1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đào Ngọc Mai NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BIỂN VỚI CÁC THAM SỐ BÃO VÙNG BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đào Ngọc Mai NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BIỂN VỚI CÁC THAM SỐ BÃO VÙNG BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải Dương học Mã số: 60440228 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Văn Huấn Hà Nội – Năm 2014 3 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG 4 DANH MỤC CÁC HÌNH 6 MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 9 1.1 Đặt vấn đề 9 1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 11 1.3 Lựa chọn khu vực nghiên cứu 15 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 Loại trừ thủy triều 21 2.2 Phương pháp hồi quy tuyến tính 24 2.2.1 Phương pháp hồi quy tuyến tính một biến 24 2.2.2 Phương pháp hồi quy tuyến tính nhiều biến 25 2.3 Hệ số tương quan 26 CHƯƠNG 3 – CƠ SỞ DỮ LIỆU 28 3.1 Cơ sở dữ liệu mực nước 28 3.2 Cơ sở dữ liệu về bão 34 CHƯƠNG 4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỐI LIÊN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BỜ VỚI CÁC THAM SỐ BÃO 38 4.1 Khái quát về mô tả định tính đợt nước dâng rút và cơn bão liên quan 38 4.2 Mối liên hệ giữa nước dâng và khoảng cách từ tâm bão đến trạm Hòn Dấu44 4.3 Mối liên hệ giữa mực nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu với áp suất tại tâm bão 53 4.4 Phân tích hồi quy tuyến tính giữa nước dâng cực đại, nước dâng trung bình tại trạm quan trắc ven bờ với các tham số bão 56 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Số lượng các cơn bão hay áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào các đoạn bờ Việt Nam (1960-2009) 16 Bảng 2.1: Tổng hợp các phương pháp phân tích thủy triều 22 Bảng 2.2: Ma trận tương quan giữa các yếu tố nhiệt độ nước biển , nhiệt độ không khí , độ ẩm tuyệt đối  , độ ẩm tương đối  và khí áp  của trạm Hòn Dấu năm 1980 27 Bảng 3.1: Tình hình số liệu quan trắc mực nước tại các trạm khu vực vịnh Bắc Bộ 28 Bảng 3.2: Trích file kết quả thống kê các cơn bão liên quan đến các đợt nước dâng tại trạm Hòn Dấu 30 Bảng 3.3: Trích file kết quả thống kê các cơn bão liên quan đến các đợt nước rút tại trạm Hòn Dấu 31 Bảng 3.4: Số đợt nước dâng theo cấp độ tại trạm Hòn Dấu (1980-2012) 32 Bảng 3.5: Số đợt nước rút theo cấp độ tại trạm Hòn Dấu (1980-2012) 32 Bảng 3.6: Số đợt nước dâng theo cấp độ tại trạm Hòn Ngư (1980-2008) 33 Bảng 3.7: Số đợt nước rút theo cấp độ tại trạm Hòn Ngư (1980-2008) 33 Bảng 3.8: Trích file số liệu cơn bão thứ 89 trong số các cơn bão tương ứng với các đợt nước dâng rút tại trạm Hòn Dấu 35 Bảng 3.9: Trích file số liệu cơn bão không có thông tin về áp suất cực tiểu và tên bão, chỉ có mỗi đặc trưng về tốc độ gió cực đại 35 Bảng 3.10: Số lượng bão và áp thấp nhiệt đới theo từng năm (1980-2009) 36 Bảng 3.11: Số cơn bão mạnh từng năm (1980-2009) 37 Bảng 4.1: Các đợt nước dâng, rút tại hai trạm Hòn Dấu và Hòn Ngư 43 Bảng 4.2: File số liệu đầu vào cơn bão Charlotte (19/9/1962) 46 5 Bảng 4.3: Kết quả đồng hóa nước dâng trạm Hòn Dấu với khoảng cách d i tính được từ tâm cơn bão Charlotte (19/9/1962) đến trạm quan trắc 47 Bảng 4.4: Kết quả đồng hóa nước dâng trạm Hòn Dấu với khoảng cách d i tính được từ tâm cơn bão Jane (12/7/1971) đến trạm quan