Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên vùng nguồn máng biển sâu manila bằng mô hình Comcot

307 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 13, Số 4; 2013: 307-316 ISSN: 1859-3097 MÔ PHỎNG KỊCH BẢN SÓNG THẦN CỰC ĐẠI PHÁT SINH TRÊN VÙNG NGUỒN MÁNG BIỂN SÂU MANILA BẰNG MÔ HÌNH COMCOT Nguyễn Hồng Phương*, Vũ Hà Phương, Phạm Thế Truyền, Vi Văn Vững Viện Vật lý Địa cầu-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam *E-mail: phuong.dongdat@gmail.com Ngày nhận bài: 14-4-2013 TÓM TẮT: Trong số các vùng nguồn sóng thần được xác định trên khu vực Biển Đông, vùng nguồn Máng biển sâu Manila được coi là nguy hiểm nhất đối với bờ biển Việt Nam. Theo các nghiên cứu gần đây, động đất cực đại dự báo trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila đạt tới 8,7 theo thang Mô men. Kết quả tính thời gian lan truyền sóng thần cũng cho thấy sau khi phát sinh trên vùng nguồn Máng biển Manila, sóng thần chỉ mất khoảng 2 giờ đồng hồ để tấn công vào bờ biển Việt Nam. Bài báo này trình bày việc áp dụng mô hình COMCOT để mô phỏng một kịch bản động đất cực đại gây sóng thần phát sinh trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila và đánh giá tác động của trận sóng thần này tới các vùng bờ biển của Việt Nam. Việc áp dụng mô hình COMCOT và hệ thống lưới tính lồng cho phép mô phỏng sự lan truyền sóng thần trong cả hai trường hợp nước sâu (giữa đại dương) và nước nông (gần bờ). Mô hình COMCOT cũng cho phép sử dụng thuật toán đường biên động để mô phỏng quá trình ngập lụt. Mô hình nguồn động đất gây sóng thần cực đại được xây dựng trên cơ sở tham khảo các dữ liệu quan trắc động đất và GPS đã cập nhật và hai mô hình nguồn động đất gây sóng thần trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila được công bố gần đây của Wu T-R. (2009) và Megawati K. (2009). Kịch bản sóng thần được giả thiết là gây ra bởi động đất cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila với độ lớn tương đương Mw=9,3. Độ nguy hiểm sóng thần đối với các vùng bờ biển Việt Nam được đánh giá qua đại lượng độ cao sóng cực đại do sóng thần gây ra. Các kết quả mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila được thể hiện dưới dạng các bản đồ độ cao sóng ở những khu vực và với độ chi tiết khác nhau bao gồm toàn bộ dải ven biển Việt Nam, dải ven biển miền Trung và khu vực ven biển của hai thành phố Đà Nẵng và Nha Trang (các hình 7, 8, 9 và 10). Các bản đồ độ cao sóng cho thấy độ nguy hiểm sóng thần tập trung chủ yếu dọc theo dải ven biển miền Trung Việt Nam (đoạn từ tỉnh Quảng Ngãi đến tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), với độ cao sóng lớn nhất đạt tới trên 18m tại địa phận tỉnh Quảng Ngãi. Nghiên cứu chi tiết cho hai thành phố ven biển miền Trung cũng cho thấy độ cao sóng cực đại đạt tới 10,2m tại thành phố Đà Nẵng và 8,8m tại thành phố Nha Trang. Từ khóa: Máng biển sâu Manila, mô hình COMCOT, kịch bản sóng thần cực đại, độ nguy hiểm sóng thần Nguyễn Hồng Phương, Vũ Hà Phương 308 MỞ ĐẦU Chỉ trong vòng chưa đầy một thập kỷ, hai trận động đất có độ lớn tới 9,3 đã gây sóng thần hủy diệt tại Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Trận động đất thứ nhất xảy ra ngày 26 tháng 12 năm 2004 tại bờ tây quần đảo Xumat’ra, Inđônêxia đã cướp đi sinh mạng của gần 300.000 người trên 11 quốc gia nằm trên bờ biển Ấn Độ Dương, còn trận động đất thứ hai được biết dưới tên gọi động đất Tôhôku xảy ra ngày 11 tháng 3 năm 2011 ở phía Đông đảo Honshu của Nhật Bản cũng đã cướp đi sinh mạng của khoảng 20.000 người và gây ra sự cố hạt nhân nghiêm trọng tại Nhật Bản. Điều đáng chú ý là cả