BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ********** BÁO CÁO TỔNG KẾT CÁC CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thuộc đề tài: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG TỪ QUẢNG NGÃI ĐẾN BÀ RỊA VŨNG TÀU TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Hiệu Trưởng CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI GS.TS Phạm Ngọc Quý 9042-1 Hà Nội, 2011 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠ HỌC TRUNG TÂM KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU, TƯ VẤN MÔI TRƯỜNG BIỂN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG TỪ QUẢNG NGÃI ĐẾN BÀ RỊA – VŨNG TÀU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ MỤC: XÂY DỰNG BỘ SỐ LIỆU CƠ BẢN VỀ THỦY TRIỀU, NƯỚC DÂNG DỌC BỜ BIỂN VÙNG NGHIÊN CỨU, ĐỒNG NHẤT VỀ HỆ CAO ĐỘ PHỤC VỤ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐÊ BIỂN Chủ trì thực hiện: Hà Nội, 6/2010 TS Đinh Văn Mạnh Những người thực NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH TS Đinh Văn Mạnh ThS Nguyễn Văn Mơi CN Nguyễn Thanh Cơ ThS Nguyễn Thị Kim Nga KS Đặng Song Hà ThS Lê Như Ngà CN Đỗ Thị Thu Hà 10 PGS TS Đỗ Ngọc Quỳnh ThS Lê Thị Hường 11 CN Trịnh Thị Thu Thủy TS Nguyễn Thị Việt Liên 12 ThS Lê Thị Hồng Vân Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Mục lục MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU 1.1 Địa hình 1.1.1 Thu thập liệu địa hình 1.1.2 Xử lý liệu địa hình 1.1.3 Kết 1.2 Tham số bão 1.2.1 Nguồn gốc tài liệu bão 1.2.2 Xử lý phân tích số liệu bão 10 1.2.3 Thống kê số liệu bão 12 1.3 Mực nước 15 1.3.1 Mực nước đo đạc trạm thủy, hải văn ven bờ 15 1.3.2 Mực nước đo đạc trạm thủy, hải văn ven bờ 16 thời gian có bão 1.4 Hằng số điều hòa thủy triều 18 1.5 Cao độ hệ thống đo đạc mực nước 21 CHƯƠNG PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THỰC ĐO VỀ THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 22 2.1 Chuyển đổi số liệu mực nước hệ cao độ 22 2.2 Phân tích điều hòa chuỗi số liệu mực nước 22 2.2.1 Phân tích điều hồ phương pháp bình phương tối thiểu 22 2.2.2 Kiểm định chương trình phân tích điều hịa thủy triều 24 2.2.3 Kết phân tích điều hịa thủy triều 28 2.3 Tách nước dâng bão từ số liệu mực nước 32 CHƯƠNG HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH TÍNH THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG DO BÃO 36 3.1 Cơ sở tốn học mơ hình 36 Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Mục lục 3.1.1 Hệ phương trình 36 3.1.2 Phương pháp giải số 37 3.2 Thiết lập mơ hình tính tốn 38 3.2.1 Thiết lập mơ hình 38 3.2.2 Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy triều 41 3.2.3 Hiệu chỉnh kiểm tra mơ hình tính nước dâng bão 42 CHƯƠNG BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ THỦY TRIỀU 49 4.1 Bộ số điều hòa thủy triều 49 4.1.1 Tính tốn số điều hịa thủy triều 49 4.1.2 Bộ số điều hòa thủy triều ven bờ 50 4.2 Chuỗi số liệu thủy triều 19 năm 58 4.2.1 Dự báo thủy triều 58 4.2.2 Chuỗi giá trị độ cao thủy triều 19 năm, triều lớn nhỏ 59 4.3 Đường tần suất thủy triều 61 4.3.1 Phương pháp tính tốn 61 4.3.2 Độ cao thủy triều theo suất đảm bảo điểm 62 CHƯƠNG BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ NƯỚC DÂNG 64 5.1 Xây dựng quỹ đạo bão theo lý thuyết thống kê 64 5.1.1 Tham số bão vùng nghiên cứu 64 5.1.2 Phân tích thống kê bão 67 5.1.3 Các đặc trưng thống kê bão 84 5.1.4 Xây dựng bão giả định 89 5.2 Tính nước dâng bão 92 5.2.1 Tính nước dâng cho bão thực 92 5.2.2 Tính nước dâng cho bão giả định 93 5.3 Quan hệ nước dâng cấp gió bão 94 5.3.1 Cơ sở