ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỖ ĐÌNH CHIẾN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA NƢỚC DÂNG BÃO ĐẾN KHU VỰC VEN BỜ BIỂN THỪA THIÊN-HUẾ Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 62440228 DỰ THẢO TÓM TẮT U N ÁN TIẾN S HẢI DƢƠNG HỌC Hà Nội-2015 Công trình hoàn thành tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐHQG HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: P GS.TS Nguyễn Thọ Sáo P GS.TS Trần Hồng Thái Phản biện 1: …………………………… Phản biện 2: …………………………… Phản biện 3: …………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Do tác động biến đổi khí hậu phạm vi toàn cầu, thiên tai có nguồn gốc khí tượng thủy văn có bão ngày diễn biến phức tạp Bão kèm theo mưa lớn nước dâng gây ngập lụt vùng ven bờ, đặc biệt bão đổ vào thời kỳ triều cường.Trên giới chứng kiến nhiều bão gây nước dâng cao làm ngập vùng ven bờ diện rộng gây nhiều thiệt hại người bão atrina đổ vào bang New rleans đổ vào (8/ 2005), bão Nargis yanma (5/2008) đặc biệt gần siêu bão Haiyan cấp 17 tràn vào Phillipin (11/2013) gây thiệt hại nặng nề chủ yếu ngập lụt nước biển dâng cao Dải ven biển Việt Nam ghi nhận nhiều bão gây gió mạnh, sóng lớn nước biển dâng cao bão Damrey (2005), Xangsane (2006), etsana (2009)… Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán, dự báo đánh giá nguy nước dâng bão có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao góp phần phòng tránh giảm thiểu thiệt hại nước dâng bão ặc dù có nhiều nỗ lực nghiên cứu tính toán dự báo nước dâng bão, nhiên phức tạp tượng, nhiều hiệu ứng ảnh hưởng tới nước dâng chưa xét đến cách đầy đủ, ảnh hưởng sóng đến nước dâng bão Nước dâng sóng dâng lên mực nước trung bình sóng có chu kỳ dài chu kỳ sóng Các nghiên cứu lý thuyết mô hình số trị cho thấy, nước dâng sóng có độ lớn đáng kể vùng nước nông ven bờ độ sâu giảm Chính vậy, gần nước dâng sóng quan tâm xem phần quan trọng tính toán phục vụ dự báo nước , Nhật Bản, nh [31, 32, 34, 36, 37, 47, 54] Như mực nước tổng cộng bão bao gồm thủy triều, nước dâng gió, áp nước dâng sóng Ht=Htide+Hwind+pressure+Hwave (1) đó: Ht mực nước tổng cộng bão; Htide độ cao thủy triều mực nước trung bình; Hwind+pressure nước dâng ứng suất gió độ giảm áp tâm bão; Hwave nước dâng sóng bão, bao gồm nước dâng ứng suất xạ sóng ứng suất bề mặt sóng Nghiên cứu nước dâng bão có xét đến ảnh hưởng thủy triều, nước dâng gió, áp bão nước dâng sóng mô hình toán có độ tin cậy cao mô đầy đủ chất trình tương tác, qua nâng cao độ xác kết tính toán, đồng thời đánh giá vai trò ảnh hưởng thủy triều sóng tới nước dâng cho khu vực cụ thể Đánh giá trạng nguy nước dâng bão có ý nghĩa quan trọng công tác ứng phó với thiên tai phát triển kinh tế vùng ven bờ Tuy nhiên, để đánh giá nguy nước dâng bão theo chu kỳ lặp nhiều năm (cỡ 100, 200 năm) bảo đảm độ tin cậy, cần có liệu bão nhiều năm tương ứng [13,14] Do vậy, xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê (bão giả) cho nhiều năm khắc phục hạn chế nguồn liệu bão thực tế Vùng ven biển miền Trung từ Quảng Bình tới Quảng Nam nơi thường xuyên phải đối mặt với rủi ro thiên tai bão mạnh, sóng lớn, nước biển dâng, ngập lụt ven bờ gây nhiều thiệt hại người tài sản Vì vậy, nghiên cứu đánh giá đặc điểm nguy nước dâng bão khu ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu luận án - Đánh giá tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão khu vực ven biển Quảng Bình - Quảng Nam mô hình số trị tích hợp - Đánh giá trạng nguy nước dâng bão khu vực miền Trung phục vụ công tác ứng phó phát triển kinh tế - xã hội vùng ven bờ miền Trung Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án - Đối tượng nghiên cứu: Nước dâng bão có xét đến ảnh hưởng thủy triều sóng biển - hạm vi nghiên cứu: Vùng biển ven bờ miền Trung từ Quảng Bình đến Quảng Nam Điểm luận án a) Đánh giá tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão, qua định lượng hóa nước dâng sóng nước dâng tổng cộng bão khu vực ven biển miền Trung mô hình số trị tích hợp b) Đánh giá đầy đủ chi tiết trạng (đã xảy ra) nguy nước dâng bão khu vực ven biển miền Trung làm sở khoa học xây dựng phương án ứng phó thiên tai nước dâng bão phát triển kinh tế - xã hội c) Đề xuất yêu cầu công nghệ tính toán, dự báo nước dâng sóng bão cho khu vực ven biển miền