hai trận sóng thần hủy diệt nêu trên đều không gây thiệt hại gì cho các vùng bờ biển và hải đảo của Việt Nam, do Biển Đông được bao bọc bởi lục địa Trung Quốc về phía Bắc, hệ thống cung đảo dày đặc của Thái lan và Malayxia về phía Tây Nam, của Inđônêxia và Malayxia về phía Nam và quần đảo Philíppin về phía Đông. Mặc dù từ trước tới nay chưa có một tài liệu chính thức nào được công bố về thiệt hại do sóng thần gây ra đối với các vùng bờ biển và hải đảo của Việt Nam trong quá khứ, các chuyên gia vẫn không loại trừ khả năng hiểm họa sóng thần có thể đến từ ngay bên trong khu vực Biển Đông. Trên cơ sở nghiên cứu và phân tích các đặc trưng kiến tạo địa động lực khu vực Đông Nam Á, chín vùng nguồn sóng thần có khả năng gây thiệt hại tới vùng bờ biển Việt Nam được xác định trên khu vực Biển Đông và các vùng biển lân cận. Trong số các vùng nguồn sóng thần được xác định trên khu vực Biển Đông, vùng nguồn Máng biển sâu Manila được coi là nguy hiểm nhất đối với bờ biển Việt Nam. Theo các nghiên cứu gần đây, động đất cực đại dự báo trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila đạt tới 8,7 theo thang Mô men. Kết quả tính thời gian lan truyền sóng thần cũng cho thấy sau khi phát sinh trên vùng nguồn Máng biển Manila, sóng thần chỉ mất khoảng 2 giờ đồng hồ để tấn công vào bờ biển Việt Nam [11]. Bài báo cáo này trình bày việc áp dụng mô hình COMCOT để mô phỏng một kịch bản động đất cực đại gây sóng thần phát sinh trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila và đánh giá độ nguy hiểm sóng thần do kịch bản này gây ra đối với các vùng bờ biển của Việt Nam. Các kết quả mô phỏng được thể hiện dưới dạng các bản đồ độ cao sóng ở những phạm vi khác nhau, từ khu vực đến địa phương và với độ chi tiết tăng dần. CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỊA CHẤN KIẾN TẠO VÀ ĐỊA ĐỘNG LỰC CỦA ĐỚI HÚT CHÌM MÁNG BIỂN SÂU MANILA Hình 1. Vị trí đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila trên Biển Đông Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về hoạt động kiến tạo và tính địa chấn của đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila. Máng biển sâu Manila là một đới hút chìm có chiều dài khoảng 1.200km chạy dọc theo thềm lục địa phía Tây quần đảo Philíppin với góc cắm về phía Đông. Đới hút chìm được cho là hình thành trong thời kỳ Mioxen sớm (khoảng 22-25 triệu năm trước đây) và vẫn còn hoạt động cho đến thời điểm hiện tại [4, 2, 17, 12]. Dọc theo đới hút chìm, lớp vỏ đại dương của Biển Đông hạ thấp dần về phía đông và chui dần xuống phía dưới lục địa Philíppin, phần lục địa cực nam Đài Loan và các khu vực thềm biển lân cận. Phần lồi ra và xoắn về phía Tây của Máng biển sâu Manila được giải thích là do sự dịch chuyển từ từ của đảo Luzon sang phía Tây trườn lên trên các mảng kiến tạo có tuổi đại dương, trong khi phần cực nam và phần cực bắc của máng biển sâu bị ghìm lại do sự va chạm của các địa khối tại các vĩ tuyến của đảo Palaoan (120N - 1200E) và Nam Đài Loan (230N - 1200E) [12]. Cụ thể hơn, địa khối Sunda bị hút chìm xuống phía dưới của địa khối Biển Philíppin dọc theo máng biển sâu Manila ở độ sâu 5km từ Bắc xuống Nam. Đới hút chìm được phân bố theo nhiều đoạn với ba hướng chính: hướng Bắc-Nam tính từ vĩ tuyến 140N đến vĩ tuyến 180N, hướng Đông Bắc- Tây Nam tính từ phía Bắc vĩ tuyến 180N và hướng Tây Bắc-Đông Nam tính từ phía Nam vĩ tuyến 140N. Quá trình hút chìm được thay bởi sự va chạm kiến tạo trên đỉnh cực bắc của đới hút chìm gần lục địa Đài Loan [3, 1] và dưới đỉnh cực nam của đới hút chìm giữa Palaoan và Minđôrô [8]. Trên phần phía Đông của máng biển sâu Manila