Tài liệu Thủy văn và thủy động lực biển Đông - Chương 3: Các đặc điểm thủy động lực biển Đông

Nội dung text: Tài liệu Thủy văn và thủy động lực biển Đông - Chương 3: Các đặc điểm thủy động lực biển Đông

1. A l Thủy văn và thủy động lực biển Đụng - Chương 3
2. nguồn gốc từ biển Philippin- Thái Bình D‡ơng. Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây cho thấy ch‡a thể khẳng định một cách chắc chắn về điều ny khi xem xét phân bố T-S ở các độ sâu khác nhau của Biển Đông v biển Philipin (hình 2.31). Có thể nhận thấy sự ổn định t‡ơng đối của nhiệt độ cũng nh‡ độ muối của n‡ớc tầng sâu trong Biển Đông, khác với phạm vi biến động của các đặc tr‡ng nhiệt- muối của n‡ớc biển Philipin tại các độ sâu t‡ơng ứng. Nhận xét về các khối noớc Biển Đông Có thể nhận thấy những đặc tr‡ng hình thnh v phân bố các khối n‡ớc Biển Đông phản ảnh tác động của những nhân tố địa ph‡ơng có vai trò hết sức quyết định. Ngoại trừ những khối n‡ớc trong lớp hoạt động trên của biển, phần lớn các khối n‡ớc đ‡ợc hình thnh v lan truyền trong phạm vy Biển Đông trong một khoảng thời gian rất di v chịu tác động của các nhân tố địa ph‡ơng nh‡ nền nhiệt cao v độ muối thấp. Các khối n‡ớc tầng mặt Biển Đông có phạm vy biến động của nhiệt độ v độ muối khá lớn, song trên phần trung tâm biển vẫn tồn tại khá ổn định một khối n‡ớc tầng mặt đặc tr‡ng cho vùng biển n‡ớc sâu, một khối n‡ớc cực đại độ muối trong nêm nhiệt mùa v khối n‡ớc trung gian cực tiểu độ muối trong phần trên của nêm nhiệt cố định. Ch€ơng 3 Các đặc điểm thủy động lực Biển Đông 143
3. Các đặc điểm thủy động lực học Biển Đông phản ánh một cách đầy đủ tính phức tạp của vị trí địa lý, địa hình v các đặc điểm thủy văn. Trong phần ny chúng ta xem xét lần l‡ợt các đặc tr‡ng thủy động lực học biển chủ yếu nh‡ thủy triều, sóng v dòng chảy. 3.1. Thủy triều vˆ mực n€ớc Biển Đông 3.1.1. Tình hình nghiên cứu Nghiên cứu chế độ thủy động lực nói chung v thủy triều nói riêng ở Biển Đông có ý nghĩa hết sức quan trọng do vị trí địa lý v điều kiện tự nhiên đặc thù. Địa hình đáy biển hết sức phức tạp, đ‡ờng bờ biển quanh co khúc khuỷu, nhiều đảo to, nhỏ cùng hng loạt vịnh, eo lớn nhỏ đã lm cho chế độ thủy triều của Biển Đông rất phức tạp, có những đặc thù riêng biệt khác hẳn với các biển khác trên thế giới. Chính vì vậy, thủy triều Biển Đông đã đ‡ợc chú ý v nghiên cứu từ rất sớm. ở Việt Nam, những nhận xét có ý nghĩa khoa học đầu tiên về đặc điểm chế độ thủy triều trong các vùng biển đã có trong Do địa chí của Nguyễn Trãi (thế kỷ 15) v nhất l trong Vân Đui loại ngữ v Phủ biên tạp lục của Lê Quý Đôn (thế kỷ 18). Nh‡ng những điều tra v nghiên cứu có ý nghĩa khoa học về thủy triều Biển Đông thực sự có đ‡ợc từ đầu thế kỷ XX với các công trình của Darwin (1905), Poincare (1910) v Ogura (1933). Từ đó đến nay việc điều tra nghiên cứu thủy triều Biển Đông không ngừng phát triển v hon thiện. Các kết quả đạt đ‡ợc ngy cng đ‡ợc nâng cao về tính khoa học cũng nh‡ tính ứng dụng. Có thể điểm lại một số công trình nghiên cứu chính trong những năm gần đây theo các h‡ớng khác nhau. a.Nghiên cứu sự biến đổi theo thời gian qua tui liệu thực đo tại các trạm ven bờ v nội ngoại suy để tìm sự phân bố theo không gian Từ nhiều năm nay dọc theo ven bờ Biển Đông nói chung v ven bờ Việt Nam nói riêng đã thiết lập một hệ thống các trạm nghiệm triều nhằm đo đạc liên tục dao động mực n‡ớc biển theo các khoảng thời gian kéo di khác nhau từ hng tháng đến hng năm v thậm chí nhiều năm. Trên cơ sở các chuỗi số liệu ny đã tiến hnh phân tích tính toán ra các tham số đặc tr‡ng cho chế độ thủy triều nh‡ mực n‡ớc trung bình, mực n‡ớc cực trị, thời gian triều dâng, thời gian triều rút, các hằng số điều hòa thủy triều, v.v cho từng trạm đo đạc. Hệ thống các hằng số điều hòa thủy triều dọc ven bờ v đảo l cơ sở cho các nghiên cứu thủy triều Biển Đông bằng các ph‡ơng pháp từ đơn giản đến hiện đại. Một trong những thnh quả theo h‡ớng ny l việc lập ra các bảng thủy triều hng năm cho các cảng chính dọc ven bờ. Trong bảng thủy triều đã cho kết quả dự tính mực n‡ớc từng giờ của các cảng chính v một số giá trị nội suy cho các điểm phụ ở ven biển hoặc vùng hạ l‡u các sông. Bảng thủy triều ny đ‡ợc Tổng Cục Khí t‡ợng Thủy văn xuất bản từ năm 1958, mới đầu chỉ cho các cảng ở miền Bắc từ Cửa Tùng trở ra. Từ năm 1972 đã dự tính cho các cảng trong cả n‡ớc v một số cảng n‡ớc ngoi (Hong Kong, Kom Pong Som, Singapo, Băng 144
4. Cốc). Trên cơ sở các t‡ liệu đ‡ợc phân tích từ ti liệu thực đo tại các trạm ven bờ các tác giả đã nghiên cứu, tính toán theo các ph‡ơng pháp nội ngoại suy để nhận đ‡ợc những nét đặc tr‡ng của bức tranh phân bố không gian của dao động thủy triều. Có thể kể đến sự đóng góp theo h‡ớng ny của các tác giả Dietrich (1944), Villain (1950), Wyrtki (1961), Nguyễn Ngọc Thuỵ (1962), Bogdanov (1963), Du Mộ Canh (1984), Pariwono (1985), Fang (1986), Huang v các cộng sự (1994). Một số kết qủa đáng l‡u ý theo h‡ớng ny trong những thời gian gần đây l sử dụng ti liệu biến động độ cao mực n‡ớc nhận đ‡ợc từ vệ tinh theo các tuyến bao phủ ton bộ diện tích vùng biển để phân tích điều ho, kết hợp với các ti liệu quan trắc tại các trạm ven bờ để hiệu chỉnh đã nhận đ‡ợc các bản đồ phân bố hằng số điều hòa thủy triều cho ton biển (Yanagi v các cộng sự, 1997). b.Nghiên cứu sự phân bố trong không gian của các đặc tr‡ng thủy triều bằng cách giải hệ ph‡ơng trình thủy động lực 2 chiều. H‡ớng nghiên cứu ny đ‡ợc bắt đầu muộn hơn so với h‡ớng trên nh‡ng nó phát triển cng ngy cng mạnh mẽ trong những năm sau ny theo sự tiến bộ không ngừng của toán học tính toán v kỹ thuật máy tính. Tr‡ớc hết phải kể đến những nghiên cứu theo ph‡ơng pháp tìm nghiệm giải tích của hệ ph‡ơng trình thủy động lực học thủy triều. Mặc dù bằng cách ny có thể có đ‡ợc nghiệm chính xác của bi toán đ‡ợc biểu diễn bằng các công thức giải tích, song đòi hỏi miền nghiên cứu phải có dạng hình học đơn giản nh‡ hình chữ nhật, hình tròn, với độ sâu không đổi hoặc biến đổi theo quy luật tuyến tính. Chính vì vậy những nghiên cứu thuộc loại ny ít đ‡ợc phát triển ở Biển Đông, vùng có hình thái bờ v địa hình đáy biển biến đổi rất phức tạp. Có thể nêu ví dụ về công trình theo h‡ớng nghiên cứu ny của Phan Phùng (1974) đã tính phân bố các sóng triều chính cho vịnh Bắc Bộ v vịnh Thái Lan sau khi đơn giản hoá các điều kiện tự nhiên thực của chúng. Phát triển mạnh mẽ nhất v có những thnh tựu đáng kể nhất theo h‡ớng ny l các công trình nghiên cứu theo ph‡ơng pháp số trị giải hệ ph‡ơng trình thủy động lực thủy triều. Những công trình đầu tiên tính toán thủy triều Biển Đông bằng ph‡ơng pháp số trị xuất hiện vo những năm 60 của thế kỷ XX. Công trình đầu tiên có thể kể đến l Sergeev (1964), ông đã sử dụng ph‡ơng pháp giá trị biên của Hanxen để tính toán phân bố biên độ v pha của bốn sóng triều chính trong Biển Đông. Các công trình tiếp thep cũng theo ph‡ơng pháp ny l của Nguyễn Ngọc Thuỵ (1969), Đặng Công Minh (1975) với số điểm biên cứng có hằng số điều hòa nhiều hơn. Nội dung ph‡ơng pháp ny l sử dụng hệ ph‡ơng trình tuyến tính, với tính chất dao động thủy triều có chu kỳ đã loại bỏ biến thời gian v đ‡a hệ ph‡ơng trình thủy động về dạng elliptic. Bi toán có nghiệm duy nhất khi biết điều kiện dao động mực n‡ớc trên biên bao quanh miền nghiên cứu. Ph‡ơng pháp số trị khác để giải bi toán phân bố không gian của thủy triều l dựa trên hệ ph‡ơng trình thủy động thủy triều phi tuyến với điều kiện biên hỗn hợp: cho tr‡ớc dao động mực n‡ớc trên biên lỏng v sử dụng điều kiện 145
5. không thấm tại biên cứng. Không sử dụng tính chất dao động tuần hon để loại thnh phần biến đổi theo thời gian trong hệ ph‡ơng trình, hệ ph‡ơng trình đ‡ợc giữ nguyên để giải ở dạng hyperbolic. Nhiều công trình của nhiều tác giả khác nhau đã tập trung theo ph‡ơng pháp ny để nghiên cứu thủy triều trong Biển Đông cũng nh‡ trong các vịnh riêng biệt nh‡ vịnh Bắc Bộ, vịnh Thái Lan. Có thể kể tên hng loạt các công trình của các tác giả l Ye v Robinxon (1983), Li v Chen (1987), nhóm mô hình triều thuộc đề ti nh n‡ớc KT.03.03 (1991-1995: Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đặng Công Minh, Nguyễn Hữu Nhân, Bùi Hồng Long, Lê Trọng Џo, Nguyễn Thọ Sáo), Fang, Kwork, Yu v Zhu (1999). Ngoi ra còn có thể kể đến những công trình đ‡ợc thực hiện trong khuôn khổ các luận án tiến sỹ trong v ngoi n‡ớc nh‡ của Bùi Hồng Long (1986), Nguyễn Thọ Sáo (1988), Nguyễn Thị Việt Liên (1997), Đinh Văn Mạnh (2000). Trong đó luận án của Đinh Văn Mạnh đã b‡ớc đầu xây dựng mô hình 3 chiều cho chuyển động thủy triều vịnh Bắc Bộ. Cần l‡u ý rằng bằng giải số trị theo ph‡ơng h‡ớng ny một số tác giả đã bắt đầu nghiên cứu tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hình thnh biến đổi bức tranh dao động thủy triều trong Biển Đông. Một số tác giả đã nghiên cứu các bi toán truyền sóng tự do, truyền sóng dao động có chu kỳ triều qua các biên lỏng, các chu kỳ dao động riêng trong ton biển, đánh giá tác động trực tiếp của lực gây triều trong phạm vi biển. Có thể kể tên một số tác giả của những nghiên cứu ny l Đỗ Ngọc Quỳnh (1983, 1991), Phạm Văn Huấn (1994), Phạm Văn Ninh v Trần Thị Ngọc Duyệt (1997), Đỗ Ngọc Quỳnh, Phạm Văn Ninh, Nguyễn Thị Việt Liên v Trần Thị Ngọc Duyệt (1998). 3.1.2. Các kết quả phân tích hằng số điều hòa vˆ đánh giá vai trò các yếu tố hình thˆnh triều Biển Đông a. Hệ thống các hằng số điều hòa thủy triều tại các trạm ven bờ vu đảo Những hằng số điều hòa (HSĐH) thủy triều nhận đ‡ợc từ phân tích điều hòa các chuỗi số liệu quan trắc mực n‡ớc liên tục di ngy tại các trạm đo đạc đặt ở ven bờ lục địa hay các đảo đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu hiện t‡ợng thủy triều trong biển. Tr‡ớc hết từ những giá trị ny có thể nghiên cứu các đặc tr‡ng chế độ dao động thủy triều tại những vùng đặt trạm, tính toán các giá trị cực trị hay dự báo độ cao mực n‡ớc ở thời điểm bất kỳ cho trạm đó. Các hằng số điều hòa đ‡ợc tính cho các sóng chính, t‡ơng ứng với các chu kỳ v tên sóng đ‡ợc dẫn ra trong bảng 3.1. Chính trên cơ sở các HSĐH thủy triều ny m Trung tâm Khí t‡ợng Thủy văn Quốc Gia (Tổng Cục Khí t‡ợng Thủy văn tr‡ớc đây) đã tính v xuất bản Bảng thủy triều hng năm cho một số trạm ven bờ (gồm 13 trạm ven bờ n‡ớc ta v 4 trạm thuộc các khu vực lân cận). Mặt khác các HSĐH thủy triều tại các trạm cố định l cơ sở cho các mô hình tính toán phân bố không gian của các đặc tr‡ng thủy triều v dòng triều trong ton biển. Bảng 3.1. Các sóng chính thông dụng sử dụng trong phân tích hằng số điều hòa thủy triều 146
6. Loại Tên sóng Ký hiệu Chu kỳ Bán nhật triều Mặt trăng chính M2 12,42 giờ Mặt trời chính S2 12,00 giờ Ellip mặt trăng lớn N2 12,66 giờ Mặt trăng mặt trời K2 11,97 giờ Nhật triều Mặt trăng mặt trời K1 23,93 giờ Mặt trăng chính O1 25,82 giờ Mặt trời chính P1 24,07 giờ Ellip mặt trăng lớn Q1 26,87 giờ Chu kỳ dμi Mặt trăng nửa tháng Mf 13,66 ngμy Mặt trăng tháng Mm 27,55 ngμy Mặt trời nửa năm SSa 182,70 ngμy Mặt trời năm Sa 364,96 ngμy Chu kỳ ngắn N†ớc nông 1/4 ngμy M4 6,21 giờ N†ớc nông 1/4 ngμy MS4 6,10 giờ N†ớc nông 1/6 ngμy M6 4,14 giờ Những HSĐH ny ở một số điểm sẽ đóng vai trò l điều kiện biên của các mô hình, ở một số điểm khác sẽ dùng lm tiêu chuẩn để hiệu chỉnh, kiểm định, kiểm tra các mô hình. Rõ rng hệ thống các HSĐH thủy triều tại các trạm cố định đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc nghiên cứu thủy triều v dòng triều trong một vùng biển. Nhận thấy vai trò thiết yếu của hệ thống các HSĐH thủy triều, đề ti cấp nh n‡ớc KT.03.03 “Nghiên cứu thủy triều Biển Đông” thuộc Ch‡ơng trình Nghiên cứu Biển 1991-1995 đã thu thập v chỉnh biên số liệu các HSĐH thủy triều tại các trạm phân bố dọc ven bờ v đảo trong Biển Đông. Đã chọn lọc v thống kê đ‡ợc 275 điểm với các giá trị HSĐH mực n‡ớc triều. Từ kết quả của đề ti KT 03.03, các số liệu HSĐH đ‡ợc tính toán v công bố dựa trên các nguồn ti liệu chính sau đây: Bảng các hằng số điều hòa thủy triều của Văn phòng thủy văn Quốc tế Monaco (BHI-International Hydrographic Bureau Monaco): Tidal list of harmonic constants. Pub. No26, 1936, 1953, 1959 Bảng thủy triều Anh (ATT): Admiralty Tide Tables, Các kết quả tính toán của Tổng cục KTTV Việt Nam, Bảng thủy triều Trung Quốc v một số nguồn khác. Trong số 275 điểm đã nói ở trên, phân bố ở các nguồn nh‡ sau: 29 (BHI), 203 (ATT), 26 (Tổng Cục KTTV), 1 (Trung Quốc) v 16 (các nguồn khác). Cũng cần chỉ ra rằng mức độ chính xác của các HSĐH trong tập thống kê trên l khác nhau giữa các trạm. Trong số ny chỉ có 26% các trạm với HSĐH đ‡ợc tính từ chuỗi số liệu một năm trở lên, còn lại 74% số trạm đ‡ợc tính từ 147