trắc 50 Bảng 4.5: Các cơn bão thỏa mãn các điều kiện thống kê 53 Bảng 4.6: Kết quả thống kê giá trị nước dâng cực đại và áp suất tại tâm bão tương ứng với từng cơn bão đã được chọn 54 Bảng 4.7: Giá trị các tham số bão tương ứng với mực nước dâng tại trạm Hòn Ngư (1980-2008) 58 Bảng 4.8: Giá trị các tham số bão tương ứng với mực nước rút tại trạm Hòn Ngư (1980-2008) 59 Bảng 4.9: Giá trị các tham số bão tương ứng với mực nước rút tại trạm Hòn Dấu (1980-2012) 59 Bảng 4.10: Giá trị các tham số bão tương ứng với mực nước dâng tại trạm Hòn Dấu (1980-2012) 60 Bảng 4.11: Ma trận tương quan các tham số trạm Hòn Ngư (nước dâng) 61 Bảng 4.12: Ma trận tương quan các tham số trạm Hòn Ngư (nước rút) 61 Bảng 4.13: Ma trận tương quan các tham số trạm Hòn Dấu (nước dâng) 61 Bảng 4.14: Ma trận tương quan các tham số trạm Hòn Dấu (nước rút) 61 6 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình1.1: Quan hệ giữa độ cao nước dâng tại trạm Hòn Dấu và cấp gió bão tại điểm (105°48', 19°30') 15 Hình 1.2: Mô tả khu vực nghiên cứu 18 Hình 3.1: Vị trí các trạm mực nước khu vực vịnh Bắc Bộ 28 Hình 4.1: Đợt nước dâng ngày 23-25/8/1996 tại trạm Hòn Dấu 38 Hình 4.2: Đường đi của cơn bão ứng với đợt nước dâng ngày 23-25/8/1996 tại trạm Hòn Dấu 39 Hình 4.3: Đợt nước dâng ngày 26-31/8/1990 tại trạm Hòn Ngư 39 Hình 4.4: Đường đi cơn bão ứng với đợt nước dâng lớn nhất tại trạm Hòn Ngư 40 Hình 4.5: Đợt nước rút ngày 07-12/11/1990 tại trạm Hòn Dấu 40 Hình 4.6: Đường đi của cơn bão ứng với đợt nước rút lớn nhất vào ngày 18/05/2007 tại trạm Hòn Dấu 41 Hình 4.7: Đợt nước rút ngày 16-21/05/2007 tại trạm Hòn Ngư 42 Hình 4.8: Đường đi cơn bão ứng với đợt nước rút lớn nhất tại trạm Hòn Ngư 42 Hình 4.9: Vị trí xuất hiện nước dâng cực đại 44 Hình 4.10: Mối liên hệ bậc cao giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão tới trạm Hòn Dấu trong cơn bão Charlotte năm 1962 48 Hình 4.11: Mối liên hệ bậc hai giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão tới trạm Hòn Dấu trong cơn bão Charlotte năm 1962 49 7 Hình 4.12: Mối liên hệ bậc cao giữa nước dâng tại trạm Hòn Dấu với khoảng cách từ tâm cơn bão Jane đến trạm quan trắc năm 1971 51 Hình 4.13: Mối liên hệ tuyến tính bậc nhất giữa nước dâng với khoảng cách từ tâm bão đến trạm quan trắc trong cơn bão Jane năm 1971 52 Hình 4.14: Mối liên hệ giữa nước dâng cực đại tại trạm Hòn Dấu và áp suất tại tâm 55 Hình 4.15: Nước dâng cực đại thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Ngư 62 Hình 4.16: Nước dâng trung bình thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Ngư 63 Hình 4.17: Nước rút cực đại thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Ngư 63 Hình 4.18: Nước rút trung bình thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Ngư 64 Hình 4.19: Nước dâng cực đại thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Dấu 65 Hình 4.20: Nước dâng trung bình thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Dấu 66 Hình 4.21: Nước rút cực đại thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Dấu 66 Hình 4.22: Nước rút trung bình thực đo (liền nét) và tính toán (gạch nối) trạm Hòn Dấu 67 8 MỞ ĐẦU Bão là một hiện tượng thời tiết cực đoan có ảnh hưởng rất lớn tới đời sống kinh tế, xã hội của những khu vực ven biển hoặc những hoạt động kinh tế trên biển. Điều này đã được minh chứng qua rất nhiều