Trung nhằm nâng cao độ xác kết tính toán, dự báo Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nước dâng bão tượng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: gió, áp bão, thủy triều, sóng biển, địa hình khu vực… Vì vậy, đánh giá tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão cho khu vực cụ thể, qua đề xuất yêu cầu công nghệ tính toán, dự báo có ý nghĩa khoa học thực tiễn Bên cạnh đó, nghiên cứu đánh giá đầy đủ trạng nguy nước dâng bão có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn ứng phó, phòng tránh giảm nhẹ thiên tai khu vực Cấu trúc luận án Luận án trình bày 119 trang, bảng, 41 hình vẽ, bao gồm: Mở đầu: 11trang; Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 11trang; Chương II: hương pháp nghiên cứu tính toán, đánh giá nước dâng bão: 16 trang; Chương III: hân tích đánh giá nước dâng bão khu vực ven biển miền Trung: 59 trang; Kết luận kiến nghị: trang; hần tài liệu tham khảo gồm 25 tài liệu tiếng Việt, 57 tài liệu tiếng nh CHƢƠNG II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu giới Hiện có số phương pháp phổ biến tính toán dự báo nước dâng bão: phương pháp sử dụng công thức bán kinh nghiệm, phương pháp biểu đồ, phương pháp mô hình số trị [76] Trong phương pháp dùng công thức bán kinh nghiệm ( ppen Hallerman, 1966 [40]), độ lớn nước dâng tính toán mực nước theo vận tốc gió, đà gió, hướng gió độ sâu vùng tính hương pháp đơn giản có độ xác không cao không mô tả hết ảnh hưởng yếu tố tác động lên nước dâng bão hương pháp biểu đồ (Yang nnk, 1970 [78]): xây dựng toán đồ theo mối liên hệ số liệu quan trắc nước dâng bão với tham số bão hương pháp hạn chế chuỗi số liệu đủ dài thường cho khu vực gần trạm quan trắc có số liệu quan trắc nhiều năm bão nước dâng bão hương pháp mô hình số trị mô nước dâng bão dựa hệ phương trình nước nông (2 chiều) khắc phục thiếu sót không đủ số liệu đo đạc thực nghiệm, giảm chi phí cho phép tính toán, dự báo diễn biến tượng theo nhiều kịch giả định tương lai Trước đây, mô hình số trị mô nước dâng bão nhiều hạn chế số nguyên nhân: (1) thường mô phỏng, tính toán tượng riêng lẻ thủy triều, sóng, nước dâng bão; (2) lưới tính toán thô, không bao quát chi tiết địa hình ven bờ; (3) nhiều hiệu ứng ảnh hưởng tới nước dâng bão hệ phương trình bị bỏ qua Gần đây, nhờ hỗ trợ lý thuyết tính toán đại hệ thống máy tính tốc độ cao, loạt mô hình mô nước dâng bão đời như: mô hình thương mại Delft-3D, ike21, mô hình mã nguồn mở , S, ECC mô hình sóng dài phi tuyến nhiều cá nhân tự phát triển sử dụng lưới tam giác, lưới cong lưới lồng thực chi tiết cho vùng ven bờ Trong thực tế, sóng biển có vai trò đáng kể tới nước dâng tổng cộng bão, nhiên, phức tạp tượng nên thời gian đầu nước dâng sóng tính toán theo công thức giải tích Longuet-Higgins Stewart (1962, 1963, 1964) [52, 53, 54] ần đây, nước dâng sóng bão nghiên cứu mô hình số trị tích hợp như: Funakoshi nnk (2008) [36] kết hợp mô hình nước dâng bão ADCIRC mô hình sóng SWAN rằng, nước dâng sóng đóng góp từ 10-15% vào nước dâng tổng cộng bão; Chen nnk (2008) [28] kết hợp mô hình nước dâng bão mô hình sóng đưa kết luận rằng, bão atrina năm 2005 Hoa Kỳ, nước dâng hiệu ứng sóng ven bờ chiếm tới 80% mực nước dâng cực trị ảnh hưởng khác thủy triều, sóng bề mặt nước dâng gió đóng góp 20%; Sooyoul im nnk (2007) xây dựng mô hình nước dâng bão tích hợp thủy triều sóng biển (Surge Wave and Tide - SuW T) có thiết kế lưới lồng [46], mô hình áp dụng tính nước dâng bão vịnh Tosa - Nhật Bản cho kết phù hợp với số liệu đo đạc so với mô hình không tính đến nước dâng sóng [47, 48, 50] 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc Các nghiên cứu nước dâng bão Việt Nam thực từ lâu nhiều mô hình, công nghệ dự báo nước dâng bão nghiên cứu áp dụng phát triển Trước đây, hướng thống kê biểu đồ thường áp dụng nay, chủ yếu nghiên cứu nước dâng mô hình số trị theo hướng chính: tự xây dựng mô hình, nghiên cứu phát triển mô hình mã nguồn mở sử dụng mô hình thương mại nước Ngoài nghiên cứu thực luận án (Vũ Như Hoán, Đỗ Ngọc Quỳnh, Lê Trọng Đào, Bùi Xuân Thông, Đinh Văn ạnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Nguyễn Vũ Thắng, Nguyễn Xuân Hiển ), có nhiều nghiên cứu đề tài, công trình phục vụ tính toán, dự báo nước dâng bão Việt Nam [2, 4, 9, 10, 12-17, 20, 21, 