh Văn Mạnh đã
bƣớc đầu xây dựng mô hình 3 chiều cho chuyển động thủy triều Vịnh Bắc Bộ. Cần
lƣu ý rằng bằng giải số trị theo phƣơng hƣớng này một số tác giả đã bắt đầu nghiên
cứu tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hình thành biến đổi bức tranh dao động thủy triều
trong Biển Đông. Các tác giả đã nghiên cứu các bài toán truyền sóng tự do , truyền
sóng dao động có chu kỳ triều qua các biên lỏng , các chu kỳ dao động riêng trong
toàn biển, đánh giá tác động trực tiếp của lực gây triều trong phạm vi biển . Ngoài ra
có thể kể tên một số tác giả của những nghiên cứu này là Đỗ Ngọc Quỳnh

(1983,

1991), Phạm Văn Huấn (1987), Phạm Văn Ninh và Trần Thị Ngọc Duyệt

(1997),

7


Đỗ Ngọc Quỳnh , Phạm Văn Ninh , Nguyễn Thị Việt Liên và Trần Thị Ngọc Duyệt
(1998). Trong đề tài “Nghiên cứu đề cập, chi tiết toàn bộ số liệu cơ bản về triều,
nước dâng dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính toán thiết kế,
củng cố nâng cấp đê biển” năm 2007 do Viên Cơ ho ̣c chủ trì , TS. Đinh Văn Mạnh
đã thiế t lâ ̣p mô hình số trị tính toán thủy triều và

nƣớc dâng do bão cho vùng ven

bờ, xây dựng bộ thông số cơ bản về mực nƣớc tổng hợp (nƣớc dâng do bão và thủy
triều) khu vực ven bờ và xây dƣ̣ng đƣơ ̣c cơ sở dƣ̃ liê ̣u cơ bản về thủy triề u
dâng, mƣ̣c nƣớc tổ ng hơ ̣p do ̣c bờ .

‎

8

, nƣớc


Chƣơng 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phƣơng pháp thống kê
2.1.1. Phương pháp phân tích điều hòa thủy triều (“Lý thuyết thủy triều” –
PGS. TS. Phạm Văn Huấn)
Độ cao mực nƣớc 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

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

(2.1)

i 1

trong đó: A0  độ cao mực nƣớc 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 , q i  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 lƣợng các phân triều. f i và (V0  u) i phụ thuộc thời gian t .
Khi có n độ cao mực nƣớc quan trắc z t , 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 phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất, ngƣời ta thƣờng
biến đổi phƣơng trình (2.1) thành
r

z t  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 nƣớc tại n giờ, ngƣời ta có n phƣơng trình đại số dạng (2.2) đối

9


với các ẩn số Ai và Bi để giải bằng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất. Từ mỗi
cặp ẩn Ai và Bi tìm đƣợc sẽ tính ra
Hi 

Ai2  Bi2

fi

,

g i  arctg

Bi
 (V0  u ) i .
Ai

(2.4)

Chuỗi quan trắc càng dài, số phƣơng trình dạng (2.2) càng nhiều, thì A0 và
số cặp hằng số điều hòa H và g nhận đƣợc càng nhiều, càng chính xác. Với một
năm quan trắc ta có 8760 phƣơng trình dạng (2.2) và có thể xác định đƣợc khoảng
60-68 cặp hằng số điều hòa H và g của điểm quan trắc.
Nhƣợc điểm cơ bản của các phƣơng trình dạng (2.2) là những đại lƣợng 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 đƣa vào trong các ẩn số Ai và
Bi của các phƣơng trình (2.2), do đó từng phƣơng 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) ngƣời 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 nhƣ: 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 chƣơng trình phân tích điều hòa thủy triều bằng phƣơng pháp bình

phƣơng nhỏ nhất hiện nay xuất phát từ công thức (2.2) và mang những nhƣợc điểm
cơ bản nhƣ vậy.
2.1.2 Tách mực nước dao động tuần hoàn (“Dự báo thủy văn biển” –
Phạm Văn Huấn)
Dùng phƣơng pháp phân tích tuần hoàn thủy triều tính hằng số tuần hoàn tại

10


các trạm, sau đó dự tính lại thủy triều trong toàn bộ thời gian có số liệu quan trắc.
Lấy giá trị độ cao mực nƣớc quan trắc H qt trừ đi độ cao thủy triều dự tính

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

trong đó: N  đô ̣ dài chuỗi mƣ̣c nƣớc; Z  mƣ̣c nƣớc dâng hoă ̣c rút.
Độ chính xác của phƣơng 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 phƣơng pháp
phân tích tuần hoàn đã đạt đƣợc độ chính xác khá cao (114 sóng). Do vậy, phƣơng
pháp này hoàn toàn có thể sử dụng để tách dao động thủy triều ra khỏi chuỗi số liệu
quan trắc mực nƣớc biển.
Bảng 2.1: Mực nƣớc phi tuần hoàn tại Hòn Dáu