các con số thống kê, qua các nghiên cứu về bão tại Việt Nam cũng như trên toàn thế giới. Cơ chế phá hoại của bão đối với vùng đất liền chủ yếu do tác động của gió thổi làm hư hại cơ sở vật chất nhà cửa, đường xá…. Còn đối với vùng ngập nước, cơ chế phá hại có phần phức tạp hơn vì ngoài gió còn các yếu tố độc lực khác như sóng, dòng chảy và mực nước. Trong luận văn này, tác giả quan tâm tới dao động mực nước trong bão. Với cách tư duy đơn giản, có thể nhận định gió trong bão là nguyên nhân gây ra hiện tượng nước dâng hoặc rút. Nhưng mối quan hệ này được thể hiện như thế nào? Các tham số liên quan là những tham số nào? Và nếu thực sự tồn tại các mối quan hệ đó, thì ứng dụng của chúng có thể tới đâu trong thực tế? Đó là những câu hỏi mà luận văn này sẽ có nhiệm vụ trả lời. Việc nghiên cứu hiện tượng nước dâng trong bão cũng đã từng được đề cập tới rất nhiều tại Việt Nam và phương pháp thường dùng là sử dụng mô hình số. Phương pháp này có ưu điểm là có thể mô phỏng trên diện rộng, thể hiện được bức tranh tổng thể chung nhất. Tuy nhiên, mức độ chính xác còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chủ quan và khách quan khác. Và đặc biệt tính địa phương cho từng khu vực rất khó được thể hiện qua các tham số của mô hình. Trong luận văn này, dựa trên cơ sở dữ liệu thu thập được tác giả sẽ sử dụng phương pháp thống kê để lập các mối quan hệ thực nghiệm giữa các tham số, và chính hệ số của mỗi mối quan hệ lập được sẽ là một tham số địa phương đặc trưng cho khu vực nghiên cứu cụ thể là Vịnh Bắc Bộ, và từ đó hướng tới dự báo được nước dâng theo thông tin bão. 9 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề Nước dâng do bão là một hiện tượng tự nhiên rất nguy hiểm đối với tính mạng và tài sản của các nước ven biển có bão đổ bộ. Trên thế giới nhiều nơi bị ảnh hưởng rất nặng của bão như vùng vịnh Bengal, đặc biệt là Bangladet (2 lần nước dâng trong 2 năm 1970 và 1990 cao hơn 7m, đã làm hơn 400.000 người thiệt mạng), vùng biển Caribe (nước dâng cao nhất đã ghi được là 8m, trận nước dâng do bão FLORA, 5.000 người thiệt mạng), Mỹ (đã chịu trận nước dâng lớn đến 7,4 m), các nước ven bờ biển Bắc cũng đã chịu hậu quả nghiêm trọng của các trận nước dâng 1916, 1953, 1962, 1976 (trong các cơn bão 1953 ở Hà Lan 1.400 người chết, ở Anh 300 người chết). Nhật Bản, Triều Tiên, Trung Quốc cũng chịu hậu quả nước dâng do bão rất nặng nề (mực nước dâng cao nhất tương ứng là 3,6 m; 5,2 m; 3,2 m ). Còn ở nước ta, nước dâng do bão ghi được trong lịch sử như sau:  Năm 1904 bão gây ra nước dâng lớn nhất ở Mỹ Tho làm chết 5.000 người.  Năm 1955, 1990 và 1996 ở Hải Phòng, 1982 ở Nghệ Tĩnh bão làm nước tràn qua đê, gây ngập lụt, phá hủy cầu cống, ruộng lúa và các công trình khác.  Năm 1985 cơn bão Cencil ở Huế - Bình Trị Thiên cũ, dâng nước, làm chết gần 1000 người, …  Năm 1989 nước dâng bão làm chết 352 người, mất tích 600 người.  Năm 1990 nước dâng bão làm chết 356 người  Thống kê thiệt hại trực tiếp đối với các tỉnh vùng ven biển chịu ảnh hưởng của cơn bão số 7 (Damrey, 27/10/ 2005) :  Thiệt hại vật chất do cơn bão gây ra rất nặng nề, tới 1.797 tỷ đồng.  Thanh Hoá bị bão số 7 tàn phá, làm thiệt hại tới 747 tỷ đồng. Sơ tán trên 80.000 dân trước khi bão ập đến, 1 người chết, 5 người bị thương. Toàn tỉnh có 3.500 ngôi nhà bị kéo sập, 72.000 nhà khác bị hư hỏng nặng. 117 10 phòng của bệnh viện, trạm xá bị đổ, hơn 1.310 phòng học hư hại, 71.600 ha lúa đang thời kỳ trổ đòng bị chìm nước.  