24] Tuy nhiên, công trình nghiên cứu chủ yếu xét đến ảnh hưởng thủy triều, nước dâng sóng gần đề cập theo công thức thực nghiệm [6] Bên cạnh xây dựng mô hình, công nghệ phục vụ tính toán dự báo, gần nghiên cứu nguy nước dâng quan tâm, phương pháp Monte-Carlo áp dụng để xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê [12, 14, 22, 25, 30, 71] 1.3 Kết luận Chƣơng I Nước dâng bão tác động độ giảm áp ứng suất gió nước dâng sóng chiếm tỷ lệ đáng kể, nghiên cứu nước dâng bão cần thiết phải xét đến ảnh hưởng sóng Các nghiên cứu nước dâng sóng thực lâu giới, nhiên Việt Nam mẻ, hướng nghiên cứu mô hình số trị Từ đó, luận án xác định hướng nghiên sau: - Nghiên cứu nước dâng bão có xét đến ảnh hưởng thủy triều sóng biển mô hình số trị tích hợp - Đánh giá nước dâng bão giai đoạn 1951-2014 theo chu kỳ lặp nhiều năm cho vùng ven biển miền Trung từ Quảng Bình đến Quảng Nam CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ NƢỚC DÂNG TRONG BÃO 2.1 Mô hình tích hợp tính toán nƣớc dâng bão Luận án sử dụng mô hình tích hợp thủy triều, sóng biển nước dâng bão (SuWAT-Surge Wave and Tide) xây dựng đại học yoto Nhật Bản [46, 48, 49] gồm mô hình thành phần: mô hình thủy triều nước dâng mô hình sóng SWAN [66] Mô hình cho phép thiết lập số lớn miền tính lồng Hệ phương trình nước nông phi tuyến chiều mô thủy triều nước dâng bão có xét đến thành phần ứng suất xạ sóng mô tả sau:   t M x  N M     x x  d  y N  N      t y  d  x M   (2.1)  y     MN  gd   fN  P d d x w NM  d  gd y   fM   w x P d w y  w  Sx   bx  Fx   Ah    Sy   by  M x  N  Fy   Ah   x 2   (2.2) y   N  (2.3)  y    M Trong đó:  dao động mực nước bề mặt [m]; M, N: lưu lượng trung bình theo độ sâu hướng x y (m3/s); f : tham số Coriolis; P: áp suất khí (hPa); g: gia tốc trọng trường (m/s2); d: độ sâu tổng cộng d= +h (m); Ah : khuếch tán rối theo phương ngang;  w : mật độ nước (kg/m3); Fx , Fy : lực gây ứng suất xạ sóng (kg/ms2);  b ứng suất đáy (kg/ms2), tính theo công thức:  b   gn M d 7/3 M (2.4) n : hệ số nhám Manning (m/s1/3);  s : ứng suất bề mặt (kg/ms2) xác định sau:  s  a CD W10 W10 (2.12) Trong đó:  a : mật độ không khí (kg/m3); W10 : vận tốc gió trung bình độ cao 10m bề mặt biển (m/s); CD : hệ số kéo Trong trường hợp mô hình không xét đến sóng biển, hệ số CD tính theo mối liên hệ với vận tốc gió Honda itsuyasu (1980) sau [46]: (1.290  0.024W )  10 (W  8m / s )  (0.58  0.063W )  10 (W>8m/s) 3 CD 3 (2.13) Trong trường hợp mô hình có xét đến ảnh hưởng sóng, ứng suất bề mặt bao gồm ứng suất gió ứng suất sóng hệ số CD tính từ mô hình SW N theo mối liên hệ sau [65]: (2.19) Trong đó: u*: vận tốc ma sát; U(z): tốc độ gió độ cao z; z0: độ dài nhám; ze: độ dài nhám hiệu dụng Sự khác biệt hệ số CD thành phần xạ sóng bổ thịnh hành hướng Đông Bắc Bắc mùa đông, hướng Tây Nam Nam mùa hè Gió mạnh từ cấp trở lên chủ yếu xuất vào tháng mùa Đông vào thời gian bão, áp thấp nhiệt đới ( TNĐ) ảnh hưởng đến khu vực Sóng biển thịnh hành hướng Đông Đông Bắc, độ cao trung bình từ 1,0-1,5m, cực đại 3,04,0m mùa đông; hướng Nam Tây Nam, độ cao trung bình từ 1,0 - 1,1m, cực đại 2,0 - 3,0m mùa hè Thuỷ triều chủ yếu mang tính chất bán nhật triều không đều, riêng vùng Thuận An (Thừa Thiên - Huế) có tính chất bán nhật triều Mùa bão thường từ tháng VI-XII Trong giai đoạn 1951-2014, số lượng bão trung bình gần 0,7 cơn/năm có xu hướng giảm bão từ cấp 10 trở lên có xu hướng tăng, riêng bão mạnh từ cấp 12 trở lên chiếm 28,3% Bão đổ thường gây nước dâng lớn vùng biển thoáng, địa hình đáy nông thoải Đã có nhiều bão gây nước dâng lớn khu vực như: bão Cecil (10/1985) gây nước dâng cao 1,69m Thanh Khê - Quảng Bình, bão Becky (10/1990) 1.84m Thanh Khê - Quảng Bình, bão Xangsane (9/2006) 1,4m Sơn Trà - Đà Nẵng, bão Ketsena (9/2009) 1,6m Hội An Quảng Nam Trong khứ, nhiều bão mạnh gây nước dâng lớn nhiều không ghi nhận trạm đo điều kiện điều tra khảo sát, bão mạnh Harriet tháng 7/1971 với cấp gió cấp 14 đổ vào Quảng Trị, bão Tida tháng 9/1964 đổ vào Quảng Bình với cấp gió 12 3.2 Tƣơng tác thủy triều, sóng biển nƣớc dâng bão 3.2.1 Số liệu đầu vào cho mô hình Mô hình SuW T thiết kế lưới vuông lồng lớp: lưới Biển Đông (D1) từ 8o-22oN, 105o- 120oE, độ phân giải phút (khoảng 7,4 km); lưới khu vực (D2) từ 12o-18oN, 106o- 111oE, độ 11 phân giải phút (1.85km); lưới địa phương (D3), độ phân giải 0,5 phút (khoảng 925m), vị trí xác định cho bão cụ thể Dữ liệu địa hình lấy từ GEBCO (M ) số liệu đồ số địa hình đáy biển tỉ lệ 1/100.000 Tổng cục Biển Hải đảo Điều kiện biên lỏng: lưới Biển Đông sử dụng số điều hòa 16 sóng triều từ mô hình thủy triều toàn cầu, lưới khu vực địa phương sử dụng kết tính mực nước dòng chảy từ lưới thô Tại biên cứng áp dụng điều kiện phản xạ toàn phần 3.