2.1.3. Phƣơng pháp phân tích tƣơng quan tuyến tính giữa các biến
Đây là một phƣơng pháp thống kê mà giá trị kỳ vọng của một hay nhiều biến
ngẫu nhiên đƣợc 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
trƣờng gió (hƣớng gió, tốc độ gió) lên dao động mực nƣớc phi tuần hoàn bằng các
phƣơng trình tƣơng quan.
Những mối phụ thuộc dự báo giữa các hiện tƣợng cần dự báo và những nhân

11


tố quyết định có thể nhận đƣợc bằng những phƣơng pháp khác nhau. Thông thƣờng
ngƣời 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 đƣợc sẽ đƣợc biểu thị dƣới
dạng những phƣơng trình tƣơng ứng. Những phƣơng trình kiểu nhƣ vậy đã từng
đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu để dự báo nhiệt độ nƣớc biển, nhiệt độ không khí,
lƣợng mƣa, độ dày băng, dao động mực nƣớc biển và nhiều yếu tố thủy văn biển
khác.
Sau khi đã phân tích bƣớc đầu những dữ liệu quan trắc, tức trên cơ sở phân
tích định tính những đặc điểm của hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu và những hiểu biết
về các quy luật chung của nó đã thiết lập đƣợc các yếu tố chính quyết định sự biến
đổi của hiện tƣợng, ngƣời ta tiến tới nghiên cứu mối liên hệ định lƣợng giữa hiện
tƣợng 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 ngƣời ta lập các chuỗi số liệu quan trắc về hiện tƣợng dự báo và
các yếu tố mà nó phụ thuộc. Hiện tƣợng dự báo sẽ đƣợc coi là biến số phụ thuộc,
gọi là hàm, còn các yếu tố sẽ 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 nhƣ 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 thƣờng thiếu. Dĩ nhiên những mối liên hệ đƣợc xây dựng theo những
chuỗi quan trắc ngắn sẽ kém tin cậy hơn so với những 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 đƣợc tích luỹ dần thêm thì các mối phụ thuộc dự báo cũng đƣợc xây dựng
lại cho chính xác hơn.
Dạng đơn giản nhất của mối liên hệ giữa các đại lƣợng là mối phụ thuộc

hàm, khi mà mỗi trị số của đại lƣợng x ứng với một trị số hoàn toàn xác định của
một đại lƣợng y khác. Tuy nhiên, khi nghiên cứu các mối liên hệ giữa các hiện

12


tƣợng trong tự nhiên chúng ta ít gặp các mối phụ thuộc hàm mà thƣờng là các mối
phụ thuộc tƣơng quan. Ở đây mỗi giá trị của một đại lƣợng lại tƣơng ứng với một
tập hợp các giá trị có thể có của đại lƣợng khác. Sự phân tán của các giá trị có thể
có ấy mang tính chất ngẫu nhiên và đƣợc giải thích một mặt do sai số của các quan
trắc, mặt khác do ảnh hƣởng của một số lớn các yếu tố thứ yếu chƣa đƣợc kể đến
khi xây dựng mối phụ thuộc.
Để trực quan đánh giá đặc điểm của mối liên hệ giữa các đại lƣợng x và y ,
ngƣời ta thƣờng dựng đồ thị tƣơng 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 tƣơng ứng nhận đƣợc trong một quan trắc ngƣời ta thu đƣợc một tập hợp các
điểm quan trắc. Đặc điểm phân bố của các điểm trên mặt phẳng đồ thị sẽ chỉ ra dạng
của mối liên hệ cũng nhƣ mức độ (tính chặt chẽ) của mối phụ thuộc. Trong nhiều
trƣờng hợp chỉ cần xem các điểm quan trắc phân bố nhƣ thế nào trên đồ thị ngƣời ta
đã có thể đánh giá trƣớc đƣợc khả năng hiệu quả của mối phụ thuộc trong mục đích
dự báo.
Khi trên đồ thị có một số lƣợng lớn các điểm quan trắc, muốn vẽ đƣờng 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
vẽ đƣờng liên hệ theo các điểm trung bình. Độ chính xác của đƣờng liên hệ dự báo
tìm đƣợc có thể đánh giá bằng cách so sánh các giá trị của đại lƣợng 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 đƣợc từ mối liên hệ dự báo. Nếu đƣờng nhận đƣợc là một
đƣờng thảng đi qua gốc tọa độ, nghiêng một góc khoảng 45° với trục tọa độ, thì đồ

thị dự báo đƣợc dựng đúng, trong trƣờng hợp ngƣợc lại cần phải xem xét và chỉnh
lại. Thông thƣờng 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 đƣợc 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

