đại học quốc gia hà nội trờng đại khoa học Tự Nhiên * * * * * Nguyễn Quốc Trinh Nghiên cứu chế độ động lực v môi trờng vùng biển đông nam bộ luận văn thạc sĩ khoa học Hà nội - 2007 đại học quốc gia hà nội trờng đại khoa học Tự Nhiên * * * * * Nguyễn Quốc Trinh Nghiên cứu chế độ động lực v môi trờng vùng biển đông nam bộ Chuyên ngành: Hải Dơng học Mã số: 60 44 97 luận văn thạc sĩ khoa học Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Đinh Văn Ưu Hà nội - 2007 I Mục Lục Lời cảm ơn - 0 - Mở đầu - 1 - 1. Tính cấp thiết của đề tài - 1 - 2. Mục tiêu của luận văn - 1 - 3. Nội dung chính của luận văn - 1 - 4. Phơng pháp nghiên cứu - 1 - 5. Phạm vi nghiên cứu - 2 - 6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn - 2 - Chơng 1 - Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng biển Đông Nam Bộ - 3 - 1.1. Đặc điểm chung - 3 - 1.2. Đặc điểm hình thái địa hình - 3 - 1.3. Đặc điểm khí hậu - 4 - 1.3.1. Chế độ khí tợng - 4 - 1.3.2. Chế độ thuỷ văn - 5 - 1.3.3. Chế độ hải văn - 5 - 1.4. Đặc điểm môi trờng biển - 6 - Chơng 2 - Phơng pháp nghiên cứu - 8 - 2.1. Phơng pháp thống kê - 8 - 2.1.1. Phơng pháp thống kê - 8 - 2.1.2. Phơng pháp hồi quy tuyến tính - 8 - 2.2. Phơng pháp phân tích điều hòa (mực nớc và dòng chảy) - 9 - II 2.3. Phơng pháp số trị - 13 - 2.3.1 Mô hình tính sóng vùng ven bờ - 13 - 2.3.2. Mô hình số cho dòng chảy gần bờ - 14 - 2.3.3. Mô hình số cho tính tràn dầu trong vùng cửa sông và ven bờ - 15 - 2.3.4 Điều kiện ban đầu và điều kiện biên - 16 - 2.3.5. Sơ đồ sai phân và lời giải số trị - 16 - 2.3.6. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 3D - 17 - Chơng 3 - Kết quả thu thập dữ liệu và nghiên cứu chế độ động lực và môi trờng vùng biển Đông Nam bộ . - 19 - 3.1. Cơ sở dữ liệu - 19 - 3.1.1. Địa hình - 19 - 3.1.2. Khí tợng - 20 - 3.1.3. Thủy văn - 22 - 3.1.4. Hải văn - 22 - 3.2. Kết quả nghiên cứu chế độ động lực vùng biển Đông Nam bộ - 24 - 3.2.1 Địa hình đáy biển khu vực nghiên cứu - 24 - 3.2.2 Chế độ khí tợng - 25 - 3.2.3 Chế độ hải văn - 33 - 3.2.4. Kết quả áp dụng mô hình số trị - 49 - Kết luận và kiến nghị - 56 - Tài liệu tham khảo - 58 - III Danh mục Bảng Bảng 2.1a. Hệ số và đối số của một số phân triều chính - 10 - Bảng 2.1b. Hệ số và đối số của một số phân triều chính (tiếp) - 10 - Bảng 2.2. Phân loại tính chất triều - 13 - Bảng 3. 1 Thông tin dữ liệu khí tợng tại các trạm cố định - 21 - Bảng 3.2 Thông tin dữ liệu khi tợng quan trắc ngoài khơi bằng obs_ship - 21 - Bảng 3.3. Thông tin dữ liệu hải văn tại các trạm cố định - 22 - Bảng 3.4. Thông tin dữ liệu mực nớc trạm nghiệm triều - 23 - Bảng 3.5. Thông tin các chuỗi số liệu dòng chảy - 24 - Bảng 3.6. Đặc trng gió tại các trạm theo hớng trong năm - 26 - Bảng 3.8. áp suất (mb) không khí mặt biển - 29 - Bảng 3.9. Nhiệt độ ( 0 C) không khí - 32 - Bảng 3.10. Số lần và tần suất sóng theo hớng theo số liệu trạm Phú Quý (1986- 2005) - 33 - Bảng 3.11. Độ cao sóng trung bình (m) và độ cao sóng cực đại (m) theo hớng theo số liệu