tồn tại hai bể Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại 309 trầm tích trước cung mang tên trũng Bắc Luzon từ 180N đến 210N và trũng Tây Luzon từ 140N đến 160N. Độ dày trầm tích trong các trũng này lên tới 4 - 5km [7, 5]. Chuỗi các đỉnh núi ngầm Scarborough Seamount có thể quan sát thấy từ 1150E đến 1190E, có liên quan đến sự hút chìm theo hướng Đông Bắc- Tây Nam của rặng núi dưới đáy Biển Đông có tâm điểm nằm trên bờ phía Tây của máng biển sâu Manila. Các rặng núi dưới đáy biển này cũng đang bị hút chìm theo hướng xiên chéo dọc theo máng biển sâu Manila [9]. Hình 2. Phân bố chấn tâm động đất trên khu vực bắc Luzon từ năm 1619 đến năm 1997. Các đường có đánh dấu bằng chữ hoa (chẳng hạn A-A’) là các mặt cắt tính địa chấn [1] Trên hình 1 minh họa vị trí của đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila trên Biển Đông (các hệ thống đứt gẫy khác không được đưa lên bản đồ). Hình 1 cũng minh họa phân bố các trận sóng thần, núi lửa và động đất đã ghi nhận được trên toàn khu vực Biển Đông. Các số liệu động đất được lấy từ Trung tâm thông tin động đất quốc gia của Tổng cục địa chất Hoa Kỳ (NEIC), được ghi nhận trong khoảng thời gian từ 1975 đến nay và có độ lớn từ 5,0 trở lên. Thang màu biểu thị độ sâu chấn tiêu. Có thể thấy rõ từ bản đồ này toàn bộ đới hút chìm Máng biển sâu Manila là cả một vùng nguồn động đất gây sóng thần lớn, bởi nó chính là một phần của một trong hai vành đai động đất lớn nhất hành tinh còn được biết đến dưới tên gọi là Vành đai lửa Thái Bình Dương. Sử dụng danh mục động đất và các dữ liệu về cơ cấu chấn tiêu động đất khu vực Luzon, Philíppin, Bautista C. B. và cộng sự [1] đã nghiên cứu các đặc trưng kiến tạo và xây dựng mô hình mô phỏng quá trình hút chìm của khối Âu-Á xuống bên dưới đoạn phía Bắc của máng biển sâu Manila. Các tác giả đã xây dựng một loạt mặt cắt tính địa chấn dọc theo 9 tuyến chạy cắt ngang qua toàn bộ đới hút chìm để có được hình dung 3D về hình học và các chế độ ứng suất của các vùng phát sinh động đất. Trên hình 2 minh họa phân bố các mặt cắt tính địa chấn dọc theo đới hút chìm trong nghiên cứu của Bautista C. B. và cộng sự. Hình 3. Phân bố cơ cấu chấn tiêu động đất có độ sâu dưới 50 km trong khoảng thời gian từ 1973 đến 2010. Màu sắc biểu thị phân loại cơ cấu chấn tiêu được chỉ ra ở góc dưới bên trái bản đồ [16] Hsu Y. J. và cộng sự [16] đã tổng hợp các kết quả phân tích cơ cấu chấn tiêu động đất trên khu vực đới hút chìm Máng biển sâu Manila và phân loại các cơ cấu chấn tiêu bằng các màu sắc khác nhau như minh họa trên hình 3. Từ bản đồ này có Nguyễn Hồng Phương, Vũ Hà Phương 310 thể thấy rõ trên toàn đới hút chìm các cơ cấu chấn tiêu động đất dạng thuận tập trung chủ yếu trên đoạn phía Bắc đới, từ vĩ tuyến 220N xuống vĩ tuyến 180N, trong khi các cơ cấu dạng chờm nghịch tập trung trên phần còn lại của đới, từ vĩ tuyến 180N xuống vĩ tuyến 120N, với mật độ cao tập trung trong khoảng từ vĩ tuyến 160N trở xuống vĩ tuyến 120N. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá độ nguy hiểm sóng thần, bởi sóng thần chủ yếu được phát sinh bởi các đứt gẫy chờm nghịch. Nguyễn Hồng Phương và cộng sự [11] khi phân tích danh mục động đất ghi nhận được trên toàn đới hút chìm Máng biển sâu Manila đã nhận định là động đất mạnh nhất xảy ra tập trung trên đoạn phía Bắc đới, từ đó vạch ra ranh giới vùng nguồn mang tên gọi Máng biển sâu Manila Bắc. Phương pháp xác suất được áp dụng để ước lượng động đất động đất cực đại trên vùng nguồn này đạt tới giá trị Mmax = 8,7. MÔ HÌNH NGUỒN ĐỘNG ĐẤT CỰC ĐẠI GÂY SÓNG THẦN TRÊN ĐỚI HÚT CHÌM MÁNG BIỂN SÂU MANILA Do sóng thần