Bach Long Vi is the furthest offshore island in the Tonkin gulf. As one of the
frontier islands, the information about the hydrodynamic factors such as wave, current, tide is
especially needed for scientific researches as well as designing protection engineering. Due to the
limitation of hydrodynamic observation data in this area, the use of mathematical models to
simulate hydrodynamic regime is a good way to understand about circulation around the island. By
using the nesting techniques in Delft3D model, the circulation around Bach Long Vi island was
simulated, from that the picture of circulation in this area is clear because of the influence of tidal
and wind surface. The initial simulation results show that the circulation of offshore area has been
controlled by the circulation of the Gulf of Tonkin, the flow has two main directions, including eastnortheast and west-southwest. Meanwhile, the coastal island has the appearance of the local
cyclone and anticyclone as well
10 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 519 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo Bạch Long Vĩ bằng mô hình toán học, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
122
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 14, Số 2; 2014: 122-131
ISSN: 1859-3097
MÔ PHỎNG BẢN CHẤT HOÀN LƯU VEN ĐẢO BẠCH LONG VĨ
BẰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC
Phạm Hải An*, Trần Anh Tú
Viện Tài nguyên và Môi trường Biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
*E-mail: anph@imer.ac.vn
Ngày nhận bài: 2-1-2014
TÓM TẮT: Bạch Long Vĩ là một trong những huyện đảo xa bờ nhất trên vịnh Bắc Bộ thuộc hệ
thống nhóm đảo tiền tiêu của tổ quốc Việt Nam. Bởi vậy nhóm thông tin chi tiết về các yếu tố thủy
động lực như sóng, dòng chảy, thủy triều là đặc biệt cần thiết đối với việc tiếp cận đảo cũng như
việc thiết kế các công trình bảo vệ biển đảo. Do hiện trạng nguồn số liệu quan trắc về các yếu tố
thủy động lực còn chưa đầy đủ hoặc có rất ít, nên việc ứng dụng các mô hình toán là một giải pháp
hữu hiệu nhằm bổ sung những khiếm khuyết trên. Quá trình chi tiết hóa khu vực nghiên cứu kết hợp
với việc sử dụng kỹ thuật lưới lồng trong bộ mô hình Delft3D sẽ giúp chúng ta có được bức tranh
chung về mô phỏng trường thủy động lực cũng như hoàn lưu vùng ven quanh đảo Bạch Long Vĩ bởi
sự ảnh hưởng của hai thành phần triều và gió bề mặt. Kết quả mô phỏng ban đầu cho thấy, hoàn
lưu khu vực xa bờ chịu sự chi phối chung của hoàn lưu vịnh Bắc Bộ, dòng chảy có hai hướng chủ
đạo là Đông -Đông Bắc và Tây-Tây Nam. Trong khi đó, tại khu vực ven đảo có sự xuất hiện các
xoáy thuận cũng như xoáy nghịch cục bộ..
Từ khóa: Mô hình, hoàn lưu, xoáy thuận, xoáy nghịch.
MỞ ĐẦU
Nằm trong hệ thống nhóm đảo tiền tiêu của
tổ quốc, Bạch Long Vĩ là một huyện đảo thuộc
thành phố Hải Phòng xa bờ nhất trên vịnh Bắc
Bộ, cách Hải Phòng 133 km, cách đảo Hải Nam
130 km. Dù diện tích phần nổi của đảo chỉ
2,5 km2 nhưng đảo Bạch Long Vĩ lại có một vị
trí chiến lược rất quan trọng về an ninh quốc
phòng và kinh tế xã hội, đã được Chính phủ và
thành phố đầu tư phát triển thành khu dịch vụ
hậu cần nghề cá vùng vịnh Bắc Bộ. Trải qua
các giai đoạn khác nhau, nhiều điều tra và
nghiên cứu về đặc điểm hoàn lưu ven đảo của
Đảo Bạch Long Vĩ đã được tiến hành [1]. Mỗi
nghiên cứu ứng với các mục đích riêng trong
từng dự án nên các đánh giá chưa mang nhiều
tính tổng hợp. Để thấy rõ hơn quy mô cũng như
bản chất của hoàn lưu ven đảo trong việc góp
phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây
dựng, quy hoạch phát triển kinh tế xã hội huyện
đảo, tập thể tác giả đã tiến hành tập hợp, phân
tích dựa trên các tài liệu điều tra đã có và bổ
sung những dữ liệu mới về khí hậu, khí tượng,
hải văn, trên cơ sở đó đưa ra những đánh giá,
mô phỏng có tính quy luật, cập nhật đối với vấn
đề hoàn lưu ven đảo Bạch Long Vĩ.
TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
Tài liệu
Dữ liệu sử dụng chính trong công trình này
bao gồm các dữ liệu khảo sát trong hai mùa về
khí hậu - khí tượng, hải văn thuộc đề tài:
“Nghiên cứu bản chất hoàn lưu ven đảo tại một
số đảo tiền tiêu trên vịnh Bắc Bộ phục vụ bảo
vệ môi trường, sinh thái và phát triển bền
vững” mã số VAST 006.03/12-13, kết hợp với
nguồn dữ liệu thu thập nhiều năm qua tại cùng
khu vực, cụ thể như sau:
Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo
123
Số liệu độ sâu và đường bờ khu vực quanh
đảo được số hoá từ các bản đồ địa hình UTM tỷ
lệ 1:25.000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuất bản với
Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000; vùng ven đảo và
lân cận được tham khảo và bổ sung từ cơ sở dữ
liệu địa hình ETOPO-5 của Trung tâm tư liệu
Địa vật lí Quốc gia Mỹ (National Geophysical
Data Center) và GEBCO-1 của Trung tâm tư
liệu Hải dương học vương quốc Anh (British
Oceanographic Data Centre - BODC).
Số liệu khí tượng thu thập từ COADS
(Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set),
nguồn tại trạm quan trắc Bạch Long Vĩ, Hòn
Dấu được quan trắc liên tục 6h/ốp thuộc mạng
lưới Khí tượng Thủy văn Quốc gia và Đài Khí
tượng khu vực Đông Bắc.
Chuỗi số liệu quan trắc thủy hải văn về
lưu lượng, dòng chảy, sóng, dao động mực
nước, các hằng số điều hoà thuỷ triều trong
khoảng thời gian dài từ một số đề tài, dự án của
Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn biển, Phân viện
Cơ học biển, Viện Tài nguyên và Môi trường
biển [2, 3, 4], cùng với số liệu nhiệt muối từ
WOA2009 (World Ocean Atlas 2009), số liệu
tính toán từ mô hình NAO TIDE dự báo thuỷ
triều của Đài Thiên văn Quốc gia Nhật Bản
NAO (National Astronomical Observatory).
Phương pháp nghiên cứu
Việc nghiên cứu sử dụng modul thủy động
lực Delft3D-FLOW và modul sóng Deflt3D-
WAVE trong bộ phần mềm chuyên dụng
Delft3D (phiên bản 3.28) áp dụng kỹ thuật lưới
lồng. Việc đánh giá sai số tính toán sử dụng sai
số bình phương trung bình RMSE (Root Mean
Square Error) làm chỉ tiêu để đánh giá độ chính
xác của mô hình thủy động lực thông qua kiểm
chứng mực nước. Chi tiết của các phương pháp
này đã được trình bày trong [3, 5].
Thiết lập và kiểm chứng mô hình
Thiết lập miền tính
Miền ngoài: áp dụng chạy cho khu vực vịnh
Bắc Bộ, đây là vịnh nằm trong vùng thềm lục
địa phía Tây. Giới hạn giữa 17000’-21030’ vĩ độ
Bắc và 105040’-110000’ kinh độ Đông, có 3
mặt Đông, Bắc, Tây bao bởi lục địa (chiều dài
vịnh 496 km, nơi rộng nhất trong vịnh 314 km),
vịnh thông với biển ngoài qua eo biển hẹp
Quỳnh Châu ở phía Đông (hình 1). Đặc biệt
phía Nam vịnh Bắc Bộ thông và trao đổi nước
chủ yếu với khu vực Biển Đông, đáy vịnh
tương đối bằng phẳng, nhất là từ 200 Bắc trở
lên. Độ sâu của vịnh không lớn, trung bình
khoảng 50 m. Miền tính được chia thành
365×391 ô lưới trong hệ tọa độ cầu cong trực
giao, sử dụng điều kiện ban đầu được lấy từ file
VBB.ini.