Tại Nam Định, số thiệt hại lên 517 tỷ đồng. Gần 4.000 ngôi nhà bị ngập, hư hại, 80.000 m3 đất đá của hệ thống thủy lợi bị sạt lở, 8.000 ha ao hồ nuôi thủy sản bị ngập và hư hỏng.  Tại các tỉnh ven biển còn lại, tỉnh Quảng Ninh là 38 tỷ đồng, Hải Phòng 53 tỷ đồng, Thái Bình 178 tỷ đồng, Ninh Bình 150 tỷ đồng, Nghệ An 48 tỷ đồng. Khi thiết kế các loại công trình biển và nhất là công trình ven bờ như các công trình quai đê, lấn biển, xây dựng đê đập, cầu cảng, dàn khoan, kho bãi…người ta phải tính đến độ cao cần thiết, trong đó có mực nước dâng do bão. Khi xây dựng kế hoạch phòng tránh người ta phải biết được các đặc trưng khác như về quá trình nước dâng rút, thời điểm, địa điểm xảy ra nước dâng, rút cực trị. Do vậy cần phải nghiên cứu đưa ra các đặc trưng chế độ và dự báo hiện tượng nước dâng, rút cho từng cơn bão cụ thể. Chính vì thế, nắm biết được mối liên hệ giữa nước dâng với các tham số bão sẽ giúp ích rất nhiều trong việc tính toán và thiết kế các loại công trình biển này. Trị số nước dâng do bão nói chung và trị số nước dâng cực đại do bão gây ra nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cường độ gió bão, hướng gió bão tác động, tốc độ di chuyển của bão, mức độ giảm khí áp ở tâm bão và độ sâu vùng biển bão tới… Với cùng những điều kiện như nhau, nhưng ngay trước khi bão đổ bộ, bão di chuyển với tốc độ nhanh chậm khác nhau sẽ gây ra những trị số nước dâng cực đại lúc bão đổ bộ khác nhau. Hay việc bão di chuyển theo các hướng khác nhau thì cũng sẽ gây ra những hướng gió khác nhau và trị số nước dâng cực đại khác nhau. Ở vùng ven biển Việt Nam gió bão có thể có cường độ tới cấp 11, 12, hoặc hơn, tức là gió bão ở đây có thể có cường độ từ 29 m/s tới 33 m/s hoặc hơn. Gió bão có thể làm cho mực nước ven biển dâng cao thêm lên tới 1 m, 2 m, 3 m hoặc hơn so [...]... giả đã tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu mối quan hệ thực nghiệm giữa dao động mực nước ven biển với các tham số bão vùng biển ven bờ vịnh Bắc Bộ cho luận văn Thạc sỹ của mình, để mong mỏi có thể tìm ra được mối liên hệ cụ thể nào đó giữa nước dâng và các tham số bão, từ đó hướng tới có thể dự báo được nước dâng khi biết được thông tin bão 1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu Trong hai thập... nghiên cứu dao động mực nước trong bão theo phương pháp thống kê là một góc nhìn mới, và chưa có các nghiên cứu chuyên sâu cho vùng biển đặc trưng Chính vì lẽ đó, với những cơ sở dữ liệu về bão và mực nước có được luận văn sẽ sử dụng phương pháp thống kê để thiết lập mối quan hệ thực nghiệm giữa nước dâng và tham số bão 1.3 Lựa chọn khu vực nghiên cứu 1.3.1 Cơ sở lựa chọn Một thực trạng rất rõ tại nước. .. chiều các ẩn cần xác định , ,…, là ma trận một Trong Hải Dương học, phương pháp hồi quy nhiều biến hay được dùng để thiết lập những mối phụ thuộc giữa một tham số quan trắc với các tham số khác khi nhận thấy các tham số này có liên hệ tương quan với nhau xét theo ma trận tương quan tính được 2.3 Hệ số tương quan Hệ số tương quan là đại lượng đặc trưng đơn thuần về sự liên hệ giữa các đại lượng , Hệ số. .. LIỆU 3.1 Cơ sở dữ liệu mực nước Tại khu vực nghiên cứu có 5 trạm mực nước là: Cô Tô, Hòn Dấu, Ba Lạt, Hòn Ngư và Cồn Cỏ - vị