được phát sinh ra do một trận động đất có chấn tâm nằm ở dưới biển, nên việc nghiên cứu khả năng phát sinh sóng thần cũng được xuất phát từ việc nghiên cứu cơ chế nguồn phát sinh động đất. Trong nghiên cứu này, hai mô hình nguồn phát sinh động đất gây sóng thần (dưới đây sẽ gọi tắt là mô hình nguồn sóng thần) được tham khảo để xây dựng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila. Đó là: 1) mô hình nguồn do Wu T-R. và cộng sự đề xuất và 2) mô hình nguồn do Megawati K. và cộng sự đề xuất. Mô hình nguồn sóng thần của Wu T-R. và cộng sự Trên cơ sở phân tích tham số nguồn của ba trận động đất gây sóng thần hủy diệt đã xảy ra trong quá khứ (bảng 1), Wu T-R. và cộng sự [13] đã đưa ra các giá trị ước lượng của các tham số nguồn của một trận động đất gây sóng thần mạnh nhất (cực đại) có thể xảy trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila. Theo các tác giả, trận động đất cực đại này sẽ có các tham số nguồn như sau: Độ lớn động đất Mw = 9,35; Độ sâu chấn tiêu H = 40km; Đứt gẫy nguồn có độ dài L = 990km, chiều rộng W = 200km và dịch chuyển D = 20m. Bảng 1. Tham số của ba trận động đất gây sóng thần mạnh nhất Thời gian Địa điểm Kinh,vĩ Mw Dài (km) Rộng (km) Dịch chuyển (m) Độ sâu chấn tiêu (km) Độ cao sóng cực đại (m) 1960/5/22 Chile 74,5; 39,5 9,5 1.000 300 - 60 25 1964/3/28 Alaska - 147,5; 61,1 9,2 540-740 300 18-22 23 67 2004/12/26 Sumatra 95,98; 3,3 9 1300 200 20 28,6 50 Dựa trên giả thiết ban đầu này, các tác giả chia toàn bộ đới đứt gẫy Máng biển sâu Manila ra thành 6 đoạn, đánh số từ 1 đến 6 như trên hình 4 và ước lượng các tham số của 6 đoạn đứt gẫy này như liệt kê trong bảng 2. Các tham số này được sử dụng để xây dựng kịch bản cực đoan nhất phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila [13]. Từ bảng 2, có thể nhận thấy tọa độ chấn tâm được lấy tại các điểm giữa của mỗi đoạn đứt gẫy nguồn nhỏ, đồng thời các giá trị chiều rộng, độ dịch chuyển và góc trượt của cả 6 đoạn đứt gẫy nguồn nhỏ đều được gán các giá trị bằng nhau. Bảng 2. Tham số nguồn của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila [13] Đoạn Kinh Vĩ Dài (km) Rộng (km) Dịch chuyển (m) Sâu (km) Phương vị (độ) Cắm (độ) Trượt (độ) 1 120,5 20,2 160 200 20 40 354 10 90 2 119,8 18,7 180 200 20 40 22 20 90 3 119,3 18,7 180 200 20 40 2 28 90 4 119,2 15,1 170 200 20 40 356 20 90 5 119,6 13,7 140 200 20 40 344 22 90 6 120,5 12,9 100 200 20 40 331 26 90 Mô hình nguồn của Wu T-R. có ưu điểm là đã chi tiết hóa toàn bộ đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila thành 6 đoạn đứt gẫy thành phần. Tuy nhiên mô hình này lại có nhược điểm là hình dạng của các đoạn đứt gẫy được mô phỏng khá thô, cụ thể là chiều rộng và đại lượng dịch trượt của tất cả các Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại 311 đoạn đứt gẫy thành phần đều được gán giá trị không đổi. Ngoài ra, chiều dài của một số đoạn đứt gẫy thành phần được gán các giá trị không tương xứng với hình dạng thật của chúng trên bản đồ. Hình 4. Phân đoạn siêu đứt gẫy nguồn Máng biển sâu Manila [13] Mô hình nguồn động đất gây sóng thần của Megawati K. và cộng sự Megawati K. và cộng sự [6] đã xây dựng mô hình phá hủy bề mặt cho vùng nguồn Máng biển sâu Manila bằng cách ngoại suy từ 10 mặt cắt tính địa chấn của Bautista C.B. [1] và một mặt cắt của Wu Y.M. và cộng sự [15] trên toàn vùng nguồn. Trong mô hình này, các tác giả đã gán giá trị dịch chuyển trượt cực đại bằng 40m và áp dụng phương pháp ngoại suy để tính các giá trị trượt trên toàn vùng nguồn, với giả thiết là các giá trị trượt theo hướng vuông góc với trục của vùng nguồn là không đổi. Trên hình 