Tóm tắt Luận án 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

tham số bão. hương pháp này rất hạn chế khi không có chuỗi số liệu đủ dài và thường chỉ đúng cho các khu vực gần trạm quan trắc và có số liệu quan trắc nhiều năm về bão và nước dâng bão hương pháp mô hình số trị mô phỏng nước dâng bão dựa trên 5 hệ phương trình nước nông (2 hoặc 3 chiều) khắc phục được những thiếu sót do không đủ số liệu đo đạc thực nghiệm, giảm chi phí và cho phép tính toán, dự báo diễn biến của hiện tượng theo rất nhiều kịch bản giả định trong tương lai. Trước đây, các mô hình số trị mô phỏng nước dâng bão còn nhiều hạn chế do một số nguyên nhân: (1) thường chỉ mô phỏng, tính toán các hiện tượng riêng lẻ như 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 trong hệ phương trình bị bỏ qua. Gần đây, nhờ sự hỗ trợ của các lý thuyết tính toán hiện đại và hệ thống máy tính tốc độ cao, một loạt mô hình mô phỏng nước dâng bão ra đời như: mô hình thương mại Delft-3D, ike21, các mô hình mã nguồn mở , S, ECC ... và các mô hình sóng dài phi tuyến do nhiều cá nhân tự phát triển sử dụng lưới tam giác, lưới cong và lưới lồng có thể thực hiện chi tiết cho vùng ven bờ. Trong thực tế, sóng biển có vai trò đáng kể tới nước dâng tổng cộng trong bão, tuy nhiên, do sự phức tạp của hiện tượng nên thời gian đầu nước dâng do sóng mới chỉ tính toán theo các công thức giải tích Longuet-Higgins và Stewart (1962, 1963, 1964) [52, 53, 54]. ần đây, nước dâng do sóng trong bão đã được nghiên cứu bằng các mô hình số trị tích hợp như: Funakoshi và nnk (2008) [36] kết hợp 2 mô hình nước dâng bão ADCIRC và mô hình sóng SWAN đã chỉ ra rằng, nước dâng do sóng có thể đóng góp từ 10-15% vào nước dâng tổng cộng trong bão; Chen và nnk (2008) [28] kết hợp mô hình nước dâng do bão và mô hình sóng đưa ra kết luận rằng, trong cơn bão atrina năm 2005 tại Hoa Kỳ, nước dâng do các hiệu ứng sóng ven bờ chiếm tới 80% mực nước dâng cực trị trong khi các ảnh hưởng khác như thủy triều, sóng bề mặt và nước dâng do gió chỉ 6 đóng góp 20%; Sooyoul im và nnk (2007) đã xây dựng mô hình nước dâng bão tích hợp thủy triều và sóng biển (Surge Wave and Tide - SuW T) có thiết kế lưới lồng [46], mô hình đã được áp dụng tính nước dâng bão tại vịnh Tosa - Nhật Bản cho kết quả rất phù hợp với số liệu đo đạc so với các mô hình không tính đến nước dâng do sóng [47, 48, 50]. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Các nghiên cứu về nước dâng do bão ở Việt Nam đã được thực hiện từ khá lâu và nhiều mô hình, công nghệ dự báo nước dâng bão đã được nghiên cứu áp dụng và phát triển. Trước đây, hướng thống kê và biểu đồ thường được áp dụng thì hiện nay, chủ yếu nghiên cứu nước dâng bằng mô hình số trị theo 3 hướng chính: tự xây dựng mô hình, nghiên cứu phát triển mô hình mã nguồn mở và sử dụng mô hình thương mại nước ngoài. Ngoài các nghiên cứu được thực hiện trong các 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...), cho tới nay đã có nhiều nghiên cứu trong các đề tài, công trình phục vụ tính toán, dự báo nước dâng bão tại Việt Nam [2, 4, 9, 10, 12-17, 20, 21, 24]. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trên chủ yếu mới xét đến ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng do sóng gần đây mới được đề cập theo công thức thực nghiệm [6]. Bên cạnh xây dựng các mô hình, công nghệ phục vụ tính toán dự báo, gần đây nghiên cứu nguy cơ nước dâng đang được quan tâm, trong đó phương pháp Monte-Carlo đã được 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 trong bão ngoài do tác động của độ giảm áp và ứng 7 suất gió thì nước dâng do sóng cũng chiếm một tỷ lệ đáng kể, vì vậy nghiên cứu nước dâng trong bão cần thiết phải xét đến ảnh hưởng của sóng. Các nghiên cứu về nước dâng do sóng đã được thực hiện khá lâu trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam vẫn còn mới mẻ, nhất là hướng nghiên cứu bằng mô hình số trị. Từ đó, luận án đã xác định được hướng nghiên chính như sau: - Nghiên cứu nước dâng trong bão có xét đến ảnh hưởng của thủy triều và sóng biển bằng mô hình số trị tích hợp. - Đánh giá nước dâng trong bão trong giai đoạn 1951-2014 và theo các 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 trong bão Luận án sử dụng mô hình tích hợp thủy triều, sóng biển và nước dâng trong bão (SuWAT-Surge Wave and Tide) được xây dựng tại đại học yoto Nhật Bản [46, 48, 49] gồm 2 mô hình thành phần: mô hình thủy triều và nước dâng và mô hình sóng SWAN [66]. Mô hình cho phép thiết lập một số lớn các miền tính lồng nhau. Hệ phương trình nước nông phi tuyến 2 chiều mô phỏng thủy triều và nước dâng trong bão có xét đến thành phần ứng suất bức xạ sóng được mô tả như sau:         2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 1 1 1 x x S b x h w w y y S b y h w w M N t x y M M MN P M M gd fN d F A x x d y d x x x y N N NM P N N gd fM d F A t y d x d y y x y                                                                                              (2.1) (2.2) (2.3) (2.1) (2.2) (2.3) 8 Trong đó:  là dao động mực nước bề mặt [m]; M, N: lưu lượng trung bình theo độ sâu hướng x và y (m3/s); f : tham số Coriolis; P: áp suất khí quyển (hPa); g: gia tốc trọng trường (m/s2); d: độ sâu tổng cộng d= +h (m); hA : khuếch tán rối theo phương ngang; w : mật độ nước (kg/m3); xF , yF : lực gây bởi ứng suất bức xạ sóng (kg/ms 2 ); b là ứng suất đáy (kg/ms 2), được tính theo công thức: 2 7/3b M gn M d   n : hệ số nhám Manning (m/s1/3); s : ứng suất bề mặt (kg/ms 2 ) được xác định như sau: 10 10W Ws a DC  Trong đó: a : mật độ không khí (kg/m 3 ); 10W : vận tốc gió trung bình tại độ cao 10m trên bề mặt biển (m/s); DC : hệ số kéo. Trong trường hợp mô hình không xét đến sóng biển, hệ số CD được tính theo mối liên hệ với vận tốc gió của Honda và itsuyasu (1980) như sau [46]: 3 3 (1.290 0.024 ) 10 (W 8 / ) (0.58 0.063 ) 10 (W>8m/s) D W m s C W            Trong trường hợp mô hình có xét đến ảnh hưởng của sóng, khi đó ứng suất bề mặt sẽ bao gồm ứng suất do gió và ứng suất sóng và hệ số CD được tính từ mô hình SW N theo mối liên hệ sau [65]: Trong đó: u*: vận tốc ma sát; U(z): tốc độ gió ở độ cao z; z0: độ dài nhám; ze: độ dài nhám hiệu dụng. Sự khác biệt của hệ số CD và thành phần bức xạ sóng được bổ (2.12) (2.19) (2.19) (2.12) (2.4) (2.13) 9 xung trong phương trình nước nông phi tuyến 2 chiều là