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 3.2.2.1 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình bão giải tích Mô hình bão giải tích kiểm chứng cho bão Usagi (8/2001), Xangsane (9/2006) Ketsena (9/2008) cho kết phù hợp với số liệu quan trắc, thí dụ minh họa cho trường hợp bão Xangsane Hình 3.11 35 20 990 15 980 970 10 Mô hình Quan trắc 960 Vận tốc gió (m/s) 25 1000 Trạm khí tượng Huế 1020 30 1010 30 1015 25 1010 20 1005 15 1000 10 995 990 985 9/29/06 12:00 9/30/06 0:00 9/30/06 12:00 10/1/06 0:00 10/1/06 12:00 9/29/06 0:00 Thời gian (giờ) 9/29/06 12:00 9/30/06 0:00 9/30/06 12:00 Thời gian (giờ) (a) (b) Hình 3.11 So sánh áp suất khí vận tốc gió tính toán quan trắc trạm Sơn Trà (a) trạm Huế (b) bão Xangsane tháng 9/2006 3.2.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định thủy triều Thủy triều dự tính từ số điều hòa số trạm hải văn sử dụng để hiệu chỉnh kiểm định để xác định hệ số nhám phù hợp Kết chọn hệ số nhám phù hợp n=0,020 cho vùng phía Bắc n=0,025 cho vùng Trung Nam 12 Vận tốc gió (m/s) Trạm hải văn Đà Nẵng Áp suất khí (millibar) Áp suất khí (millibar) 1020 (Hình 3.14) Tại trạm Sơn Trà sai số bình phương trung bình (RMSE) 4cm, sai số tuyệt đối lớn cm tháng 11/2014 (Hình 3.16(b)) Bộ hệ số nhám sử dụng tính toán sóng nước dâng bão nội dung 0.6 HSĐH n-0.020 n-0.025 n-0.028 Sơn Trà 0.2 4/7/2014 0:00 4/8/2014 0:00 4/9/2014 0:00 4/10/2014 0:00 -0.2 -0.4 -0.6 Mực nước (m) ực nước (m) 0.4 Hình 3.14 Hiệu chỉnh thủy triều với hệ số nhám Sơn Trà HSĐH Mô hình Sơn Trà 0.5 11/4/2014 0:00 11/9/2014 0:00 11/14/2014 0:00 11/19/2014 0:00 11/24/2014 0:00 11/29/2014 0:00 -0.5 -1 Thời gian (giờ) NASH=0.89 Thời gian (giờ) (b) Hình 3.16(b) Kiểm định thủy triều Sơn Trà tháng 11/2014 3.2.2.3 Kiểm định sóng biển ô hình kiểm định với số liệu quan trắc sóng trạm phao bão Wukong (9/2000) Usagi (8/2001) ết cho thấy, mô hình mô tương đối tốt biến đổi độ cao sóng theo thời gian, nhiên giá trị tính toán có thiên hướng thấp quan trắc (Hình 3.18) Hình 3.18 Dao động theo thời gian độ cao sóng có nghĩa trạm phao 01 bão Usagi (7/2000) trạm phao 02 bão Usagi (8/2001) 13 3.2.2.4 Tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão Tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão phân tích dựa kết tính toán thủy triều, nước dâng sóng biển bão Xangsane (9/2006) đổ vào Đà Nẵng a) Ảnh hưởng sóng biển tới nước dâng bão: Ảnh hưởng thủy triều sóng tới nước dâng bão phân tích theo phương án tính toán: không xét đến triều sóng biển; xét đến triều không xét đến sóng; xét đến sóng không xét đến thủy triều; xét đến đồng thời triều sóng Các phương án tính toán so với quan trắc trạm Sơn Trà cho thấy, ảnh hưởng thủy triều không đáng kể ảnh hưởng sóng biển đáng kể, chênh lệch trường hợp có không xét đến sóng lớn, khoảng 20-30 cm (Hình 3.20) Kết tính toán vị trí khác cho thấy, nước dâng sóng chiếm tỷ lệ đáng kể xét đến ảnh hưởng sóng, giá trị nước dâng gần với số liệu quan trắc trường hợp không xét đến ảnh hưởng sóng (Hình 3.21) Nước dâng (m) 1.6 Quan trắc 1.4 hông thủy triều sóng 1.2 Có thủy triều-không sóng 1.0 Nước dâng sóng hông có thủy triều-có sóng 0.8 Có thủy triều sóng 0.6 0.4 0.2 0.0 9/28/2006 19:12 -0.2 -0.4 9/29/2006 19:12 9/30/2006 19:12 10/1/2006 19:12 Thời gian (giờ) Hình 3.20 Dao động nước dâng bão trạm Sơn Trà theo phương án tính toán Hình 3.21 Nước dâng bão Xangsane (9/2006) vị trí Phân bố nước dâng lớn bão xét đến sóng tăng đáng kể phạm vi độ lớn Hình 3.22 14 Hình 3.22 Phân bố nước dâng bão lớn trường hợp không (a) có (b) tính đến nước dâng sóng Kiểm nghiệm nước dâng sóng trạm Sơn Trà tiến hành cho bão Ketsena (9/2009) bão Nari (10/2013) cho thấy, nước dâng sóng khoảng 25cm bão Ketsena, 20cm bão Nari (Hình 3.25) Hình 3.25 Dao động nước dâng trạm Sơn Trà bão etsena 9/2009 (a) Bão Nari 10/2013 (b) - trường hợp mô hình có không xét đến ảnh hưởng