5a minh họa mô hình trượt của vùng nguồn nhận được bằng phương pháp ngoại suy. Để tính được giá trị dịch chuyển theo phương thẳng đứng của đáy biển phục vụ cho mô hình thủy lực, toàn bộ bề mặt của vùng nguồn Máng biển sâu Manila được rời rạc hóa thành 33 thành phần nguồn có dạng các đa giác nhỏ như minh họa trên hình 5b. Các giá trị dịch trượt dọc theo hướng dịch chuyển của siêu đứt gẫy và góc cắm được cho tương ứng với mô hình trượt đã được xây dựng. Độ lớn của dịch chuyển trượt của 33 thành phần nguồn được gán cho tâm điểm của mỗi đa giác. Mô hình phá hủy này sẽ phát sinh ra động đất có độ lớn bằng Mw = 9,3. So với mô hình của Wu T-R. và cộng sự, mô hình của Megawati K. và cộng sự có ưu điểm là kích thước ngang của từng đoạn đứt gẫy thành phần được gán các giá trị có tỷ lệ tương ứng với các giá trị dịch trượt tính được theo phương pháp ngoại suy. Hình 5. a) Mô hình dịch chuyển trượt cho vùng nguồn Máng biển sâu Manila (trái); và b) Mô hình nguồn rời rạc phục vụ tính toán dịch chuyển đáy biển (phải) theo [6] Mô hình nguồn động đất cực đại gây sóng thần áp dụng trong nghiên cứu này Bảng 3. Tham số nguồn của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila (theo nghiên cứu này) Đoạn Kinh Vĩ Dài (km) Rộng (km) Dịch chuyển (m) Sâu (km) Phương vị (độ) Cắm (độ) Trượt (độ) 1 120,5 20,2 190 120 25 30 354 10 90 2 119,8 18,7 250 160 40 30 22 20 90 3 119,3 17,0 220 160 40 30 2 28 90 4 119,2 15,1 170 90 28 30 356 20 90 5 119,6 13,7 140 110 12 30 344 22 90 6 120,5 12,9 95 80 5 30 331 26 90 Mô hình nguồn động đất cực đại trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila được chúng tôi xây dựng trên cơ sở kết hợp những ưu điểm của hai mô hình mô tả trên đây. Mô hình này cũng bao gồm 6 a b Nguyễn Hồng Phương, Vũ Hà Phương 312 đoạn đứt gẫy thành phần như trong mô hình của Wu T-R. và cộng sự, nhưng với các tham số hình học của mỗi đoạn được hiệu chỉnh cho phù hợp hơn với thực tế, đồng thời các giá trị dịch chuyển trượt trên mỗi đoạn sẽ được xác định cho phù hợp với mô hình dịch chuyển trượt của Megawati K. và cộng sự. Tham số nguồn của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila sử dụng trong nghiên cứu này được liệt kê trong bảng 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH COMCOT MÔ PHỎNG KỊCH BẢN SÓNG THẦN CỰC ĐẠI PHÁT SINH TRÊN VÙNG NGUỒN MÁNG BIỂN SÂU MANILA Mô hình COMCOT Trong nghiên cứu này, mô hình COMCOT được sử dụng để mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila. COMCOT (Cornell Multi-grid Coupled Tsunami model) được xây dựng đầu tiên tại trường Đại học Cornell, Hoa Kỳ và cho đến nay đã được phát triển đến phiên bản 1.7 [10]. Đây là một trong ba mô hình mô phỏng và tính toán sóng thần được sử dụng rộng rãi trên thế giới và khu vực châu Á - Thái Bình Dương được viết bằng ngôn ngữ Fortran với mã nguồn mở. COMCOT sử dụng phương trình tuyến tính và phi tuyến nước nông trong cả hệ tọa độ cầu và hệ tọa độ Đề các. Trong hệ tọa độ cầu, hệ phương trình tuyến tính nước nông có tính đến lực Coriolis có dạng:    t hQP Rt            cos cos 1 (1) 0 cos       fQ R gh t P    (2) 0      fP R gh t Q   (3) ở đây η là độ cao mặt nước; (P, Q) biểu thị các thông lượng theo hướng X (Đông - Tây) và Y (Nam - Bắc), tương ứng (φ, ψ) biểu thị các vĩ độ và kinh độ của Trái đất; R là bán kính của Trái Đất; g là gia tốc trọng trường và h là độ sâu. Thành phần -∂h/∂t phản ánh hiệu ứng của chuyển động tức thời dưới đáy biển có thể áp dụng cho trường hợp trượt lở đất tạo ra sóng thần. Hệ số lực Coriolis f do tác động quay của Trái Đất được tính theo công thức: sinf (4) với Ω là vận tốc quay của