7. chuỗi quan trắc 1 tháng, 1/2 tháng hay ngắn hơn. Dĩ nhiên chuỗi quan trắc di sẽ phân tích đ‡ợc nhiều sóng thnh phần hơn v độ chính xác các HSĐH sẽ cao hơn. Dù sao đây cũng l một tập số liệu rất quý giá có thể sử dụng vo nhiều mục đích khác nhau để nghiên cứu thủy triều Biển Đông. b. Kết quả đánh giá vai trò các yếu tố trong việc hình thunh vu biến đổi hiện toợng thủy triều trong Biển Đông ảnh hoởng hệ số ma sát đáy Ma sát đáy đóng vai trò rất quan trọng trong việc hình thnh bức tranh phân bố thủy triều trong biển. Đặc biệt trong các vùng thềm lục địa n‡ớc nông, ma sát đáy lm thay đổi đáng kể dao động mực n‡ớc v dòng triều, l yếu tố chính gây sự tiêu tán năng l‡ợng triều ở đây. Ma sát đ‡ợc tính toán trong các mô hình thủy động thủy triều l một đại l‡ợng m cho đến nay đ‡ợc thừa nhận rộng rãi nhất l tỷ lệ với bình ph‡ơng tốc độ dòng chảy. Vì vậy vấn đề chọn hệ số ma sát đáy luôn l mối quan tâm hng đầu của các nh nghiên cứu tính toán bức tranh phân bố thủy triều. Trong khuôn khổ đề ti cấp nh n‡ớc KT.03.03 đã nhận đ‡ợc một số kết quả về nghiên cứu chọn hệ số ma sát đáy trong bi toán tính toán thủy triều Biển Đông nh‡ sau: Đã tiến hnh tính toán bi toán thủy triều Biển Đông theo mô hình thủy động với các tr‡ờng hợp hệ số ma sát đáy khác nhau, biến đổi từ nhỏ đến lớn cho 2 sóng chính đ‡ợc chọn l K1 v M2. Hệ số ma sát đáy cho thay đổi từ rất nhỏ (0.5.10-3) đến khá lớn (4.0.10-3) với b‡ớc thay đổi 0.5.10-3. Các kết quả tính toán của từng ph‡ơng án đ‡ợc đem so sánh với tr‡ờng hợp ma sát đáy rất nhỏ (có thể xem nh‡ ảnh h‡ởng của ma sát l gần bằng không) để tính ra sai lệch tuyệt đối v t‡ơng đối cho từng điểm trong ton miền tính. Kết quả cho thấy sự có mặt của ma sát đáy đã lm thay đổi đáng kể bức tranh phân bố biên độ v pha của dao động mực n‡ớc cũng nh‡ dòng triều. Dĩ nhiên hệ số ma sát cng tăng, sự sai khác cng lớn. Với dao động mực n‡ớc ảnh h‡ởng của ma sát đáy thấy rõ ở các vùng biển nông (nh‡ vịnh Bắc Bộ, vịnh Thái Lan) hơn l các vùng biển sâu. Chẳng hạn khi so sánh tr‡ờng hợp ma sát đáy trung bình (2,5.10-3) với tr‡ờng hợp ma sát đáy không đáng kể, sai lệch biên độ của sóng K1 ở các vùng n‡ớc nông có thể v‡ợt quá 30cm (t‡ơng ứng sai lệch t‡ơng đối trên 40%), pha có thể v‡ợt quá 30o. Giá trị t‡ơng ứng ở vùng n‡ớc sâu o l 10cm (sai lệch t‡ơng đối 15%) v 10 . Với sóng M2 cần l‡u ý l sai lệch t‡ơng đối ở vùng n‡ớc sâu cũng sẽ khá lớn, mặc dù sai lệch tuyệt đối cũng chỉ 5-10cm nh‡ng vì bản thân giá trị biên độ của M2 ở đây l nhỏ nên sẽ lm tăng giá trị t‡ơng đối. Đã tiến hnh tính toán thử nghiệm v so sánh hai tr‡ờng hợp: trị số ma sát lấy cố định, bằng giá trị trung bình 2,6.10-3 v trị số ma sát thay đổi ở từng vị trí tùy thuộc độ sâu biển. Hệ số ma sát biến đổi theo độ sâu của biển đ‡ợc tính theo công thức 148 2 ê z0 º ô 1  1  ằ 2 h z0 2 K X ôln  2 1   ằ ô z0 h 3ằ ô 1  1  ằ ơ h ẳ
8. Vapnia: ở đây F-l hằng số Carman, zo -l độ gồ ghề đáy, h-l độ sâu biển. Từ công thức ny có thể tính ra kết quả trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Hệ số ma sát phụ thuộc vo độ sâu biển Độ sâu (m) 10 20 30 40 50 Hệ số K 3,6.10-3 2,5.10-3 2,0.10-3 1,8.10-3 1,7.10-3 Kết quả tính toán cho 2 tr‡ờng hợp cho thấy nhìn chung kết quả sai khác nhau không lớn, chủ yếu sự khác nhau xảy ra ở các vùng n‡ớc nông (vịnh Bắc Bộ, vịnh Thái Lan, eo Џi Loan, ), ở đây sai lệch t‡ơng đối về biên độ mực n‡ớc cũng nh‡ dòng có thể đạt từ 10y20% tại một số điểm. Nhiều kết quả tính toán thử nghiệm đã chứng tỏ rằng trong vùng Biển Đông nên chọn hệ số ma sát đáy trong khoảng 2,5.10-3 đến 3,0.10-3. Vai trò của lực Coriolis Trong các nghiên cứu tr‡ớc đây có tác giả đã tính lực Coriolis lấy giá trị trung bình cho ton Biển Đông vì cho rằng ở vĩ độ thấp lực ny không lớn. Nh‡ng cũng có các tác giả khác cho rằng đối với Biển Đông l một biển lớn trải di từ xích đạo đến 25oN, do đó không thể bỏ qua sự thay đổi của lực ny theo vĩ độ, mặc dù ở vĩ độ thấp giá trị lực ny không lớn nh‡ ở các vĩ độ cao. Kết quả tính toán trong Đề ti KT03.03 cho thấy có sự khác nhau rõ rệt trong bức tranh phân bố thủy triều trong 2 tr‡ờng hợp đã nêu. Điều đó cho thấy khi tính toán các bi toán thủy triều Biển Đông cần thiết phải tính đến sự thay đổi lực Coriolis theo vĩ độ địa lý. Vai trò của thunh phần phi tuyến Trong mô hình số trị thủy động tính toán thủy triều dựa trên cơ sở hệ ph‡ơng trình Saint-Venant đầy đủ, hiệu ứng phi tuyến tham gia trong hai thnh phần chính, đó l thnh phần ma sát đáy theo quy luật tỷ lệ với bình ph‡ơng vận tốc v thnh phần gia tốc phi tuyến. Kết quả tính toán cho thấy hiệu ứng gia tốc phi tuyến ảnh h‡ởng tới dao động mực n‡ớc không đáng kể khi giải bi toán thủy triều cho cả Biển Đông. Sai lệch tuyệt đối về biên độ ở phần lớn các vùng chỉ từ 0 đến 2cm, vi chỗ đạt tối đa d‡ới 5cm, còn về pha sai lệch tuyệt đối hầu nh‡ không quá 5o. Tuy nhiên hiệu ứng phi tuyến ny ảnh h‡ởng tới dòng triều rõ nét hơn. ở một số vùng nh‡ gần eo Џi Loan, eo Quỳnh Châu, vùng phía đông đảo Hải Nam, vùng bờ biển miền Trung Việt Nam v bờ tây Philippin sự sai khác tuyệt đối giữa 2 ph‡ơng án tính có thể đạt tới 5cm/s, còn các vùng khác còn lại trong Biển Đông sự sai lệch ny không quá 1cm/s. Có thể nhận thấy rằng hiệu ứng gia tốc phi tuyến sẽ có ảnh h‡ởng rõ rệt ở những vùng có dòng triều mạnh v có gradient tốc độ dòng lớn. Khi giải bi toán thủy triều ở những vùng hẹp hơn có độ sâu biến đổi mạnh bằng b‡ớc l‡ới nhỏ đủ mô tả chi tiết sự biến đổi của độ sâu 149
9. thì có thể nhận thấy sự sai lệch rõ rng hơn do tác động của hiệu ứng gia tốc phi tuyến. Nh‡ vậy để tính toán đủ chính xác hiện t‡ợng thủy triều, trong mô hình không nên bỏ qua thnh phần gia tốc phi tuyến, đặc biệt l khi nghiên cứu tính toán dòng triều. Vai trò tác động trực tiếp của lực gây triều trong Biển Đông Sự hình thnh chuyển động thủy triều trong Biển Đông đ‡ợc thực hiện bằng 2 con đ‡ờng: một l sóng triều đ‡ợc hình thnh trong đại d‡ơng rộng lớn v truyền vo Biển Đông qua các cửa nh‡ eo Џi Loan, eo Bashi, eo Kalimantan, eo Malaca (thực tế đây l các biên lỏng giới hạn biển với đại d‡ơng bên ngoi); hai l sóng triều đ‡ợc hình thnh ngay trong Biển Đông d‡ới tác dụng trực tiếp của lực gây triều. Từ x‡a tới nay các tác giả đều thừa nhận rằng con đ‡ờng thứ nhất l cơ bản, l chính yếu nhất để hình thnh nên chuyển động thủy triều Biển Đông, còn con đ‡ờng thứ hai l thứ yếu, không đáng kể, thậm chí có thể hon ton bỏ qua không cần đếm xỉa đến khi nghiên cứu chế độ dao động thủy triều trong Biển Đông. Bi toán thủy triều Biển Đông đ‡ợc xét thuần túy l bi toán truyền sóng triều từ biên lỏng vo. Tuy nhiên rất cần thiết phải đánh giá định l‡ợng về vai trò tác động trực tiếp của lực gây triều trong Biển Đông. Các nghiên cứu của Đặng Công Minh (1975), của nhóm nghiên cứu tại Viện Cơ học (Đỗ Ngọc Quỳnh v các cộng sự, 1998) đã rút ra đ‡ợc một số kết luận về ảnh h‡ởng của lực gây triều. Đối với sóng M2: Việc tính toán đến tác dụng trực tiếp của lực gây triều trong Biển Đông lm thay đổi đáng kể biên độ của sóng ny. Tại các vùng vịnh Bắc Bộ, vịnh Thái Lan v phần phía đông của biển, biên độ sóng M2 tăng có chỗ đạt từ 4 đến 8cm (bờ Philippin), thậm chí tới 14cm (gần eo Quỳnh Châu v vùng ven bờ Kiên Giang). Trong khi đó có một số nơi biên độ lại giảm khá mạnh từ 4 đến 12cm (nh‡ vùng phía bắc Biển Đông, phía đông v nam của Nam Việt Nam). Sai lệch t‡ơng đối nhiều nơi đạt từ 40 đến 50% thậm chí cao hơn. Đối với sóng S2: sóng ny có biên độ nhỏ hơn M2 nên sai lệch tuyệt đối cũng nhỏ hơn. Các vùng ny tăng giảm biên độ cũng phân bố giống nh‡ đối với sóng M2. Sai lệch t‡ơng đối có giá trị khá lớn đặc biệt ở vùng bắc Biển Đông có thể đạt tới giá trị vi trăm phần trăm, còn phần lớn các nơi sai lệch t‡ơng đối từ 10 đến 20%. Đối với sóng K1: Việc tính toán đến tác dụng trực tiếp của lực gây triều nói chung lm giảm biên độ sóng ở các vùng phía bắc, vùng trung tâm biển (trong đó có ton bộ vịnh Bắc Bộ) v vùng tây nam. Phần tăng biên độ ở gần Philipin v vùng đông nam của biển. Mức độ tăng, giảm đều nhỏ từ 1 đến 4cm. Sai lệch t‡ơng đối trong các vùng cỡ từ 0 đến 10%. Đối với sóng O1: Cũng giống nh‡ với sóng K1, các vùng tăng giảm biên độ cũng gần giống nh‡ với sóng K1. Trị số tăng giảm cũng nhỏ, lớn nhất đạt 4 đến 6cm ở vùng gần eo Kalimantan. Sai lệch t‡ơng đối trong các vùng cũng cỡ từ 0 đến 10%. 150
10. Nh‡ vậy từ kết quả tính toán đánh giá cho thấy việc tính toán đến lực gây triều trực tiếp trong Biển Đông ảnh h‡ởng ít tới các sóng chu kỳ ngy, trong khi đó lại ảnh h‡ởng rõ rệt đối với sóng chu kỳ nửa ngy. Tuy nhiên sóng chu kỳ ngy trong Biển Đông l chiếm ‡u thế trong ton biển, cho nên vẫn có cơ sở để nói rằng khi giải bi toán thủy triều Biển Đông có thể bỏ qua thnh phần lực gây triều nếu nh‡ thực tế có thể chấp nhận một sai số no đấy. Còn nếu cần thiết phải nâng cao độ chính xác tính toán thủy triều (với sai số vi cm) trong các bi toán nghiên cứu hay ứng dụng thì cần thiết phải tính đến thnh phần lực gây triều trực tiếp trong Biển Đông. c. Nguyên nhân hình thunh hiện toợng triều đa dạng vu đặc sắc của Biển Đông Nh‡ các phần trên đã trình by, chúng ta đã thu đ‡ợc bức tranh thủy triều v dòng triều rất đa dạng ở Biển Đông với thnh phần nhật triều chiếm ‡u thế trong phần lớn các khu vực của biển. Những nét đặc thù của thủy triều Biển Đông rất khác với những nét chung của các biển khác trên thế giới. Nh‡ ta biết hầu hết các vùng của đại d‡ơng v biển trên thế giới đều có chế độ bán nhật triều chiếm ‡u thế. Chẳng hạn trong số trên 3000 điểm nằm ở mọi vùng trên thế giới đ‡ợc đ‡a ra trong Bảng thủy triều Anh thì chỉ có 17 điểm có tỷ số giữa biên độ tổng cộng của các sóng nhật triều chính (K1 v O1) so với biên độ tổng cộng của các sóng bán nhật triều chính (M2 v S2) đạt từ 2,5 trở lên v trong đó đã có 7 điểm thuộc Việt Nam. Hơn nữa chế độ thủy triều tồn tại ở các vùng khác nhau trong biển có tính chất đặc tr‡ng của cả 4 loại v giữa chế độ thủy triều v dòng triều lại không đồng nhất cùng loại nh‡ nhau. Nh‡ vậy khi tìm hiểu về nguyên nhân hình thnh hiện t‡ợng triều phức tạp v khá đặc biệt của Biển Đông có thể đặt ra những câu hỏi sau: Thông th‡ờng, theo lý thuyết thủy triều v thực tế với đa số các vùng biển trên thế giới, thủy triều có chế độ đặc tr‡ng l bán nhật triều, nh‡ng ở đây, Biển Đông lại có đủ 4 loại đặc tr‡ng: bán nhật triều đều, bán nhật triều không đều, nhật triều đều v nhật triều không đều. Hơn nữa vùng bán nhật triều lại chiếm tỷ lệ rất ít, còn đại đa số l nhật triều chiếm ‡u thế. Vậy nguyên nhân tại sao ? Tại sao bức tranh thủy triều rất phức tạp chủ yếu ở phần phía tây của biển trong đó bao gồm cả vịnh Bắc Bộ v vịnh Thái Lan, ngoi ra ở eo Џi Loan v vịnh Pulo Lakei thủy triều cũng biến đổi khá mạnh. Trong khi đó cả vùng khơi khá rộng của biển thủy triều ít biến động ? Vì sao hình thnh các sóng n‡ớc nông lớn ở khu vực ven biển đồng bằng sông Cửu Long v miền lân cận ? Vì sao đặc tr‡ng chế độ thủy triều v chế độ dòng triều lại khác nhau ? Những nghiên cứu trong thời gian qua ch‡a thể trả lời hết v thấu đáo những câu hỏi giải thích cơ chế hình thnh v biến đổi hiện t‡ợng triều đa dạng v đặc sắc của Biển Đông. Nh‡ng đã có một số kết quả nghiên cứu b‡ớc đầu đi sâu vo giải thích một số đặc điểm trong cơ chế ny. Có thể tóm tắt một số nét 151