sóng Nghiên cứu ảnh hưởng thủy triều khu vực nghiên cứu sóng biển tới nước dâng bão thực với giả thiết bão có qu đạo cấp giống bão Xangsane (9/2006) đổ vào Quảng Bình Quảng Nam thời điểm thủy triều khác (đây vị trí có biên độ thủy triều lớn khu vực) Có thể nhận thấy: độ lớn nước dâng có xu hướng giảm không đáng kể mực nước triều tăng, nước dâng sóng có đóng 15 góp đáng kể, từ 20-35% nước dâng tổng cộng bão (Hình 3.27) 30 2.0 20 1.5 Xét đến sóng 1.0 10 hông xét đến sóng 0.5 Nước dâng (m) 2.5 40 2.0 30 1.5 20 1.0 Xét đến sóng hông xét đến sóng 0.5 0.0 -1 -0.5 0.5 ực triều (m) 10 hần trăm nước dâng sóng hần trăm nước dâng sóng 0.0 50 (b) 2.5 40 3.0 P(%) Nước dâng (m) 3.0 50 (a) 3.5 -1 P(%) 4.0 -0.5 ực triều (m) 0.5 Hình 3.1 Nước dâng bão ứng với mực triều khác cho trường hợp có không xét đến ảnh hưởng sóng tại: (a) Cửa Gianh (b) Tam Kỳ b) Ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão tới sóng biển đánh giá qua khác biệt trường hợp tính sóng mực nước trung bình thủy triều nước dâng bão Kết tính sóng trạm Sơn Trà bão Xangsane (9/2006) cho thấy, hiệu ứng thủy triều nước dâng bão làm tăng độ cao sóng bão, khu vực sóng lớn quanh tâm bão khu vực ven bờ độ sâu tăng đáng kể thủy triều nước dâng bão Hình 3.28 Phân bố độ cao lớn sóng có nghĩa (Hsig.) cho trường hợp mô hình có (a) không (b) tính đến tương tác với thủy triều nước dâng bão Nhận định kiểm chứng thêm phân tích biến 16 trình độ cao sóng có nghĩa theo thời gian hai vị trí có độ sâu khác gần trạm hải văn Sơn Trà: vị trí gần bờ có độ sâu 6,5m vị trí xa bờ có độ sâu 35,0m (Hình 3.29) Chênh lệch độ cao sóng lớn hai trường hợp vị trí gần bờ gần 1,0m, vị trí xa bờ 0,3m, xuất thời điểm độ cao sóng đạt cực đại, lúc mực nước biển dâng cao Sự chênh lệch tượng sóng vỡ truyền vào vùng nước nông không xảy độ sâu biển tăng đáng kể thủy triều nước dâng bão 10 10 Vị trí gần bờ (a) Hsig - Trên mực nước trung bình Hsig - Trên mực nước trung bình Hsig - Trên thủy triều nước dâng bão ực nước Hsig - Trên thủy triều nước dâng bão 2 0 9/29/2006 0:00 -2 (b) Độ cao (m) Độ cao (m) Vị trí xa bờ 9/29/2006 19:12 9/30/2006 14:24 10/1/2006 9:369/29/2006 0:00 Thời gian (giờ) 9/29/2006 19:12 -2 9/30/2006 14:24 10/1/2006 9:36 Thời gian (giờ) Hình 3.29 Dao động theo thời gian độ cao sóng có nghĩa, mực nước tổng cộng bão Sơn Trà, (a) vị trí gần bờ, (b) vị trí xa bờ 3.3 Phân tích đánh giá nƣớc dâng bão Do ảnh hưởng thủy triều tới nước dâng bão không đáng kể, nước dâng sóng chiếm phần đáng kể, vậy, tính toán nước dâng xét đến ảnh hưởng sóng biển ết tính nước dâng bão có khả gây nước dâng khu vực giai đoạn 1951-2014 cho thấy có nhiều bão mạnh gây nước dâng lớn khu vực, bão Cecil (10/1985), Betty (8/1987), Xangsane (9/2006), etsena (9/2009) gây nước dâng lớn 2,0m, lớn tới 4,1m Cửa Việt bão Harriet cấp 14 (7/1971) Thống kê chung kết tính toán cho thấy, nước dâng lớn đạt 2,5m Quảng Nam, 3,0m Huế Đà Nẵng, lớn 17 4,1m Quảng Trị (Hình 3.33, 3.34) Nước dâng bão (m) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 Quảng Bình Quảng Trị Huế Đà Nẵng Quảng Nam Tỉnh Hình 3.33 Phân bố nước dâng lớn dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam giai đoạn 1951-2014 Hình 3.34 Nước dâng lớn tỉnh giai đoạn 1951-2014 3.4 Nguy bão nƣớc dâng bão Tập hợp bão phát sinh thống kê (bão giả) 1.000 năm xây dựng dựa số liệu bão lịch sử từ 1951-2014 Số lượng bão giả theo cấp bão đổ vào tỉnh thống kê Bảng 3.8 Theo đó, Quảng Bình nơi có nhiều bão đổ với 290 Bão có khả gây nước dâng đáng kể (trên cấp 10) chiếm 30%, riêng bão có cường độ mạnh cấp 13 10 cơn, có mạnh cấp 15 đổ vào dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam 1.000 năm Bảng 3.8 Thống kê số / tần suất (%) bão giả định theo cấp bão khu vực Quảng Bình - Quảng Nam Khu vực bão đổ Cấp bão (Bô pho) Quảng Bình Quảng Trị TT-Huế Đà Nẵng Quảng Nam Áp thấp nhiệt đới 76 /8.9% 29/3.4% 21/2.5% 65/7.6% 43/5.0% 69/8.1% 29/2.7% 21/2.5% 39/4.6% 48/5.6% 62/7.2% 29 /3.4% 15/1.8% 36/4.2% 30/3.5% 10 24/2.8% 11/1.3% 13/1.5% 5/0.6% 16/1.9% 18 Khu vực bão đổ Cấp bão (Bô pho) Quảng Bình Quảng Trị TT-Huế Đà Nẵng Quảng Nam 11 23/2.7% 8/0.9% 3/0.4% 11/1.3% 14/1.6% 12 33./3.9% 28/3.3% 9/1.1% 21/2.5% 22/2.6% 13-14 21/0.2% 1/0.1% - 2/0.2% 2/0.2% >15 1/0.1% - - 1/0.1% 1/0.1% Tổng 290/33.8% 129/15.1% 82/9.6% 180/21.0% 