Trái Đất. Các phương trình phi tuyến nước nông có tính đến lực ma sát đáy có dạng:   t hQPP Rt         )(cos cos 1    (5)   0 cos 1 2 cos 1                   xFfQR gH H PQ RH P Rt P    (6)   021 cos 1                 yFfPR gH H Q RH PQ Rt Q    (7) Trong đó, H là tổng chiều sâu của nước và H = η + h; Fx và Fy là ma sát đáy của hướng X và Y tương ứng. Hệ số nhám n được tính theo công thức của Manning : 2/1)22(3/7 2 QPP H gn xF  (8) 2/1)22(3/7 2 QPQ H gn xF  (9) Hệ thống lưới tính và dữ liệu địa hình đáy biển Để mô phỏng sự lan truyền của sóng thần trên Biển Đông, bốn lưới tính lồng nhau được sử dụng và được đánh số theo thứ tự 1, 2, 3A và 3B, trong đó Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại 313 lưới tính 1 chứa toàn bộ khu vực Biển Đông, lưới tính 2 chứa vùng biển miền Trung, còn các lưới 3A và 3B chứa các khu vực lân cận của hai thành phố ven biển Đà Nẵng và Nha Trang (hình 6). Các lưới tính có độ chi tiết tỷ lệ nghịch với phạm vi của lưới, hay nói cách khác là phạm vi của lưới tính càng hẹp thì độ chi tiết của lưới tính càng tăng lên. Độ phân giải của các dữ liệu địa hình đáy biển cũng được thu thập và xử lý để có độ phân giải phù hợp tương xứng với mỗi lưới tính. Các lưới tính 3A và 3B có độ chi tiết và độ phân giải của dữ liệu cao nhất, được sử dụng với mục đích tính toán mức độ ngập lụt do sóng thần gây ra tại khu vực hai thành phố lớn ở ven biển miền Trung. Thông tin chi tiết về các lưới tính được liệt kê trong bảng 4. Hình 6. Hệ thống lưới tính lồng sử dụng trong nghiên cứu này Bảng 4. Thông tin các lưới tính áp dụng trong nghiên cứu này Lưới 1 Lưới 2 Lưới 3A Lưới 3B Hệ tọa độ Cầu Cầu Cầu Cầu Phương trình chính tuyến tính nước nông tuyến tính nước nông phi tuyến nước nông phi tuyến nước nông Kích thước lưới 1’ 0,5’ 0,03125’ 0,03125’ Sử dụng ma sát đáy Không Có Có Có Hệ số nhám Manning Không 0,025 0,025 0,025 Số ô lưới theo phương X 1.621 478 1.056 480 Số ô lưới theo phương Y 1.621 1.078 576 448 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các kết quả mô phỏng thời gian truyền sóng cho thấy sự phù hợp với các kết quả đã công bố trước đây, lưu ý rằng thời gian lan truyền sóng thần không phụ thuộc vào độ lớn của động đất phát sinh sóng thần [11]. Vì vậy, trong nghiên cứu này, độ nguy hiểm sóng thần được đánh giá qua đại lượng độ cao sóng thần cực đại tại các vùng bờ biển của Việt Nam. Các kết quả mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila được thể hiện dưới dạng các bản đồ độ cao sóng ở những khu vực và với độ chi tiết khác nhau bao gồm toàn bộ dải ven biển Việt Nam, dải ven biển miền Trung và khu vực ven biển của hai thành phố Đà Nẵng và Nha Trang (các hình 7, 8, 9, 10). Các bản đồ độ cao sóng cho thấy độ nguy hiểm sóng thần tập trung chủ yếu dọc theo dải ven biển miền Trung Việt Nam (đoạn từ tỉnh Quảng Ngãi đến tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), với độ cao sóng lớn nhất đạt tới trên 18m tại địa phận tỉnh Quảng Ngãi. Nghiên cứu chi tiết cho hai thành phố ven biển miền Trung cũng cho thấy độ cao sóng cực đại đạt tới 10,2m tại thành phố Đà Nẵng và 8,8m tại thành phố Nha Trang. Các kết quả này cũng cho thấy sự phù hợp với các kết quả tính toán các kịch bản sóng thần phát sinh trên cùng một vùng nguồn do Vũ Thanh Ca công bố trước đây [14]. Hình 7. Độ cao sóng thần cực đại trên khu vực Biển Đông Việt Nam (theo kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3) Nguyễn Hồng Phương, Vũ Hà Phương 314 Hình 8. Độ cao sóng thần cực đại trên khu vực biển miền Trung Việt Nam, đoạn từ Quảng Ngãi đến Bà Rịa-Vũng Tàu (theo kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3) Hình 