Hình 1. Độ sâu (a) và lưới tính (b) miền ngoài
(b) (a)
Phạm Hải An, Trần Anh Tú
124
Miền trong (khu vực ven đảo Bạch Long Vĩ):
Hình 2. Lưới tính khu vực nghiên cứu
Độ sâu và miền lưới tính được thể hiện
trên hình 2; sử dụng miền lưới với 242×242 ô
lưới. Diện tích miền tích: khoảng 48 km theo
chiều Đông Bắc-Tây Nam và 53 km theo chiều
Tây Bắc-Đông Nam, với diện tích mặt nước
khoảng 1.624 km2 . Phân lớp và lưới: hai lớp
(mặt + đáy), sử dụng lưới cong trực giao, kích
thước ô lưới: biến đổi từ 25,4 m đến 318,5 m;
Thời gian mô phỏng: tính toán trường hợp
hướng gió Tây Nam (10/2012) và trường hợp
hướng gió Đông Bắc (4/2013) với bước thời
gian tính toán là 0,5 phút.
Kiểm chứng mô hình
Sau lần hiệu chỉnh cuối, việc đánh giá độ
chính xác từ các kết quả đầu ra của mô hình đã
được tiến hành.
Hình 3. So sánh dao động mực nước giữa quan trắc (obs) và tính toán (model)
tại trạm Hòn Dấu, (a) - hướng gió Tây Nam, (b) - hướng gió Đông Bắc
Kết quả kiểm chứng đối với miền ngoài (vịnh
Bắc Bộ): so sánh mực nước tính toán từ mô hình
với mực nước quan trắc tại trạm Hòn Dấu:
Trường hợp hướng gió Tây Nam, sai số
bình phương trung bình (RMSE), sai số trung
bình tuyệt đối (MAE) có giá trị lần lượt là
0,14139 và 0,13769. Các giá trị này thể hiện
kết quả tính toán từ mô hình thủy động lực là
chấp nhận được. Ngoài ra, sai số trung bình
(ME) cho giá trị âm (hình 3b), điều này thể
hiện xu thế: trung bình các giá trị mực nước
tính toán từ mô hình thấp hơn các giá trị quan
trắc tại trạm Hòn Dấu.
Trường hợp hướng gió Đông Bắc, hệ số
tương quan (Rvalue) giữa mực nước tính toán và
mô hình bằng 0,97148. Giá trị RMSE = 0,15897
và MAE = 0,15172 xấp xỉ bằng nhau, điều này
cho thấy kết quả tính toán từ mô hình thủy lực là
tương đối tốt (hình 4). Mặt khác giá trị ME dương
(trái với xu thế trường hợp hướng gió Tây Nam),
thể hiện trung bình mực nước tính toán từ mô
hình cao hơn các giá trị quan trắc.
Kết quả kiểm chứng đối với miền trong
(khu vực ven đảo Bạch Long Vĩ) qua so sánh
mực nước tính toán từ mô hình với mực nước
quan trắc.
(a) (b)
Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo
125
Các sai số bình phương trung bình tương
ứng theo mùa gió Tây Nam và mùa gió Đông
Bắc lần lượt là RMSE10/2012 = 0,169;
RMSE04/2013 = 0.163. Hai giá trị này đều thể
hiện sự phù hợp nhất định cả về pha triều và độ
lớn, cho thấy sự phù hợp tương đối giữa kết
quả tính toán với số liệu quan trắc.