11. nh‡ sau: Thông qua phân tích vật lý kết hợp với tính toán giải tích thủy động theo các công thức t‡ơng đối đơn giản Nguyễn Ngọc Thuỵ (1969, 1985) đã nhận định rằng điều kiện địa hình v kích th‡ớc Biển Đông nói chung v hai vịnh Bắc Bộ v Thái Lan nói riêng có điều kiện thuận lợi cho chế độ cộng h‡ởng đối với sóng nhật triều, trong khi đó vịnh Pulo Lakei v eo Џi Loan thuận lợi cho cơ chế cộng h‡ởng với sóng bán nhật triều. Khi nghiên cứu sự truyền các dao động c‡ỡng bức có chu kỳ khác nhau từ các biên lỏng (eo Џi Loan, eo Basi, eo Kalimantan) vo trong Biển Đông thông qua giải hệ thống ph‡ơng trình thủy động lực n‡ớc nông đầy đủ, Đỗ Ngọc Quỳnh (1991) đã chỉ ra rằng eo Basi đúng l đóng vai trò quan trọng nhất trong việc truyền sóng triều vo Biển Đông. Các dao động từ đây đ‡ợc lan truyền nhanh v phát triển rộng trong cả biển. Do điều kiện địa hình v kích th‡ớc của biển cho nên cho dù ở biên lỏng biên độ các sóng chu kỳ ngy v nửa ngy l bằng nhau nh‡ng sóng ngy đã đ‡ợc tăng biên độ khi truyền vo trong biển, trong nhiều khu vực đã lấn át hẳn sóng nửa ngy v quyết định chế độ dao động ngy trong phần lớn các khu vực của biển. Để nghiên cứu khả năng cộng h‡ởng của các sóng triều chu kỳ khác nhau trong biển, Phạm Văn Huấn (1997) đã nghiên cứu bi toán dao động tự do trong ton Biển Đông thông qua giải số trị hệ ph‡ơng trình n‡ớc nông không chứa ma sát. Đã tiến hnh theo dõi biến đổi mực n‡ớc tại 16 điểm ở các vị trí tiêu biểu trong biển. Sau đó tiến hnh phân tích phổ tại những điểm ny để tìm ra các chu kỳ riêng của dao động. Kết quả trong phạm vi từ 1 đến 60 giờ đã tìm đ‡ợc 15 mod dao động có năng l‡ợng đáng kể trong đó chu kỳ chung cho ton biển l 19,2 giờ v sau đó l 24 giờ. Ngoi ra tùy từng vùng còn tồn tại những chu kỳ khác. Nh‡ vậy có thể kết luận khả năng cộng h‡ởng của các dao động có chu kỳ cận ngy v ngy l rất rõ rng. Điều đó giải thích tại sao các sóng triều chu kỳ ngy có địa vị thống trị trong Biển Đông. Cũng theo h‡ớng nghiên cứu ny, Phạm Văn Ninh v Trần Thị Ngọc Duyệt (1997) đã nghiên cứu dao động riêng của khối n‡ớc Biển Đông theo một cách tiếp cận khác. Các tác giả đã giải hệ thống ph‡ơng trình thủy động lực n‡ớc nông đầy đủ với giả định có các dao động c‡ỡng bức trên các biên lỏng với biên độ không đổi (0,5m) v với một chuỗi các chu kỳ khác nhau biến đổi từ 2 đến 720 giờ. Sau đó tiến hnh theo rõi biên độ dao động mực n‡ớc tại từng điểm trong biển (6620 điểm) t‡ơng ứng với các chu kỳ dao động c‡ỡng bức trên biên khác nhau; từ đó tìm ra các chu kỳ trội hay phổ các dao động riêng tại từng điểm. Kết quả chỉ ra rằng ton bộ Biển Đông có hai chu kỳ riêng l nửa ngy (11-12 giờ) v cận ngy (18-21 giờ), trong đó biên độ cộng h‡ởng cận ngy biểu hiện rõ rệt nhất. Riêng Vịnh Bắc Bộ còn có chu kỳ riêng 32-36 giờ với hiệu ứng khuếch đại biên độ rất mạnh v Vịnh Thái Lan có chu kỳ riêng 50-60 giờ. Nh‡ vậy cần l‡u ý rằng chế độ nhật triều đều ở Vịnh Bắc Bộ không gắn liền với chu kỳ cộng h‡ởng mạnh nhất của thủy vực nh‡ một số tác giả th‡ờng quan niệm tr‡ớc đây. 152
12. 3.1.3. Đặc điểm phân bố thủy triều vˆ dòng triều, phân vùng chế độ triều vˆ nguyên nhân hình thˆnh hiện t€ợng triều đa dạng vˆ đặc sắc ở Biển Đông Thông qua các kết quả tính toán mô hình số trị kết hợp với những số liệu thực đo về thủy triều v dòng triều trong biển có thể rút ra những kết luận định tính v định l‡ợng về đặc điểm phân bố bức tranh triều đặc sắc v phức tạp của Biển Đông. a. Đặc điểm truyền triều Trên cơ sở các tính toán theo mô hình số trị thủy động thủy triều cho 4 sóng chính M2, S2, K1, O1 ta có thể nhận định tổng quát về đặc điểm truyền sóng triều trên ton biển v các bộ phận của biển nh‡ sau: Hiện t‡ợng thủy triều đ‡ợc hình thnh trong Biển Đông, chủ yếu l do sóng triều truyền từ Thái Bình D‡ơng vo. Khi truyền từ đại d‡ơng vo, thoạt tiên các sóng bán nhật triều có biên độ lớn hơn rõ rệt với năng l‡ợng bằng khoảng gấp r‡ỡi năng l‡ợng của các sóng nhật triều. 153
13. Hình.3.1. Phân bố pha v biên độ sóng M2 Tuy nhiên trong quá trình truyền sóng triều do điều kiện địa hình biến đổi, nhất l khi truyền vo vùng thềm lục địa phía tây, trong đó có hai vịnh lớn l vịnh Bắc Bộ v vịnh Thái Lan, các sóng nhật triều đã đ‡ợc mạnh lên rõ rệt v tại nhiều nơi đã áp đảo thnh phần bán nhật triều. Ngoi ra do địa hình đáy v hình thái bờ đặc biệt của các vịnh ny đã tạo nên các vùng nhật triều thuần túy hoặc nhật triều không đều đồng thời thu hẹp những vùng bán nhật triều hoặc lm cho những vùng bán nhật triều tuy vẫn tồn tại song các thnh phần nhật triều trong đó đã lớn lên đáng kể, có nghĩa l thnh những vùng bán nhật triều không đều. Chính vì vậy, bức tranh thủy triều ở Biển Đông nói chung v nói riêng ở miền phía tây của biển l đa dạng v đặc sắc, có thể nói hiếm thấy trên thế giới so với sự chi phối nổi bật của thnh phần nhật triều. 154
14. Hình 3.2 Phân bố pha v biên độ sóng S2 Các dạng sóng tiến lúc ban đầu chuyển dần thnh dạng sóng tiến-đứng hoặc đứng-tiến. Các điểm vô triều (amphidrome) bán nhật hoặc ton nhật đ‡ợc hình thnh ở hai vịnh lớn phía tây của biển (bảng 3.3). Các vùng nút sóng v bụng sóng của các sóng cũng xuất hiện. Chẳng hạn vùng nút sóng bán nhật triều ở vịnh Bắc Bộ. Vùng bụng sóng bán nhật triều biên độ lớn ở khu vực eo Џi Loan v vịnh Pulo Lakei, ở đây các đ‡ờng đẳng biên độ dy đặc v dòng triều chảy khá mạnh do điều kiện riêng địa ph‡ơng. Phần còn lại với diện tích khá rộng của biển thì bức tranh thủy triều đơn giản hơn nhiều do ở đây độ sâu biển khá lớn không lm biến dạng nhiều đến bức tranh truyền sóng triều. Bảng 3.3 Tọa độ các điểm vô triều của 4 sóng chính theo kết quả mô hình 155
15. Sóng M2 S2 O1 K1 Toạ độ 1. 11o10N, 101o40E 2o30N, 105o45E 1. 16o35N, 107o40E 1. 16o45N, 107o10E 2. 8o00N, 103o45E 2. 8o10N, 103o40E 2. 8o30N, 102o35E 3. Dải nút sóng Cát Bμ-Bắc Lê Hình 3.3. Phân bố pha v biên độ sóng K1 Nếu xét tỷ mỷ hơn, có thể thấy sự hình thnh các vùng vô triều của các sóng l rất khác nhau. Chẳng hạn đối với sóng nhật triều K1 (hình 3.3) điểm vô triều thể hiện rất rõ nh‡ng với sóng nhật triều O1 (hình 3.4) điểm vô 156
16. triều ở tây nam cửa Vịnh Bắc Bộ lại ch‡a thể hiện đầy đủ m có một nửa thể hiện ảo (trên đất liền). Đối với sóng bán nhật triều M2 (hình 3.1) điểm vô triều ở vịnh Thái Lan d‡ờng nh‡ có hai, nh‡ng đều ch‡a thể hiện trọn vẹn trên biển m đều có một nửa l ảo (trên đất liền). Riêng ở vịnh Bắc Bộ, đối với sóng bán nhật triều M2 không hình thnh điểm vô triều m lại hình thnh dải nút sóng (trên đó biên độ dao động triều cũng rất nhỏ) từ Cát B (Việt Nam) tới Bắc Lê (đảo Hải Nam, Trung Quốc). Hình 3.4. Phân bố pha v biên độ sóng O1 Với tr‡ờng hợp sóng bán nhật triều S2 (hình 3.2) cách thể hiện điểm vô triều còn mờ nhạt hơn nữa, do biên độ của sóng S2 trên biển Đông nói chung l nhỏ, vì vậy với những vùng có biên độ quá nhỏ 0-1cm tuy cũng coi l các điểm vô triều với sự quay vòng ch‡a đầy đủ của góc pha nh‡ng do quá mờ nhạt nên 157
17. không có ý nghĩa thật sự trong thực tế. b.Độ lớn thủy triều vu dòng triều Sau đây l tóm l‡ợc một số đánh giá khái quát về giá trị cực trị của mực n‡ớc v dòng triều tổng hợp trong Biển Đông. Đây l vấn đề có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, đặc biệt trong công tác thiết kế thi công v quy hoạch trong vùng biển. Ngoi ra còn cần thiết trong việc xác định mực chuẩn cao độ ở lục địa v mực chuẩn độ sâu trong các bản đồ hng hải, số 0 bảng thủy triều, ranh giới lãnh hải, xác định cao độ ở vùng ven biển, ngoi khơi v các đảo xa. Kết quả ny tuy ch‡a đầy đủ v độ chính xác ch‡a cao, song đây l những đánh giá khái quát, l ti liệu tham khảo tốt cho cả vùng Biển Đông rộng lớn. Một cách khái quát có thể thấy độ lớn triều cực đại ở Biển Đông trong mỗi chu kỳ 19 năm có thể v‡ọt quá 5m ở tây bắc eo Џi Loan, vùng đỉnh Vịnh Bắc Bộ; v‡ợt quá 4m ở bờ biển đông bắc Việt Nam, bắc eo Џi Loan, phía trong vịnh Pulo Lakei v vùng lân cận Vũng Tu (Việt Nam). Vùng có độ lớn thủy triều khoảng 1m hoặc nhỏ hơn chút ít l vùng khơi khá rộng lớn giữa Biển Đông tiếp giáp với phần bắc của biển v vùng rộng choán hầu khắp cửa vịnh Thái Lan. Các vùng có độ lớn triều cực đại trong chu kỳ 19 năm rất nhỏ không v‡ợt quá 0,5m l vùng cắt ngang gần cửa vịnh Thái Lan, vùng nhỏ lân cận cửa Thuận An (Việt Nam). Các vùng còn lại của biển trong vùng ven bờ có giá trị từ 1,5m đến 4m v ở vùng khơi có giá trị từ 1 đến 2m. Trong vùng biển Việt Nam tồn tại cả những vùng có độ lớn triều cực đại rất nhỏ (d0,5 m) v những vùng có độ lớn triều cực đại lớn (t4,5m), cùng những vùng có chế độ triều khác nhau xen kẽ. Rõ rng bức tranh dao động thủy triều ở biển n‡ớc ta rất đa dạng. Dòng triều cực đại trong chu kỳ 19 năm ở Biển Đông cũng thay đổi đáng kể từ d‡ới 2cm/s (chủ yếu ở vùng khơi gần phía tây bắc v gần phía đông của trung tâm biển) đến trên 100cm/s (eo Џi Loan, eo Quỳnh Châu), lân cận vịnh Diễn Châu, phía trong vịnh Thái Lan, vịnh Pulo Lakei v bờ đông bán đảo Malaca. Nói chung các vùng có dòng triều chảy mạnh (v‡ợt quá một hải lý/giờ) l phần lớn eo Џi Loan, xung quanh bán đảo Lôi Châu, vịnh Diễn Châu (Việt Nam), vùng lân cận bờ đông Nam Bộ (Việt Nam), ven bờ tây vịnh Thái Lan, đông bán đảo Malaca, vịnh Pulo Lakei, ven bờ tây Philippin. Dải dòng triều chảy mạnh có thể kéo di từ ven bờ ra khoảng trên d‡ới nửa độ kinh vĩ tùy theo vùng. Tới khoảng cách xa bờ chừng 1-2 độ l dòng triều trở nên yếu đi rõ rệt (chỉ còn trên d‡ới 10 cm/s), trừ tr‡ờng hợp trong vịnh Bắc Bộ v eo Џi Loan. c. Phân vùng chế độ thủy triều vu dòng triều Trên cơ sở các kết quả tính toán theo mô hình số trị thủy động trong ton Biển Đông cho bốn sóng chính, đã nhận đ‡ợc các hằng số điều hòa thủy triều v dòng triều tại từng vị trí trong biển. Sau đó xác định tính chất của chế độ thủy triều theo giá trị của tỷ số phân loại. 158
18. Hình 3.5. Bản đồ chế độ thuỷ triều Có nhiều cách để xác lập tỷ số phân loại theo giá trị của các sóng chủ yếu. ở đây, đã chọn tỷ số phân loại dựa trên bốn sóng triều chính l M2, S2, K1 v O1 (tỷ số Vander Stock) để lm chỉ tiêu phân loại chế độ thủy triều v dòng triều, đó l :  H  H Với thủy triều: D O1 K1 V  V HO1  KH1 Với dòng triều: D M 2 S2 V V ở đây H l giá trị biênM 2 độ Sdao2 động mực n‡ớc, V l giá trị modun vận tốc của các sóng triều t‡ơng ứng. 159
19. Hình 3.6. Bản đồ chế độ dòng triều Hình 3.7. Bản đồ chế độ triều theo Nguyễn Ngọc Thuỵ Tùy thuộc giá trị của D, tính chất chế độ thủy triều (hay dòng triều) đ‡ợc 160
20. chia ra nh‡ sau: D Tính chất triều 0y0,25 Bán nhật triều đều 0,25y1,50 Bán nhật triều không đều 1,50y3,00 Nhật triều không đều 3,00< Nhật triều đều Từ kết quả tính toán mô hình v sau đó xác định tỷ số phân loại D, các tác giả đề ti KT.03.03 đã xây dựng các bản đồ phân bố đặc tr‡ng chế độ thủy triều v dòng triều trong bi toán Biển Đông (các hình 3.5-3.6). Bảng 3.4: phân vùng chế độ thủy triều v dòng triều Biển Đông Thủy triều Dòng triều Tính chất Độ lớn Tính chất Độ lớn BNT BNTKĐ NTKĐ NT max (m) BNT BNTKĐ NTKĐ NT max (cm/s) 1. Eo Đμi Loan x 2ytrên 5 x 25ytrên 100 2. Ven biển x 1,6y2,2 xx 8y100 Nam Trung Quốc 3. Vịnh Bắc Bộ a. Ven biển x 3ytrên 5 x 25y100 Trung Quốc XXx 1y4,5 x xx25y100 b. Ven biển Việt Nam 4. Ven biển xX X 0,5y2,3 xx25y50 Miền Trung Việt Nam 5. Ven biển XX 2ytrên3 xx 25y50 đông Nam Bộ Việt Nam 6. Vịnh Thái X Lan X X x 0,9y1,3 x x x 25y50 a. Ven biển tây X X 1,1y2,4 x 25y50 nam VN x X X x 0,6y3,3 x x x x 10ytrên b. Ven biển x x x 0,6y2,5 100 Campuchia 10y100 c. Ven biển Thái Lan d. Ven biển Malaysia 7. Ven biển XXx2,4y4 xx x 10ytrên Brunây, 100 Malaysia 8. Ven biển XX 1y2 xx xx5y50 Philippin 9. Eo Bashi X X x 0,9y1,1 xx xx10y50 10. Vùng khơi Biển Đông a. Phía Bắc X x 0,9y1,5 x x x x 1y10 b. Trung tâm X x 1,1y1,7 x x 1y10 c. Phía Nam X x 1,5y2 x x x 2y10 161
