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 KHƠNG KHÍ TỚI Q 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 KHƠNG KHÍ TỚI Q 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


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 q trình học tập và thực hiện luận văn, chắc khơng 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 mơ hình…………………………………………………..

17

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

22

3.1. Tính tốn ảnh hƣởng của điều kiện của trƣờng gió đến chế độ dâng,
rút mực nƣớc phi tuần hồn tại bờ tây vịnh Bắc Bộ bằng mơ hình Mike21 FM

22

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

57

3.3. Tính tốn ảnh hƣởng của điều kiện của trƣờng bão đến chế độ dâng
rút nƣớc phi tuần hoàn tại bờ tây Vịnh bắc bộ bằng mơ 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 Hịn 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 hồn
tại một số điểm chiết xuất từ mơ hình theo hƣớng Đơng

24

Bảng 3.2

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

32

Bảng 3.3

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hồn
tại một số điểm chiết xuất từ mơ hình theo hƣớng Đơng
Nam

35

Bảng 3.4

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

47

Bảng 3.6

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

52

Bảng 3.7

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hồn
tại Hịn Dáu

57

Bảng 3.8

Tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi tuần hồn
tại Hịn 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 mơ hình MIKE 21 FM

20

Hình 3.1

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

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

tuần hồn theo hƣớng Đơng Nam tại trạm Vũng Áng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn 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 hồn theo hƣớng Tây tại trạm Cửa Ơng
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 hồn theo hƣớng Tây tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn 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 hồn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Mũi Ngọc
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Hịn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn theo hƣớng Tây Bắc tại trạm Ba Lạt
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn 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 hồn 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 hồn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Cửa Ông
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Hịn 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 hồn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Lạch Trƣờng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió và mực nƣớc phi
tuần hồn 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 hồn theo hƣớng Tây Nam tại trạm Cửa Tùng
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đơng
và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hịn 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 Đơng
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 khơng khí và độ dâng,

rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hịn Dáu
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đơng
và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hịn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đơng
Bắc và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hòn Ngƣ
Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa tốc độ gió theo hƣớng Đơng
Nam và độ dâng, rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hịn 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 hồn tại Hịn 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 khơng khí và độ dâng,
rút mực nƣớc phi tuần hồn tại Hịn Ngƣ
Dao động mực nƣớc phi tuần hồn 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 hồn tại thời điểm bão Pat đổ bộ

68

Hình 3.64

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

73

Hình 3.69

Dao động mực nƣớc phi tuần hồn 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 km 2, với
chiều rộng khoảng 200 - 320 km và chiều dài khoảng 600 km. Độ sâu trung bình
tồn vịnh khoảng 50 - 60 m, nơi sâu nhất tại vùng cửa vịnh khoảng 110 m. Vịnh
thông với biển Đơng qua cửa vịnh ở phía nam với độ rộng khoảng 250 km. Ngồi ra

biển Đơng và vịnh cịn thông nhau qua eo Hải Nam ở vùng đông bắc vịnh với độ
rộng khoảng 30 km. (“Hải dương học biển Đơng” – 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 hịn đảo lớn nhỏ, chiếm diện tích gần 3000 km 2 tạo thành
một hệ thống lạch biển chằng chịt ra vào các cảng quan trọng vùng Hạ Long của
Việt Nam. Ở ngồi khơi, cịn có một số đảo khơng lớn và riêng biêt nhƣ Hịn 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, viêc nghiên cƣ u 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
nhiêm

vu ̣ cấ p thiế t cầ n phả i
đƣơc

triển khai nghiên cƣ́ u

phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý và phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh
quốc phòng.
10

Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của trường gió và áp st khơng khí tới
q 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 hồn, xây dựng các cơng 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 tốn
- Kết luận
- Phụ lục


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 đôṇ g dâng rút cuả mực nƣớc biển là cać dao đôṇ g dâng , rút mực nƣớc
dƣới tác động của trƣờng gió ổn định và biến động của gió và áp suất khí quyển
trong bão, dịng nƣớc sơng... 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 q
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 cịn cần phải tìm
hiểu, nghiên cứu kỹ lƣỡng các thành phần dao động phi tuần hoàn