trạm Phú Quý (1986-2005) - 35 - Bảng 3.12. Số lần và tần suất sóng theo hớng theo số liệu trạm Côn Đảo (1978- 2005) - 36 - Bảng 3.13. Độ cao sóng trung bình (m) và độ cao sóng cực đại (m)theo hớng theo số liệu trạm Côn Đảo (1978-2005) - 37 - Bảng 3.14. Hằng số điều hoà mực nớc tai các vị trí trạm đo - 39 - Bảng 3.15. Số lần và tần suất xuất hiện dòng chảy theo hớng - 43 - Bảng 3.16. Vận tốc (m) dòng chảy trung bình và cực đại theo hớng - 44 - Bảng 3.17. Hằng số điều hoà dòng chảy tai các vị trí trạm đo - 45 - Bảng 3.18. Đặc trng gió khu vực nghiên cứu - 50 - Bảng 3.19. Đặc trng sóng khu vực nghiên cứu - 50 - Bảng 3.20: Thống kê các sự cố tràn dầu lớn tại Việt Nam - 52 - Bảng 3.21. Giá trị đầu vào của mô hình tính toán tràn dầu - 52 - IV Danh mục Hình Hình 1.1. Khu vực nghiên cứu vùng biển Đông Nam bộ - 4 - Hình 2.2. Sơ đồ tính toán bằng mô hình số - 17 - Hình 2.3. Lới sai phân trong không gian x, y và z - 18 - Hình 2.4. Sơ đồ thời gian tính toán - 18 - Hình 3.1. Bản đồ phân bố số liệu độ sâu khu vực nghiên cứu - 20 - Hình 3.2. Hoa gió tháng 8 các trạm trong vùng nghiên cứu - 27 - Hình 3.3. Hoa gió tháng 1 các trạm trong vùng nghiên cứu - 28 - Hình 3.4. Dao động khí áp (mb) mực biển trung bình tại các trạm - 30 - Hình 3.5. Dao động nhiệt độ ( 0 C) không khí trung bình tại các trạm - 31 - Hình 3.6. Hoa sóng tại các trạm trong vùng nghiên cứu - 34 - Hình 3.7. Hoa sóng tháng 8 tại các trạm trong vùng nghiên cứu - 34 - Hình 3.8. Hoa sóng tháng 1 tại các trạm trong vùng nghiên cứu - 36 - Hình 3.9. Dao dộng mực nớc (cm) cực đại, trung bình và cực tiểu tháng trong năm trạm Vũng Tàu - 38 - Hình 3.10. Biến thiên mực nớc (cm) trung bình năm trạm Vũng Tàu - 38 - Hình 3.11. Dao động thuỷ triều tại một số trạm trong vùng nghiên cứu - 41 - Hình 3.12. Biến trình véc tơ dòng chảy theo thời gian tại trạm số 2 - 46 - Hình 3.13. Biến trình véc tơ dòng chảy theo thgời gian tại trạm số 3 - 47 - Hình 3.14. Profile nhiệt độ và độ muối theo độ sâu vùng nghiên cứu (mùa đông) . - 48 - Hình 3.15. Profile nhiệt độ và độ muối theo độ sâu vùng nghiên cứu (mùa hè) - 49 - Hình 3.16. Dao động thủy triều tại trạm Vũng Tàu - 51 - Lời cảm ơn Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tợng Thuỷ văn và Hải dơng học, Phòng đào tạo Sau đại học thuộc Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội; Trung tâm Khí tợng Thuỷ văn biển, Trung tâm T liệu Khí tợng Thuỷ văn, Trung tâm ứng dụng Công nghệ Khí tợng Thuỷ văn thuộc Trung tâm Khí tợng Thuỷ văn Quốc gia; Viện Khí tợng Thuỷ văn và Môi trờng; Tạp chí biển. Tác giả xin chân thành cảm ơn Giáo viên hớng dẫn GS. TS Đinh Văn Ưu và toàn thể các thầy cô giáo trong và ngoài trờng; và các bạn đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan đã giúp đỡ và động viên tác gải đã hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tác giả - 1 - Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, kinh tế biển đã và đang đợc coi trọng mà vùng biển Đông Nam bộ là một trong những vùng trọng điểm của kinh tế biển (thuỷ sản, giao thông hàng hải, dầu khí). Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu chế độ chi tiết hơn động lực và môi trờng vùng biển Đông Nam bộ có thể góp phần phục vụ công tác quản lý và còn hỗ trợ cho các hoạt động phối hợp giữa các ngành, địa phơng ven biển đợc thuận lợi. Với những lý do trên, sự lựa chọn đề tài " Nghiên cứu chế độ động lực và môi trờng vùng biển Đông Nam bộ " làm hớng nghiên cứu của tác giả trong luận văn này. 2. Mục tiêu của luận văn Thu thập, tổng hợp dữ liệu khí tợng, thuỷ văn, hải văn và môi trờng; Phân tích đánh giá chế độ khí tợng, thuỷ văn và hải văn; áp dụng mô hình số trị nhằm giải thích quá trình loang truyền dầu và hiện tợng dâng - rút nớc do gió vùng ven bờ của vùng biển Đông Nam bộ. 3. Nội dung chính của luận văn - Thu thập số liệu địa hình, khí tợng (gió, áp và nhiệt độ không khí), thuỷ văn biển (sóng, mực nớc, dòng chảy và nhiệt - muối) và môi trờng biển (tràn dầu) trong khu vực nghiên cứu. - Phân tích và đánh giá chế độ khí tợng thuỷ văn biển. - áp dụng mô hình để mô phỏng tràn dầu và hiện tợng dâng rút nớc vào khu vực nghiên cứu. - Rút ra kết luận và kiến nghị 4. Phơng pháp nghiên cứu 9 Thu thập dữ liệu - 2 - 9 Phơng pháp thống kê; 9 Phơng pháp phân tích điều hoà; 9 Phơng pháp số trị; 5. Phạm vi nghiên cứu Giới hạn về không gian: Khu vực vùng biển Đông Nam bộ từ 7 0 N đến 11 0 N vĩ độ Bắc và từ 105 0 E đến 109 0 E kinh độ Đông. Giới hạn về khoa học: Luận văn nghiên cứu chế độ động lực và môi trờng vùng biển Đông Nam bộ. Cơ sở toán học và các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên nh hình thái địa hình, một số trờng khí tợng (gió, áp và nhiệt), các yếu tố hải văn (mực nớc, dòng chảy, sóng và nhiệt muối) và áp dụng mô hình tính toán tràn dầu và hiện tợng dâng - rút nớc do gió mùa. 6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn ý nghĩa khoa học: Làm rõ chi tiết đợc chế độ thuỷ động lực vùng biển Đông Nam bộ. Mô phỏng đợc sự biến đổi của trờng động lực và môi trờng khi có sự cố tràn dầu vùng cửa sông và ven biển. ý nghĩa thực tiễn: Góp phần giải thích chế độ động lực, cảnh báo ngăn ngừa các ảnh hởng xấu đến môi trờng sinh thái khi có sự cố tràn dầu và giải thích hiện tợng dâng rút nớc vùng cửa sông ven biển Đông Nam bộ. - 3 - Chơng 1 - Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng biển Đông Nam Bộ 1.1. Đặc điểm chung Vùng biển Đông Nam bộ (xem Hình 1.1) là một vùng biển ven bờ năm trong biển Đông đợc giới hạn vĩ độ từ 7 0 N đến 11 0 N và kinh độ từ 105 0 E đến 109 0 E, có diện tích khoảng 150 km 2 . Vùng biển đợc bao bọc phía tây là bờ biển Việt Nam chạy qua 9 tỉnh, thành phố và có hai đảo lớn là Phú Quý và Côn Đảo. Vùng biển ven bờ chịu ảnh hởng của hai hệ thống sông chảy ra là sông Cửu Long và sông Đồng Nai. Vùng biển Đông Nam bộ có vị trí chiến lợc quan trọng đối với Việt Nam cả về kinh tế lẫn quốc phòng, an ninh. Vùng biển này là nơi chứa tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản và dầu khí. Khu vực này hoạt động khai thác dầu khí và giao thông hàng hải lớn nhất của nớc ta và gần tuyến giao thông hàng hải thế giới đi qua biển Đông, là cửa ngõ giao lu lớn và lâu đời của Việt Nam ra thế giới. 1.2. Đặc điểm hình thái địa hình Vùng biển Đông Nam bộ phía bờ biển kéo dài từ tỉnh Bình Thuận đến mũi Cà Mau, có các kiểu địa hình đờng bờ biển phức tạp và đa dạng do nhiều nhân tố tác động đồng thời nh thuỷ lực sông và thuỷ động lực biển [2], [11], [26], [27]. Khu vực ven bờ và cửa sông, vai trò của các cửa sông, sóng, thuỷ triều và dòng chảy tạo nên địa hình biến đổi thờng xuyên phức tạp và đa dạng. Khu vực Bình Thuận và Bà Rịa-Vũng Tàu thì bờ biển tơng đối dốc, không có nhiều cửa sông và nhiều bãi cát đẹp, bờ đá gốc có nhiều dốc. Đờng đẳng sâu 10 m phân bố phức tạp. Khu vực từ Bà Rịa - Vũng Tàu đến mũi Cà Mau thì mang đặc tính bờ của châu thổ sông Đồng Nai và sông Cửu Long, địa hình thấp, phẳng, bị chia cắt bởi các cửa sông. Ven các cửa sông phát triển các bãi triều rộng lớn, đờng đẳng sâu 10 mét thờng chạy song song với bờ và cách bờ khoảng 12-15 km. Phân bố các cồn cát ở vùng cửa sông thờng xuyên biến động. Các bồi tụ và xói lở bờ biển diễn ra mạnh mẽ, rất phức tạp. Khu vực có độ sâu từ 10 đến 15m có dải rất hẹp chạy song song hình dạng bờ, dạng bờ dốc, vòng cung. Khu vực có độ sâu từ 15 đến 50m là trải rộng, thoải và độ dốc tơng đối đều. Khu vực có độ sâu lớn hơn từ 50m trở lên có độ dốc tơng đối lớn và có cấu tạo địa hình đấy trên nền đá gốc. [...]... vực nghiên cứu vùng biển Đông Nam bộ 1.3 Đặc điểm khí hậu 1.3.1 Chế độ khí tợng Vùng biển Đông Nam bộ thuộc Biển Đông chịu ảnh hởng khí hậu nhiệt đới gió mùa và hoạt động của bờ Tây Thái Bình Dơng [7], [11], [24], [35], [48], [50], [51], [52], [53] Hàng năm có bốn thời kỳ và chế độ mùa rõ nét là mùa khô và mùa ma; và hai thời kỳ chuyển tiếp là từ đông sang hè và từ hè sang đông Đặc điểm chung của vùng. .. hay nhiều yếu tố hải văn trên toàn vùng nghiên cứu Trong luận văn này, mô phỏng trờng sóng, dòng chảy ven bờ và đặc biệt là sự cố tràn dầu trên mặt biển và hiện tợng dâng - rút nớc ở vùng ven bờ do các hớng gió khác nhau Do vậy, thử nghiệm và khai thác một số mô hình áp dụng vào vùng nghiên cứu mà đã đợc lựa chọn, đó là vùng biển Đông Nam bộ 2.3.1 Mô hình tính sóng vùng ven bờ (Multi directional - spectrial... điểm môi trờng biển là phản ánh tự nhiên và ảnh hởng qua lại mạnh mẽ với các yếu tố tự nhiên khác nh không khí, đất đai duyên hải, các sông và đặc biệt đến hệ sinh thái và con ngời Gần đây, các sự cố môi trờng biển xảy ra liên tiếp làm ảnh hởng đến hoạt động xã hội và đời sống dân sinh Song song với sự phát triển kinh tế - xã hội, môi trờng sinh thái vùng biển sẽ chịu tác động mạnh mẽ bởi hoạt động. .. [53], [54] Có nhiều nhà nghiên cứu về vấn đề này nh: Phan Phùng (1974), Đặng Công Minh (1975), Nguyễn Ngọc Thuỵ (1962, 1975, 1984), Đỗ Ngọc Quỳnh (1995), Phạm Văn Huấn (1997), v.v Chế độ tính chất và độ lớn thuỷ triều đóng vai