21. Có thể rút ra một số nhận xét về bức tranh phân bố đặc tr‡ng chế độ thủy triều v dòng triều Biển Đông nh‡ sau: Về chế độ thủy triều: Vùng nhật triều đều (Dt3) v nhật triều không đều (1,50<D<3,00) chiếm phần lớn diện tích của biển với độ lớn triều đáng kể ở Vịnh Bắc Bộ (giá trị cực đại v‡ợt quá 5m) v độ lớn vừa phải nằm ở phần còn lại (từ 1 đến 2m). Vùng bán nhật triều đều (0,0<D<0,25) chỉ chiếm diện tích rất nhỏ: hầu khắp eo Џi Loan với độ lớn triều từ vừa đến rất lớn (v‡ợt quá 5m); nửa trái cửa Vịnh Thái Lan với độ lớn triều trung bình v nhỏ; một vùng rất hẹp ở khu vực cửa Thuận An (Việt Nam) với biên độ trung bình v nhỏ, có thể nói nhỏ nhất ở Biển Đông. Trên hình 3.7 dẫn ra bản đồ phân bố tính chất triều vùng biển Việt Nam của Nguyễn Ngọc Thụy. Vùng bán nhật triều không đều (0,25<D<1,50) chiếm diện tích lớn hơn so với vùng bán nhật triều đều v nằm xen kẽ giữa các vùng bán nhật triều đều v nhật triều không đều, trong đó các vùng ven biển Nam Bộ (Việt Nam) v phía đông bán đảo Lôi Châu (Trung Quốc) l có độ lớn triều đáng kể. Về chế độ dòng triều: So với bản đồ phân vùng chế độ thủy triều thì bản đồ phân vùng chế độ dòng triều phức tạp hơn nhiều. Có thể thấy trong Biển Đông tồn tại đủ cả bốn loại dòng triều: nhật triều đều, bán nhật triều đều, nhật triều không đều v bán nhật triều không đều. Các vùng phân bố xen kẽ đan xen nhau rất phức tạp không phân bố thuần nhất v rõ rng nh‡ tr‡ờng hợp chế độ thuỷ triều. Mặt khác sự t‡ơng ứng giữa chế độ thuỷ triều v chế độ dòng triều không đơn gản vì sự xuất hiện các dạng sóng triều khác nhau ở các vùng trong biển, không chỉ sóng tiến, m cả sóng đứng, sóng đứng-tiến hoặc sóng tiến đứng. Chính vì vậy m có những vùng chế độ thuỷ triều v chế độ dòng triều có đặc tr‡ng giống nhau, nh‡ng cũng có những vùng hai loại chế độ ny lại có đặc tr‡ng khác nhau không cùng loại. Nhìn chung vùng có chế độ dòng triều hỗn hợp (nhật triều không đều hoặc bán nhật triều không đều) chiếm hầu hết diện tích của Biển Đông. Vùng có chế độ dòng triều bán nhật đều hay nhật triều đều chỉ chiếm diện tích nhỏ v nằm rải rác ở các khu vực khác nhau trong biển. Có thể tóm tắt phân vùng chế độ thuỷ triều v dòng triều cùng độ lớn cực đại của chúng trong Biển Đông bằng một bảng tổng hợp (bảng 3.4). 3.1.4. Những nhận xét về đặc điểm triều Biển Đông vˆ ven bờ Việt Nam Biển Đông l một biển lớn ven lục địa của thế giới đồng thời cũng l một vùng biển có lịch sử phong phú. Từ nhiều năm nay, Biển Đông luôn l một vùng biển sôi động về hoạt động kinh tế, điều tra thiên nhiên của vùng Châu á-Thái Bình D‡ơng v của thế giới, m Việt Nam choán gần trọn bờ phía tây của biển. Thủy triều ở biển ny nổi tiếng về sự đa dạng v đặc sắc của nó với thnh phần nhật triều đáng kể. Vì vậy đã đ‡ợc các nh khoa học v các nh hoạt động thực tiễn ở các vùng biển của thế giới chú trọng từ lâu. Đã có nhiều công trình nghiên cứu, điều tra về thủy triều của các tác giả trong v ngoi n‡ớc tiến hnh 162
22. cho biển ny. Đã kết hợp đo đạc, phân tích ti liệu với tính toán theo các mô hình số trị thủy động để mô tả đúng đắn đ‡ợc các bức tranh phân bố các đặc tr‡ng của các sóng triều chính, phân vùng chế độ thủy triều v dòng triều trong ton biển. Đã có những kết quả nghiên cứu chuyên đề sâu sắc v đánh giá định l‡ợng về các hiệu ứng đóng góp trong việc hình thnh v biến đổi hiện t‡ợng thủy triều của Biển Đông nh‡ lực gây triều trực tiếp trong Biển Đông, thnh phần ma sát đáy, lực Coriolis, thnh phần gia tốc phi tuyến Đặc biệt đã có nhiều kết quả nghiên cứu đi sâu tìm hiểu về cơ chế hình thnh hiện t‡ợng triều đa dạng v đặc sắc của Biển Đông. Sự nghiên cứu thủy triều Biển Đông đã tiến hnh những b‡ớc mới quan trọng, nó không dừng lại ở việc phân tích mô tả hiện t‡ợng xảy ra m đã đi sâu vo nghiên cứu giải thích cơ chế hình thnh v biến đổi của hiện t‡ợng. Những kết quả nghiên cứu nhiều mặt của nhóm các tác giả đề ti cấp nh n‡ớc KT 03.03 (1991-1995) đã lm phong phú thêm rất nhiều về những hiểu biết hiện t‡ợng thủy triều trong Biển Đông. 3.1.5. Đặc điểm biến động của mực n€ớc tổng hợp ven bờ biển Việt Nam Bên cạnh dao động triều chu kỳ ngắn, mực n‡ớc biển còn chịu sự biến đổi do các dao động chu kỳ dμi cũng nh‡ các biến động không tuần hoμn chủ yếu từ nguyên nhân khí t‡ợng, thủy văn nh‡ bão, lũ v biến đổi khí hậu. Kết quả phân tích phổ do Phạm Văn Huấn vμ Nguyễn Tμi Hợi (2007) tiến hμnh cho thấy có sự hiện diện của những đỉnh phổ t†ơng ứng với chu kỳ dao động synôp vμ nhiều ngμy (bảng 3.5). Bảng 3.5. Các đỉnh phổ ứng với dao động chu kỳ synôp v nhiều ngy Trạm Hòn DấuHòn Ng‡ Đμ Nẵng Quy Nhơn Đỉnh phổ (nguy) 4; 7; 21 3-5; 7; 12; 22 3; 8; 20; 40 20; 40 Trạm Nha Trang Vũng TầuBạch Hổ Rạch Giá Đỉnh phổ (ngy) 5; 8; 12; 20 20; 40 20 3-8; 20 Phần đóng góp của mỗi dao động vo ph‡ơng sai chung của dao động mực n‡ớc tại mỗi trạm có khác nhau. Tuy nhiên các đỉnh phổ ứng với chu kỳ cỡ 20 ngy có ph‡ơng sai lớn v‡ợt trội ở tất cả các trạm còn lại. Các chuỗi mực n†ớc từng giờđãđ†ợc loại trừ thủy triều đã đ†ợc tiếp tục phân tích thống kêđể tìm tần suất lặp lại của các dao động dâng hoặc rút mực n†ớc vùng ven bờ do tác động của gió vμ những nguyên nhân khác. Kết quả thống kêđã cho thấy tác động dâng rút mực n†ớc xảy ra với tần suất cao chỉ tập trung ở khoảng d‡ới 20 cm. Những dao động dâng rút với cỡ hơn nửa mét có tần suất khá hiếm, không v‡ợt quá 1 % ở tất cả các trạm v quá trình dâng, rút th‡ờng có tần suất xấp xỉ nh‡ nhau. Theo tính toán phổ (đề ti KT 03.03) thấy rằng ngoi chu kỳ năm vμ nửa năm, tại hầu hết các trạm có mặt dao động mực biển với chu kỳ khoảng 6  10 năm v di hơn nữa. Kết quả phân tích số liệu quan trắc mực n‡ớc tại các trạm khí t‡ợng hải văn ven bờ Việt Nam đã cho thấy trong giai đoạn nửa sau thế kỷ 163
23. XX, đã thể hiện khá rõ xu thế dâng lên của mực n‡ớc trung bình trong khoảng từ 1 đến 3mm/năm (32 năm số liệu), trong đó lớn nhất tại trạm Cửa Cấm l 2,7mm/năm vμ thấp nhất tại Vũng Tu 0,2mm/năm (15 năm số liệu). Tuy nhiên với số liệu cập nhật đến năm 2005 mực n‡ớc trung bình tại Vũng Tu có xu thế tăng lên đáng kể. Đối với mực n‡ớc cực trị cao nhất v thấp nhất kết quả nghiên cứu cho thấy trong phạm vi sai số ph‡ơng pháp các mực triều cực trị lý thuyết có thể phần no phản ánh mực n‡ớc cực trị thực tế. Các mực n‡ớc thấp nhất thu đ‡ợc không chênh nhau nhiều, chỉ khoảng 10 cm, trong khi đó các mực cao nhất chênh nhau tới 30 cm, phản ánh các đỉnh lũ vμ hiệu ứng dâng bão v gió mạnh. Ví dụ, đối với trạm Hòn Dấu, ‡ớc l‡ợng các mực n‡ớc cực tiểu v cực đại chu kỳ lặp lại 20 năm theo lý thuyết t‡ơng ứng (10; 397cm), còn theo số liệu quan trắc 35 năm: (6; 410cm). 3.2. Đặc điểm sóng gió trên Biển Đông Tr‡ờng sóng gió trên biển l một trong các yếu tố động lực biển quan trọng tác động lên tu thuyền, các công trình v mọi hoạt động trên biển. Tr‡ờng sóng vùng ven bờ cũng l nguyên nhân chính gây xói lở bờ biển, biến đổi đáy biển vùng ven bờ tác động đến các công trình bảo vệ bờ, công trình cảng v luồng ra vo cảng. Sóng v dòng chảy sóng còn l nhân tố tác động đến các quá trình lan truyền ô nhiễm vùng ven bờ. N‡ớc ta nằm trong vùng tác động của bão v các loại gió mùa. Sóng trong gió mùa v bão l yếu tố hải văn cực kỳ nguy hiểm cho các hoạt động trên biển. Những kết quả đánh giá về những đặc điểm cơ bản của tr‡ờng sóng vùng biển Việt Nam đ‡ợc tổng hợp từ những thông tin tổng quan, các kết quả ứng dụng mô hình tính toán ở trong n‡ớc. 3.2.1. Tình hình nghiên cứu sóng ở Việt Nam Trong thời kỳ tr‡ớc 1975, khi n‡ớc ta đang có chiến tranh, đội ngũ cán bộ điều tra nghiên cứu biển của chúng ta còn quá ít, trang thiết bị đo đạc các yếu tố sóng hầu nh‡ không có. ở một số trạm Khí t‡ợng thủy văn (KTTV) ven bờ nh‡ Hòn Dấu, Hòn Ng‡ có tiến hnh các quan trắc sóng bằng máy ngắm sóng quang học Ivannov, còn việc điều tra đo đạc các yếu tố sóng vùng n‡ớc sâu hầu nh‡ bị bỏ trống. Một số các công trình nghiên cứu do các tác giả n‡ớc ngoi v trong n‡ớc về chế độ sóng đều ở dạng các tính toán thủ công theo ph‡ơng pháp thống kê chế độ. Từ sau năm 1975 đến nay l thời kỳ phát triển mạnh nhất của khoa học công nghệ biển n‡ớc ta nói chung v nghiên cứu sóng nói riêng. Nghiên cứu sóng đ‡ợc phát triển trong cả hai ph‡ơng diện: đo đạc, điều tra khảo sát cơ bản tr‡ờng sóng vùng n‡ớc sâu ven bờ v các ph‡ơng pháp tính toán, dự báo. Các ch‡ơng trình điều tra nghiên cứu biển, ch‡ơng trình biển trọng điểm cấp nh n‡ớc v ch‡ơng trình khoa học công nghệ biển cấp nh n‡ớc l các nguồn động lực quan trọng trong việc cung cấp kinh phí, tập hợp các nh nghiên cứu trong nghiên cứu sóng. Năm 1981 đã bắt đầu các thử nghiệm tính toán số trị tr‡ờng 164
24. sóng vùng khơi biển Đông theo ph‡ơng pháp Abuziarov. Năm 1989 đã tiến hnh xây dựng ph‡ơng pháp dự báo số trị tr‡ờng sóng vùng Biển Đông bằng ph‡ơng pháp giải ph‡ơng trình cân bằng năntg l‡ợng (CBNL) sóng dạng phổ trong đó đã sử dụng ph‡ơng trình CBNL sóng với các thnh phần phổ sóng tách biệt để tính toán v dự báo sóng trong bão. Tính sóng trong bão v gió mùa đã đ‡ợc đề cập đến trong nhiều ch‡ơng trình nghiên cứu biển nh‡ ch‡ơng trình 48B, ch‡ơng trình biển KT03, ch‡ơng trình khoa học công nghệ biển KHCN06. Tính sóng vùng ven bờ cũng đ‡ợc chú ý phát triển cùng với các yêu cầu về thiết kế các công trình ven biển, bảo vệ bờ biển chống sạt lở, xói lở bờ, bảo vệ các công trình tuyến kênh hng hải ra vo cảng chống sa bồi v quản lý khai thác vùng bờ biển n‡ớc ta. Về các ph‡ơng tiện máy v thiết bị đo đạc tr‡ờng sóng cũng đ‡ợc phát triển rất mạnh trong thời gian từ năm 1975 tới nay. Tr‡ớc năm 1980 đã sử dựng các loại máy tự ghi sóng ven bờ - sóng ký dây v máy tự ghi sóng vùng n‡ớc sâu - GM16 của Liên Xô. Từ 1980 tới nay, nhờ các dự án do n‡ớc ngoi ti trợ, các nguồn kinh phí của các ch‡ơng trình điều tra nghiên cứu biển v kinh phí đầu t‡ chiều sâu tại một số các cơ quan nghiên cứu biển n‡ớc ta đã đ‡ợc trang bị các loại máy tự ghi sóng của Anh, phao đo sóng của H Lan, Na Uy, máy tự ghi sóng của Mỹ, Nhật vv Tuy nhiên đại đa số các số liệu đo đạc đ‡ợc l các số liệu khảo sát trong thời gian ngắn không hon ton đặc tr‡ng cho đặc điểm khốc liệt về tr‡ờng sóng ở vùng biển n‡ớc ta, đó l tr‡ờng sóng trong bão v gió mùa, trừ cố gắng của Tổng cục KTTV bố trí các trạm phao cố định đo sóng định kỳ dọc bờ biển n‡ớc ta trong khuôn khổ dự án trạm phao theo dõi trên biển do Na Uy ti trợ. Đây có lẽ l một vấn đề tồn tại trong nghiên cứu sóng hiện nay cần đ‡ợc khắc phục. Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển mạnh của các ph‡ơng tiện đo đạc, đặc biệt l các máy v phao tự ghi sóng cùng các yếu tố khí t‡ợng cho phép tiến hnh đo đạc th‡ờng xuyên ngay cả trong các điều kiện gió mùa v bão. Đồng thời các ph‡ơng tiện đo đạc từ xa, chụp ảnh v viễn thám đ‡ợc áp dụng trong đo đạc tr‡ờng sóng trên biển đã bổ sung một nguồn số liệu về tr‡ờng sóng quan trọng trong nghiên cứu sóng. Song song với việc phát triển các ph‡ơng tiện đo đạc l phát triển các công cụ ph‡ơng tiện tính toán hiện đại. Tình hình nghiên cứu sóng trên thế giới đã đ‡ợc phát triển rất mạnh v tiến tới đáp ứng đ‡ợc phần lớn các yêu cầu cung cấp số liệu sóng đủ tin cậy phục vụ cho các mục tiêu khác nhau. Nếu nh‡ vo thời kỳ tr‡ớc những năm 70 các ph‡ơng pháp tính sóng đều dựa trên các toán đồ xây dựng trên cơ sở các t‡ơng quan thực nghiệm giữa các tham số sóng v yếu tố tạo sóng v các tính toán đ‡ợc tiến hnh cho các điểm rời rạc thì hiện nay các tính toán, dự báo sóng nghiệp vụ hng ngy đã đạt đ‡ợc trình độ mô phỏng đ‡ợc từng thnh phần phổ sóng v tính cho ton vùng biển với b‡ớc l‡ới đủ chi tiết phục vụ các mục tiêu khác nhau. Ngay trong bản thân các loại mô hình tính sóng dựa trên ph‡ơng trình cân bằng năng l‡ợng (CBNL) sóng dạng phổ cũng luôn đ‡ợc nâng cao, cập nhật với các đo đạc mới nhất. Vo những năm 1970 - 1980 các mô hình tính sóng theo ph‡ơng trình CBNL sóng dạng phổ chủ yếu thuộc thế hệ I l loại ph‡ơng trình dựa trên giả 165
25. định các thnh phần phổ sóng hon ton độc lập với nhau trong khi lan truyền. Các mô hình tính sóng theo giả định ny gọi l các mô hình phổ sóng truyền độc lập (DP: Decoupled Propagation). Thí dụ về mô hình dự báo sóng điển hình thuộc loại ny l mô hình MRI của Cục Khí t‡ợng Nhật JMA. Từ các năm 1980 xuất hiện mô hình tính sóng thế hệ II, có tính đến sự t‡ơng tác giữa các sóng trong khi lan truyền. Thuộc loại mô hình thế hệ II ny có mô hình cặp ghép (CH: Coupled Hybrid) v mô hình cặp tách biệt (CD: Coupled Discret). Mô hình CH l loại mô hình tính sóng lừng v sóng gió riêng biệt trong đó sóng lừng đ‡ợc tính theo nguyên lý truyền độc lập DP. Mô hình cặp tách biệt l mô hình tính đến sự phân bố lại năng l‡ợng sóng đồng thời cho tất cả các thnh phần phổ sóng bao gồm cả sóng gió v sóng lừng d‡ới tác động của gió. Một thí dụ về loại mô hình thế hệ II l mô hình MRI-II (JMA) v mô hình GONO của cơ quan khí t‡ợng Malaixia. Hiện nay trên thế giới đang sử dụng loại mô hình tính sóng thế hệ sau ny cho phép tính đ‡ợc năng l‡ợng phổ bằng cách tích phân trực tiếp ph‡ơng trình CBNL sóng không phụ thuộc vo điều kiện các dạng cho tr‡ớc của phổ cả ở vùng n‡ớc sâu v ven bờ (mô hình WAM , SWAN, ). Các loại mô hình tính sóng thế hệ mới mô phỏng khá tốt tr‡ờng sóng trong bão, gió mùa. Các mô hình tính sóng đ‡ợc sử dụng trong nghiệp vụ dự báo sóng hng ngy đồng thời cũng đ‡ợc sử dụng để khôi phục tr‡ờng sóng theo các số liệu tr‡ờng gió khôi phục v lập thnh các bộ số liệu cho phép tính toán chế độ sóng vùng khơi v ven bờ. Hiện nay ở các n‡ớc phát triển trong đó có Mỹ các số liệu sóng nh‡ trên ở dạng các tham số sóng gồm độ cao, chu kỳ, h‡ớng sóng, cho hệ sóng gió v sóng lừng ứng với từng quan trắc (Obs) v theo thời gian yêu cầu (10-20 năm) đ‡ợc cung cấp cho tất cả các điểm vùng n‡ớc sâu dọc theo bờ biển theo hai nguồn số liệu: Số liệu khôi phục của hệ thống t‡ liệu ven bờ (CEDRS), Số liệu khôi phục của hệ thống phân tích trạng thái mặt biển (SEAS). Tr‡ớc những năm 70 các tính toán sóng ven bờ th‡ờng đ‡ợc thực hiện theo ph‡ơng pháp thủ công dựa vo các toán đồ khúc xạ, hệ số biến dạng vv. G.M. Griswold l một trong những ng‡ời đầu tiên sử dụng máy tính để lập các bản đồ tia sóng khúc xạ thông qua việc giải ph‡ơng trình vi phân tia sóng. Hiện nay phần lớn các tính toán lan truyền sóng từ vùng n‡ớc sâu vo khu vực ven bờ đều dựa trên việc giải số trị ph‡ơng trình lan truyền sóng trên vùng biển ven bờ có độ dốc thoải của Berkhof (1972) có tính đến hiệu ứng nhiễu xạ giữa bản thân các sóng tại vùng ven bờ. Mô hình lan truyền sóng vùng ven bờ RCPWAVE dựa theo ph‡ơng trình trên của Trung Tâm Công nghệ Ven bờ thuộc Hải quân Mỹ (CERC) l một mô hình đ‡ợc sử dụng rộng rãi để mô phỏng tr‡ờng sóng ven bờ trong các tính toán phục vụ xây dựng các công trình ven biển v bảo vệ bờ biển. Mô hình SWAN của viện Thủy lực H Lan đ‡ợc sử dụng để tính toán sóng vùng khơi v lan truyền các thnh phần phổ sóng vo vùng ven bờ. 3.2.2. Các đặc tr€ng chế độ sóng Biển Đông vˆ ven bờ Việt Nam 166
