Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán để mô phỏng và dự báo sóng vùng biển ven bờ Hải Phòng

Mở đầu

Sóng biển là một yếu tố quan trọng trong công tác nghiên cứu các quá trình động lực biển. Những hiểu biết đầy đủ về sóng biển và các đặc trưng của nó sẽ giúp ta giải thích và tính toán được nhiều quá trình diễn ra trong biển, đặc biệt là ở vùng ven bờ như: Biến động đường bờ, thay đổi địa hình đáy biển, tính toán áp lực sóng lên các công trình, năng lượng sóng, tái phân bố các chất ô nhiễm, nước dâng do sóng. Hiện nay để có được thông tin về sóng biển và các đặc trưng của sóng biển, ngoài việc tiến hành đo đạc trực tiếp có thể dùng các mô hình mô phỏng toán học. Áp dụng được mô hình SWAN mô phỏng và dự báo sóng ở vùng ven bờ. Bước đầu đánh giá được sự biến động theo mùa của trường sóng ven biển Hải Phòng.
Phương pháp

Việc giải phương trình cân bằng tác động được thực hiện trong SWAN bằng nhiều sơ đồ khác nhau trong cả 5 chiều (thời gian, không gian địa lý, không gian phổ). Những sơ đồ đầu mô tả sự truyền sóng không có các giá trị của hàm nguồn phát sinh, tiêu tán và tương tác giữa các sóng. Sau đó là dạng mô tả đầy đủ của các giá trị hàm này. Thời gian được mô tả với hằng số bước thời gian Δt cho đồng thời tích phân quá trình truyền sóng và các hàm nguồn. Không gian địa lý được mô tả bằng lưới chữ nhật với độ phân giải Δx, Δy theo hướng x và y. Phổ sóng được mô tả bằng độ phân giải hướng Δθ và độ phân giải tần số tương đối Δσ/σ (phân bố tần số logarit).

Kết quả


Mùa mưa: Trong mùa mưa ta thấy sóng có hướng Nam và Nam đông nam có tần suất đáng kể. Độ cao sóng vùng bờ nằm trong khoảng từ 0,2m – 0,6m, ở ngoài khơi độ cao sóng vào khoảng 0,8m-1,4m, độ cao sóng lớn nhất có thể đạt 3,4m  (Hình 10), và độ cao sóng phía ngoài Đảo Long Châu cao hơn khu vực Cửa sông Thái Bình, độ cao sóng khu vực Cát Hải có giá trị nhỏ hơn so với hai khu vực kia trong suốt khoảng thời gian tính toán.


Mùa khô: Trong mùa khô, do chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc nên độ dài bước sóng nhỏ hơn trong mùa mưa (sóng ngoài khơi truyền vào), sự biến thiên của độ cao sóng với mức độ mạnh hơn (Hình 13).  Nhìn chung trong mùa này sóng có hướng Đông chiếm ưu thế, các hướng khác chiếm tần suất không đáng kể. Hướng sóng chiếm tần suất cao ở khu vực phía ngoài đảo Long Châu khoảng 67.550, trong khoảng thời gian tính toán hướng sóng dao động trong khoảng từ vào khu vực ven bờ do ảnh hưởng của địa hình đáy và đường bờ nên hướng sóng thay đổi: Cát Hải sóng có hướng chiếm ưu thế là 940, phía bắc mũi Đồ Sơn sóng có hướng ưu thế là 780.