lý luận 94 5.3.2 Kết xây dựng đường cong quan hệ độ cao nước dâng - cấp gió bão 95 Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Mục lục 5.4 Đường tần suất nước dâng bão 100 5.4.1 Mục đích 100 5.4.2 Các hàm phân bố thống kê 100 5.4.3 Xác định hàm phân bố thống kê 103 5.4.4 Xây dựng đường tần suất nước dâng bão 103 5.4.5 Kết tính đường tần suất nước dâng bão 104 CHƯƠNG BỘ THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ MỰC NƯỚC TỔNG HỢP DO THỦY TRIỀU VÀ NƯỚC DÂNG BÃO 107 6.1 Số liệu 107 6.2 Xác định hàm phân bố thống kê cho chuỗi liệu nước dâng bão 107 6.3 Xây dựng đường phân phối xác suất thực nghiệm chuỗi liệu mực nước thủy triều 108 6.4 Xây dựng đường tần suất mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão 110 6.5 Đường tần suất mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão 113 6.6 Hướng dẫn cách tra cứu độ cao mực nước với chu kỳ lặp lại (hay tần suất) cho trước 115 CHƯƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ TRA CỨU THỦY TRIỀU, NƯỚC DÂNG DO BÃO VÀ MỰC NƯỚC TỔNG HỢP DỌC BỜ BẰNG PHẦN MỀM STRARAMS 116 7.1 Xây dựng hệ thông tin địa lý điểm cần truy cập 116 7.2 Cơ sở liệu thủy triều, nước dâng bão 117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Mở đầu MỞ ĐẦU Mục tiêu đề mục xây dựng số liệu thống nhất, bản, đủ sở pháp lý, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế, củng cố, nâng cấp đê biển cho vùng ven bờ từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu Như công việc đề mục phải nghiên cứu để xây dựng số liệu thủy triều, nước dâng bão mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão dọc bờ biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu với đầy đủ sở khoa học pháp lý Vấn đề thủy triều nước dâng bão vùng biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu vùng biển Việt Nam Trung tâm Khảo sát, Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Viện Cơ học số quan khoa học khác tiến hành nghiên cứu từ lâu khuôn khổ nhiệm vụ đề tài chương trình trọng điểm cấp Nhà nước cấp Bộ Kết thu khối lượng lớn tư liệu đo đạc, tính tốn vùng khác nhau, cho phép rút đặc trưng quy luật phân bố biến động hình thành phát triển đối tượng nghiên cứu Đặc biệt, hai năm 2007÷2008, khn khổ Đề tài “Nghiên cứu để cập nhật, chi tiết hóa số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính tốn thiết kế, củng cố nâng cấp đê biển” thuộc Chương trình Khoa học Cơng nghệ Phục vụ Xây dựng Đê biển Cơng trình Thủy lợi Vùng Cửa sơng Ven biển, nhóm tác giả thuộc Trung tâm Khảo sát, Nghiên cứu, Tư vấn Môi trường Biển, Viện Cơ học xây dựng số liệu thủy triều, nước dâng bão mực nước tổng hợp dọc theo bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam, đồng thời xây dựng phần mềm STRARAMS để tra cứu nước dâng điểm dọc bờ Đây thuận lợi lớn trình thực nội dung Đề mục Như vậy, trình thực đề mục, kế thừa kết nghiên cứu trước tiến hành loạt nghiên cứu bổ sung nhằm đáp ứng mục tiêu đề Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Mở đầu Báo cáo kết Đề mục gồm: - Mở đầu - Chương Thu thập chỉnh lý số liệu - Chương Phân tích số liệu thực đo thủy triều nước dâng bão - Chương Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình tính thủy triều nước dâng bão - Chương Bộ thông số thủy triều - Chương Bộ thông số nước dâng - Chương Bộ thông số mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão - Chương Xây dựng sở liệu để tra cứu thuỷ triều, nước dâng bão mực nước tổng hợp dọc bờ phần mềm STRARAMS - Kết luận kiến nghị Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Chương Thu thập chỉnh lý số liệu CHƯƠNG THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU 1.1 Địa hình 1.1.1 Thu thập liệu địa hình Đã thu thập đồ địa hình đáy biển để xây dựng mơ hình độ sâu vùng tính cho việc tính toán thủy triều nước dâng bão gồm: - Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/1.000.