Luận án Tiến sỹ: Dao động Tự do và Dao động Mùa của Mực nước Biển Đông

Dao động tự do và dao động mùa của mực nước biển đông Biên tập bởi: Phạm Văn Huấn Dao động tự do và dao động mùa của mực nước biển đông Biên tập bởi: Phạm Văn Huấn Các tác giả: PGS. NGƯT Phạm Văn Huấn Phiên bản trực tuyến: http://voer.vn/c/66c7d48e MỤC LỤC 1. Lời mở đầu 2. Khái quát về điều kiện tự nhiên và đặc điểm mực nước biển Đông.

Cơ sở phương pháp nghiên cứu 3. Khảo sát dao động tự do của biển Đông 4. Phổ mực nước ở ven bờ Tây Biển Đông 5. Tính mực nước trong trường gió mùa 6.

Tài liệu tham khảo 8. Phụ lục Tham gia đóng góp 1/94 Lời mở đầu Biến động thời gian và không gian của mực nước biển là một hiện tượng tự nhiên cớ quy mô to lớn ảnh hưởng một cách trực quan tới nhiều hoạt động kinh tế kỹ thuật của con người, trước hết là các ngành vận tải biển, xây dựng công trình trên biển và ven bờ, công trình bảo vệ bờ, hệ thống tưới tiêu nông nghiệp vùng ven bờ, cấp thoát nước thành phố ven biển, công tác phòng chống thiên tai liên quan đến bão và nước dâng trong bão ở những vùng ven bờ biển. Chế độ dao động mực nước cũng quy định cả nhịp điệu sản xuất và sinh hoạt của nhân dân những vùng ven biển. Những thông tin trên thế giới về những hiện tượng ngập lụt nguy hiểm ở ven biển các nước Nhật, Mỹ, Ấn Độ, Hà Lan, Philippin, Bănglađet làm thiệt hại vật chất và chết người cho thấy kể cả các nước tiên tiến lẫn các nước kém phát triển việc nghiên cứu để nắm vững quy luật và tiến tới kiểm soát chế ngự hiện tượng này vaqãn đang còn là vấn đề thời sự cấp thiết và cần được phát triển [14, 4].

Nghiên cứu biến động mực nước của biển cả ở vùng đại dương và ven bờ còn có ý nghĩa khoa học độc lập bởi lẽ biến động mực nước trong thủy vực kín hoặc hở một phần bao giờ cũng là kết quả tác động của nhiều quá trình tự nhiên, trong đó có cả những quá trình động lực khác xảy ra trong biển và những quá trình nhân tạo và về phần mình chế độ mực nước lại ảnh hưởng tới những quá trình khác [40, 49, 64]. Chênh lệch mực nước ở một vùng biển làm thay đổi chế độ hoàn lưu nước, trao đổi nước qua eo biển, tình hình bào mòn và xói lở bờ đáy do sóng và dòng chảy biển ở các đoạn bờ, cửa sông và luồng tàu. Những hoạt động kỹ thuật, xây dựng của con người ngày nay có khi có quy mô lớn làm thay đổi những điều kiện cân bằng nước, điều kiện hình thái của thủy vực, làm cho chế độ dao động mực nước thay đổi dẫn tới những thay đổi của cả chế độ lan truyền ô nhiễm chất thải và hệ sinh thái. Do đó những khảo sát, tính toán có liên quan tới mực nước và dòng chảy là vô cùng quan trọng [63].

Nhiều ngành khoa học khác như trắc địa, bản đồ học, địa chất học, địa mạo biển, thủy thạch động lực học biển, thủy sinh học biển rất quan tâm tới những thông tin về đặc trưng của chế độ dao động mực nước biển và đại dương. Vì vậy đã từ lâu vấn đề mực nước biển và dao động của nó đã là đối tượng của khoa học, của hải dương học. Ngày nay người ta ngày càng áp dụng những phương pháp hiện đại và nghiên cứu chi tiết hơn về sự biến động của mực nước biển và phát triển thêm những khía cạnh mới của vấn đề này. Công tác nghiên cứu không chỉ phát triển cho những đối tượng địa lý mới, chưa được nghiên cứu kỹ trước đây, mà cả triển khai về mặt phương 2/94 pháp [60, 65], gần đây còn xuất hiện cả những chuyên khảo về lĩnh vực này trong hải dương học [50, 27] nhằm tổng hợp các phương pháp hiện đại để khảo sát và nghiên cứu.

Ở nước ta trong những năm gần đây đã bắt đầu có điều kiện quan tâm tới việc thu thập những thông tin về những thiệt hại không nhỏ do những vụ vỡ đê biển, ngập lụt, ngập mặn, có cả che3ét người do những hiện tượng dâng mạnh, đột ngột của mực nước trong các cơn bão đổ bộ vào các vùng ven bờ Việt Nam [4, 14, 11]. Cũng đã xuất hiện những dự án kinh tế kỹ thuật cải tạo hệ thống tưới tiêu nước nông nghiệp và cấp thoát nước thành phố ven biển đòi hỏi những thông tin về chế độ mực nước biển và hệ thống sông có ảnh hưởng của biển. Nhiều tính toán, thiết kế thủy lợi và giao thông, xây dựng đòi hỏi những dữ liệu tin cậy về chế độ mực nước ở biển và cửa sông, cũng như trong sông. Những đòi hỏi đó kích thích công tác nghiên cứu khảo sát và tính toán biến động mực nước biển, kể cả dự báo, của nhiều nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau liên quan tới biển.