Hình 4. So sánh mực nước tính toán với chuỗi số liệu quan trắc
(trái 10/2012, phải 4/2013)
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Kết quả mô phỏng hoàn lưu ven đảo Bạch
Long Vĩ
Hoàn lưu hướng gió mùa Đông Bắc
Khu vực vịnh Bắc Bộ có mùa đông lạnh do
tác động của chế độ gió mùa. Trong các đợt gió
mùa Đông Bắc, tốc độ gió trung bình 4-6 m/s,
mạnh nhất 20-24 m/s. Thường thì trong chế độ
gió mùa Đông Bắc, trên khu vực vịnh Bắc Bộ
rất hay bắt gặp sự xuất hiện các xoáy thuận
ngược chiều kim đồng hồ với dòng có hướng
Tây Nam, vận tốc trung bình khoảng 65 cm/s.
Qua các tính toán mô phỏng trước đây, dòng
hướng Tây Nam này được thể hiện mạnh bởi
dòng ven bờ sát lục địa.
Dòng chảy tầng mặt: khác với kết quả mô
phỏng trong mùa gió Tây Nam với hai xoáy
nghịch cục bộ quanh đảo, mô phỏng hoàn lưu
trong mùa gió Đông Bắc chỉ xuất hiện một
xoáy thuận tồn tại trong một phạm bán kính
1,5 km cách đảo khoảng 0,5 km về phía Bắc
Tây Bắc (hình 5a). Phạm vi xoáy thuận cục bộ
nhỏ do một phần ảnh hưởng bởi xoáy thuận bị
giảm trong tháng 4 khi mùa gió Đông Bắc bị
suy giảm dần trong giai đoạn chuyển mùa. Tại
tâm của xoáy thuận này, dòng có giá trị khoảng
30-40 cm/s; ngoài rìa phía Bắc của xoáy thuận
vận tốc dòng lớn hơn, biến thiên trong khoảng
50-75 cm/s. Sau đó theo quán tính tiếp tục di
chuyển nhập với dòng bên phía Tây Nam đảo
đi theo hướng Tây Bắc. Các dòng này sau khi
cách xa ảnh hưởng của đảo, chuyển hướng một
phần đi vào bờ rồi tạo ra dòng ven có hướng
Tây Nam; một phần do ảnh hưởng trực tiếp của
gió Đông Bắc bề mặt nên chảy thẳng theo
hướng Tây Nam, dòng khi đó có vận tốc biến
đổi vào khoảng 35-45 cm/s.
Xoáy thuận dạng này thường xuất hiện
trước thời điểm nước ròng khoảng 2 giờ đồng
hồ và được phát triển trong pha triều lên
(hình 5b). Khi xoáy thuận phát triển, nó cách xa
đảo hơn, bán kính ảnh hưởng khoảng 2 km.
Trong giai đoạn này, khu vực tâm xoáy thuận,
dòng có giá trị khoảng 25-40 cm/s; phía Bắc rìa
xoáy thuận vận tốc dòng lớn biến thiên từ
60 cm/s đến 75 cm/s di chuyển nhập với dòng
bên phía Tây Nam đảo hướng về phía Tây Bắc
với tốc độ không suy giảm, trung bình đạt
70 cm/s.
Cũng như trong thời điểm bắt đầu xuất hiện
xoáy thuận, lúc này sau khi tách xa đảo dòng
chuyển hướng một phần đi vào bờ; một phần
tiếp tục chảy thẳng theo hướng Tây Nam, vận
tốc trung bình 40 cm/s. Thời gian tồn tại xoáy
thuận ngắn, khoảng 2-3 giờ (riêng trường hợp
xoáy thuận trong pha triều lên ngày 17/4 kéo
dài hơn, nó xuất hiện trước thời điểm nước
ròng 1 giờ, sau đó tồn tại khoảng 6 giờ nhiều
gấp 2-3 lần so với xoáy thuận của các ngày
khác trong tháng được mô phỏng), thường thì
không còn xoáy thuận trước thời điểm giữa pha
triều lên.
Dòng tầng đáy: So với tầng mặt, sự hình
thành xoáy thuận trong pha triều lên tại tầng
đáy không được rõ nét (hình 6). Xoáy thuận
Phạm Hải An, Trần Anh Tú
126
này nằm cách đảo khoảng 0,4 km về phía Bắc
Tây Bắc, có cùng vị trí với xoáy thuận tầng
mặt, tuy nhiên bán kính ảnh hưởng giảm đi còn
0,8 km, dòng trong xoáy thuận có vận tốc đạt
25-30 cm/s. Phía rìa xoáy phần phía Bắc vận
tốc dòng lớn hơn hẳn, đạt 60-70 cm/s.