trò quan trọng trong vùng nghiên cứu [32], [37], [39], [45], [46] -5- Sóng biển khu vực nghiên cứu cũng tơng tự nh các vùng biển khác của Việt Nam, chế độ sóng theo mùa [11],... hậu Nam Bộ là nắng nhiều, nền nhiệt độ cao quanh năm và nhiệt độ cực đại hai lần trong năm, mùa ma là mùa hè, mùa khô chủ yếu là các tháng giữa và cuối mùa đông, đầu mùa hè, sự thể hiện của mùa ma rõ rệt hơn nhiều so với mùa nhiệt Quá trình hoàn lu khí quyển (bão, gió mùa, ma, lũ) đã tạo nên chế độ thuỷ động lực biển phức tạp, chi phối sự hình thành, phát triển các hệ sinh thái biển -4- 1.3.2 Chế độ. .. bố nhiệt độ theo thẳng đứng khá phức tạp Ngoài vùng biển khơi thi thể hiện nêm nhiệt khá rõ nét, nhng khi vào ven bờ và đặc biệt vào cửa sông thì tính chất xáo trộn của lớp mạnh lên Sự thể hiện nêm nhiệt không đợc rõ nét [12], [13], [25], [32], [33], [49], [50] Độ mặn là chỉ tiêu quan trọng để phân biệt giữa nớc biển và nớc lục địa (ngọt), giữa nớc biển sâu và nớc biển nông Độ mặn nớc biển ở vùng ven... biến đổi theo chế độ khí hậu, cũng dao động trong năm và mang tính chất khá phức tạp Profile thẳng đứng của độ mặt cũng thể hiện nêm mặn nhng không rõ nét nh nhiệt độ Nhng khi đến vùng ảnh hởng của nớc lục địa chảy ra thì thể hiện lỡi nớc ngọt trên mặt và lỡi nớc mặn ở các tầng phía dới Kết hợp với quá trình hoạt động của thuỷ triều độ mặn nớc biển có khả năng xâm nhập sâu vào trong đất liền và làm nhiễm... m3/s Mùa lũ thờng xuất hiện vào tháng VII và kết thúc vào tháng IX Lợng dòng chảy mùa lũ khoảng 65-85% tổng lợng dòng chảy năm Mùa cạn kéo dài trong thời gian còn lại trong năm, nhng lợng dòng chảy chỉ khoảng 15-35% tổng lợng dòng trong năm 1.3.3 Chế độ hải văn Đặc điểm thuỷ văn biển khu vực nghiên cứu khá phong phú, đa dạng và phức tạp Thuỷ triều khu vực nghiên cứu khá lớn và rất đa dạng [2], [5], [9],... khu vực nghiên cứu khá phức tạp, theo mùa Ngoài ra vùng ven bờ còn tác động mạnh của tơng tác sông - biển Do đó, việc nghiên cứu về dòng chảy cũng đợc tiến hành từ lâu: P.Chevey (1934), K.Wyrtki (1961), Trơng Tiến Huy (1968), Hoàng Xuân Nhuận (1979), Trơng Đình Hiển (1981), Lê Phớc Trình (1981), Nguyễn Ngọc Thuỵ (1984), Nguyến Thế Hào (2003), v.v Dòng chảy ngoài khơi chịu tác động của chế độ gió mùa,... chịu tác động mạnh mẽ bởi hoạt động của các cảng -6- biển và giao thông trên biển, các khu công nghiệp ven biển, các khu vực nuôi trồng thủy hải sản, các khu du lịch giải trí và đặc biệt là khai thác dầu khí Vùng nghiên cứu này vừa qua đã bị ảnh hởng trực tiếp của sự cố tràn dầu và dầu loang trên biển Bên cạnh đó thờng xuyên xảy ra các vụ đụng tàu và nớc trong sông chảy ra Đây là nguyên nhân ô nhiễm . đại học quốc gia hà nội trờng đại khoa học Tự Nhiên * * * * * Nguyễn Quốc Trinh Nghiên cứu chế độ động lực v môi trờng vùng biển đông nam bộ luận văn thạc. Hà nội - 2007 đại học quốc gia hà nội trờng đại khoa học Tự Nhiên * * * * * Nguyễn Quốc Trinh Nghiên cứu chế độ động lực v môi trờng vùng biển đông nam bộ Chuyên ngành: Hải Dơng