nguyên nhân gia tăng nước dâng trong bão khi xét đến ảnh hưởng của sóng. ô hình tích hợp SuW T có khả năng tính toán theo 6 phương án khác nhau: chỉ tính thủy triều; chỉ tính nước dâng do bão; chỉ tính sóng; nước dâng do bão kết hợp thủy triều; nước dâng do bão kết hợp với sóng; nước dâng do bão kết hợp với đồng thời cả thủy triều và sóng. 2.2. Mô hình bão giải tích Mô hình bão giải tích của Fujita, 1952 [35] được sử dụng để tái tạo trường gió, áp cho các cơn bão thực tế và tập hợp bão phát sinh thống kê. Các thông số được sử dụng để tính toán trường gió, áp trong bão bao gồm: vị trí tâm bão; áp suất tâm bão, tốc độ di chuyển và bán kính gió cực đại. 2.3. Phƣơng pháp xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê (phƣơng pháp Monte-Carlo) hương pháp Monte-Carlo với sự trợ giúp của các hàm xác suất thống kê, phần mềm thống kê BestFit, phần mềm GIS và ngôn ngữ lập trình MS Visual Basic được sử dụng để xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê (bão giả định). Cơ sở phương pháp dựa trên quy luật phân bố của các tham số bão thực tế (tọa độ, áp suất tại tâm bão, hướng và tốc độ di chuyển của tâm bão) từ đó xác định qu đạo và tham số của các cơn bão có thể xuất hiện trong tương lai nhiều năm [13, 14]. 2.4. Kết luận Chƣơng II Các phương pháp nghiên cứu chính được phân tích và luận giải gồm: (1) Mô hình tích hợp SuWAT, gồm 2 mô hình thành phần là mô hình thủy triều, nước dâng và mô hình sóng SWAN. Trong đó ảnh hưởng của sóng tới nước dâng được thể hiện thông qua thành 10 phần ứng suất bức xạ sóng và ứng suất bề mặt được bổ sung trong hệ phương trình nước nông phi tuyến 2 chiều của mô hình thủy triều và nước dâng bão; (2) Mô hình bão giải tích của Fujita để tái tạo trường gió, áp trong bão; (3) hương pháp onte-Carlo xây dựng tập hợp bão phát sinh thống kê. 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 bởi các dãy núi sát biển và các cửa sông. Địa hình đáy biển có xu thế dốc dần từ Bắc vào Nam và thường có đáy dốc ở khu vực có dãy núi sát biển. Khu vực Quảng Bình có đáy thoải, đường đẳng sâu -20m cách bờ hơn 20km, nhưng dốc dần về phía Nam và tại Vĩnh Linh (Quảng Trị) chỉ cách bờ hơn 2km. Từ Thừa Thiên - Huế đến Quảng Nam có địa hình tương đối dốc, đường đẳng sâu -20m chỉ cách bờ từ 2km đến 8km. Từ phía nam Đà Nẵng đến Quang Nam, địa hình đáy có xu hướng thoải hơn, đường đẳng sâu -20km cách bờ khoảng 6-9km. Khí hậu mang tính chất nhiệt đới gió mùa, bị chi phối bởi gió mùa Đông Bắc khô lạnh và Tây Nam nóng ẩm. Nhiệt độ trung bình mùa đông 20 - 25oC, mùa hè trên 25oC. Lượng mưa trung bình năm thuộc loại cao của cả nước, phổ biến từ 2.190-3.050mm và tập trung từ tháng IX-XI chiếm hơn 70% tổng lượng mưa năm. Gió (a) 11 thịnh hành hướng Đông Bắc và Bắc trong mùa đông, hướng Tây Nam và Nam trong mùa hè. Gió mạnh từ cấp 8 trở lên chủ yếu xuất hiện vào các tháng mùa Đông hoặc vào thời gian bão, áp thấp nhiệt đới ( TNĐ) ảnh hưởng đến khu vực. Sóng biển thịnh hành hướng Đông và Đông Bắc, độ cao trung bình từ 1,0-1,5m, cực đại 3,0- 4,0m trong mùa đông; hướng Nam và Tây Nam, độ cao trung bình từ 1,0 - 1,1m, cực đại 2,0 - 3,0m trong 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 