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất năm 1977; - Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/100.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất năm 1982; - Bản đồ độ sâu tỷ lệ khác vùng cửa sông: 1/5.000, 1/10.000, 1/1/20.000, 1/25.000: Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất năm 2000; - Bản đồ hệ chiếu hình UTM, tỷ lệ 1/50.000 Cục Bản đồ Quân đội Mỹ (AMS) xuất vào năm 1965, 1966 Các đồ Tổng cục Bản đồ, Bộ Tổng Tham mưu Quân đội Nhân dân Việt Nam tái vào năm 1966, 1978, 1982, 1984, 1992, 1998 Trong lần tái này, đồ có hiệu chỉnh địa danh, bổ sung số trục giao thông ranh giới hành mới, địa hình giữ nguyên theo đồ tin tức 1965 Đã thu thập tư liệu gồm số liệu, đồ hành chính, giao thơng, hệ thống sơng ngịi,… tỷ lệ 1/100.000 để phục vụ cho việc tra cứu giá trị thủy triều, tần suất nước dâng bão mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu 1.1.2 Xử lý liệu địa hình a) Quét (scan) mảnh đồ Đã quét tất mảnh đồ giấy thành file dạng ảnh (*.jpg) để phục vụ cho việc số hóa lớp đồ Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Chương Thu thập chỉnh lý số liệu b) Gán tọa độ cho mảnh đồ Các mảnh đồ sau quét xong gắn tọa độ Để tăng độ xác, việc gắn tọa độ cho mảnh đồ thực phần mềm ArcGis Đây phần mềm sử dụng tiện ích hệ thơng tin địa lý GIS c) Số hóa đồ Sử dụng phần mềm ArcGis để số hóa lớp đồ d) Xây dựng liệu thuộc tính cho lớp đồ Đã xây dựng liệu thuộc tính cho lớp đồ hành chính, giao thơng, đường bờ, hệ thống sơng ngịi độ sâu đáy biển 1.1.3 Kết Đã xây dựng hệ thông tin địa lý GIS cho lớp liệu đồ hành độ sâu biển Tất lớp liệu lưu giữ phần mềm Mapinfo - Hành xã (vùng, đường); - Hành huyện (vùng, đường); - Hành tỉnh (vùng, đường); - Sông hồ (vùng); - Sông suối (đường); - Đường giao thông (đường); - Đê biển (đường); - Đường bờ (đường); - Các bãi (vùng); - Đường đẳng sâu (đường); - Điểm độ sâu (điểm) Các lớp đồ ranh giới hành để phục vụ cho việc tra cứu giá trị thủy triều, tần suất nước dâng bão mực nước tổng hợp thủy triều nước dâng bão Báo cáo Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu” Bảng Chiều cao chu kỳ sóng tính tốn Đà sóng: X=25km Vận tốc gió trung bình [m/s] Độ sâu trung bình D = 05 m D = 10 m D = 15 m 10 15 20 25 30 40 50 Hs [m] 0.70 0.96 1.18 1.36 1.51 1.77 1.99 T [s] 3.2 3.9 4.4 4.8 5.1 5.7 6.2 Hs [m] 0.83 1.24 1.62 1.95 2.25 2.77 3.20 T [s] 3.5 4.2 4.8 5.3 5.7 6.5 7.1 Hs [m] 0.87 1.35 1.81 2.24 2.64 3.36 3.99 T [s] 3.6 4.4 5.0 5.6 6.0 6.8 7.5 Bảng Chiều cao chu kỳ sóng tính tốn Đà sóng: X=30km Độ sâu trung bình D = 05 m D = 10 m D = 15 m Vận tốc gió trung bình [m/s] 10 15 20 25 30 40 50 Hs [m] 0.72 0.99 1.20 1.37 1.52 1.78 2.00 T [s] 3.3 4.0 4.5 4.9 5.2 5.8 6.3 Hs [m] 0.88 1.30 1.68 2.02 2.31 2.82 3.24 T [s] 3.6 4.3 5.0 5.5 5.9 6.6 7.3 Hs [m] 0.93 1.43 1.90 2.34 2.75 3.47 4.10 T [s] 3.7 4.5 5.2 5.7 6.2 7.0 7.7 Như sử dụng bảng 1-6 có giá trị tương đối chiều cao chu kỳ sóng thường yếu tố tạo sóng (tốc độ gió, đà sóng, độ sâu trung bình) khơng phải lúc trùng với khoảng giá trị chọn để tính tốn lập thành bảng tính sẵn nêu Để tính tốn chi tiết phải sử dụng phần mềm tính sóng 166 Hướng dẫn sử dụng bảng tính sẵn phần mềm FBASE tính tốn trường sóng phục vụ thiết kế đê