26. Những kết quả trình by trong mục ny chủ yếu dựa vo bi viết của Nguyễn Mạnh Hùng trong chuyên khảo Biển Đông, quyển II (2004). a. Troờng sóng Biển Đông Để có đ‡ợc tr‡ờng sóng trên Biển Đông theo các tháng v trung bình năm đã tiến hnh đồng thời thu thập số liệu sóng từ bản đồ quan trắc tu biển (Obship) do các tầu biển phát báo trong thời gian 20 năm v tính toán theo ph‡ơng pháp phổ tham số dựa trên các số liệu tr‡ờng gió tính toán theo các hình thế sinop nhận đ‡ợc từ ph‡ơng pháp nhận dạng trong thời gian 10 năm. Kết quả phân tích nguồn số liệu đầu cho thấy các số liệu sóng thu thập theo Obship rất tản mạn v đặc biệt trong các điều kiện thời tiết xấu v trong bão hầu nh‡ không có số liệu. Ngoi ra ở hai khu vực vịnh Bắc Bộ v vịnh Thái Lan có rất ít số liệu. Với đặc điểm số liệu hạn chế nh‡ vậy, tr‡ờng sóng trên vùng khơi Biển Đông chủ yếu đ‡ợc mô tả dựa trên kết quả mô hình sóng. b. Troờng sóng vùng ven bờ biển Việt Nam Để đ‡a ra các số liệu về chế độ sóng vùng ven bờ đã sử dụng các số liệu độ cao sóng thực đo tại các trạm ven bờ dọc bờ biển n‡ớc ta gồm 12 trạm. Bảng 3.6: Độ cao sóng trung bình H [m], chu kỳ sóng trung bìnhW [s] v tốc độ gió V [m/s] tại các trạm hải văn ven bờ Tháng trong năm X – I II – IV III – VII VIII – X Năm Trạm Hải văn H W V H W V H W V H W V H W V Cô Tô 0.4 3.0 4.8 0.3 3.2 3.7 0.5 3.5 4.3 0.5 3.5 4.5 0.7 4.0 6.0 Hồng Gai 0.1 1.5 3.0 0.1 1.5 2.2 0.1 1.5 3.2 0.1 1.5 3.2 0.1 1.5 3.0 Hòn Dáu 0.5 3.5 5.0 0.5 3.5 4.5 0.6 3.8 6.0 0.6 3.8 6.0 0.6 3.8 6.0 Bạch L. Vĩ 0.6 3.7 6.5 0.5 3.5 5.5 0.6 3.7 6.5 0.5 3.6 7.0 0.7 3.8 7.0 Văn Lý 0.4 3.0 3.5 0.4 3.0 3.5 0.5 3.5 4.0 0.5 3.5 4.0 0.5 3.5 4.0 Hòn Ng† 0.5 3.5 4.2 0.5 3.5 3.5 0.4 3.2 3.8 0.6 4.0 4.0 0.6 4.0 5.0 Cồn Cỏ 0.9 4.0 5.0 0.7 3.5 3.5 0.7 3.5 3.8 1.0 4.5 4.0 1.0 4.5 5.5 Sơn Trμ 0.3 3.0 2.0 0.2 2.4 2.0 0.3 3.0 1.5 0.4 3.5 2.0 0.4 3.5 2.0 Phú Quý 0.9 4.7 8.0 0.7 4.5 4.5 0.8 4.6 7.5 0.8 4.7 6.0 0.8 4.6 7.0 Vũng Tμu 0.3 2.5 3.5 0.4 2.8 2.5 0.4 2.8 3.0 0.3 2.5 2.3 0.4 2.8 3.2 Côn Đảo 0.5 2.8 4.5 0.4 2.7 3.5 0.4 4.0 0.4 2.7 4.0 0.5 2.8 4.5 Phú Quốc 2.2 2.2 3.5 0.2 2.3 2.5 0.5 3.8 4.0 0.4 3.2 4.0 0.5 3.2 4.0 Bảng 3.6 đ‡a ra các kết quả thống kê độ cao, chu kỳ sóng v tốc độ gió trung bình theo 4 thời kỳ trong năm v trung bình năm cho các trạm hải văn ven bờ biển v hải đảo n‡ớc ta. Cần thiết nhấn mạnh rằng do đặc điểm tr‡ờng sóng vùng ven bờ thay đổi rất mạnh theo địa hình đáy biển v đ‡ờng bờ nên các số liệu trên hon ton mang tính địa ph‡ơng tại vị trí đặt phao ngắm sóng tại các trạm hải văn. c. Troờng sóng cực đại trong bão vùng biển ven bờ Việt nam 167
27. Tr‡ờng sóng cực đại cũng có thể thống kê từ các số liệu quan trắc sóng Obship ở vùng khơi v quan trắc sóng tại các trạm ven bờ, tuy nhiên nh‡ đã nêu tại phần phân tích các số liệu Obship, các số liệu sóng cực đại theo Obship không thể đặc tr‡ng cho tr‡ờng sóng trong bão vùng ngoi khơi biển Đông vì khi có bão đại đa số các tầu thuyền đều không hoạt động trên biển. Tuy nhiên các số liệu sóng cực đại đo đ‡ợc tại các trạm ven bờ có thể đặc tr‡ng cho sóng bão vùng ven bờ n‡ớc ta vì tại các trạm ny đo đạc đ‡ợc tiến hnh định kỳ theo các obs kể cả thời gian có bão. Bảng 3.7 đ‡a ra các kết quả đo đạc sóng cực đại tại các trạm hải văn dọc ven bờ n‡ớc ta. Bảng 3.7. Độ cao sóng hữu hiệu cực đại v chu kỳ sóng t‡ơng ứng theo số liệu thống kê nhiều năm tại các vùng ven bờ n‡ớc ta Trạm khí Cửa Ông Hòn Gai Cô Tô Hòn DấuVăn Lý Bạch t‡ợng hải Long Vĩ văn H [m] 2.5 1.5 5.0 5.6 5.0 7.0 T [s] 9 11-9 Trạm khí Hòn Ng‡ Cồn Cỏ Cửa Tùng Phú Quý Vũng TầuCôn Đảo t‡ợng hải văn H [m] 7.5 9.0 4.0 3.8 3.0 3.5 T [s] 99 9 - 65 d. Phân vùng troờng sóng vùng ven biển Việt nam Trên cơ sở các đặc điểm chung về độ cao chu kỳ v h‡ớng sóng đã phân thnh 5 vùng dọc theo dải ven bờ biển n‡ớc ta đó l các vùng sau đây (bảng 3.8): Vùng 1 từ khu vực ven bờ Móng Cái - Quảng Ninh đến khu vực ven bờ Cửa Vạn vịnh Diễn Châu. Với hai vùng phụ: Vùng phụ 1.1 từ Móng Cái đến Cửa Hới Thanh Hóa. Vùng phụ 1.2 từ Cửa Hới đến Cửa Vạn. Vùng 2 từ Cửa Vạn - Thanh Hóa đến vịnh Dung Quất - Quảng Ngãi. Tại vùng ny cũng đ‡a ra hai vùng phụ: Vùng phụ 2.1 từ Cửa Vạn đến Cửa Tùng - Quảng Trị. Vùng phụ 2.2 từ cửa Tùng - Quảng Trị đến Dung Quất - Quảng Ngãi. Vùng 3 từ Vịnh Dung Quất - Quảng Ngãi đến vịnh Phan Rang - Ninh Thuận. Vùng 4 từ Vịnh Phan Rang - Ninh Thuận đến đông mũi C Mâu với hai vùng phụ: Vùng phụ 4.1 từ vịnh Phan Rang đến Cửa Định An. Vùng phụ 4.2 từ Nam Cửa Định An đến đông mũi C Mâu. Vùng 5 l vùng ven bờ vịnh Thái Lan có hai vùng phụ: Vùng phụ 5.1 gồm khu vực từ H Tiên đến Rạch Giá 168
28. Vùng phụ 5.2 gồm khu vực ven bờ phía tây Phú Quốc ( trạm số 2) v khu vực từ rạch Cá Ngát đến Vũng C Mâu. e. Các đặc điểm sóng tại các vùng Vùng 1: Đặc điểm đ‡ờng bờ của vùng 1 l có h‡ớng chính đông bắc-tây nam. Tr‡ờng sóng trong gió mùa đông bắc ở đây thịnh hnh v chiếm tần suất rất lớn nh‡ng không mạnh do ảnh h‡ởng che chắn của bờ biển phía bắc (ven bờ Trung Quốc). Sóng cực đại năm theo h‡ớng đông bắc đạt khoảng 2,5-3m trong khi đó sóng theo h‡ớng nam, đông nam khoảng 3-3.5m. Sóng trong gió mùa đông bắc chiếm 45%, trong gió mùa tây nam (với h‡ớng thịnh hnh l h‡ớng nam, đông nam) chiếm 29% còn lại 26% tổng số tr‡ờng hợp l lặng sóng. Các h‡ớng sóng nguy hiểm l các h‡ớng NE, ENE, SE v SSE. Tr‡ờng sóng trung bình thịnh hnh trong các hình thế gió mùa ứng với độ cao 1-1.5m v chu kỳ sóng 5-7s. Tr‡ờng sóng bão tại vùng 1 không lớn do bão th‡ờng bị yếu khi đi qua khu vực đảo Hải Nam v bị đ sóng hạn chế. Sóng có chu kỳ lặp 20 năm 1 lần khoảng 5,5 đến 6.5m với chu kỳ trung bình l 10s. Sóng trong bão tại vùng ny th‡ờng hay gặp vo tháng VII, tháng VIII. Có sự khác biệt rõ rng về đặc điểm tr‡ờng sóng tại hai vùng phụ 1.1 v 1.2. Tại vùng phụ 1.1 tr‡ờng sóng h‡ớng đông bắc yếu hơn nhiều so với vùng phụ 1.2. Trong khi đó tại vùng 1.1 sóng h‡ớng nam lại rất mạnh th‡ờng đạt tới 3-3.5m. Tại vùng phụ 1.2 do đặc điểm h‡ớng đ‡ờng bờ quay gần theo bắc - nam nên sóng h‡ớng đông bắc tăng đáng kể (đạt tới 3.5-4m) trong khi đó sóng thịnh hnh vo mùa hè lại giảm v có h‡ớng SE thay cho h‡ớng S nh‡ ở vùng 1.1. Vùng 2: Bắt đầu từ khu vực đảo vịnh Diễn Châu v kết thúc tại vịnh Dung Quất với định h‡ớng cơ bản cửa đ‡ờng bờ theo h‡ớng tây bắc đông nam l h‡ớng vuông góc với h‡ớng năng l‡ợng chính trên ton dải ven bờ do gió h‡ớng đông bắc. Độ cao sóng cực đại năm trung bình trong gió mùa đông bắc tại vùng 2 l 5-5.5m v trong gió mùa tây nam l 3.5-4m. Các h‡ớng sóng nguy hiểm chính l N, NE,E trong mùa đông v SE trong mùa hè. Tần suất các h‡ớng sóng nêu trên trong gió mùa đông bắc l 47%, trong gió mùa tây nam l 20% v lặng sóng l 33% trong đó một phần thời gian trong gió mùa tây nam cũng tạo ra lặng sóng vì mùa ny gió th‡ờng thổi từ bờ ra. Phân bố hai chiều giữa độ cao v chu kỳ sóng trong các hình thế gió mùa nằm trong khoảng 1.5-2m ứng với chu kỳ sóng 5-7s. Vùng ny cũng l vùng chịu ảnh h‡ởng mạnh nhất của sóng bão với tần suất trung bình chế độ khoảng 1 cơn bão trong 1 năm v thời gian th‡ờng hay xảy ra nhất l vo tháng 9 cho khu vực vùng phụ 2.1 v tháng 10 cho khu vực vùng phụ 2.2. Sóng cực đại với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần l 6.5m -7.5m với chu kỳ 11s - 13s. Khác biệt lớn nhất giữa hai vùng phụ 2.1 v 2.2 của vùng ny l sự thay đổi tần suất của các h‡ớng gió thịnh hnh trong mùa gió đông bắc. Nếu nh‡ ở vùng phụ 2.1 h‡ớng gió thịnh hnh trong mùa gió đông bắc l h‡ớng NNE, NE thì xuống đến vùng phụ 2.2 h‡ớng gió thịnh hnh chuyển dần thnh h‡ớng N, NNE v thậm chí tần suất của sóng h‡ớng NNW cũng trở nên đáng kể. Độ cao 169
29. sóng cực đại trong gió mùa đông bắc v gió mùa tây nam đều tăng khi chuyển từ vùng phụ 2.1 sang 2.2. Nếu chi tiết hơn có thể phân vùng phụ 2.2 thnh 2 vùng nhỏ trong đó l‡u ý đến vùng từ bán đảo Sơn tr xuống phía nam với độ cao sóng trong gió mùa đông bắc tăng đáng kể vì đã thoát khỏi vùng ảnh h‡ởng của đảo Hải Nam. Vùng 3: Có định h‡ớng đ‡ờng bờ theo h‡ớng bắc nam, nhìn thẳng ra Biển Đông không bị giới hạn đ‡ờng bờ theo các h‡ớng NE, E, SE v địa hình đáy khá dốc. Đây l vùng có động lực sóng khốc liệt nhất so với các vùng ven bờ khác. Sóng cực đại năm trong mùa gió đông bắc l khoảng 6-7m v trong mùa gió tây nam l 5-6m. Các h‡ớng sóng nguy hiểm trong vùng ny l h‡ớng N, NE v S, SE. Tần suất t‡ơng ứng sóng trong gió mùa đông bắc l 40%, gió mùa tây nam l 23% còn lại tần suất lặng sóng chiểm 37% tổng số tr‡ờng hợp. Tần suất hai chiều giữa độ cao v chu kỳ sóng trung bình của vùng ny khoảng 2-3m với chu kỳ 5-7s. Tần suất bão tại vùng ny khoảng 0,5 cơn bão trong một năm, tuy không nhiều bằng vùng số 2 nh‡ng độ cao sóng trong bão lớn hơn nhiều do không bị ảnh h‡ởng của khu vực vịnh Bắc Bộ (với độ sâu 50-60m của vịnh Bắc Bộ, sóng bão có chu kỳ lớn hơn 10s đã bị tác động của các hiệu ứng biển nông nh‡ hiệu ứng biến dạng, khúc xạ). Sóng trong bão th‡ờng xuất hiện vo tháng X v tháng XI. Độ cao sóng hữu hiệu v chu kỳ sóng với chu kỳ lặp 20 năm một lần khoảng 8 - 9m v chu kỳ 12-14s. Vùng 4: H‡ớng đ‡ờng bờ của vùng ny gần nh‡ t‡ơng tự nh‡ đối với vùng 1 đó l theo h‡ớng đông bắc-tây nam do vậy động lực sóng trong các hình thế gió mùa giảm đáng kể so với vùng số 3 nh‡ng so với vùng số 1 thì vẫn lớn hơn vì vùng ny l vùng ven bờ biển khơi không bị giới hạn đ sóng. Độ cao sóng trung bình trong mùa gió đông bắc l 4-4.5m v trong mùa gió tây nam l 3.5-4m. Các h‡ớng sóng nguy hiểm l h‡ớng NNE, ESE vo mùa đông v SE, SSW vo mùa hè. Sóng trong gió mùa đông bắc chiếm 42%, tây nam chiếm 15% v 43% số tr‡ờng hợp l lặng sóng. Tần suất hai chiều giữa độ cao v chu kỳ sóng trung bình của vùng ny khoảng 1.5-2m với chu kỳ 5-7s. Tần suất sóng bão trung bình tại vùng 4 rất nhỏ, trong năm năm mới có một đợt sóng bão v th‡ờng hay xảy ra vo tháng XI, tháng XII. Bảng 3.8: Bảng tổng kết phân vùng tr‡ờng sóng biển dải ven bờ việt nam Độ cao sóng Tần suất xuất hiện [P%], Phân bố Sóng Địa hữu hiệu cực H†ớng sóng nguy hiểm hai bão 1/20 Vùng danh, đại năm [m] chiều năm Vùng phụ vμ các đặc điểm h†ớng Gió Gió Gió mùa Gió Lặng H [m] Hsig tr†ờng sóng đ†ờng mùa mùa NE mùa SW sóng T [s] [m] bờ NE SW T [s] Hai vùng phụ 1.1 vμ 1.2. 1 Móng 2.5- 3.0- 45 29 26 1.0-1.5 5.5-6.5 1.1: Móng Cái - cửa Thới. Sóng Cái- 3.0 3.5 NE,EN S,SE 5-7 10 h†ớng nam mạnh với h†ớng Cửa E thịnh hμnh lμ h†ớng S. Vạn 1.2: Cửa Thới - cửa Vạn. Sóng h†ớng đông bắc tăng đáng kể NE- SW trong khi sóng h†ớng nam 170