9. Độ cao sóng thần cực đại trên khu vực ven biển miền thành phố Đà Nẵng (theo kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3 Hình 10. Độ cao sóng thần cực đại trên khu vực ven biển miền thành phố Nha Trang (theo kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3) KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, mô hình COMCOT được áp dụng để mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila và đánh giá tác động của trận sóng thần này tới toàn bộ dải ven biển của Việt Nam. Mô hình nguồn động đất gây sóng thần cực đại được xây dựng trên cơ sở tham khảo các dữ liệu quan trắc động đất và GPS đã cập nhật và hai mô hình địa động lực được công bố gần đây nhất về đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila. Kịch bản sóng thần được giả thiết là gây ra bởi động đất cực đại phát sinh trên đới phần phía bắc của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila với độ lớn tương đương Mw=9,3. Độ nguy hiểm sóng thần đối với các vùng bờ biển Việt Nam được đánh giá qua đại lượng độ cao sóng cực đại do sóng thần gây ra. Các kết quả mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila được thể hiện dưới dạng các bản đồ độ cao sóng ở những khu vực và với độ chi tiết khác nhau bao gồm toàn bộ dải ven biển Việt Nam, dải ven biển miền Trung và khu vực ven biển của hai thành phố Đà Nẵng và Nha Trang (các hình 7, 8, 9, 10). Các bản đồ độ cao sóng cho thấy độ nguy hiểm sóng thần tập trung chủ yếu dọc theo dải ven biển miền Trung Việt Nam (đoạn từ tỉnh Quảng Ngãi đến tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), với độ cao sóng lớn nhất đạt tới trên 18m tại địa phận tỉnh Quảng Ngãi. Nghiên cứu chi tiết cho hai thành phố ven biển miền Trung cũng cho thấy độ cao sóng cực đại đạt tới 10,2m tại thành phố Đà Nẵng và 8,8m tại thành phố Nha Trang. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bautista, C. B., Bautista, M. L. P., Oike, K., Wu, F. T., Punongbayan, R. S., 2001. A new insight on the geometry of subducting slabs in northern Luzon, Philippines. Tectonophysics 339, 279-310. 2. Bellon, H., Yumul, G. P., 2000. Mio-Pliocene magmatism in the Baguio Mining District (Luzon, Philippines): age clues to its geodynamic setting. Comptes Rendus De L Academie Des Sciences Serie II Fascicule A-Sciences De La Terre Et Des Planetes 331, 295-302. 3. Bowin, C., Lu, R. S., Lee, C. S., Schouten, H., 1978. Plate convergence and accretion in Taiwan-Luzon region. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 62, 1645-1672. 4. Fuller, M., McCabe, R., Williams, S., Almasco, J., Encina, R. Y., Zanoria, A. S., 1983. Paleomagnetism of Luzon. In: Hayes, D.E. Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại 315 (Ed.), The Tectonic and Geologic Evolution of South-East Asian Seas and Islands, Part II. Geophysics Monogram Series, vol. 27. AGU, Washington D.C., pp. 79-94. 5. Hayes, D. E., Lewis, S. D., 1984. A geophysical-study of the Manila Trench, Luzon, Philippines. 1. Crustal structure, gravity, and regional tectonic evolution. Journal of Geophysical Research 89, 9171-9195. 6. Megawati, K., Shaw, F., Sieh, K., Huang, Z., Wu, T.-R., Lin, Y., Tan, S. K. and Pan, T.-C., 2009. Tsunami hazard from the subduction megathrust of the South China Sea Part I. Source characterization and the resulting tsunami. JEAS 36, 13-20. 7. Ludwig, W. J., 1970. The Manila trench and West Luzon Trough - III. Seismicrefraction measurements. Deep-Sea Research 17, 553-571. 8. Page, B. M., Suppe, J., 1981. The Pliocene Lichi melange of Taiwan: its plate tetonic and olistostromal origin. American Journal of Sciences 281, 193-227. 