Hình 5. Trường dòng chảy tầng mặt trong mùa gió Đông Bắc vào pha triều lên
(a): 09h ngày 8/4/2013; (b): 10h ngày 8/4/2013
Hình 6. Trường dòng chảy tầng đáy trong mùa gió Đông Bắc vào pha triều lên
(a): 09h ngày 8/4/2013; (b): 11h ngày 8/4/2013
Tại tầng đáy xoáy không được thể hiện rõ,
xong những đặc tính về dòng cách xa bên phía
Tây Nam đảo cũng mang những nét tương
đồng như tầng mặt, dòng này đi theo hướng
Tây Bắc sau đó một phần tiếp tục đi vào bờ,
một phần chuyển hướng thành Tây Nam với
giá trị trung bình 30-40 cm/s. Trong khi đó,
phần phía đông đảo thống trị bời dòng hướng
Tây với giá trị dòng 40-50 cm/s, dòng hướng
Tây Nam với giá trị 45-50 cm/s. Sự tồn tại của
xoáy thuận tầng mặt lâu và lớn hơn so với tầng
đáy, nếu tại tầng mặt xoáy thuận tồn tại từ 2-3
(a) (b)
(a) (b)
Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo
127
giờ thì tại tầng đáy xoáy thuận chỉ tồn tại hơn 1
giờ đồng hồ (hình 6a), sau đó không còn xoáy
nữa (hình 6b). Khi không còn xoáy thuận nữa,
bên phía Đông của đảo bị chi phối bởi dòng
hướng Tây, một phần dòng hướng Tây Bắc. Cả
hai thành phần dòng này khi qua đảo đều mang
hướng Tây Bắc do ít bị ảnh hưởng bởi gió
Đông Bắc bề mặt.
Hoàn lưu hướng gió mùa Tây Nam
Dòng chảy tầng mặt: sự tồn tại của đảo
Bạch Long Vĩ trong vịnh Bắc Bộ tựa như một
vật cản khiến cho hoàn lưu ven đảo có những
nét đặc thù riêng, đó là sự xuất hiện của các
xoáy nghịch cục bộ cùng chiều kim đồng hồ,
cách đảo khoảng 0,5km về phía Tây Bắc đảo.
Hình 7. Trường dòng chảy trong mùa gió Tây Nam vào thời kỳ nước lớn (7/10/2012)
(a): tầng mặt; (b): tầng đáy
Hình 8. Trường dòng chảy trong mùa gió Tây Nam vào thời kỳ nước xuống (7/10/2012)
(a): tầng mặt; (b): tầng đáy
(a) (b)
(a) (b)
Phạm Hải An, Trần Anh Tú
128
Sự tồn tại của xoáy nghịch cục bộ này
thường bắt đầu xuất hiện trước pha nước lớn
khoảng 2 đến 3 giờ, khi đến thời điểm nước lớn
(hình 7a) vận tốc dòng ven đảo giữa xoáy
nghịch và bờ phía Tây Bắc đảo mang giá trị
nhỏ hơn so với khu vực xung quanh, thường là
8-10 cm/s, phía Nam đảo bị chi phối bởi dòng
hướng Nam lên; do ảnh hưởng cản của đảo:
hoàn lưu rẽ nhánh làm hai, một phần rẽ trái
tham gia tạo nên xoáy nghịch cục bộ, một phần
biến tính sang hướng Nam Tây Nam tiếp tục di
chuyển lên trên nhập với dòng tiếp tuyến phía
ngoài của xoáy nghịch hướng về phía Bắc vịnh
Bắc Bộ với giá trị dòng thay đổi trong khoảng
45-60 cm/s. Sau đó tiếp tục kéo dài khoảng 3 -
4 giờ trước thời điểm giữa của thời kỳ nước
xuống. Tại thời điểm nước xuống (hình 8a),
không còn sự tồn tại của xoáy nghịch bên phía
Tây Bắc đảo, bao quanh đảo là dòng có giá trị
40-50 cm/s với hướng chủ đạo Tây Bắc - Đông
Nam, riêng vùng nước ven đảo về hai phía Tây
Nam và Đông Bắc đảo dòng có giá trị lớn hơn,
đạt 50-70 cm/s.