- nƣớc dâng,

nƣớc rút.
Dao đôṇ g dâng rú t củ a mƣc nƣớ c biên̉

là do cać

hoạt động của khí quyển và

bƣ́ c xa m
̣ ăṭ trơì có tiń h chất không tuần hoaǹ gây nên . Các hoạt động đa dạng,
muôn hình mn vẻ của khí quyển dẫn đến sự đa dạng của mực nƣớc biển . Tuy
nhiên, có
thể kể ra cać nguyên nhân chiń h sau đây gây nên cać dao đôṇ g dâng rut́ mƣc nƣớc
biển:
- Dao đôṇ g dâng rú t xuấ t hiên dƣớ i tać duṇ g củ a ma sat́ tiêṕ tuyêń
gio
và mặt nƣớc giới hạn bởi bờ biển . Sƣ̣ giảm áp suất khí quyển trên
luc

giƣ̃ a

đi và tăng aṕ
a

suất trên măṭ biển kết hơp vơi gio gây ra nƣơc dâng taị vung ven bơ va ngƣơc laị sƣ
́

́
́
̀
̀ ̀
tăng áp suất khí quyển trên luc đi va giảm ap suất trên măṭ biển kết hơp vơi gio gây
́
́
̀
́
a
ra nƣớc rút;
- Dao đôṇ g dâng rut́ do biến đổi aṕ suấ

t khí quyển gây nên . Áp suất khí

quyển tăng lên 1 mbar thì mƣc nƣơc biển giảm xuống 10 mm va ngƣơc laị khi ap
́
̀
́
suấ t khí quyể n giả m xuố ng 1 mbar thì mƣc nƣớ c biên̉ tăng lên 10 mm. Tuy nhiên,
đây là nhƣ̃ ng biế n đổ i tin


h hoc

chún g thƣờng nhỏ hơn nhiều so với biến đổi đôṇ g


lƣc ho của gió và dòng chảy bờ ;
c

- Dao đôṇ g dâng rú t do sƣ ̣ bấ t đồ ng nhấ t củ a chu trình tuầ n hoà n nƣớ c (sƣ
bố c hơi, giáng thủy , dòng chảy ) liên quan đế n sƣ ̣ biế n đổ i củ a lƣơng nƣớ c
taị cać
khu
vƣc

khá c nhau củ a biể n . Nhƣ̃ ng dao đôṇ g nà y có thể rấ t đá ng kể ví du ̣
nhƣ co

trâ mƣa lơn lên tơi hang trăm mm
́
́ ̀
ṇ trong môt trong khoang thơi gian
̉
̀
ng ngắn;

ngaỳ có thể lam
̀ tăng
mƣc

nƣơć đôt

ôt
- Dao đôṇ g dâng rút do sự biến đổi của mật độ nƣớc gây ra . Nhƣ đã biết mât
đô ̣ nƣớ c biể n phu ̣ va o nhiêṭ đô ̣ va đô ̣ muố i ma taị ven bơ nhiêṭ đô ̣ va
̀
̀
̀
̀

̀
thuôc
khu vƣc
đô m
̣ uối nƣớc biển thƣờng xuyên thay đổi do ảnh hƣởng
của nƣơć luc

đi và tƣơng
a

tác với địa quyển . Sƣ ̣ dic̣ h chuyể n củ a lƣơng nƣớ c măṭ nhe ̣ hơn vaò vù ng
ven bờ se
làm cho mực nƣớc biển dâng lên
. Ngƣơc
ngoài khơi, nƣớc năṇ g hơn ở dƣới
sâu doc

laị khi có gió daṭ nƣơć nhe ḥ ơn bi ̣mang ra
sƣờn
luc

đi ̣ a dâng lên thay thế khi đo

m nƣơc biển se ha ̣thấp do vung ven bơ bi ̣mất nƣơc va nƣơc măṭ nhe ḥ ơn
̃
́
̀
̀
́
̀

́
ƣc
đƣơc
thay thế bằng nƣớc sâu năṇ g hơn taị đây;
- Dao đôṇ g dâng rút
do hiêu

ƣ́ ng bơm Ekman
Sƣ̣ hôi

.

tu ̣ khớ i nƣớ c lớ p

Ekman do gió địa phƣơng đồng thời với sự chìm xuống của các khối nƣớc từ
dòng
đia

chuyển tải vào đẩy lớp nƣớc ấm hơn lên cao dồn vào bờ bề măṭ biển vùng
gần

bờ bi ̣dâng cao;
- Dao đôṇ g dâng
rút mƣc


n
ƣ
ớ
c

b
i
ể
n
d
o
ả

nh
hƣ
ởn
g
của
b
ão
và
áp
thấ
p
nhi
ệt

ể

đ

ê

ơ

n

́

m
i

ự

.