30. giảm vμ chuyển dần sang h†ớng SE. Hai vùng phụ 2.1 vμ 2.2. 2 Cửa 5.0- 3.5- 47 20 33 1.5-2.0 6.5-7.5 2.1: Cửa Vạn - cửa Tùng. Vạn- 5.5 4.0 N,NE, E SE 5 - 7 11- 13 H†ớng sóng thịnh hμnh lμ Dung NNE, NE. Quất 2.2: Cửa Tùng - Dung Quất. H†ớng sóng thịnh hμnh chuyển NW-SE sang N, NNE, NW, độ cao sóng tăng đáng kể 3 Dung Quất- 6.0- 5.0- 40 23 37 2.0-3.0 8.0-9.0 Vùng có động lực sóng mạnh Phan 7.0 6.0 N, NE S, SE 5 - 7 12-14 nhất trên toμn dải ven bờ VN Rang N - S 4 Phan 4.0- 3.5- 42 15 43 1.5-2.0 5.5-6.0 Hai vùng phụ 4.1 vμ 4.2 Rang- 4.5 4.0 NNE,SE SE,SSW 5 - 7 11 4.1: Từ Phan Rang đến Định Cμ Mâu An. Độ cao sóng giảm dần từ bắc xuống nam. H†ớng sóng NE-SW thịnh hμnh lμ h†ớng NNE, NE. 4.2: Từ Định An đến Cμ Mâu. Độ cao sóng tăng đáng kể từ bắc xuống nam, h†ớng thịnh hμnh chuyển sang h†ớng E, ESE 5 Ven bờ 2.5- 39 42 0.5-0.75 4.0-4.5 Hai vùng phụ: vịnh 3.0 SW 3 - 5 10 5.1: khu vực ven bờ Hμ Tiên Thái 19 đến Rạch Giá. Sóng rất nhỏ do Lan NW đ†ợc Phú Quốc vμ các đảo che Xu thế chắn. chung 5.2: Rạch Cá Ngát xuống phía theo Vũng Cμ Mâu. Cμng xuống h†ớng phía nam sóng cμng mạnh lên N -S đặc biệt lμ h†ớng sóng NW. Độ cao sóng hữu hiệu v chu kỳ sóng với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần l khoảng 5.5-6m v chu kỳ l 11s. Sự khác biệt giữa hai vùng phụ 4.1 v 4.2 l ở xu thế biến đổi của độ cao sóng. ở vùng phụ 4.1 độ cao sóng giảm dần từ phía bắc xuống phía nam do ảnh h‡ởng của khu vực ven bờ các cửa sông Cửu Long, nh‡ng tại khu vực vùng phụ 4.2, từ Gnh Ho đến đông Mũi C Mau, độ cao sóng tăng đáng kể. H‡ớng sóng thịnh hnh tại vùng phụ 4.2 cũng chuyển thnh ENE, ESE thay vì cho h‡ớng NNE, NE nh‡ tại vùng phụ 4.1. Vùng 5: Đặc điểm tr‡ờng sóng của vùng ven bờ vịnh Thái Lan khác hẳn so với các vùng ven bờ Biển Đông v vịnh Bắc Bộ ở hai điểm sau: Tại vùng ny không chịu ảnh h‡ởng của tr‡ờng sóng trong gió mùa đông bắc. Gió mùa tây nam v bão l hai nguồn động lực sóng cơ bản tác động đến vùng ven bờ vịnh Thái Lan. Độ cao sóng hữu hiệu cực đại khoảng 2.5-3m với hai h‡ớng sóng nguy hiểm l h‡ớng SW v NW. Hai tháng có sóng mạnh nhất l tháng VII v tháng VIII. Tần suất các sóng trong khoảng h‡ớng S-W chiếm 39% v theo các h‡ớng WNW- N chiếm 19% còn lại 42% tổng số tr‡ờng hợp l lặng sóng. Phân bố hai chiều 171
31. trung bình năm giữa độ cao v chu kỳ sóng l 0.5-0.75m v 3-5s. Tần suất sóng bão tại khu vực ny rất hiếm v độ cao sóng trong bão cũng không lớn. Trong vòng 40 năm thống kê chỉ có 7 cơn bão đi qua v gây sóng trực tiếp tại khu vực vịnh Thái Lan. Sóng trong bão tại vùng ven bờ vịnh Thái Lan chỉ có thể có vo tháng XI-XII. Độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần tại vùng 5 l 4.5m v chu kỳ sóng 10s. Vùng 5 bao gồm hai vùng phụ. Vùng phụ 5.1 l khu vực ven bờ từ H Tiên đến Rạch Giá với đặc điểm đ‡ợc đảo Phú Quốc v các đảo lân cận che chắn khá tốt theo cả hai h‡ớng sóng nguy hiểm l h‡ớng SW v NW. Vùng phụ 5.2 l khu vực còn lại có đặc điểm đ‡ờng bờ theo h‡ớng bắc nam v đón sóng trực tiếp theo các h‡ớng thịnh hnh trong gió mùa tây nam truyền vo. Cng xuống phía nam tr‡ờng sóng theo h‡ớng NW cng mạnh do không bị ảnh h‡ởng của đảo Phú Quốc. 3.3.Hoˆn l€u Biển Đông T‡ơng tự nh‡ các điều kiện khí t‡ợng v khí hậu Biển Đông, các đặc tr‡ng vật lý, động lực Biển Đông cũng có sự biến động rất lớn theo không gian v thời gian. Tính chất phức tạp ny gây nhiều khó khăn trong tính toán, dự báo hon l‡u biển phục vụ các bi toán khí t‡ợng hải văn, lan truyền ô nhiễm, kiểm soát môi tr‡ờng, sinh thái v biến động phân bố nguồn lợi sinh vật biển. Do sự gia tăng các hoạt động hng hải v quân sự trên khu vực Biển Đông đặc biệt trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ II, các quan trắc hon l‡u trên ton khu vực đã đ‡ợc tiến hnh t‡ơng đối rộng khắp cho phép mô tả một số đặc tr‡ng cơ bản nhất của hon l‡u liên quan tới hoạt động của gió mùa trên biển. Lần đầu tiên các sơ đồ hon l‡u n‡ớc Biển Đông đã đ‡ợc công bố trong Atlas của hải quân Mỹ năm 1945. Các véc-tơ đặc tr‡ng cho dòng chảy trên mặt biển trong hai mùa cùng với h‡ớng gió thịnh hnh, đ‡ợc thể hiện qua hoa gió cho các vùng biển, cho thấy đặc điểm cơ bản nhất của chúng l hiện t‡ợng đổi h‡ớng mạnh theo sự luân phiên của gió mùa. Trên các sơ đồ dòng chảy cũng thấy đ‡ợc sự hiện diện của một số xoáy quy mô vừa v nhỏ của hon l‡u trên mặt biển. Trong những thập niên tiếp theo, nhiều chuyến khảo sát biển tổng hợp đã đ‡ợc tiến hnh thông qua các hợp tác quốc tế v khu vực sử dụng các tu khảo sát khoa học của H Lan, Mỹ, Nhật bản, Liên Xô, Trung Quốc, v.v Sự tham gia của các nh khoa học Việt Nam cũng đ‡ợc từng b‡ớc tăng c‡ờng dần v chủ động hơn. Tuy ch‡a có một ch‡ơng trình riêng nghiên cứu về động lực học biển, song trong phần lớn các chuyến khảo sát trên biển, hon l‡u v các yếu tố thuỷ động lực khác luôn đ‡ợc xem l một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất của hầu hết trong các đề ti của những Ch‡ơng trình nghiên cứu biển Việt Nam từ tr‡ớc đến nay. Những kết quả phân tích tổng hợp số liệu thu thập đ‡ợc trong v ngoi n‡ớc đã cho ra mắt một số công trình nghiên cứu về Biển Đông trong đó chế độ thuỷ động lực v hon l‡u biển ngy cng đ‡ợc bổ sung v thể hiện rõ hơn. Đáng 172
32. chú ý nhất l công trình mang tính tổng hợp của Wyrtki K. (1961) trong đó đã đ‡a ra các đặc tr‡ng biến động mùa cơ bản của dòng chảy trên mặt trên ton Biển Đông v các biển kề cận. Cơ sở để xây dựng các bản đồ ny chủ yếu l số liệu khảo sát nhiệt độ theo độ sâu (BT,XT), nhiệt-muối-độ sâu (STD), nhiệt-độ dẫn điện-độ sâu (CTD), vị trí tu v phao trôi trên mặt biển đ‡ợc thu thập v tổng hợp cho đến hết thập niên 50 thế kỷ XX. Đây l công trình có tính bao quát lớn v đã đ‡ợc sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khoa học v ứng dụng cho kinh tế, quân sự v kiểm soát môi tr‡ờng Biển Đông trong suốt 40 năm qua. Đối với vịnh Bắc Bộ, các bản đồ xu thế dòng chảy trình by trong Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ (1964) kết quả của Ch‡ơng trình hợp tác Việt-Trung vo đầu thập niên 1960 đã góp phần cho ta hiểu rõ hơn về xu thế hon l‡u khu vực trong điều kiện chịu tác động của gió mùa. Đây l kết quả tổng hợp số liệu đo dòng chảy kết hợp với tính toán theo tr‡ờng nhiệt-muối đã đ‡a ra một số đặc điểm mới của hon l‡u nh‡ sự hiện diện của dòng h‡ớng nam ven bờ tây vịnh Bắc Bộ trong cả hai mùa v tồn tại xoáy cục bộ trên phần bắc của vịnh. Trong các thập niên tiếp theo, nhiều ch‡ơng trình điều tra tổng hợp đã đ‡ợc tiến hnh trên khu vực Biển Đông, tuy vậy các công trình về hon l‡u đã đ‡ợc công bố chủ yếu l các tr‡ờng hon l‡u địa chuyển xây dựng từ các tr‡ờng nhiệt độ v độ muối thu đ‡ợc trong từng chuyến khảo sát hoặc đã tổng hợp v phân tích cho một số tập số liệu lịch sử (Xu et al, 1982, Siripong, 1984, Đề ti 48B 01-01,1990, Bogdanov v Moroz, 1994, Đ.V. Ưu v Brankart, 1997). Cũng trong khoảng thời gian nêu trên các kết quả khảo sát đã góp phần mô tả khá chi tiết tr‡ờng dòng chảy cho một số vùng biển cụ thể trong dải ven bờ phục vụ các yêu cầu của phát triển kinh tế, khai thác v bảo vệ chủ quyền anh ninh trên biển. Với mục đích nghiên cứu phát hiện các quy luật phân bố v biến động của tr‡ờng hon l‡u Biển Đông tiến tới dự báo chúng, các nh nghiên cứu biển Việt Nam v quốc tế đã sử dụng ph‡ơng pháp mô hình hoá đối với ton biển hoặc từng khu vực trên cơ sở sử dụng các nguồn số liệu đã thu thập đ‡ợc v các ph‡ơng pháp mô hình phân tích v mô phỏng ngy một hon thiện hơn. Nhằm nghiên cứu đánh giá vai trò của các nhân tố cơ bản hình thnh chế độ hon l‡u biển, các mô hình chẩn đoán đã lần l‡ợt xuất hiện từ đầu những năm 60 thế kỷ XX trong một số công trình khoa học nh‡ mô hình hoá tính toán dòng chảy gió của Nguyễn Đức L‡u (1969), dòng chảy tổng hợp của Hong Xuân Nhuận (1983), Pohlman T. (1987), Ping-Tung Shaw and Shenn-Yu Chao (1994), Shenn-Yu Chao et al (1998), v.v Những kết quả thu đ‡ợc đã góp phần lý giải vai trò quan trọng của tr‡ờng gió lên sự hình thnh v biến đổi của hon l‡u trên mặt cũng nh‡ các tầng sâu của biển. Tuy nhiên các tr‡ờng nhiệt độ, độ muối v gió sử dụng trong các mô hình nêu trên còn ch‡a đảm bảo mức độ chi tiết v chính xác cần thiết, mặt khác, độ chi tiết của các mạng l‡ới tính toán cũng ch‡a thể bao quát hết các quá trình có quy mô năng l‡ợng cao vì vậy các tr‡ờng hon l‡u thu đ‡ợc chỉ mới mô tả một số đặc tr‡ng cơ bản của bức tranh 173
33. tổng thể của hon l‡u mùa. Việc tách riêng từng quá trình ch‡a cho phép phản ánh đầy đủ các đặc điểm hon l‡u đã thu đ‡ợc phân tích từ các kết quả khảo sát trực tiếp dòng chảy v các tr‡ờng nhiệt, muối. Trong khi xây dựng Atlas Quốc gia (1995) nhằm đáp ứng các yêu cầu khoa học v thực tiễn đồng thời trung thnh với các kết quả đo đạc, khảo sát các tác giả đã đ‡a ra các bản đồ trên cơ sở kết hợp những bản đồ của Wyrtki (1961) v các kết quả khảo sát các vùng biển ven bờ Việt Nam, trong đó có các bản đồ xu thế hon l‡u từ Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ (1964). Bên cạnh các bản đồ ny, cũng dẫn ra các bản đồ dòng chảy địa chuyển của Đề ti 48B 01- 01 (1990) do Võ Văn Lnh v các cộng tác viên tính toán trên cơ sở sử dụng một khối l‡ợng lớn số liệu nhiệt độ v độ muối l‡u trữ tại Viện Hải d‡ơng học. Các bản đồ đ‡a ra trong Atlas Quốc gia đã phản ảnh những kết quả nghiên cứu hon l‡u Biển Đông đến giữa thập niên 80 thế kỷ XX qua đó cũng thấy đ‡ợc yêu cầu nghiên cứu vấn đề quan trọng ny trong những năm tiếp theo. Trong những năm gần đây, ph‡ơng pháp mô hình hoá theo h‡ớng hệ thống, đã đ‡ợc phát triển trên thế giới, ph‡ơng pháp ny cũng đã đ‡ợc ứng dụng để nghiên cứu hon l‡u Biển Đông. Bên cạnh các công trình triển khai ở n‡ớc ngoi nh‡ Metzger E.J and H.E. Hurlburt (1996), Lê Ngọc Lý and Phu Luong (1997), v.v , đề ti KHCN 06-02: Nghiên cứu cấu trúc ba chiều thuỷ động lực học Biển Đông thuộc Ch‡ơng trình Nghiên cứu biển giai đoạn 1996-2000 cũng đã đ‡ợc triển khai. Những kết quả thu đ‡ợc thông qua ứng dụng mô hình toán học tiên tiến v ph‡ơng tiện tính toán hiện đại đã cho phép mô phỏng chi tiết hơn các đặc tr‡ng phân bố không gian của hon l‡u v sự biến động của chúng trong chế độ gió mùa. Với những số liệu điều kiện đầu vo v các tác động đồng bộ v gần với thực tế hơn, các kết quả thu đ‡ợc trong khuôn khổ đề ti KHCN 06-02 đã cho thấy khả năng thiết lập các tr‡ờng hon l‡u thực của Biển Đông v dự báo chúng. 3.3.1.Các nhân tố chủ yếu hình thˆnh chế độ hoˆn l€u Biển Đông Nh‡ chúng ta đều biết, bên cạnh sự phụ thuộc vo những tác động từ khí quyển lên ton bộ khối n‡ớc biển, các đặc điểm hon l‡u của một thuỷ vực biển còn phụ thuộc rất lớn vo các điều kiện địa hình v khả năng trao đổi n‡ớc với các thuỷ vực kề cận. Tính phức tạp của điều kiện địa hình biển v bờ Biển Đông đã tạo nên sự đa dạng v biến động lớn của phân bố không gian v thời gian các nhân tố tác động lên n‡ớc biển nh‡ các tr‡ờng khí t‡ợng, t‡ơng tác biển- khí quyển, t‡ơng tác đất- biển v từ đó hon l‡u Biển Đông cũng có những đặc điểm phức tạp t‡ơng ứng. Biển Đông có một nửa diện tích bề mặt l các vịnh, eo biển v thềm lục địa với độ sâu d‡ới 100 mét trải di dọc bờ tây biển từ 5q vĩ độ nam đến 25q vĩ độ bắc. Vùng biển nông của Biển Đông đ‡ợc nối liền với Biển Đông Trung Hoa qua eo Џi Loan v biển Java qua eo Malacca. Khu vực n‡ớc sâu chiếm ton bộ phần trung tâm v đông bắc biển với hai eo biển sâu Luzon (trên 5000 m) v Mindoro 174
34. (trên 2000 m) nối liền với các vùng n‡ớc sâu của Thái Bình D‡ơng v biển Sulu. Do tính phức tạp của địa hình (hình 2.2) các vùng lãnh thổ v biển bao quanh Biển Đông m các dạng địa hình bờ biển cũng hết sức phức tạp trong đó đáng chú ý có nhiều khu vực với độ dốc rất lớn nh‡ các bờ biển sâu dọc miền trung Việt Nam, tây Philippines, Kalimantan. Tuy l một biển ven đại d‡ơng, nh‡ng Biển Đông có thể đ‡ợc xem nh‡ một thuỷ vực hầu nh‡ khép kín. Mặt khác, do các vùng biển sâu chỉ tập trung tại khu vực trung tâm biển lại đ‡ợc kết nối trực tiếp với các eo biển sâu Luzon v Mindoro, vì vậy ảnh h‡ởng của trao đổi n‡ớc với Thái Bình D‡ơng lên các vùng biển nông nằm xa hơn về phía tây th‡ờng rất hạn chế. Đối với Biển Đông đặc điểm quan trọng nhất của các nhân tố tác động lên mặt biển l sự biến động mạnh mẽ của chúng theo không gian v thời gian. Sự biến đổi theo thời gian chủ yếu do chế độ của gió mùa gây nên, còn biến đổi theo không gian lại do nguyên nhân địa hình v các quá trình hon l‡u khí quyển nhiệt đới – xích đạo quy mô lớn. Theo tính chất luân phiên của gió mùa, các tr‡ờng gió trên biển trong hai mùa đặc tr‡ng có h‡ớng thịnh hnh hon ton đối lập nhau, điều ny có thể dễ dng nhận thấy trên các bản đồ gió, hoa gió đã đ‡ợc công bố từ tr‡ớc đến nay bắt đầu từ các bản đồ hoa gió v dòng chảy mặt do Hải quân Hoa Kỳ công bố năm 1945, đến các tr‡ờng ứng suất gió của Halleman v Rosenstein (1983), các hình 3.7 v 3.8, v Atlas khí t‡ợng thuỷ văn Biển Đông (1994) do Tổng cục Khí t‡ợng thuỷ văn xuất bản. Bên cạnh sự phân hoá theo thời gian, chúng ta có thể thấy đ‡ợc sự phân hoá theo không gian thông qua các tr‡ờng ứng suất gió v xoáy (roto) ứng suất gió đặc tr‡ng cho từng vùng biển, các hình 3.9 v 3.10. Sự phân hoá khá rõ nét của h‡ớng gió đ‡ợc thể hiện nhất trong các tháng mùa hè, hình 3.7, 3.8 . Những kết quả nghiên cứu trong thời gian gần đây trên phạm vy ton biển cũng nh‡ từng vùng biển của Đinh Văn Ưu (1995) cng chứng minh nhận định nêu trên l đúng. Điều ny có thể thấy dễ dng trên các bản đồ xoáy ứng suất gió trên mặt biển đ‡ợc xây dựng t‡ơng ứng từ các tr‡ờng ứng suất gió của Halleman v Rosenstein (1983). Nguyên nhân của sự phân hoá ny chủ yếu do các hình thế khí áp đặc tr‡ng của khu vực nhiệt đới - xích đạo quy mô lớn, trong đó sự hiện diện v dịch chuyển của dải hội tụ nhiệt đới đóng một vai trò quyết định. Quá trình biến đổi v dịch chuyển của hệ thống khí áp nêu trên cùng với hệ quả phân hoá tr‡ờng gío còn gắn liền với quá trình phát triển, tồn tại v biến đổi của gió mùa. Trong mùa đông, khi hoạt động của gió mùa đông bắc bao trùm trên ton bộ khu vực Biển Đông v các vùng kề cận, sự phân hoá không gian của h‡ớng gió chủ yếu do đặc điểm địa hình đất liền v đ‡ờng bờ gây nên, đối với ton vùng biển khơi h‡ớng gió thịnh hnh gần nh‡ nhau. Trong mùa hè, nh‡ chúng ta đều biết, phạm vy hoạt động của gió mùa tây – nam chỉ giới hạn ở phía nam dải hội tụ nhiệt đới, m vị trí của dải hội tụ nhiệt đới lại biến đổi th‡ờng xuyên trên khu vực Biển Đông v các biển kề cận. Với đặc 175