Hình 9. Trường dòng chảy trong mùa gió Tây Nam vào thời kỳ nước ròng (7/10/2012)
(a): tầng mặt; (b): tầng đáy
Hình 10. Trường dòng chảy trong mùa gió Tây Nam vào thời kỳ nước lên (7/10/2012)
(a): tầng mặt; (b): tầng đáy
(a) (b)
(a) (b)
Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo
129
Đến thời điểm nước ròng bắt đầu hình
thành một xoáy nghịch khác bên phía Đông
Nam đảo với phạm vi ảnh hưởng (bán kính
xoáy khoảng 4-6 km) (hình 9a) lớn hơn xoáy
nghịch bên phần Tây Bắc đảo trong thời kỳ
nước lớn (bán kính xoáy khoảng 2-3 km).
Trong thời điểm nước ròng, dòng có vận
tốc lớn gần hết vùng xoáy nghịch, trung bình
khoảng 60 cm/s. Tuy nhiên, chính vì vùng xoáy
lớn phía Đông Nam đảo nên dòng phía Tây Bắc
đảo mang giá trị thấp 7-13 cm/s. Thoát khỏi
vùng xoáy này, hoàn lưu theo hướng Đông
Nam với giá trị biến thiên trong khoảng 40-
50 cm/s. Cũng như các xoáy nghịch cục bộ
khác, xoáy nghịch bên phía Đông Nam đảo tồn
tại khoảng 6 - 7 giờ, nó bị suy giảm mạnh trước
thời điểm giữa của thời kỳ nước lên (hình 10a)
đối với hầu hết các ngày trong tháng gió mùa
Tây Nam. Tại thời điểm nước lên, dòng có
hướng ngược với pha nước xuống, thoát ra xa
đảo là dòng chủ đạo hướng Tây Bắc với giá trị
50 cm/s. Như vậy phần lớn trong ngày đều xuất
hiện hai xoáy nghịch cục bộ, tồn tại 6 - 7 giờ,
phạm vi xoáy nghịch bên phía Đông Nam đảo
lớn hơn phạm vi xoáy nghịch bên phía Tây Bắc
đảo. Đối với xoáy nghịch bên Tây Bắc đảo, vận
tốc dòng tại tâm khoảng 15-26 cm/s thấp hơn
biên ngoài của xoáy, nơi vận tốc dòng biến
thiên từ 35-42 cm/s. Đối với xoáy nghịch bên
phần Đông Nam đảo, vận tốc dòng tại tâm cũng
như tại biên ngoài của xoáy tương đối đồng
đều, vận tốc biến thiên trong khoảng 45-
70 cm/s.
Dòng chảy tầng đáy: độ sâu trung bình vịnh
Bắc Bộ không lớn, độ sâu vùng ven đảo Bạch
Long Vĩ khoảng 30-40 m về phía Tây Bắc, 40-
50 m về phía Đông Nam lên tại tầng đáy cũng
xuất hiện các xoáy nghịch cục bộ cùng phạm vi
và tâm xoáy nhiều nét giống với các xoáy
nghịch tầng mặt. Cách đảo khoảng 0,6 km về
phía Tây Bắc tồn tại một xoáy nghịch xuất hiện
trước pha nước lớn khoảng 2 giờ. Tại thời điểm
nước lớn (hình 7b) dòng sát ven giữa xoáy
nghịch và bờ phía Tây Bắc đảo mang giá trị 20-
40 cm/s nhỏ hơn so với khu vực xung quanh.