c

m

Các phƣơng pháp phân tích thống kê nghiên cứu mực nƣớc biển

i

thơng qua các cơng trình tổng quan của các tác giả ngƣời Nga tiêu biểu

ế

nhƣ Mariutin, Peresipkin, Levikov, German v.v... Một số cơng trình đi

n
t
h
i

(

ư

“

ớ

N

c

g

b

h

i

i

ể

ê

n

n

v
e

c

n

ứ

b

u

ờ
V

đ

i

ặ

ệ

c

t

i

Tình hình nghiên cứu mực nước biển ở nước ngồi

b

n

đ

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

N
a
m

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


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
tốn các đặc trƣng mực nƣớc bằng phƣơng pháp thống kê cho tồn bộ dải ven biển
đảm bảo độ chính xác rất cao phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân.
Các mơ hình tính tốn hải dƣơng đƣợc biết đến nhƣ Delf3D, Mike21… cũng
đều có những mơ - đun tính tốn liên quan đến dao động mực nƣớc. Trong Luận văn
này, học viên sử dụng mơ hình Mike21 để tính tốn sự ảnh hƣởng của gió và bão tới
q trình dao động dâng, rút của mực nƣớc phi tuần hồn.
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 tốn thống kê và mơ 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 Xn Thơng, 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 tốn 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


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 tốn 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 cơng 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 ngồi 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 Đơng trong hai trƣờng gió mùa vào khoảng
vài chục cm. Năm 2009, tác giả Đinh Văn Ƣu và N
guyên

Nguyêṭ Minh tiến hành

phân tích thố ng kê mƣc nƣớ c nhiêù năm và aṕ duṇ g kỹ thuâṭ wavelet đã bƣớ c đâù
xác định đƣợc vai trò của các dao động chu kỳ 1 năm, tƣ̀ 2 đến 7-8 năm. Trong đó
biên đô ̣ dao đôṇ g năm là đá ng kể có thể chiế m tớ i 20-30% đô ̣ lớ n thủ y triề u .
Nhƣ̃ ng
kế t quả phân tích nà y cũ ng cho thấ y xu thế biế n đổ i mƣc nƣớ c do tać đôṇ g củ a biêń
đổ i khí hâu và cać nguyên nhân khać cũ ng không giố ng nhau đố i vớ i cać vù ng biên̉ .


Đã thiết lập một hệ thống các trạm quan trắc
mƣc

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
tốn 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 mơ 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 sơng

. Bảng thủy

sóng tự do , truyền

triều

sóng dao động có chu

này đƣợc Trung tâm Hả i văn (trƣớ c đây là Trung tâm
Khí tƣơng Thủ y văn Biên̉
)

kỳ triều qua các biên

xuấ t bả n hà ng năm và đã phuc vu ̣ rât́ tố t cho cać
chƣơng trình nghiên cƣ́ u khoa hoc

động riêng trong toàn

cũng nhƣ
yêu cầu
thƣc

trực tiếp của lực gây

t của các ngành kinh tế , an ninh và quốc
i phoǹ g trên biển.
ê
n

Nhiều cơng trình của nhiều tác giả khác

lỏng , các chu kỳ dao
biển, đánh giá tác động
triều trong phạm vi
biển . Ngồi ra có thể
kể tên một số tác giả

nhau đã tập trung theo phƣơng pháp số trị để

của những nghiên cứu

nghiên cứu thủy triều trong Biển Đông cũng

này là Đỗ Ngọc Quỳnh

nhƣ Vịnh Bắc Bộ. Có thể kể tên hàng loạt các

(1983, 1991), Phạm

cơng trình của các tác giả nhƣ: nhóm mơ hình

Văn Huấn (1987),

triều thuộc đề tài nhà nƣớc KT.03.03 (1991 -

Phạm Văn Ninh và

1995) “Thủy triều Biển Đông và sự dâng mực

Trần Thị Ngọc Duyệt

nƣớc biển ven bờ Việt Nam” (gồm Đỗ Ngọc

(1997),

Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đặng Công
Minh, Nguyễn Hữu Nhân, Bùi Hồng Long, Lê
Trọng Đào, Nguyễn Thọ Sáo); những cơng
trình đƣợc thực hiện trong khn 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 mơ 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