35. điểm phân bố của tr‡ờng áp nh‡ vậy hiện t‡ợng phân hoá h‡ớng gió trên biển trong mùa hè l tất yếu vì theo quy luật vật lý trên phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới tr‡ờng gió chính l tín phong bắc bán cầu. Cùng với sự biến động của tr‡ờng áp v gió, các yếu tố khí t‡ợng v những đặc tr‡ng t‡ơng tác biển-khí quyển liên quan đều chịu sự biến động lớn theo không gian v thời gian. Có thể dễ dng nhận thấy các hệ quả nêu trên khi xem xét phân bố các tr‡ờng m‡a, bốc hơi v trao đổi nhiệt qua mặt biển. Trên hình 3.19, đ‡a ra một ví dụ về sự bất đồng nhất rất lớn theo không gian của tổng l‡ợng m‡a năm trên Biển Đông. Trong mùa gió đông- bắc, khi khối không khí khô, lạnh từ lục địa phía bắc trn xuống, do sự kết hợp giữa c‡ờng độ gió lớn v nhiệt bức xạ giảm sút, đã tạo nên sự mất nhiệt cực đại tại khu vực bắc v tây bắc biển, đặc biệt trên dải ven bờ (hình 3.14, 3.15). Trên vùng biển ny, l‡ợng n‡ớc bốc hơi v‡ợt xa l‡ợng m‡a đã dẫn đến sự thiếu hụt cán cân n‡ớc ngọt v hình thnh thông l‡ợng muối đi vo biển, điều ny đ‡ợc thể hiện trên hình 3.16, 3.17, thông qua thông l‡ợng nhiệt ẩn trao đổi giữa đại d‡ơng v khí quyển trong mùa gió đông-bắc. Trong mùa hè, do ảnh h‡ởng của dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với hoạt động của các áp thấp nhiệt đới v bão, l‡ợng m‡a trên vùng tây v tây- nam lớn hơn tổng l‡ợng bốc hơi hình thnh cán cân d‡ơng n‡ớc ngọt trên mặt biển. Phân bố của l‡ợng nhiệt tổng cộng trong mùa hè do có sự tăng c‡ờng của bức xạ mặt trời nên có sự đồng đều hơn trên ton vùng biển đ‡ợc thể hiện trên hình 3.15, thông qua thông l‡ợng nhiệt ẩn trao đổi giữa đại d‡ơng v khí quyển trong mùa gió tây-nam. Những đặc điểm tự nhiên nêu trên đã tạo nên sự biến đổi mạnh của hon l‡u v các tr‡ờng nhiệt muối Biển Đông theo cả không gian lẫn thời gian. Mặt khác, do sự trao đổi n‡ớc giữa Biển Đông với các đại d‡ơng v biển kề cận t‡ơng đối nhỏ nên có thể cho rằng chế độ thuỷ văn động lực Biển Đông chủ yếu do các quá trình t‡ơng tác biển- khí –lục địa khu vực tạo nên trong đó gió mùa đóng vai trò quyết định. Cùng với các nhân tố tác động lên mặt biển nh‡ các thông l‡ợng cơ năng, nhiệt v ẩm, các quá trình trao đổi giữa Biển Đông với thuỷ vực biển kề cận v đất liền cũng có sự biến động lớn theo thời gian v không gian. Những hiểu biết về các quy luật ny l hết sức cần thiết khi nghiên cứu chế độ thuỷ văn v hon l‡u biển. 3.3.2. Các đặc điểm cơ bản của hoˆn l€u Biển Đông Trên cở sở phân tích các điều kiện tự nhiên, các nhân tố ảnh h‡ởng chủ yếu v các kết quả nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp số liệu khảo sát có thể khẳng định rằng chế độ hon l‡u Biển Đông mang tính chất hon l‡u mùa v l kết quả của quá trình t‡ơng tác biển-khí quyển khu vực trong điều kiện hoạt động mạnh mẽ của gió mùa. Nh‡ vậy chúng ta có thể thiết lập chế độ hon l‡u cho từng thời kỳ cụ thể 176
36. với mức độ tin cậy v chi tiết phụ thuộc vo quy mô không gian v thời gian t‡ơng ứng. Dựa trên cơ sở các đặc tr‡ng nền ny ng‡ời sử dụng có thể bổ sung v chi tiết hoá cho từng khu vực v cho từng thời kỳ theo yêu cầu của mình. Các số liệu phục vụ thiết lập các bức tranh hon l‡u chi tiết l các tr‡ờng tác động trên mặt phân cách biển – khí quyển, điều kiện trao đổi n‡ớc với các thuỷ vực kề cận v trao đổi sông- biển. Các tr‡ờng hon l‡u nền sẽ đảm bảo cho việc thiết lập điều kiện ban đầu v điều kiện biên biển hở khi triển khai các mô hình tính toán v dự báo các tr‡ờng thủy văn, động lực v môi tr‡ờng biển. Tuy nhiên do số liệu quan trắc dòng chảy trên biển rất hạn chế, nên để xác định đ‡ợc các đặc tr‡ng nền nhất thiết phải sử dụng ph‡ơng pháp phân tích v đồng hóa số liệu tiên tiến. Công cụ chủ yếu để triển khai l các mô hình phân tích số liệu khí t‡ợng, hải d‡ơng nhiều chiều đã v đang đ‡ợc phát triển v ứng dụng rộng rãi trên thế giới căn cứ nguyên lý kết hợp các số liệu cập nhật của cấu trúc nhiệt, muối v hon l‡u trong thời điểm nghiên cứu cũng nh‡ số liệu nền. Trong giai đoạn hiện nay, việc xác lập các đặc tr‡ng hon l‡u nền cho Biển Đông vẫn còn trong giai đoạn hon thiện. Tuy nhiên chúng ta có thể đ‡a ra một số bản đồ hon l‡u cơ sở phản ánh những đặc tr‡ng chính của chế độ hon l‡u Biển Đông đã đ‡ợc nghiên cứu v phát hiện trong suốt thế kỷ XX v đầu thế kỷ XXI. Căn cứ vo các kết quả nghiên cứu trong n‡ớc, trên quan điểm trung thnh với các kết quả phân tích số liệu khảo sát trực tiếp chúng ta có thể lấy các bản đồ dòng chảy tầng mặt trong Atlas quốc gia (1995) lm cơ sở cho chế độ hon l‡u trên mặt Biển Đông. Các bản đồ ny đã đ‡ợc các tác giả tổng hợp từ bộ bản đồ xây dựng theo các số liệu khảo sát của ch‡ơng trình NAGA (Wyrtki, 1961) v sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ theo ch‡ơng trình hợp tác Việt – Trung điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ (Báo cáo kết quả điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ, 1964). Trong Atlas Quốc gia cũng đ‡a ra các bản đồ dòng chảy địa chuyển đ‡ợc tính theo các tr‡ờng nhiệt muối phân tích trên tập hợp số liệu có tại Viện Hải d‡ơng tr‡ớc năm 1990 (Đề ti 48 B 01-01, 1990). Tr‡ớc đó, Xu et al, 1982 cũng đã dựa vo số liệu lịch sử giai đoạn 1921-1970 để tính toán v đ‡a ra phân bố khí hậu của hon l‡u mùa Biển Đông với nhiều điểm t‡ơng tự nh‡ của Wyrtki (1961). Trên cơ sở các kết quả phân tích nhiệt muối chi tiết sử dụng cơ sở dữ liệu quan trắc đầy đủ hơn cho giai đoạn từ 1909 đến 1995, Đ.V. Ưu v Brankart (1997) đã đ‡a ra các tr‡ờng hon l‡u địa chuyển cho phép cụ thể hoá thêm một số đặc tr‡ng của hon l‡u Biển Đông. Trong thời gian gần đây, một số thử nghiệm phân tích tr‡ờng dòng chảy Biển Đông dựa trên cơ sở dữ liệu dòng chảy tầng mặt CD- ROM “Surface Ocean Current Data set” của JODC cũng góp phần khẳng định thêm những đặc điểm cơ bản nhất của hon l‡u tầng mặt trên vùng biển sâu đã đ‡ợc phản ảnh tr‡ớc đây (Nguyễn Thanh Ph‡ơng, 1999, Đề ti KHCN 06-02, 2000, KC 09.02, 2005). Để phục vụ các yêu cầu thực tế, cần phát triển v ứng dụng một công cụ phân tích v tổng hợp cho phép phản ánh đ‡ợc các đặc điểm chung của hon l‡u trên cơ sở các nguồn số liệu nêu trên v l‡u trữ chúng trong dạng số. 177
37. Những kết quả nghiên cứu hon l‡u Biển Đông bằng ph‡ơng pháp mô hình hoá đã góp phần giải thích các nguyên nhân hình thnh v biến động của hệ thống hon l‡u đồng thời cho phép xác định các cấu trúc không gian của chúng kể cả những khu vực có rất ít số liệu quan trắc trực tiếp cũng nh‡ trong các tầng sâu của biển. Bên cạnh đó, các đặc tr‡ng của hon l‡u đ‡ợc l‡u trữ trong dạng số hon ton có thể đáp ứng các yêu cầu của ng‡ời sử dụng. Theo h‡ớng nghiên cứu đó chúng ta đang cố gắng đạt tới những kết quả tính toán có khả năng phản ánh tối đa các đặc điểm của tr‡ờng hon l‡u đã đ‡ợc rút ra từ số liệu đo đạc, trong đó chú trọng chế độ hon l‡u của lớp n‡ớc mặt biển. Trên quan điểm ny có thể chọn các kết quả mô phỏng hon l‡u của Đề ti KHCN 06-02 lm ti liệu tham khảo khi nghiên cứu, sử dụng chế độ hon l‡u nền Biển Đông đồng thời với các ti liệu rút ra từ khảo sát trực tiếp cũng nh‡ tính toán dòng địa chuyển từ số liệu nhiệt, muối nh‡ đã trình by trên đây. Do mô hình hon l‡u sử dụng trong đề ti KHCN 06-02 l mô hình theo h‡ớng nghiên cứu hệ thống đã tính đến các quá trình đ‡ợc xem xét trong các mô hình chẩn đoán v địa chuyển vì vậy việc sử dụng các kết quả theo h‡ớng ny l hon ton hợp lý với yêu cầu bổ sung v hon thiện trong quá trình khai thác, sử dụng. Các kết quả nghiên cứu ở n‡ớc ngoi cũng đã góp phần lm sáng tỏ thêm các chi tiết của chế độ hon l‡u Biển Đông. Trong công trình mới đây Jyan-Yu Hu v cộng tác viên (Jyan-yu Hu et al, 2000) đã đ‡a ra các sơ đồ hon l‡u đ‡ợc tổng hợp từ hầu hết các kết quả phân tích số liệu khảo sát v mô hình hoá đã đ‡ợc công bố ở n‡ớc ngoi đến năm 2000. Đây l một công trình tổng quan đầy đủ nhất từ tr‡ớc đến nay về hon l‡u Biển Đông, trong đó các tác giả đi sâu phân tích một số đặc điểm hon l‡u đặc tr‡ng nh‡ hon l‡u mùa, dòng chảy ấm Biển Đông, xâm nhập của Kuroshio qua eo Bashi. Căn cứ vo các ti liệu cơ bản nêu trên, cũng nh‡ những kết quả mới nhất của Đinh Văn Ưu v ctv. (2006) chúng ta sẽ lần l‡ợt đi sâu phân tích các đặc tr‡ng cơ bản của chế độ hon l‡u n‡ớc Biển Đông từ quy mô ton biển đến quy mô các cấu trúc cục bộ, hon l‡u trong các vịnh v dải ven bờ Việt Nam. a. Houn lou chung Biển Đông Nh‡ đã phân tích ở phần trên, hon l‡u chung của Biển Đông thực chất l hon l‡u mùa, có thể sơ đồ hoá bằng hai bức tranh hon l‡u cơ bản gần nh‡ đối lập nhau t‡ơng ứng hai mùa gió: gió mùa đông-bắc (mùa đông) v gió mùa tây- nam (mùa hè). Đối với thời kỳ chuyển tiếp, phụ thuộc vo quá trình thay thế của các tr‡ờng khí t‡ợng trong từng năm cụ thể m các đặc tr‡ng hon l‡u có thể xuất hiện sớm hơn hoặc l‡u lại lâu hơn. Sau đây chúng ta chỉ tập trung phân tích các đặc điểm cơ bản của hon l‡u chung Biển Đông trên cơ sở phân tích đặc điểm của hon l‡u hai mùa chính. Để lm sáng tỏ các đặc điểm của hon l‡u chung Biển Đông, bên cạnh các bản đồ từ Wyrtki (1961), chúng ta sẽ sử dụng các kết quả tổng hợp của Fang v các cộng tác viên đ‡ợc phân tích trong tổng quan của Jyan-yu Hu v c.t.v., (2000) v các kết quả của đề ti KHCN 06-02 (2000), KC 178
38. 09.02 cũng nh‡ tham khảo các kết quả của đề ti 48 B 01-01 (1990). L một biển sâu, với chế độ thủy văn gió mùa, hon l‡u địa chuyển luôn có một vai trò đáng kể trong sự biến đổi của hon l‡u tổng hợp. Trong phần tiếp theo chúng ta bắt đầu xem xét các đặc điểm của hon l‡u địa chuyển Biển Đông. b. Những đặc điểm cơ bản của hoμn l†u địa chuyển Biển Đông Hình thnh do kết quả t‡ơng tác biển-khí quyển khu vực xích đạo nhiệt đới Đông Nam á, với sự biến động mạnh của các tr‡ờng khí t‡ợng trên biển, các tr‡ờng nhiệt độ v độ muối cũng có sự biến động đáng kể giữa các tháng trong năm. Sự biến động của các tr‡ờng nhiệt muối l một trong hai nguyên nhân cơ bản tạo nên hon l‡u tổng hợp của biển. Nh‡ đã phân tích trên đây, các tr‡ờng dòng chảy địa chuyển hiện đã công bố đều dựa trên cơ sở các tr‡ờng nhiệt muối thu đ‡ợc từ kết quả phân tích số liệu lịch sử, hoặc số liệu một số chuyến khảo sát nhất định. Đáng chú nhất l các bản đồ dòng địa chuyển do Võ Văn Lnh v tập thể tác giả dẫn ra trong Atlas quốc gia (1995) căn cứ theo các tr‡ờng nhiệt-muối phân tích cho ô l‡ới 1x1 độ kinh, vĩ. 179
39. Hình 3.8. Tr‡ờng dòng chảy địa chuyển trong mùa hè (tháng 7 v 8) tính theo tr‡ờng nhiệt-muối mô hình VIM (Brankart and D.V. Uu, 1997) Trong công bố mới nhất của Brankart v Đinh Văn Ưu, 1997, trên cơ sở kết quả phân tích các tr‡ờng nhiệt-muối theo ph‡ơng pháp biến phân đảo (VIM) cho ô l‡ới 1/4x1/4 độ kinh vĩ, đã dẫn ra các tr‡ờng dòng chảy địa chuyển cho hai mùa với nhiều đặc tr‡ng chi tiết hơn so với các tr‡ờng thu đ‡ợc tr‡ớc đây của Xu et al (1982) v Đề ti 48 B 01-01 (1990). Để phân tích rõ hơn mức độ chính xác của các tr‡ờng nhiệt-muối, chúng ta lần l‡ợt phân tích một số kết quả của Brankart v Đinh Văn Ưu, 1997 so sánh với các kết quả khác hiện có. Trên các hình 3.22- 3.9 dẫn ra các tr‡ờng nhiệt độ, độ muối v hon l‡u địa chuyển t‡ơng ứng lấy từ ti liệu nghiên cứu nêu trên. 180