Phía Nam đảo bị chi phối bởi dòng hướng
Nam, chia làm hai nhánh: một phần rẽ trái tham
gia vào vòng ngoài của xoáy nghịch, một phần
lệch sang hướng Nam Tây Nam di chuyển lên
trên nhập với dòng tiếp tuyến ngoài của xoáy
nghịch đi về phía Bắc vịnh với vận tốc dòng
trung bình 50 cm/s. Sự tồn tại của xoáy nghịch
này suy giảm sau 2 - 4 giờ trước thời điểm giữa
của thời kỳ nước xuống. Tại thời điểm giữa của
triều nước xuống (hình 8b), xoáy nghịch bên
phía Tây Bắc đảo không còn, thay vào là dòng
bao quanh đảo có vận tốc 50 cm/s, hướng chủ
đạo Tây Bắc-Đông Nam. Đặc biệt vùng nước
ven đảo về phía Tây Nam và Đông Bắc đảo,
vận tốc dòng lớn hơn, đạt 60-70 cm/s. Như vậy
nếu chỉ xét xoáy nghịch trong thời điểm nước
lớn, có thể nhận thấy vận tốc dòng xoáy nghịch
ở tầng đáy lớn hơn một chút so với tầng mặt.
Suy giảm xoáy nghịch phía Tây Bắc đảo
diễn ra trong thời kỳ nước xuống. Đến thời
điểm nước ròng: bắt đầu hình thành một xoáy
nghịch khác bên phía Đông Nam đảo với bán
kính ảnh hưởng 5-6 km (hình 9b). Phạm vi ảnh
hưởng của xoáy nghịch này có phần lớn hơn
phạm vi xoáy nghịch bên phần Tây Bắc đảo
(thời kỳ nước lớn bán kính xoáy 2,5-3,5 km).
Tại thời điểm nước ròng, dòng có vận tốc lớn
gần hết vùng xoáy nghịch, trung bình là
60 cm/s. Không có sự khác biệt đối với vùng
xoáy lớn bên Đông Nam đảo giữa hai tầng mặt
và đáy, dòng phía Tây Bắc đảo cũng mang giá
trị thấp, khoảng 6-10 cm/s. Tại tầng đáy, một
phần dòng phía ngoài của xoáy nghịch tham gia
vào hoàn lưu hướng Tây Tây Nam, sau đó
chuyển hướng thành Đông Nam đi ra phía cửa
vịnh. Ra xa khu vực xoáy, cách tâm đảo
khoảng 18-20 km dòng tập trung theo hướng
Đông Nam với vận tốc biến thiên trong khoảng
30-42 cm/s. Sự tồn tại xoáy nghịch tầng đáy
phía Đông Nam đảo trong khoảng 5-6 giờ, sau
đó nó suy giảm mạnh trước thời điểm giữa của
thời kỳ nước lên (hình 10b). Trong thời điểm
nước lên, khu vực phía Tây Bắc vùng nghiên
cứu dòng hướng Tây Bắc với vận tốc 40-
50 cm/s ngược hướng với pha nước xuống. Hai
bên đảo về phía Đông Bắc và Tây nam, dòng
có giá trị lớn biến thiên từ 55-78 cm/s, phạm vi
ảnh hưởng của loại dòng này cách đảo về hai
phía một khoảng từ 16 km đến 19 km. Thoát
khỏi khu vực này, dòng chủ đạo hướng Tây
Bắc với vận tốc trung bình là 50 cm/s.
Tại tầng đáy, trong ngày cũng xuất hiện hai
xoáy nghịch tồn tại khoảng 5 - 7 giờ, phạm vi
xoáy nghịch bên phần Đông Nam đảo thường
lớn hơn phạm vi bên phần Tây Bắc đảo.
Phạm Hải An, Trần Anh Tú
130
Toàn bộ hoàn lưu trong mùa gió Tây Nam,
vận tốc dòng luôn có giá trị biến thiên trong
khoảng 50-70 cm/s. Phần lớn diện tích vùng
nước quanh đảo vận tốc dòng trung bình đạt
60 cm/s. Dưới ảnh hưởng của gió mùa Tây
Nam, xuất hiện những xoáy nghịch nhỏ xung
quanh đảo.