9. Pautot, G., Rangin, C., 1989. Subduction of the South China Sea axial ridge below Luzon (Philippines). Earth and Planetary Science Letters 92, 57-69. 10. Philip L. -F. Liu, Seung-Buhm Woo and Yong- Sik Cho, 1998. Computer Program for Tsunami Propagation and Inundation. School of Civil and Environmental Engineering, Cornell University, Ithaca, NY 14853, USA. 11. Phuong Hong Nguyen, Que Cong Bui, Xuyen Dinh Nguyen. Investigation of tsunami sources, capable of affecting the Vietnamese coast. Natural Hazards, 64(1) pp. 311-327. DOI: 10.1007/s11069-012-0240-3, October 2012. 12. Queano, K. L., Ali, J. R., Milsom, J., Aitchison, J. C., Pubellier, M., 2007. North Luzon and the Philippine Sea plate motion model: insights following paleomagnetic, structural, and age- dating investigations. Journal of Geophysical Research-Solid Earth 112 (B05101). 13. Wu T-R., Huang H-C., 2009. Modeling tsunami hazards from Manila trench to Taiwan. Journal of Asian Earth Sciences 36, 21-28. 14. Vũ Thanh Ca (chủ nhiệm), 2009. Xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ sóng thần cho các vùng bờ biển Việt Nam, Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ TNMT năm 2006-2008. 15. Wu, Y. M., Chang, C. H., Zhao, L., Shyu, J. B. H., Chen, Y. G., Sieh, K., Avouac, J. P., 2007. Seismic tomography of Taiwan: improved constraints from a dense network of strong motion stations. Journal of Geophysical Research-Solid Earth 112 (B08312). 16. Hsu, Y. J., Yu, S. B., Song, T. R. A., Bacolcol, T., 2012. Plate coupling along the Manila subduction zone between Taiwan and northern Luzon. Journal of Asian Earth Sciences 51, 98-108. 17. Yumul, G. P., Dimalanta, C. B., Tamayo, R. A., Maury, R. C., 2003. Collision, subduction and accretion events in the Philippines: a synthesis. Island Arc 12, 77-91. Nguyễn Hồng Phương, Vũ Hà Phương 316 SIMULATION OF WORST CASE TSUNAMI SCENARIO FROM THE MANILA TRENCH USING THE COMCOT MODEL Nguyen Hong Phuong, Vu Ha Phuong, Pham The Truyen, Vy Van Vung Institute of Geophysics-VAST ABSTRACT: Among the tsunami source zones defined in the East Vietnam sea region, the Manila trench, west of the Philippines is considered as the most dangerous for the Vietnamese coast. The recent research results show that the maximum expected earthquake magnitude for the Manila Trench source zone may reach to the value of Mw = 8.7, and it takes approximately 2 hours for a tsunami from this source zone to hit the Vietnamese coast at the earliest. In this study, we create a worst-case scenario of tsunami earthquake excited by Manila Trench megathrust and assess the impact to the Vietnamese coast. The source parameters are defined based on the models proposed by Wu T-R. et al (2009) and Megawati K. et al (2009). The earthquake magnitude, Mw, is assumed to be 9.3 generated on the Manila Trench. The tsunami propagation is numerically computed by using the COMCOT open source code. We focus the discussion in Central Vietnam coastal regions, and carefully describe the maximum tsunami wave heights around two coastal cities, Da Nang and Nha Trang. In Central Vietnam coast, the maximum tsunami wave high of 18m is observed at the Quang Ngai province coast. The maximum wave height is 10.2m recorded at the coast of Da Nang city and is 8.8m at the coast of Nha Trang city. It might be concluded that the tsunami hazards from Manila Trench source are devastating to Vietnamese coast, especially to the Central Vietnam coast. Keywords: Manila Trench, COMCOT model, worst case scenario, tsunami hazards