176/20.5% Tất bão giả từ cấp trở lên (624 cơn) tập hợp bão phát sinh thống kê đổ vào vùng nghiên cứu sử dụng để tính toán nước dâng Ngoài ra, bão thường có xu hướng gây nước dâng cao phía bên phải vị trí bão đổ nên số bão có tâm đổ vào Quảng Ngãi (42 cơn) không nằm khu vực nghiên cứu, có khả gây nước dâng lựa chọn để tính toán iá trị nước dâng theo chu kỳ lặp lại ( eturn eriod) 5, 10, 20, 50, 100 200 năm xác định từ hàm phân bố thống kê tương ứng sau [13]: H  inv ( F ( PH )) Trong đó: H - giá trị nước dâng bão; F - hàm phân bố xác suất; PH - xác suất phân bố (cummulative probability) H; P suất đảm bảo năm: P  PH t , t - khoảng thời1gian trung bình (năm) số liệu; inv - hàm ngược F: Tr  P với Tr chu kỳ lặp lại (hồi kỳ) P - suất đảm bảo theo năm Phân bố nước dâng bão lớn ứng với chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 200 năm thể Hình 3.39 cho thấy, phân bố không hẳn theo xu chung từ Bắc vào Nam Những khu vực có suất bảo đảm độ lớn nước dâng lớn bắc Quảng Bình, Quảng Trị, Huế vịnh Đà Nẵng Nước dâng Quảng Trị lớn nhất, với chu kỳ lặp 100 200 năm đạt đến 4.6 5.4m 19 (f) (e) Hình 3.39 Nước dâng bão theo suất đảm bảo năm: (e) 100 năm, (f) 200 năm Trên Hình 3.40 kết tính nước dâng theo chu kỳ lặp vị trí Cửa ianh Nhật Lê (Quảng Bình), Cửa Việt (Quảng Trị), Thuận n (Huế), vịnh Đà Nẵng (Đà Nẵng), Tam ỳ Hội n (Quảng Nam) Theo đó, Cửa Việt nơi có trị số nước dâng theo chu kỳ lặp lớn 4.6 5.2m, tương ứng với 100 200 năm, nhỏ Hội n 100 200 năm xuất nước dâng tương ứng 2,7 3,0m 6.0 5.0 H (m) 4.0 3.0 2.0 1.0 Cửa ianh Nhật Lệ Cửa Việt Thuận n V Đà Nẵng Hội n Tam ỳ 0.0 50 100 Chu kỳ lặp (năm) 150 200 Hình 3.40 hân bố nước dâng bão lớn theo chu kỳ lặp 3.5 Đề xuất yêu cầu công nghệ tính toán, dự báo nƣớc dâng sóng bão vùng ven biển miền Trung (1) Trong tính toán dự báo nghiệp vụ nước dâng bão 20 khu vực, cần sử dụng mô hình tích hợp nước dâng bão sóng biển (2) Khi tính sóng bão cần thiết phải tính đến ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão (3) Trong tính toán dự báo nước dâng bão cần phải xem xét đến kịch dự báo bão theo sai số dự báo 3.6 Kết luận Chƣơng III - Tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão phân tích, đánh giá dựa kết mô hình tích hợp SuWAT - Đã tính toán đánh giá nước dâng bão thực tế giai đoạn 1951-2014 khu vực nghiên cứu - Trên sở số liệu bão lịch sử xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê 1.000 năm khu vực nghiên cứu - Đã xây dựng đồ phân bố nước dâng theo chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 200 năm khu vực nghiên cứu - Đề xuất yêu cầu công nghệ tính toán, dự báo nước dâng sóng bão cho khu vực ven biển miền Trung nhằm nâng cao độ xác kết tính toán, dự báo 21 KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Trong Luận án này, mô hình số trị tích hợp thủy triều, sóng biển nước dâng bão (mô hình SuW T) nghiên cứu, ứng dụng cho điều kiện Việt Nam Sau đánh giá đầy đủ tương tác thủy triều, sóng biển nước dâng bão, mô hình áp dụng để tính nước dâng bão thực tế đổ vào khu vực nghiên cứu giai đoạn 1951-2014 tập hợp bão phát sinh thống kê 1.000 năm ột số kết nghiên cứu tóm tắt sau: Mô hình SuWAT sau hiệu chỉnh cho kết tương đối tốt tính toán thủy triều sóng biển vị trí ven bờ Việt Nam Vùng ven biển miền Trung từ Quảng Bình đến Quảng Nam có biên độ thủy triều nhỏ nên ảnh hưởng thủy triều tới nước dâng bão không đáng kể Chính vậy, tính toán nước dâng bão dự báo nghiệp vụ, không cần thiết phải tính đồng thời với thủy triều nhằm tiết kiệm thời gian tính toán đảm bảo độ tin cậy Nước dâng sóng có đóng góp đáng kể, số trường hợp chiếm tới 35% nước dâng tổng cộng bão hi xét đến ảnh hưởng sóng biển, kết tính nước dâng cho kết phù hợp với số liệu thực tế so với trường hợp không xét đến ảnh hưởng sóng Do đó, tính toán nước dâng bão dự báo nghiệp vụ, việc xem xét đến nước dâng sóng cần thiết nhằm nâng cao độ xác kết Tương tác thủy triều nước dâng bão làm thay đổi độ cao sóng khu vực sóng lớn quanh tâm bão 22 khu vực nước nông ven bờ thay đổi trường độ cao mực nước dòng chảy so với trường hợp không xét đến ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão Sự thay đổi không đáng kể khu vực sóng nhỏ độ sâu biển lớn nhiều so với thay đổi mực nước biển thủy triều nước dâng bão Vì vậy, tính toán