KẾT LUẬN
Chế độ hoàn lưu khu vực đảo Bạch Long
Vĩ mang tính tổng hợp chính của hai thành
phần triều và gió bề mặt. Dưới ảnh hưởng của
xoáy thuận thời kỳ gió mùa Đông Bắc và xoáy
nghịch thời kỳ gió mùa Tây Nam trên phần lớn
vịnh Bắc Bộ, cộng thêm đặc điểm địa hình đảo
Bạch Long Vĩ lên khu vực ven đảo đã xuất hiện
xoáy thuận và các xoáy nghịch cục bộ. Ra xa
đảo khoảng 18-20 km, hoàn lưu này chịu sự chi
phối chung của hoàn lưu vịnh Bắc Bộ, khi đó
dòng chảy có hai hướng chủ đạo là Đông-Đông
Bắc và Tây-Tây Nam.
Đảo Bạch Long Vĩ có diện tích nhỏ, đáy
biển khu vực xung quanh đảo vừa có cát, san hô
và đá ngầm; ngoài ra số liệu địa hình chưa được
chi tiết nên việc mô phỏng chính xác hoàn lưu là
rất khó khăn, nhưng hoàn toàn có thể khắc phục
được ở những nghiên cứu tiếp theo.
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin trân trọng cảm
ơn Ban chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu bản chất
hoàn lưu ven đảo tại một số đảo tiền tiêu trên
vịnh Bắc Bộ phục vụ bảo vệ môi trường, sinh
thái và phát triển bền vững” mã số VATS
06.03/12-13 (2012-2013) đã tạo điều kiện cho
việc hoàn thành công trình này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Viện Tài nguyên và Môi trường biển. Báo
cáo điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ, 1965.
Phần II. Vật lý thuỷ văn. Lưu trữ tại Viện
Tài nguyên và Môi trường biển.
2. Hà Thanh Hương, 2013. Biến động cấu
trúc hoàn lưu vịnh Bắc Bộ. Tạp chí Khoa
học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ 29, Số 1S (2013), 80-88.
3. Trần Anh Tú, Vũ Duy Vĩnh, Nguyễn Hữu
Cử, 2008. Mô phỏng quá trình tràn dầu khu
vực đảo Bạch Long Vĩ bằng mô hình delft-
3d. Tuyển tập Tài nguyên và môi trường
biển, Tập XIII. Nxb. Khoa học và Kỹ thuật
Hà Nội. Tr. 342-351.
4. Tran Anh Tu, Le Duc Cuong, Pham Hai An,
2013. New results on temperature-salinity
vertical structure in water of Hai Phong
coastal area. Proceedings of VAST - IRD
Symposium on Marine Science, Haiphong-
Vietnam, November 28th - 29th, 283-288.
5. WL|Delft Hydraulics, 2010. Delft3D-
FLOW User Manual Version 3.05, Delft3D
Waq User Manual Version 3.01, Delft3D -
Part User Manual Version 1.0 WL|Del`ft
Hydraulics, Delft, Netherlands.
Mô phỏng bản chất hoàn lưu ven đảo
131
SIMULATING CIRCULATION NATURE AROUND BACH LONG VI
ISLAND BY A MATHEMMATICAL MODEL
Pham Hai An, Tran Anh Tu
Institute of Marine Environment and Resources-VAST
ABSTRACT: Bach Long Vi is the furthest offshore island in the Tonkin gulf. As one of the
frontier islands, the information about the hydrodynamic factors such as wave, current, tide is
especially needed for scientific researches as well as designing protection engineering. Due to the
limitation of hydrodynamic observation data in this area, the use of mathematical models to
simulate hydrodynamic regime is a good way to understand about circulation around the island. By
using the nesting techniques in Delft3D model, the circulation around Bach Long Vi island was
simulated, from that the picture of circulation in this area is clear because of the influence of tidal
and wind surface. The initial simulation results show that the circulation of offshore area has been
controlled by the circulation of the Gulf of Tonkin, the flow has two main directions, including east-
northeast and west-southwest. Meanwhile, the coastal island has the appearance of the local
cyclone and anticyclone as well.
Keywords: model, circulation, cyclone, anticyclone.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
4478_15985_1_pb_4461_2079634.pdf