đều. Mùa bão thường từ tháng VI-XII. Trong giai đoạn 1951-2014, số lượng bão trung bình gần 0,7 cơn/năm và có xu hướng giảm nhưng bão từ cấp 10 trở lên có xu hướng tăng, riêng bão mạnh từ cấp 12 trở lên chiếm 28,3%. Bão đổ bộ thường gây nước dâng lớn do vùng biển thoáng, địa hình đáy nông và thoải. Đã có nhiều cơn bão gây nước dâng lớn tại khu vực này như: bão Cecil (10/1985) gây nước dâng cao 1,69m tại Thanh Khê - Quảng Bình, bão Becky (10/1990) là 1.84m tại Thanh Khê - Quảng Bình, bão Xangsane (9/2006) là 1,4m tại Sơn Trà - Đà Nẵng, bão Ketsena (9/2009) là 1,6m tại Hội An - Quảng Nam... Trong quá khứ, còn nhiều cơn bão mạnh có thể đã gây nước dâng lớn hơn rất nhiều nhưng đã không được ghi nhận không có trạm đo hoặc không có điều kiện điều tra khảo sát, như bão mạnh Harriet tháng 7/1971 với cấp gió trên cấp 14 đổ bộ vào Quảng Trị, bão Tida tháng 9/1964 đổ bộ vào Quảng Bình với cấp gió 12. 3.2. Tƣơng tác thủy triều, sóng biển và nƣớc dâng trong bão 3.2.1. Số liệu đầu vào cho mô hình Mô hình SuW T được thiết kế trên lưới vuông và lồng 3 lớp: lưới Biển Đông (D1) từ 8o-22oN, 105o- 120oE, độ phân giải 4 phút (khoảng 7,4 km); lưới khu vực (D2) từ 12o-18oN, 106o- 111oE, độ 12 phân giải 1 phút (1.85km); lưới địa phương (D3), độ phân giải 0,5 phút (khoảng 925m), vị trí được xác định cho từng cơn bão cụ thể. Dữ liệu địa hình được lấy từ GEBCO (M ) và số liệu bản đồ số địa hình đáy biển tỉ lệ 1/100.000 của Tổng cục Biển và Hải đảo. Điều kiện biên lỏng: lưới Biển Đông sử dụng hằng số điều hòa của 16 sóng triều từ mô hình thủy triều toàn cầu, các lưới khu vực và địa phương sử dụng kết quả tính mực nước và dòng chảy từ lưới thô. Tại các biên cứng áp dụng điều kiện phản xạ toàn phần. 3.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 3.2.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bão giải tích Mô hình bão giải tích đã được kiểm chứng cho cơn bão Usagi (8/2001), Xangsane (9/2006) và Ketsena (9/2008) đã cho kết quả khá phù hợp với số liệu quan trắc, thí dụ minh họa cho trường hợp bão Xangsane như trên Hình 3.11. 3.2.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định thủy triều Thủy triều dự tính từ các hằng số điều hòa tại một số trạm hải văn được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định để xác định hệ số nhám phù hợp. Kết quả đã chọn được hệ số nhám phù hợp nhất là n=0,020 cho vùng phía Bắc và n=0,025 cho vùng Trung và Nam bộ Hình 3.11. So sánh áp suất khí quyển và vận tốc gió tính toán và quan trắc tại trạm Sơn Trà (a) và trạm Huế (b) bão Xangsane tháng 9/2006 960 970 980 990 1000 1010 1020 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 Thời gian (giờ) Á p s u ất k h í q u y ển ( m il li b ar ) 0 5 10 15 20 25 30 35 V ận t ố c g ió ( m /s ) Mô hình Quan trắc Trạm hải văn Đà Nẵng (a) 985 990 995 1000 1005 1010 1015 1020 9/29/06 0:00 9/29/06 12:00 9/30/06 0:00 9/30/06 12:00 Thời gian (giờ) Á p s u ất k h í q u y ển ( m il li b ar ) 0 5 10 15 20 25 30 V ận t ố c g ió ( m /s ) Trạm khí tượng Huế (b) 13 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 4/7/2014 0:00 4/8/2014 0:00 4/9/2014 0:00 4/10/2014 0:00 Thời gian (giờ) ự c nư ớ c (m ) HSĐH n-0.020 n-0.025 n-0.028 Sơn Trà (Hình 3.14). Tại trạm Sơn Trà sai số bình phương trung bình (RMSE) là 4cm, sai số tuyệt đối lớn nhất là 6 cm trong tháng 11/2014 (Hình 3.16(b)). Bộ hệ số nhám trên được sử dụng trong tính toán sóng và nước dâng trong bão ở các nội dung tiếp theo. 3.2.2.3 Kiểm định sóng biển ô hình được kiểm định với số liệu quan trắc sóng tại các trạm phao trong bão Wukong (9/2000) và Usagi (8/2001). ết quả cho thấy, mô hình mô phỏng tương đối tốt sự biến đổi độ cao sóng theo thời gian, tuy nhiên giá trị tính toán có thiên hướng thấp hơn quan trắc (Hình 3.18). Hình 3.16(b). Kiểm định thủy triều tại Sơn Trà tháng 11/2014 -1 -0.5 0 0.5 1 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 Thời gian (giờ) M ự c n ư ớ c ( m ) HSĐH Mô hình NASH=0.89 Sơn Trà (b) Hình 3.14. Hiệu chỉnh thủy triều với các hệ số nhám tại Sơn Trà Hình 3.18. Dao động theo thời gian độ cao sóng có nghĩa tại trạm phao 01 trong bão Usagi (7/2000) và trạm phao 02 trong bão Usagi (8/2001) 14 3.2.2.4. Tương 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 sóng biển; xét đến triều và không xét đến sóng; xét đến sóng và không xét đến thủy triều; xét đến đồng thời triều và sóng. Các phương án tính toán so với quan trắc tại trạm Sơn Trà cho thấy, ảnh hưởng của thủy triều là không đáng kể nhưng ảnh hưởng của sóng biển là rất đáng kể, chênh lệch trong trường hợp có và không xét đến của sóng là khá lớn, khoảng 20-30 cm (Hình 3.20). Kết quả tính toán tại các vị trí khác cũng cho thấy, nước dâng do sóng chiếm một tỷ lệ đáng kể và khi xét đến ảnh hưởng của sóng, giá trị nước dâng gần với số liệu quan trắc hơn trường hợp không xét đến ảnh hưởng của sóng (Hình 3.21). Phân bố nước dâng lớn nhất trong bão khi xét đến sóng cũng tăng đáng kể về phạm vi và độ lớn như trên Hình 3.22 Hình 3.20. Dao động nước dâng trong bão tại trạm Sơn Trà theo các phương án tính toán -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 9/28/2006 19:12 9/29/2006 19:12 9/30/2006 19:12 10/1/2006 19:12 Thời gian (giờ) N ư ớ c d ân g ( m ) Quan trắc hông thủy triều và sóng Có thủy triều-không sóng hông có thủy triều-có sóng Có thủy triều và sóng Nước dâng do sóng Hình 3.21. Nước dâng trong bão Xangsane (9/2006) tại các vị trí 15 Kiểm nghiệm nước dâng do sóng tại trạm Sơn Trà cũng đã được tiến 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 thực hiện với giả thiết cơn bão có qu đạo và cấp giống cơn bão Xangsane (9/2006) nhưng đổ bộ vào Quảng Bình và Quảng Nam tại các thời điểm thủy triều khác nhau (đây là 2 vị trí có biên độ thủy triều lớn nhất trong khu vực). Có thể nhận thấy: độ lớn nước dâng có xu hướng giảm không đáng kể khi mực nước triều tăng, trong khi đó nước dâng do sóng có đóng Hình 3.22. Phân bố nước dâng bão lớn nhất trong trường hợp không (a) và có (b) tính đến nước dâng do sóng 16 góp đáng kể, từ 20-35% nước dâng tổng cộng trong bão (Hình 3.27). Hình 3.1. Nước dâng do bão ứng với mực triều khác nhau cho trường hợp có và không xét đến ảnh hưởng của sóng tại: (a) Cửa Gianh và (b) Tam Kỳ b) Ảnh hưởng thủy triều và nước dâng trong bão tới sóng biển được đánh giá qua sự khác