sóng biển (bao gồm dự báo nghiệp vụ) cần thiết phải tính đến ảnh hưởng thủy triều nước dâng bão Kết tính nước dâng bão giai đoạn 1951-2014 khu vực nghiên cứu cho thấy, nước dâng bão có độ lớn 2,0m chủ yếu tập trung ven biển từ Đà Nẵng đến Quảng Bình, khu vực có nước dâng 3,0 m xuất ven biển tỉnh Quảng Trị Huế, đặc biệt có lần nước dâng bão lên tới 4,1m Quảng Trị bão Harriet -7/1971 Kết từ tập hợp bão phát sinh thống kê 1.000 năm cho thấy: khu vực ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam có tần suất bão hướng Đông chiếm ưu Theo cấp bão, tần suất bão cấp 10 (có khả gây nước dâng đáng kể) chiếm 30%, bão cấp 12 có tần suất lớn (15.2%) bão cấp 12 có tần suất 1.2% Kết tính nước dâng từ tập hợp bão phát sinh thống kê xây dựng đồ phân bố nước dâng theo chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 200 năm hân bố nước dâng bão theo chu kỳ lặp không hẳn theo xu chung từ Bắc vào Nam nước dâng theo chu kỳ lặp 100 200 năm Quảng Trị lớn khu vực nghiên cứu, đạt đến 4,6 5,4m tương ứng Trên sở nghiên cứu nước dâng bão sóng biển đề xuất yêu cầu công nghệ tính toán, dự báo nước dâng sóng bão cho khu vực ven biển miền Trung nhằm nâng cao độ xác kết tính toán, dự báo 23 B Kiến nghị Tương tác thủy triều sóng biển nước dâng bão cần tiếp tục nghiên cứu, đánh giá cho khu vực ven biển Việt Nam khác, nơi có biên độ thủy triều lớn Trong nghiên cứu này, nước dâng bão dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam nghiên cứu đánh giá đầy đủ chi tiết, nhiên cần triển khai nghiên cứu khu vực có nguy bão nước dâng bão cao thời gian tới để có sở khoa học xây dựng phương án ứng phó với nước dâng bão mạnh siêu bão Cần nghiên cứu, đánh giá nguy ngập lụt vùng ven bờ ảnh hưởng nước dâng bão kết hợp với thủy triều sóng biển 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ L ÊN QU N ĐẾN LUẬN ÁN Trần Hồng Thái, Hoàng Đức Cường, Đỗ Đình Chiến, Nguyễn Xuân Hiển (2012), Thiên tai có nguồn gốc khí tượng thủy văn biển Việt Nam số giải pháp phòng tránh, khắc phục hậu quả, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội Tập 28(3S), tr.136-145 Nguyen Ba Thuy, Vu Hai Đang, Do Dinh Chien, Nguyen Thanh Trang, Nguyen Manh Dung (2013), Numerical analysis of the risk of anomalous water level in Habor, The 14th Asian Congress of Fluid Mechanics - 14ACFM, pp 971-977 Đỗ Đình Chiến, hùng Đăng Hiếu, Dư Văn Toán, Nguyễn Thọ Sáo (2003), Mô nước dâng bão kết hợp với thủy triều khu vực ven bờ Thừa Thiên- Huế, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội Tập 29(1S), tr.16-26 Đỗ Đình Chiến, Nguyễn Bá Thủy, Nguyễn Thọ Sáo, Vũ Hải Đăng, Nguyễn Thanh Trang (2013), Nghiên cứu nguy mực nước dâng dị thường cảng biển mô hình số trị, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội Tập 29(1S), tr.27-34 Nguyễn Bá Thủy, Đỗ Đình Chiến, Vũ Hải Đăng (2013), Nghiên cứu chế sóng lan truyền qua rừng phòng hộ với đặc trưng phân bố khác nhau, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội Tập 29(1S), tr.160167 Nguyễn Bá Thủy, Hoàng Đức Cường, Dư Đức Tiến, Đỗ Đình Chiến, Sooyoul im (2014), Đánh giá diễn biến nước biển dâng bão số năm 2014 vấn đề dự báo, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, (647), tr.1418 Đỗ Đình Chiến, Nguyễn Bá Thủy, Nguyễn Thọ Sáo, Trần Hồng Thái, Sooyoul Kim (2014), Nghiên cứu tương tác sóng nước dâng bão mô hình số trị, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, (647), tr.19-24 Đỗ Đình Chiến, Trần Sơn Tùng, Nguyễn Bá Thủy, Trịnh Thị Tâm, Sooyoul Kim (2014), Một số kết tính toán thủy triều, sóng biển nước dâng bão mô hình SuWAT Việt Nam, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng, Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu (ISBN: 978-604-904-248-5), Nxb Tài nguyên - ôi trường Bản đồ Việt Nam, Hà Nội, (XVII), tr.339-344 Đỗ Đình Chiến, Trần Hồng Thái, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn Bá Thủy (2015), Nghiên cứu đánh giá nước dâng bão khu vực ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, (654), tr.34-39 10.Đỗ Đình Chiến, Nguyễn Thọ Sáo, Trần Hồng Thái, Nguyễn Bá Thủy (2015), Ảnh hưởng thủy triều sóng biển tới nước dâng bão khu vực ven biển Quảng Bình - Quảng Nam, Tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội Tập ( ), tr (đang chờ đăng) 25 [...]