trí các trạm và khu vực nghiên cứu (xem hình 3.1) Hình 3.1: Vị trí các trạm mực nước khu vực vịnh Bắc Bộ Bảng 3.1: Tình hình số liệu quan trắc mực nước tại các trạm khu vực vịnh Bắc Bộ STT Trạm Tọa độ Kinh độ Năm quan trắc Quan trắc mực nước Tình hình số liệu Vĩ độ 1 Cô Tô 107o46'... nhau để tách mực nước dao động tuần hoàn ra khỏi mực nước tổng cộng như: Phương pháp tính trung bình trượt: Ví dụ để loại thủy triều khỏi mực nước biển quan trắc từng giờ, ta có thể lấy trung bình trượt bằng 25 giờ, bởi vì các dao động triều có chu kì xấp xỉ bằng 25 giờ và các ước số của 25 giờ Phương pháp đồ thị: Từ đường cong dao động tổng cộng của mực nước, nối các điểm giữa nước ròng và nước lớn để... đáng kể Khi bão đổ bộ vào bờ biển, khí áp vùng trung tâm bão có thể giảm xuống tới 974 mb so với khí áp chuẩn bằng 1013 mb Vì vậy, có thể làm cho mực nước ven biển nơi bão tới dâng cao thêm lên khoảng 40 cm so với mực nước triều ở thời khoảng tương ứng Chính bởi tính cấp thiết từ các con số thống kê nêu trên về tác hại vô cùng tận của bão, cộng với các con số thông kê về nước dâng khi có bão, tác giả... hợp nghiên cứu sự phụ thuộc tuyến tính giữa các đại 26 lượng ngẫu nhiên trong hệ các đại lượng được quan trắc, người ta thường dùng ma trận tương quan Ma trận tương quan là ma trận thể hiện sự liên hệ thống kê với nhau của các yếu tố quan trắc Mỗi phần tử của ma trận gọi là hệ số tương quan giữa hai yếu tố quan trắc cùng hàng và cùng cột Các hệ số tương quan có giá trị tuyệt đối lớn thể hiện sự liên hệ. .. thập số liệu mực nước Và khu vực Vịnh Bắc Bộ là vùng thu thập dữ liệu Bão Ngoài tiêu chí về mức độ đầy đủ và chính xác của dữ liệu phục vụ nghiên cứu, việc lựa chọn vùng nghiên cứu còn phải đảm bảo tính thực tế và phát huy hiệu quả thực tiễn Có thể thấy, dải ven biển nước ta từ Quảng Ninh đến Nghệ An thường xuyên chịu tác động từ các cơn bão Mức độ thiệt hại về người và tài sản rất lớn Do vậy, với kết... là dao động không tuần hoàn của mực nước cần nhận Khi không có các dao động không tuần hoàn thì đường cong này trùng hợp với mực nước trung bình Phương pháp loại triều theo dự tính thủy triều: là phương pháp mà tác giả sử dụng để loại dao động tuần hoàn ra khỏi dao động nực nước chung trong luận văn của mình Phương pháp này yêu cầu phải biết được thành phần dao động mực nước tổng cộng Hqt (mực nước quan. .. này các tác giả đã tính toán cho các cơn bão cho đến năm 1995 đổ bộ vào bờ biển nước ta Bằng cách phân khoảng từng độ vĩ Bắc dọc bờ biển Việt Nam, các tác giả đã đưa ra các bảng tần xuất xuất hiện nước dâng theo các khoảng và nước dâng cực đại có thể xảy ra cho từng khoảng vĩ độ một Những kết quả này là cơ sở để tính toán tới mực nước dâng do bão trong các tính toán dự báo và thiết kế các công trình ven . Đào Ngọc Mai NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BIỂN VỚI CÁC THAM SỐ BÃO VÙNG BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải Dương học Mã số: 60440228 LUẬN. HỌC TỰ NHIÊN Đào Ngọc Mai NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC VEN BIỂN VỚI CÁC THAM SỐ BÃO VÙNG BIỂN VEN BỜ VỊNH BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC . giữa dao động mực nước ven biển với các tham số bão vùng biển ven bờ vịnh Bắc Bộ cho luận văn Thạc sỹ của mình, để mong mỏi có thể tìm ra được mối liên hệ cụ thể nào đó giữa nước dâng và các