Đỗ Ngọc Quỳnh , Phạm Văn Ninh , Nguyễn Thị Việt Liên và Trần Thị Ngọc Duyệt
(1998). Trong đề taì “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 tốn thiết kế,
củng cố nâng cấp đê biển” năm 2007 do Viên Cơ hoc chủ trì , TS. Đinh Văn Mạnh
đã thiết
lâp

mơ hình số trị tính tốn 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
dƣn
dâng, mƣc nƣơc tổng
́
hơp

g đƣơc cơ sở dƣ̃
liêu

do bờ .
c

cơ ban̉ về thuỷ triều

, nƣơć


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):
zt = A0 + ∑ f i H i cos[qit + (V0 + u)i − gi ]

(2.1)

i=1

trong đó: A − độ cao mực nƣớc trung bình, f − hệ số suy biến biên độ của phân
0
i
triều i ,

H i − hằng số điều hòa biên độ của phân triều i , qi − tốc độ góc khơng 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 ,
của phân triều i , r −

gi − hằng số điều hòa về pha

số lƣợng các phân triều. fi và (V0 +

phụ thuộc thời gian t .

u)i

Khi có n độ cao mực nƣớc quan trắc

zt , nhiệm vụ của phân tích thủy triều là xác

định bộ gồm r cặp hằng số điều hịa khơng 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

zt = A0 + ∑ ( Ai cos qit + Bi sin qi t) ,
i=1

trong đó
Ai

= f i H i cos[g i − (V0 + u) i ],

(2.2)


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


với các ẩn số Ai và Bi

để giải bằng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất. Từ mỗi
cặ
p Ai và tìm đƣợc sẽ tính ra
ẩn Bi
H =

A2ii  B 2

f

i
i

,

g=
Bi
arctg + (V + u)
i
A
i

.
0

(2.4)
i

Chuỗi quan trắc càng dài, số phƣơng trình

dạng (2.2) càng nhiều, thì

A0 và

số cặp hằng số điều hịa 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
(V0 + của mỗi dao động thành phần i
gian f và
đã bị
u)
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
khơng chính xác, bởi vì trong thực tế mỗi dao động phân triều
ở cơng thức (2.1) là
một dao động điều biến biên độ, f biến đổi với thời

(V0 + u)

gian và phần phụ pha cũng biến đổi với thời gian
một cách đáng kể.
Khi và theo các cơng thức (2.4) ngƣời ta phải dùng
tính gi giá trị trung
Hi

bìn
fi tại thời điểm giữa thời kỳ quan
h
của trắc và giá trị của

(V0 + tại thời điểm
u)i


đầu

n

Các chƣơng trình phân tích điều hịa thủy triều

thời

ă

bằng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất hiện nay xuất

kỳ

m

phát từ cơng thức (2.2) và mang những nhƣợc điểm cơ

quan

bản nhƣ vậy.

trắc.

q

Điều

u

này

a

Phạm Văn Huấn)

lại

n

Dùng phƣơng pháp phân tích tuần hồn thủy triều tính hằng số
tuần hồn tại

gây
nên

t

nhữn

r

g

ắ

mâu

c

thuẫn
kỹ

k

thuật

h

nhƣ:

ơ

chuỗi

n

quan

g

trắc
càng

k

dài

ế

thì
sai số

t

càng

i

tăng,

ế

chuỗi

p

khơn

,

g liên
tục

m

(ví

à

dụ 2

2.1.2 Tách mực
nước dao đơn

g tuần hồn (“Dự báo thủy văn
biển” –


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

H

trừ đi độ cao thủy triều dự tính

qt

H cho các thời điểm tƣơng ứng theo công thƣ́ c:
tt

Z = H qt − H tt , i = 1, 2,..., N
i

trong đo:́ N − đô ̣ da i chuỗi
̀
mƣc

i

nƣớ c Z −
mƣc
;

i

nƣớc dâng hoăc 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 hồn đã đạt đƣợc độ chính xác khá cao (114 sóng). Do vậy, phƣơng
pháp này hồn tồn 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 hồn tại Hịn 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 tốn)
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 hồn bằng các
phƣơng trình tƣơng quan.
Những mối phụ thuộc dự báo giữa các hiện tƣợng cần dự báo và những nhân