... đầy đủ và chi tiết, tuy nhiên cần triển khai nghiên cứu tại những khu vực có nguy cơ bão và nước dâng trong bão cao trong thời gian tới để có cơ sở khoa học xây dựng các phương án ứng phó với nước dâng trong bão mạnh và siêu bão 3 Cần nghiên cứu, đánh giá nguy cơ ngập lụt vùng ven bờ do ảnh hưởng của nước dâng trong bão kết hợp với thủy triều và sóng biển 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ... trong bão cho khu vực ven biển miền Trung nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả tính toán, dự báo 23 B Kiến nghị 1 Tương tác giữa thủy triều sóng biển và nước dâng trong bão cần tiếp tục nghiên cứu, đánh giá cho các khu vực ven biển Việt Nam khác, nhất là nơi có biên độ thủy triều lớn 2 Trong nghiên cứu này, nước dâng trong bão tại dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam đã được nghiên cứu đánh giá. .. CHƢƠNG III PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ NƢỚC DÂNG TRONG BÃO KHU VỰC VEN BIỂN MIỀN TRUNG 3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu có bờ biển trải dài theo hướng Tây Bắc Đông Nam, phía Tây chủ yếu là những dãy núi dọc bờ, phía Đông tiếp giáp biển Đông và là dải đất hẹp nhất nước ta Địa hình khu vực được chia thành các vùng chính: núi cao, đồi và trung du, đồng bằng, bãi cát và cồn cát ven biển bị chia cắt... tác thủy triều, sóng biển và nước dâng trong bão Tương tác giữa thủy triều, sóng biển và nước dâng trong bão được phân tích dựa trên kết quả tính toán thủy triều, nước dâng và sóng biển trong bão Xangsane (9/2006) đổ bộ vào Đà Nẵng a) Ảnh hưởng của sóng biển tới nước dâng trong bão: Ảnh hưởng của thủy triều và sóng tới nước dâng bão được phân tích theo các phương án tính toán: không xét đến triều và. .. nước dâng trong bão tại 20 khu vực, cần sử dụng mô hình tích hợp nước dâng bão và sóng biển (2) Khi tính sóng trong bão cần thiết phải tính đến ảnh hưởng của thủy triều và nước dâng bão (3) Trong tính toán dự báo nước dâng trong bão cần phải xem xét đến các kịch bản dự báo bão theo các sai số dự báo 3.6 Kết luận Chƣơng III - Tương tác giữa thủy triều, sóng biển và nước dâng trong bão được phân tích, đánh. .. tích, đánh giá dựa trên kết quả mô hình tích hợp SuWAT - Đã tính toán và đánh giá nước dâng trong các cơn bão thực tế giai đoạn 1951-2014 tại khu vực nghiên cứu - Trên cơ sở số liệu bão lịch sử đã xây dựng được tập hợp bão phát sinh thống kê trong 1.000 năm tại khu vực nghiên cứu - Đã xây dựng được bản đồ phân bố nước dâng theo các chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 và 200 năm tại khu vực nghiên cứu - Đề... thiết phải tính đến ảnh hưởng của thủy triều và nước dâng trong bão 5 Kết quả tính nước dâng trong bão giai đoạn 1951-2014 tại khu vực nghiên cứu cho thấy, nước dâng trong bão có độ lớn trên 2,0m chủ yếu tập trung ở ven biển từ Đà Nẵng đến Quảng Bình, khu vực có nước dâng trên 3,0 m đã xuất hiện tại ven biển tỉnh Quảng Trị và Huế, đặc biệt có một lần nước dâng bão lên tới 4,1m tại Quảng Trị trong bão Harriet... hành cho bão Ketsena (9/2009) và bão Nari (10/2013) cho thấy, nước dâng do sóng khoảng 25cm trong bão Ketsena, 20cm trong bão Nari (Hình 3.25) Hình 3.25 Dao động của nước dâng tại trạm Sơn Trà trong bão etsena 9/2009 (a) và Bão Nari 10/2013 (b) - trường hợp mô hình có và không xét đến ảnh hưởng của sóng Nghiên cứu ảnh hưởng của thủy triều khu vực nghiên cứu và sóng biển tới nước dâng trong bão được... nước dâng theo các chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 và 200 năm hân bố nước dâng trong bão theo các chu kỳ lặp không hẳn theo một xu thế chung từ Bắc vào Nam và nước dâng theo chu kỳ lặp 100 và 200 năm ở Quảng Trị lớn nhất trong khu vực nghiên cứu, đạt đến 4,6 và 5,4m tương ứng 7 Trên cơ sở nghiên cứu về nước dâng trong bão và sóng biển đã đề xuất yêu cầu về công nghệ tính toán, dự báo nước dâng và sóng... nghệ tính toán, dự báo nước dâng và sóng trong bão cho khu vực ven biển miền Trung nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả tính toán, dự báo 21 KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Trong Luận án này, mô hình số trị tích hợp thủy triều, sóng biển và nước dâng trong bão (mô hình SuW T) đã được nghiên cứu, ứng dụng cho điều kiện của Việt Nam Sau khi đánh giá đầy đủ tương tác thủy triều, sóng biển và nước dâng