biệt giữa trường hợp tính sóng trên nền mực nước trung bình và trên nền thủy triều và nước dâng trong bão. Kết quả tính sóng tại trạm Sơn Trà trong bão Xangsane (9/2006) cho thấy, hiệu ứng thủy triều và nước dâng trong bão đã làm tăng độ cao sóng trong bão, nhất là khu vực sóng lớn quanh tâm bão và khu vực ven bờ khi độ sâu tăng đáng kể do thủy triều và nước dâng bão. Nhận định này đã được kiểm chứng thêm khi phân tích biến (a) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 -1 -0.5 0 0.5 1 ực triều (m) N ư ớ c d ân g ( m ) 0 10 20 30 40 50 P (% ) Xét đến sóng hông xét đến sóng hần trăm nước dâng do sóng (b) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 -1 -0.5 0 0.5 1 ực triều (m) N ư ớ c d ân g ( m ) 0 10 20 30 40 50 P (% ) Xét đến sóng hông xét đến sóng hần trăm nước dâng do sóng Hình 3.28. Phân bố độ cao lớn nhất của sóng có nghĩa (Hsig.) cho trường hợp mô hình có (a) và không (b) tính đến tương tác với thủy triều và nước dâng trong bão 17 trình độ cao sóng có nghĩa theo thời gian tại hai vị trí có độ sâu khác nhau gần trạm hải văn Sơn Trà: vị trí gần bờ có độ sâu 6,5m và vị trí xa bờ hơn có độ sâu 35,0m (Hình 3.29). Chênh lệch độ cao sóng lớn nhất giữa hai trường hợp tại vị trí gần bờ là gần 1,0m, vị trí xa bờ là 0,3m, xuất hiện tại thời điểm độ cao sóng đạt cực đại, cũng là lúc mực nước biển dâng cao nhất. Sự chênh lệch là do hiện tượng sóng vỡ khi truyền vào vùng nước nông đã không xảy ra khi độ sâu biển tăng đáng kể do thủy triều và nước dâng trong bão. 3.3. Phân tích đánh giá nƣớc dâng trong bão Do ảnh hưởng của thủy triều tới nước dâng trong bão là không đáng kể, trong khi đó nước dâng do sóng chiếm một phần đáng kể, vì vậy, tính toán nước dâng chỉ xét đến ảnh hưởng của sóng biển. ết quả tính nước dâng trong các cơn bão có khả năng gây nước dâng tại khu vực giai đoạn 1951-2014 cho thấy có nhiều cơn bão mạnh gây nước dâng lớn trong khu vực, như bão Cecil (10/1985), Betty (8/1987), Xangsane (9/2006), etsena (9/2009) đã gây nước dâng lớn trên 2,0m, lớn nhất tới 4,1m tại Cửa Việt trong bão Harriet cấp 14 (7/1971). Thống kê chung kết quả tính toán cho thấy, nước dâng lớn nhất đạt 2,5m tại Quảng Nam, trên 3,0m tại Huế và Đà Nẵng, lớn Hình 3.29. Dao động theo thời gian của độ cao sóng có nghĩa, mực nước tổng cộng trong bão tại Sơn Trà, (a) vị trí gần bờ, (b) vị trí xa bờ (a) -2 0 2 4 6 8 10 9/29/2006 0:00 9/29/2006 19:12 9/30/2006 14:24 10/1/2006 9:36 Thời gian (giờ) Đ ộ c ao ( m ) Hsig - Trên nền mực nước trung bình Hsig. - Trên nền thủy triều và nước dâng do bão ực nước Vị trí gần bờ (b) -2 0 2 4 6 8 10 9/29/2006 0:00 9/29/2006 19:12 9/30/2006 14:24 10/1/2006 9:36 Thời gian (giờ) Đ ộ c a o ( m ) Hsig - Trên nền mực nước trung bình Hsig. - Trên nền thủy triều và nước dâng do bão Vị trí xa bờ 18 nhất là 4,1m tại Quảng Trị (Hình 3.33, 3.34). 