biển: - Tính tốn sơ trường sóng: Vì thường thường yếu tố tạo sóng có cho khu vực cụ thể khơng trùng với số liệu bảng tính sẵn - nên bước cần thực tính tốn sơ để có giới hạn yếu tố sóng cần tìm sau sử dụng phần mềm để tính xác Thí dụ để thiết kế đê biển xác định yếu tố tạo sóng Tốc độ gió thiết kế 27m/s Đà sóng thiết kế 15km Độ sâu trung bình 10m Theo bảng (ứng với đà sóng 15km), ta có: ứng với tốc độ gió 25m/s : Hs= 1,75m T=4,9s ứng với tốc độ gió 30m/s : Hs= 2,04m T=5,3s Như có sơ khoảng dao động yếu tố trường sóng cho trường hợp cụ thể Để tính tốn xác thấy phương pháp nội suy khơng đảm bảo độ xác cần thiết phải thực bước tính tốn theo phần mềm FBASE C.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm FBASE để tính sóng theo yếu tố tạo sóng: - Chạy chương trình FBASE.EXE dao diện hình biểu thị theo hình C-1 Hình C-1 Dao diện phần mềm FBASE.EXE 167 Page Down hay Enter hình C-2, chọn tính tốn thủy lực - Page Down hay Enter hình C-3, chọn tính tốn theo phương pháp SMB Hình C-2 Dao diện chọn HYDRAULICS MANU Hình C-3 Dao diện chọn “wave prediction SMB- method” Page Down hay Enter hình C-4.1, chọn tính tốn theo đà gió trực tiếp 168 Hình C-4.1 Dao diện chọn “Direct input of fetch length” Page Down hay Enter hình C-5.1, nhập số liệu đà gío, tốc độ gió, thời gian (nếu có) độ sâu trung bình Hình C-5.1 Dao diện nhập số liệu yếu tố tạo sóng - Page Down hay Enter hình C-6.1, kết tính tốn bao gồm độ cao, chu kỳ sóng trường hợp nước sâu, trường hợp ứng với độ sâu trung bình thời gian gió thổi tương đương 169 Hình C-6.1 Dao diện trình diễn kết tính Page Down hay Enter hình C-4.2, chọn tính tốn theo đà gió tương đương (trong trường hợp vùng tính bị ảnh hưởng địa hình ứng với hình B-1 [13]) Hình C-4.2 Dao diện chọn “Via effective fetch” - Page Down hay Enter hình C-4.3, nhập góc tia để tính đà tương đương, ví dụ nhập góc 120 ta có tia 170 Hình C-4.3 Dao diện nhập số liệu góc tia - Page Down hay Enter hình C-4.4, nhập số liệu đà theo tia (7 tia) Hình C-4.4 Dao diện nhập số liệu đà theo tia Page Down hay Enter hình C-5.2, ứng với đà gió tương đương nhập số liệu tốc độ gió, thời gian (nếu có) độ sâu trung bình – tương tự với hình C-5.1 171 Hình C-5.2 Dao diện nhập số liệu yếu tố tạo sóng trường hợp đà tương đương Page Down hay Enter hình C-6.2, kết tính tốn bao gồm độ cao, chu kỳ sóng trường hợp nước sâu, trường hợp ứng với độ sâu trung bình thời gian gió thổi tương đương Hình C-6.2 Dao diện trình diễn kết tính cho trường hợp đà tương đương 172 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG TỪ QUẢNG NGÃI ĐẾN BÀ RỊA VŨNG TÀU TẬP CÁC BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG, PHÂN LOẠI ĐÊ BIỂN Chủ nhiệm đề tài: GS TS Phạm Ngọc Quý Người thực hiện: TS Hoàng Thanh Tùng HÀ NỘI, 2011 ... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠ HỌC TRUNG TÂM KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU, TƯ VẤN MÔI TRƯỜNG BIỂN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG ĐÊ BIỂN HỢP LÝ VÀ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN TỪNG VÙNG TỪ QUẢNG NGÃI... tổng hợp thủy triều nước dâng bão dọc bờ biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu với đầy đủ sở khoa học pháp lý Vấn đề thủy triều nước dâng bão vùng biển từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu vùng. .. Tổng kết Đề mục: “Xây dựng số liệu triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng hệ cao độ phục vụ tính tốn thiết kế đê biển, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa - Vũng Tàu? ?? Mục lục MỤC LỤC Trang