Download miễn phí Ứng dụng mô hình ADCIRC tính toán nước dâng do bão tại khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng trong cơn bão Damrey 2005
Hình vẽcho thấy mực nước tổng cộng bao gồm mực nước triều và mực nước dâng do bão
tính toán bằng mô hình ADCIRC khá trùng với mực nước thực đo. Kết quảnày cho thấy mô
hình ADCIRC có thểmô phỏng rất tốt nước dâng do bão trong khu vực cửa sông ven biển
có địa hình và đường bờphức tạp nhưkhu vực Hải Phòng. Trên cơsở đó có thể đưa ra các
đánh giá vềdiễn biến nước dâng do bão trongcơn bão Damrey trong khu vực. Hình 6 biểu
diễn sơ đồmột số điểm khu vực cửa sông ven biển tỉnh Hải Phòng sửdụng đểtính toán nước
dâng do bão trong cơn bão Damrey 2005.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 431‐438431
_______
Ứng dụng mô hình ADCIRC tính toán nước dâng
do bão tại khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng trong cơn bão
Damrey 2005
Nguyễn Xuân Hiển1,*, Phạm Văn Tiến1, Dương Ngọc Tiến1, Đinh Văn Ưu2
1Trung tâm Nghiên cứu Biển và Tương tác Biển -Khí quyển,
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường
2Trung tâm Động lực và Môi trường biển, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 25 tháng 11 năm 2009
Tóm tắt. Nước dâng do bão là một hiện tượng thiên tai nguy hiểm, gây nhiều thiệt hại về người và
của cải ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Các yếu tố quan trọng nhất gây ảnh hưởng đến độ cao
nước dâng do bão là địa hình đáy biển và đường bờ, tốc độ di chuyển của bão, cường độ bão, thủy
triều và sóng. Nghiên cứu này trình bày một số kết quả trong việc tính toán nước dâng do bão cho
khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng trong cơn bão Damrey 2005 bằng mô hình ADCIRC. Kết
quả tính toán cho thấy sự phù hợp cao giữa kết quả tính toán và thực đo.
Từ khóa: nước dâng do bão, mô hình ADCIRC, bão Damrey, Hải Phòng.
1. Giới thiệu chung
Nước dâng do bão là hiện tượng mực nước
biển dâng cao hơn mức bình thường (mực nước
thủy triều) dưới tác động tổng hợp của nhiều
nhân tố khi có bão. Đối với vùng biển ven bờ
Việt Nam, mặc dù khả năng xuất hiện không
nhiều nhưng nó lại rất nguy hiểm do mực nước
thường dâng cao và bất ngờ [1-3]. Đặc biệt,
trong thời kỳ triều cường, nước dâng do bão
càng trở lên nguy hiểm hơn. Các yếu tố chính
gây ra nước dâng trong bão là sóng, gió, áp suất
khí quyển và mưa…Ngoài ra, địa hình đáy biển
và hình dạng đường bờ, nước lũ vùng cửa sông
bão đổ bộ vào cũng ảnh hưởng đáng kể đến
nước dâng do bão.
Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-37730409
E-mail: [email protected]
Cơn bão Damrey là cơn bão số 7 năm 2005
có hướng di chuyển tây, tây – bắc. Ngay sau khi
hình thành bão đã di chuyển nhanh và cường độ
tăng mạnh. Khi bão di chuyển vào vịnh Bắc Bộ
áp suất thấp nhất tại tâm khoảng 955 mb, vận
tốc gió cực đại khoảng 55 m/s. Cơn bão này đã
gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và tài
sản cho các khu vực ven biển của các tỉnh phía
bắc, trong đó có Hải Phòng. Trong nghiên cứu
này, mô hình ADCIRC (Advanced Circulation
Model for Oceanic, Coastal, and Estuarine
Waters) [4-5] được áp dụng để mô phỏng dao
động mực nước cho khu vực cửa sông và ven
N.X. Hiển và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 431‐438 432
biển của Thành phố Hải Phòng trong cơ bão
Damrey từ ngày 26 đến 29 tháng 9 năm 2009.
Khu vực nghiên cứu là nơi biển thường
xuyên chịu những tác động bất lợi của thiên tai
trong đó có bão và nước dâng do bão. Địa hình
đường bờ và bị chia cắt liên tục với nhiều cửa
sông, có nhiều đảo nằm ở phía ngoài biển trong
đó lớn nhất các đảo Cát Bà, đảo Bạch Long Vĩ.
Điều này có ảnh hưởng rất lớn tới chế độ thủy
động lực nói chung và nước dâng do bão nói
riêng.