3.4. Nguy cơ bão và nƣớc dâng trong bão Tập hợp bão phát sinh thống kê (bão giả) trong 1.000 năm đã được xây dựng dựa trên số liệu bão lịch sử từ 1951-2014. Số lượng các cơn bão giả theo cấp bão đổ bộ vào các tỉnh được thống kê trên Bảng 3.8. Theo đó, Quảng Bình là nơi có nhiều bão đổ bộ nhất với 290 cơn. Bão có khả năng gây nước dâng đáng kể (trên cấp 10) chiếm trên 30%, riêng bão có cường độ mạnh trên cấp 13 là 10 cơn, trong đó có 3 cơn mạnh trên cấp 15 đổ bộ vào dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam trong 1.000 năm. Cấp bão (Bô pho) Khu vực bão đổ bộ 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% 8 69/8.1% 29/2.7% 21/2.5% 39/4.6% 48/5.6% 9 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% Hình 3.33. Phân bố nước dâng lớn nhất tại dải ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam trong giai đoạn 1951-2014. 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Quảng Bình Quảng Trị Huế Đà Nẵng Quảng Nam Tỉnh N ư ớ c d ân g d o b ão ( m ) Hình 3.34. Nước dâng lớn nhất tại các tỉnh trong giai đoạn 1951-2014 Bảng 3.8. Thống kê số cơn / tần suất (%) bão giả định theo các cấp bão khu vực Quảng Bình - Quảng Nam 19 Cấp bão (Bô pho) Khu vực bão đổ bộ 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 cả các cơn bão giả từ cấp 8 trở lên (624 cơn) trong tập hợp bão phát sinh thống kê đổ bộ vào vùng nghiên cứu được sử dụng để tính toán nước dâng. Ngoài ra, do bão thường có xu hướng gây nước dâng cao phía bên phải của vị trí bão đổ bộ nên một số cơn bão có tâm đổ vào Quảng Ngãi (42 cơn) mặc dù không nằm trong khu vực nghiên cứu, nhưng có khả năng gây nước dâng tại đây cũng được lựa chọn để tính toán. iá trị nước dâng theo chu kỳ lặp lại ( eturn eriod) 5, 10, 20, 50, 100 và 200 năm được xác định từ hàm phân bố thống kê tương ứng như sau [13]: ))(( HPFinvH  Trong đó: H - giá trị nước dâng do bão; F - hàm phân bố xác suất; PH - xác suất phân bố (cummulative probability) của H; P - suất đảm bảo năm: t P P H   1 , t - khoảng thời gian trung bình (năm) giữa các số liệu; inv - hàm ngược của F: P Tr 1  với Tr là chu kỳ lặp lại (hồi kỳ) và P - suất đảm bảo theo năm. Phân bố nước dâng bão lớn nhất ứng với các chu kỳ lặp 5, 10, 20, 50, 100 và 200 năm được thể hiện trên Hình 3.39 cho thấy, phân bố không hẳn theo một xu thế chung từ Bắc vào Nam. Những khu vực có suất bảo đảm độ lớn nước dâng lớn là bắc Quảng Bình, giữa Quảng Trị, giữa Huế và vịnh Đà Nẵng. Nước dâng ở Quảng Trị lớn nhất, với chu kỳ lặp 100 và 200 năm đạt đến 4.6 và 5.4m. 20 Trên Hình 3.40 là kết quả tính nước dâng theo các chu kỳ lặp tại các vị trí Cửa ianh và Nhật Lê (Quảng Bình), Cửa Việt (Quảng Trị), Thuận n (Huế), vịnh Đà Nẵng (Đà Nẵng), Tam ỳ và Hội n (Quảng Nam). Theo đó, Cửa Việt là nơi có trị số nước dâng theo các chu kỳ lặp lớn nhất là 4.6 và 5.2m, tương ứng với 100 và 200 năm, nhỏ nhất là Hội n nhưng trong 100 và 200 năm cũng có thể xuất hiện nước dâng tương ứng là 2,7 và 3,0m. 3.5. Đề xuất yêu cầu về công nghệ tính toán, dự báo nƣớc dâng và sóng trong bão tại vùng ven biển miền Trung (1) Trong tính toán và dự báo nghiệp vụ nước dâng trong bão tại Hình 3.39. Nước dâng bão theo suất đảm bảo năm: (e) 100 năm, (f) 200 năm (f) (e) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0 50 100 150 200 Chu kỳ lặp (năm) H ( m ) Cửa ianh Nhật Lệ Cửa Việt Thuận n V. Đà Nẵng Hội n Tam ỳ Hình 3.40. hân bố nước dâng bão lớn nhất theo các chu kỳ lặp 21 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 đ