Nhiều mặt trong vấn đề dao động mực nước biển và thủy triều đã được các nhà hải dương học Việt Nam nghiên cứu có hiệu quả và có những vấn đề mới thế giới nêu ra cũng được các chuyên gia của nước ta nắm bắt và đi sâu nghiên cứu [16,38]. Tổng quan về những công trình nghiên cứu của các chuyên gia trong và ngoài nước về vấn đề dao động mực nước của biển Đông cho thấy rằng trong lĩnh vực này đã đạt được những kết quả to lớn, song cũng nổi lên một đặc điểm không đồng đều trong công tác nghiên cứu vấn đề này. Nhóm lớn nhất gồm đa số các công trình thuộc lĩnh vực này [32, 61, 55, 41, 30, 24, 46, 47, 25, 45, 12, 15, 13] chú ý đến vấn đề dao động thủy triều của mực nước. Những công trình của các tác giả phương tây đầu thế kỷ này [32, 61], tuy cung cấp thông tin sơ lược nhưng cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu vùng biển Đông Nam Á nói chung và biển Đông nói riêng.

Những kết quả đáng tin cậy chỉ nhận được bắt đầu từ các công trình [55, 41] khi phương pháp hiện đại được đưa vào sử dụng. Cho đến nay có thể nói rằng việc phân tích và dự báo dao động thủy triều của mực nước do chúng ta tiếp thu được hệ phương pháp tương đối chuẩn của thế giới cộng với những đóng góp to lớn của các chuyên gia giàu kinh nghiệm ở các cơ quan nghiên cứu biển đã đạt được trình độ tạm đáp ứng những nhu cầu cơ bản của thực tiễn. Ở nước ta nhiều năm nay đã xuất bản được bảng dự tính mực nước thủy triều đều đặn cho các cảng chính thuộc bờ biển Việt Nam để phục vụ các ngành sản xuất và quốc phòng liên quan tới biển. Những bản đồ triều đã được nhiều tác giả tính, kể cả bằng phương pháp giải tích cũng như phương pháp sô, ngày càng chi tiết và có độ tin cậy cao hơn [55, 41, 24, 30, 12, 15, 25, 45, 13].

Có thể nhận định rằng về cơ bản, nguyên nhân hình thành hiện tượng thủy 3/94 triều phức tạp, độc đáo và lý thú ở biển Đông là sự truyền các sóng triều từ Thái Bình Dương vào qua các eo phía bắc và đông bắc biển dưới tác động của điều kiện địa lý địa phương của thủy vực trung tâm biển và các vịnh để tạo nên chế độ dao động phức tạp với nhật triều ngự trị ở nhiều nơi đã được thừa nhận. Trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KT-03-03 các chuyên gia trong lĩnh vực này đang thực hiện công tác hoàn thiện các mô hình số tính thủy triều (kể cả dòng triều) bằng con đường chi tiết hóa lưới tính, xấp xỉ sát thực hơn điều kiện biên và những thuật toán tối ưu hơn trong khi hiện thực hóa tính toán trên máy tính điện tử. Nhóm lớn thư hai gồm có các công trình [18, 14, 33, 1, 10, 11, 4] giành cho việc nghiên cứu và tính toán một hiện tượng nguy hiểm trong dao động mực nước biển, đó là hiện tượng nước dâng trong bão. Hướng thứ nhất trong những công trình này [14, 11] tập trung làm sáng tỏ vấn đề về đặc trưng chế độ của nước dâng bão ở biển Đông như: số lượng các cơn bão trung bình năm hoạt động trên biển Đông, tần suất xuất hiện bão ở các tháng khác nhau trong năm, những quỹ đạo cơ bản của các cơn bão, những khu vực có xác suất nước dâng do bão lớn nhất, bước đầu đánh giá xác suất xuất hiện nước dâng nguy hiểm theo pha thủy triều, cấu trúc không gian và thời gian của nước dâng do bão.

Hướng nghiên cứu thứ hai về nước dâng do bão là áp dụng những phương pháp hồi quytương quan [4] để thiết lập những công thức thực nghiệm mực nước dâng trong bão cho những điểm cụ thể có tính chất đơn giản đáp ứng nhu cầu dự báo nghiệp vụ cho vùng biển nước ta cũng có những thành tựu nhất định. Bắt đầu từ những năm tám mươi, xuất hiện nhiều công trình mới, áp dụng những mô hình số tính nước dâng trong bão [18, 1, 33, 10, 2]. Nội dung cơ bản của những công trình này là giải bằng số hệ các phương trình sóng dài nước nông cho thủy vực biển Đông với địa hình đáy và hình dạng bờ thực của nó. Ở đây các tác giả ngày càng đi sâu hoàn thiện phương pháp giải bài toán biên bằng cách chi tiết hóa lưới tính, khảo sát điều kiện các đường biên, tham số hóa cơn bão và tham số hóa các lực ma sát đáy và ma sát gió, dùng các sơ đồ tính mới.

Ở dải tần khác của các dao động mực nước biển Đông, những dao động với chu kỳ dài nhiều năm, năm, nửa năm, chu kỳ xi nốp và những chu kỳ ngắn cỡ vài giờ được ít các công trình chú ý hơn và các kết quả cũng chỉ đạt được ở bước đầu. Trong [26] các tác giả Liên Xô đã từng nghiên cứu chế độ dao động mùa của biển Đông trên cơ sở phân tích các sóng năm của mực nước theo số liệu thực đo tại các đài trạm ven biển Đông, lập các bản đồ phân bố các yếu tố của dao động mùa của biển Đông bằng phương pháp đẳng độ cao. Về sau, tác giả của công trình [42] nghiên cứu kỹ hơn về vấn đề, đã phê phán các bản đồ này, cho rằng sự tồn tại của các đỉnh sóng năm của mực nước ở phần trung tâm biển là không hợp lý.