13


tra dự báo.
Nếu nhƣ các điểm tập trung gần một đƣờng thẳng thì mối liên hệ là tốt, chặt
chẽ. Nếu nhƣ mối liên hệ nhận đƣợc không đủ chặt chẽ, thì ngƣời ta dần dần đƣa
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 đƣợc thoả mãn yêu cầu về mọi mặt, ngƣời ta tiến tới
tìm biểu thức định lƣợng (hay biểu thức giải tích) của mối phụ thuộc đó, xác định
các đặc trƣng của mối liên hệ nhƣ hệ số tƣơng quan, phƣơng trình tƣơng quan. Vì
đặc điểm tản mạn của các điểm quan trắc trên đồ thị tƣơng quan thƣờng khác nhau
và theo hình dạng bên ngoài khó đánh giá mức độ chặt chẽ 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. Nhƣ trên đã nêu, nếu mối liên hệ giữa các đại lƣợng rất chặt chẽ, tức các
điểm quan trắc tập trung ở gần đƣờng thẳng, thì đồ thị này có thể dùng đƣợc ngay
để dự báo. Muốn vậy chỉ cần theo mỗi giá trị cho trƣớc của đối số x trên đồ thị này
ta xác định giá trị tƣơng ứng của đại lƣợng dự báo y. Để biểu diễn định lƣợng
những mối phụ thuộc dự báo ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp tính toán tƣơng
quan, phƣơng pháp này cho phép nhận đƣợc đặc trƣng định lƣợng của mối liên hệ
giữa các đại lƣợng, xác định độ tin cậy của mối liên hệ và chỉ ra mức độ ảnh hƣởng
của từng nhân tố đối số. Tuy nhiên cần nhớ rằng việc sử dụng tƣơng quan chỉ bắt
đầu khi nào bản chất vật lý của mối liên hệ giữa các biến và hiện tƣợng dự báo đã
đƣợc xác định. Phƣơng pháp tƣơng quan chỉ đƣợc xem nhƣ cách thể hiện số của

mối phụ thuộc đã tìm đƣợc và có cơ sở vật lý.
Giả sử đặc trƣng thủy văn cần dự báo y bị tác động bởi một đặc trƣng khí
tƣợng hay thủy văn khác x đƣợc quan trắc tại thời kỳ trƣớc hoặc đồng thời với đặc
trƣng y . Cần phải tìm phƣơng trình liên hệ giữa hai đại lƣợng này dƣới dạng:
y= f(x) ± σ

(2.5)

trong đó chỉ ra độ chính xác của phƣơng trình (±σ) . Ƣớc lƣợng độ chính xác của
phƣơng trình (2.5) trong một số trƣờng hợp có thể lấy bằng ±0,8 σ; ±0,6 σ hoặc ±1/

14


5 A (σ - độ lệch bình phƣơng trung bình của yếu tố dự báo; A - biên độ dao động
của yếu tố dự báo).
Trong trƣờng hợp liên hệ tuyến tính của hai biến, ngƣời ta lập bảng các chuỗi
quan trắc của các đại lƣợng 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 tƣơng 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 tƣơng quan (0  rxy  1) ; − E độ lệch xác suất của r.
Sử dụng những trị số nhận đƣợc của các tham số cơ bản có thể quyết định
vấn đề về đột in cậy của mối liên hệ. Mối liên hệ đƣợc xem là đáng tin cậy khi trị số

15

của hệ số tƣơng 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 tƣơng 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 tƣơng quan cao nhận đƣợc có khi chỉ là do ngẫu nhiên. Chuỗi quan
trắc đƣợc xem là đủ dài nếu nhƣ độ lệch xác suất E là hàm của số lƣợng 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 trƣờng hợp hệ số tƣơng 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 tƣợng dự
báo và nhân tố ảnh hƣởng không ổn định. Vì vậy phải kiểm tra xem hệ số tƣơng
quan nhận đƣợc 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 nhƣ sau: Chia toàn bộ chuỗi quan trắc thành hai phần, tính các hệ số
tƣơng quan r1 và r2 và các độ lệch xác suất tƣơng 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
tƣơng quan của hai phần r1 và r2 với hệ số tƣơng quan chung của mỗi phần r. Nếu r1
và r2 không vƣợt ra ngoài khoảng giá trị r ± E thì mối liên hệ ổn định.
Nhƣ vậy nếu xác định đƣợc rằng mối liên hệ ổn định và hệ số tƣơng quan đủ
lớn thì có thể tìm phƣơng trình liên hệ (2.9). Sai số giữa giá trị quan trắc và giá trị

tính theo phƣơng trình dự báo (2. 9): εi = yqt - ydb đƣợc so sánh với 1/5 biên độ dao
động của yếu tố dự báo. Nếu sai số lớn hơn đại lƣợng này thì nó đƣợc coi là vƣợt

16