40. Hình 3.9. Tr‡ờng dòng chảy địa chuyển trong mùa đông (tháng 1 v 2) tính theo tr‡ờng nhiệt-muối mô hình VIM (Brankart and D.V. Uu, 1997) So sánh với các kết quả đã công bố tr‡ớc đây, có thể khẳng định mức độ chi tiết v chính xác hơn của các tr‡ờng thu đ‡ợc, tr‡ớc hết đối với nhiệt độ v độ muối. Có thể thấy sự hiện diện rõ nét của vùng n‡ớc trồi nam Trung Bộ trong mùa hè thông qua tr‡ờng nhiệt độ, hình 3.23, v tr‡ờng độ muối, hình 3.28. Trong mùa đông, các kết quả phân tích đều cho thấy mức độ xâm nhập của các khối n‡ớc lạnh bắc vịnh Bắc Bộ v bắc Biển Đông về phía nam với các đặc tr‡ng độ muối khác biệt nhau do nguồn gốc n‡ớc ven bờ v ngoi khơi t‡ơng ứng. Trong mùa ny cũng thấy sự hiện diện của một vùng n‡ớc ấm nằm tại các khu vực trung tâm vịnh Bắc Bộ v ngoi khơi Biển Đông. Các tr‡ờng nhiệt muối theo kết quả phân tích 3D cho ta thấy rõ các đặc 181
41. điểm chi tiết của quy luật phân bố các yếu tố ny nh‡ hệ quả của quá trình t‡ơng tác biển-khí khu vực đã đ‡ợc nhiều nh nghiên cứu trong v ngoi n‡ớc thừa nhận thông qua phân tích định tính, định l‡ợng cũng nh‡ mô hình hoá. Các bản đồ hon l‡u địa chuyển thu đ‡ợc cho phép khẳng định những nét cơ bản của hon l‡u m Wyrtki (1961), Xu et al (1982) v Đề ti 48 B 01-01 (1990) đã dẫn ra, đồng thời cũng thấy xuất hiện các xoáy cụ bộ với kích th‡ớc khác nhau v sự biến động đáng kể của chúng. Hon l‡u n‡ớc tầng mặt Biển Đông trong mùa đông hình thnh nên một xoáy thuận chính trên phần lớn khu vực biển sâu kèm theo hiện t‡ợng c‡ờng hoá dòng dọc bờ miền trung Việt Nam. Các đặc điểm ny đã đ‡ợc phản ánh trong các công bố dựa trên số liệu quan trắc (Wyrtki, 1961, Atlas Quốc gia, 1995, Nguyễn Thanh Ph‡ơng, 1999, Đề ti KHCN 06-02, 2000) v đ‡ợc mô phỏng chi tiết hơn bằng kết quả mô hình 3D (Đề ti KHCN 06-02, 2000). Điều ny có thể đ‡ợc lý giải bởi sự hiện diện xoáy d‡ơng của ứng suất gió trên vùng biển sâu nam Biển Đông khi gió mùa đông bắc thịnh hnh trên ton thuỷ vực (hình 3.9). Tại vùng biển ngoi khơi nam Trung Bộ xoáy thuận lớn bị thu hẹp theo chiều ngang hình thnh nên xoáy thuận nam Biển Đông với dải hội tụ theo h‡ớng kinh tuyển. Các kết quả khảo sát v tính toán đều khẳng định đặc điểm ny với vị trí trục hội tụ nằm trên dải kinh tuyến 109-110qE bắt đầu từ 5-5qN đến 14-15qN v chuyển h‡ớng dần về đông-bắc. Tại vùng biển tây Luzon tồn tại một xoáy thuận phụ khá ổn định bị tách khỏi xoáy thuận phía nam bởi một xoáy nghịch trung tâm biển. Trên vùng biển bắc Borneo dòng chảy sát bờ đi về phía tây-nam đã hình thnh nên các xoáy nghịch nằm phía đông xoáy thuận nam Biển Đông. Trong mùa hè, trong xu thế chung của hon l‡u xoáy nghịch trên ton biển, có thấy sự xuất hiện hai xoáy nghịch nhỏ hơn tại các khu vực ngoi khơi nam Trung Bộ v bắc Hong Sa. Giữa hai xoáy nghịch ny l một xoáy thuận gần bờ biển sâu Trung Bộ. Trong các điều kiện nhất định, xoáy thuận ny có thể bao gồm cả vùng hoạt động n‡ớc trồi do hiệu ứng phân hoá tr‡ờng gió gần bờ Việt Nam cùng với các phần uốn của dòng chảy chính đi về phía bắc v đông bắc biển. Các bản đồ phân bố độ cao động lực v sơ đồ dòng chảy địa chuyển mùa đông 1983/1984 v mùa hè 1984 theo kết quả tính toán của Bogdanov v Moroz, 1994 dựa trên số liệu khảo sát Việt - Xô đối với khu vực ngoi khơi Trung Bộ một mặt khẳng định những đặc tr‡ng cơ bản của hon l‡u địa chuyển quy mô lớn trong hai mùa, mặt khác cũng cho ta thấy sự hiện diện của các xoáy cục bộ v sự biến động của chúng giữa các năm so với sơ đồ hon l‡u chung. c. Những đặc điểm cơ bản của houn lou tổng hợp Biển Đông Đối với hon l‡u trong lớp n‡ớc mặt, khi vai trò của gió mang tính áp đảo h‡ớng dòng chảy chủ yếu sẽ theo h‡ớng tây-nam, tuy nhiên do tác động của hon l‡u địa chuyển, trong mùa gió đông-bắc, luôn tồn tại một xoáy thuận chính trong phạm vy ton Biển Đông. Đặc điểm ny của hon l‡u Biển Đông đã đ‡ợc 182
42. Wyrtki thể hiện trong công trình của mình vo năm 1962 (hình 3.10) căn cứ theo số liệu phao trôi cũng nh‡ các kết quả điều tra đến năm 1961. Những nghiên cứu sau ny dựa trên cơ sở dữ liệu nhieùe hơn kết hợp với các kết quả nghiên cứu bằng ph‡ơng pháp mô hình hóa đã từng b‡ớc đ‡a ra đ‡ợc các cấu trúc chi tiết hơn của chế độ hon l‡u mùa. Trên hình 1.14 thể hiện bức tranh hon l‡u trên mặt Biển Đông vo mùa đông đ‡ợc xây dựng trong khuôn khổ đề ti KC 09.02 v KC 09.24. Hình 3.10. Bản đồ dòng chảy mùa đông trên mặt Biển Đông (theo Wyrtki, 1961) 183
43. Hình 3.11. Bản đồ dòng chảy mùa đông trên mặt Biển Đông (theo Đề ti KC 09-02, 2005) Trên Biển Đông, bên cạnh xoáy thuận chính, d‡ới tác động của quá trình xâm nhập của dòng Kuroshio vo Biển Đông v sự tăng c‡ờng dòng chảy biên phía tây đã hình thnh nên các bộ phận xoáy hon l‡u có tính biến động lớn theo không gian v thời gian. Trong số những xoáy quy mô vừa ny có các xoáy thuận đáng chú ý đó l xoáy thuận tây Luzon v xoáy thuận ngoi khơi Trung Bộ l những bộ phận của xoáy thuận cơ bản. Xoáy thuận phía tây Luzon đ‡ợc hình thnh do kết quả Kuroshio xâm nhập vo Biển Đông. Tuy nhiên tác động của tr‡ờng gió cục bộ cũng có thể ảnh h‡ởng tới sự hiện diện v biến động của 184
44. xoáy hon l‡u cục bộ ny(A. Farris and M. Wimbush, 1996). Nh‡ đ‡ợc thể hiện trên hình 3.9 v các sơ đồ dòng chảy của Fang (Jyan-yu Hu et al, 2000) cũng nh‡ trong kết quả phân tích v mô hình hoá của các Đề ti KHCN 06-02, có thể nhận sự hiện diện của một xoáy nghịch ở phía bắc dòng chảy chính trên khu vực đông bắc Biển Đông. Xoáy nghịch ny hiện diện trong cả hai mùa nên có khả năng đ‡ợc hình thnh do xâm nhập dòng Kuroshio v n‡ớc biển Philipin vo Biển Đông. Trên vùng biển ngoi khơi nam Trung Bộ, các nh nghiên cứu đều khẳng định về sự hiện của một xoáy thuận quy mô vừa với sự tăng c‡ờng nhánh phía tây do tác động của dòng chảy mạnh đi về phía nam v hiện t‡ợng uốn dòng theo đ‡ờng đẳng độ sâu 100 – 200 mét dọc s‡ờn lục địa nam Biển Đông. Vận tốc dòng chảy mạnh nhất có thể v‡ợt quá 1m/s. Với kích th‡ớc ngang t‡ơng đối hẹp của xoáy ny đã hình thnh nên một dải phân kỳ của dòng chảy dọc kinh tuyến 111-112qE. Nh‡ đã phân tích ở phần trên, sự hiện diện của xoáy thuận quy mô vừa ny có nguồn gốc từ hon l‡u nhiệt-muối quy mô lớn. Trong quá trình phát triển dòng chảy ny chịu tác động mạnh của tr‡ờng gió trên mặt biển nên vị trí v c‡ờng độ của nó có sự biến động khá mạnh. Nằm giữa hai xoáy thuận tây Luzon v nam Trung Bộ l một xoáy nghịch với c‡ờng độ không lớn có khả năng tách thnh các xoáy nhỏ hơn về hai phía đông v đông nam Hong Sa. Có thể giả thiết rằng, một trong những nguyên nhân hình thnh nên xoáy nghịch ny xuất phát từ ảnh h‡ởng địa hình bị chia cắt bởi khu vực t‡ơng đối nông xung quanh quần đảo Hong Sa. Tuy nhiên các xoáy nghịch quy mô vừa trong hon l‡u địa chuyển, đ‡ợc thể hiện trên hình 3.9, đã tạo nên bức tranh đa dạng ny. Các kết quả phân tích hon l‡u trên mặt biển theo số liệu CD-ROM “Surface Ocean Current Data set” của JODC (Nguyễn Thanh Ph‡ơng, 1999, Đề ti KC 09.02) cũng đã cho ta thấy sự tồn tại khá ổn định của xoáy nghịch quy mô vừa ny. Bên cạnh các cấu trúc hon l‡u cơ bản nêu trên, d‡ới tác động của gió đông-bắc cũng đã thấy xu thế hình thnh một nhánh dòng chảy h‡ớng tây-nam dọc bờ Palawan về phía Borneo. Dòng chảy ny, trong mức độ no đó, l nhánh phía đông của xoáy nghịch giữa Biển Đông. Những đặc tr‡ng nêu trên của hon l‡u mùa đông có thể thấy khá rõ trên sơ đồ dòng chảy mùa đông của Fang (Hyan-yu Hu et al, 2000) cũng nh‡ kết quả mô hình hoá của đề ti KHCN 06-02 (2000) v các nghiên cứu mới đây đã khẳng định tính phức tạp của bức tranh hon l‡u song cũng có xu thế khá ổn định của những cấu trúc cơ bản. 185
45. Hình 3.12. Bản đồ dòng chảy tầng 50 m mùa đông trên Biển Đông (theo Đề ti KC 09-02, 2005) Những đặc điểm hon l‡u cơ bản nêu trên đối với tầng mặt vẫn quan trắc đ‡ợc trong ton bộ lớp n‡ớc nằm trên nêm nhiệt mùa. Trên hình 3.12 thể hiện hệ thống hon l‡u ở độ sâu 50m cho thấy không có sự biến đổi đáng kể no đối với các xoáy hon l‡u, tuy nhiên tính chất áp đảo của xoáy thuận cơ bản đ‡ợc phản ánh rõ nét hơn. Tại các lớp n‡ớc nằm d‡ới nêm nhiệt mùa, hệ thống hon l‡u bị chi phối bởi yếu tố địa hình cũng nh‡ khả năng tác động của dòng chảy gió trên mặt cũng yếu đi dẫn đến sự hiện diện rõ nét hơn của xoáy nghịch trung tâm Biển Đông lm cho hai xoáy thuận cục bộ tây Luzon v ngoi khơi Trung Bộ chỉ còn kết nối 186
46. trên một dải hẹp nằm về phía đông nam Hong Sa (hình 3.13). Hình 3.13 Bản đồ hon l‡u Biển Đông vo mùa đông trên tầng 150m Trong mùa hè xu thế chung của cả hệ thống dòng chảy trên mặt biển có h‡ớng ng‡ợc hẳn so với hon l‡u mùa đông, điều ny cho thấy vai trò quyết định của quá trình t‡ơng tác biển-khí quyển khu vực trong đó có tr‡ờng gió đối với sự hình thnh v biến đổi của hon l‡u Biển Đông. Cũng do vận tốc gió trung bình trong mùa hè yếu hơn mùa đông nên giá trị của vận tốc dòng chảy cũng nhỏ hơn so với mùa đông v ít khi v‡ợt quá 0,5m/s. Tuy nhiên tr‡ờng dòng chảy trên mặt vẫn có sự phân hóa cao trong không gian, điều ny đã đ‡ợc thể 187
47. hiện trong bản đồ của Wyrtki (1962, hình 3.14) cũng nh‡ bản đồ mới xây dựng gần đây (hình 3.15). Hình 3.14. Bản đồ dòng chảy mùa hè trên mặt Biển Đông (theo Wyrtki, 1961) Do tác động của gió giảm nên hon l‡u Biển Đông trong thời kỳ chịu ảnh h‡ởng mạnh của hon l‡u nhiệt muối (hình 3.8) với sự hiện diện của một hon l‡u xoáy nghịch chính cho ton bộ Biển Đông. Dọc theo dòng chảy chính đi về phía đông bắc đã hình thnh một chuỗi các xoáy hon l‡u cực bộ trên mặt biển trong đó đáng chú ý l các xoáy nghịch ngoi khơi nam v bắc Biển Đông. Xoáy nghịch nam Biển Đông (các hình 3.14, 3.15) có tính ổn định cao với vị trí v c‡ờng độ phản ảnh hiện t‡ợng tách bờ của dòng chảy chính từ thềm lục địa Sunda- Đông Nam Bộ. 188
48. Hình 3.15. Bản đồ dòng chảy mùa hè trên mặt Biển Đông (theo Đề ti KC 09-02, 2005) Cùng với hiện t‡ợng tách bờ ny, trên khu vực gần bờ Nam Trung Bộ luôn có sự hiện diện của một xoáy thuận đ‡ợc tăng c‡ờng do phân hóa tr‡ờng gió với xoáy ứng suất gió cực đại đã đ‡ợc thể hiện trên hình 3.10. Trong tr‡ờng hợp xoáy thuận ny phát triển mạnh, vai trò của xoáy nghịch chính có nguồn gốc nhiệt muối bị suy yếu trên vùng biển ngoi khơi Trung Bộ tạo nên dòng chảy đi về phía nam dọc bờ. Nh‡ đã phân tích ở phần tr‡ớc tại khu vực ny có sự hiện diện th‡ờn xuyên của xoáy thuận hon l‡u địa chuyển (hình 3.8), nên chúng chỉ thể hiện rõ khi xoáy ứng suất gió suy yếu đồng nghĩa với hiện t‡ợng n‡ớc trồi yếu. Đối với dòng chảy trong khu vực gần bờ miền Trung, 189
49. các kết quả phân tích số liệu khảo sát cũng nh‡ mô hình tính toán cho ta một số điểm khác biệt liên quan tới giới hạn của dòng chảy đi dọc bờ theo h‡ớng nam trong mùa gió tây-nam. Điều kiện khí áp dẫn tới hình thnh tr‡ờng gió nêu trên cũng rất phổ biến đối với ton dải ven biển bờ từ cửa đồng bằng Bắc Bộ cho đến nam Trung Bộ do hệ quả của sự tồn tại v hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới trong mùa hè dẫn đến sự phân hoá tr‡ờng gió trên Biển Đông (Đinh Văn Ưu, 1995). Khi dải hội tụ nhiệt đới nằm về phía bắc gió tây-nam v nam trở nên áp đảo v yếu tố gió có vai trò quyết định trong vùng biển ven bờ, dòng chảy tổng cộng sẽ có h‡ớng bắc hoặc đông-bắc t‡ơng ứng các tr‡ờng hợp quan trắc đã đ‡ợc phân tích trên đây. Trên hình 3.16 đ‡a ra ví dụ một chuỗi quan trắc dòng chảy trong vòng một tháng từ ngy 7 tháng VI đến ngy 7 tháng VII năm 1998 trên khu vực ven bờ Trung Bộ với dòng chảy chảy thu đ‡ợc có h‡ớng biến đổi theo hai chiều trái ng‡ợc nhau. Hình 3.16. Kết quả phân tích d‡ l‡u dọc bờ Quảng Nam (15q30 N, 108q 43 E) từ 7/6 đến 7/7 năm 1998 (Đề ti KHCN 06-02, 2000) Phân tích số liệu khí t‡ợng quan trắc đồng thời cho thấy rằng trong thời kỳ đầu tháng VI gió quan trắc có vận tốc yếu v không ổn định về h‡ớng, tổng tần suất các h‡ớng đông bắc có giá trị khoảng 35% v h‡ớng tây nam gần t‡ơng tự (38%). Dòng chảy d‡ thu đ‡ợc cũng không ổn định về h‡ớng v có xu thế đi về nam. Trong thời kỳ cuối tháng VII đầu tháng VIII gió h‡ớng nam thịnh hnh trên vùng biển khảo sát, với tần suất trên 60%, h‡ớng dòng chảy d‡ thu đ‡ợc cũng ổn định v có h‡ớng bắc - đông bắc. Kết quả mô hình hon l‡u trong mùa hè (Đề ti KHCN 06-02, 2000) cho thấy dòng chảy tại vùng biển ny l bắc-đông bắc. Chúng ta có thể giải thích đ‡ợc hiện t‡ợng ny khi xem xét tr‡ờng gió chế độ các tháng mùa hè theo Halleman and Rosenstein (1983) đã đ‡ợc sử dụng trong triển khai mô hình (hình 3.8), theo đó thì gió trên khu vực ny hon ton theo h‡ớng tây-nam. 190