2. Cơ sở lý thuyết
2.1. Hệ phương trình sử dụng trong mô hình
ADCIRC
Mô hình ADCIRC được xây dựng và phát
triển bởi các trường đại học bang Carolina bao
gồm đại học Notre Dame, đại học Oklahoma và
đại học Texas nước Mỹ. Mô hình ADCIRC là
một hệ thống những mô hình giải các phương
trình thủy động lực mô phỏng hoàn lưu tầng
mặt và bài toán thủy động lực hai hay ba
chiều. Những chương trình này dùng phương
pháp phần tử hữu hạn cho phép sử dụng các
lưới phi cấu trúc có tính linh hoạt cao, đặc biệt
có thể ứng dụng rất tốt cho các khu vực cửa
sông ven biển có địa hình và đường bờ phức tạp
như khu vực ven biển và cửa sông Hải Phòng.
Các phương trình cơ bản bao gồm phương
trình liên tục nguyên thuỷ:
0UH VH
t x y
(1)
Các phương trinh bảo toàn động lượng:
( )
sx bx
x x
o o o
U U UU V fV
t x y
p g g D
x H
( )
sy by
y y
o o o
V V VU V fU
t x y
p g g D
y H
BH
(3)
Trong đó: là dao động mực nước, U, V là
các vận tốc được lấy tích phân theo độ sâu theo
hướng x và y, p là áp suất, H là độ sâu mực
nước, Dx, Dy là các thành phần khuếch tán theo
các phương, Bx, By là các thành phần gradient
áp suất theo các phương, ( ): thế thuỷ triều
Newton, thuỷ triều trái đất và các lực mang bản
chất lực thuỷ triều, bx , by là ứng suất đáy.
2.2. Mô hình trường gió trong bão
Đã có nhiều nghiên cứu mô phỏng và tính
toán trường gió và áp suất trong bão, phần lớn
các nghiên cứu này chủ yếu sử dụng số liệu vệ
tinh và dữ liệu quan trắc bề mặt để tính toán và
đưa ra trường gió và áp suất trong bão.
Trong nghiên cứu này, chúng tui sử dụng
mô hình gió trong bão của Boose và cộng sự,
1994. Mô hình này đã sử dụng các lực phức tạp
để mô phỏng và tính toán phân bố trường gió
trong bão. Trường gió được tính tại các thời
điểm tức thì cho các điểm phía trong mắt bão và
phía ngoài mắt bão. Các thông số được sử dụng
để tính toán trường gió bao gồm vị trí tâm bão,
hướng và tốc độ di chuyển của bão, bán kính
mắt bão, tốc độ gió cực đại và thông số bề mặt.
Công thức tính gió cho một điểm S nằm
trong mắt bão
[ (1 sin )]s m f
mw
RV F V V
R
(4)
Công thức tính gió cho một điểm S nằm
ngoài mắt bão
B
H
(2) [ (1 sin )]( )xmws m f
RV F V V
R
(5)
Trong đó: F là hệ số suy giảm gió do địa
hình (đất: 0.8 , biển: 1.0); là vận tốc gió cực mV
N.X. Hiển và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 431‐438
433
đại trên biển; fV là tốc độ chuyển động của
bão; là góc theo chiều kim đồng hồ của
đường thẳng nối điểm S với tâm bão và hướng
di chuyển của bão; R là khoảng cách từ điểm S
đến tâm bão; mwR là bán kính gió cực đại của
bão; x là hệ số profile gió cho từng cơn bão
(theo Simpson và Riehl, 1981 thì 0,4 < x < 0.8)
2
10s a DC V (7)
Trong đó: a là mật độ không khí, V10 là
tốc độ gió tại tầng 10 m trên bề mặt, CD là hệ
số lực kéo được tính theo công thức:
100.001 0.75 0.067DC V
Áp suất tại điểm S ( , )x y cách tâm bão
0( , )x y0 được tính theo công thức:
2 0.5
w[1 ( / ) ]s mP P P r R
3. Tính toán nước dâng do bão trong cơn bão
DAMREY
C sP
(6)
3.1. Miền tính và điều kiện tính toán
Trong đó: áp suất ở rìa
bão; ; : áp suất ở tâm bão;
P
CPP P R :
bán kính gió cực đại; r là khoảng cách từ tâm
bão tới điểm tính.
Miền tính bao trùm toàn bộ vịnh Bắc Bộ với
lưới phi cấu trúc với 13332 nút lưới (hình 1a),
chiều dài của cạnh mắt lưới nhỏ nhất là 50 m
(khu vực cửa sông ven biển Hải phòng và vùng
ven biển Việt Nam, hình 1b), lớn nhất ...