Ứng dụng mô hình toán để dự báo sóng vùng ven biển

Ứng dụng mô hình toán để dự báo sóng vùng ven biển

(Nguồn: skhcn.hue.gov.vn)

Sóng ven bờ và nước dâng do bão là những hiện tượng vật lý khá nguy hiểm cho khu vực ven bờ, nhất là trong trường hợp có bão đổ bộ. Sóng có thể gây xói lở bờ, phá hủy công trình bờ, làm biến đổi địa hình bờ biển. Trong điều kiện sóng lớn, giao thông trên biển rất nguy hiểm, nhất là đối với ngư dân sử dụng phương tiện tàu thuyền nhỏ. Thừa Thiên Huế là một khu vực thường chịu tác động của sóng, nước dâng bão, khi bão đổ bộ có thể gây ứ nước lũ trong đầm, gây ngập lụt cho khu vực đất thấp ven biển, ven đầm phá. Trước thực trạng đó, để xây dựng một hệ thống các chương trình tính toán các dự báo được sóng ven bờ, nước dâng bão và đưa ra bản đồ nguy cơ ngập lụt do nước dâng bão khi có bão đổ bộ theo một số kịch bản là việc làm cần thiết, nhằm cung cấp những thông tin cảnh báo an toàn cho người dân ven biển cũng như những hoạt động kinh tế dân sinh khu vực ven biển chịu tác động của bão.

 

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán để dự báo sóng ven biển tỉnh Thừa Thiên Huế” do Viện Nghiên cứu quản lý Biển và Hải đảo chủ trì và PGS, TS Phùng Đăng Hiếu làm chủ nhiệm đã được triển khai thực hiện, theo đó đã thu thập một số lượng số liệu địa hình, khí tượng thủy văn và trực tiếp khảo sát đo đạc các yếu tố sóng, mực nước, dòng chảy… Khu vực nghiên cứu là khu vực ven bờ tỉnh Thừa Thiên Huế với đặc điểm có hệ đầm phá dài chạy dọc bờ biển, hai cửa thông ra biển là Thuận An và Tư Hiền. Đây là khu vực phức tạp có nhiều cồn, vùng đất thấp xung quanh đầm. Bờ biển đối mặt thẳng với biển mở nên chịu tác động trực tiếp từ các quá trình động lực biển như sóng, thủy triều, bão biển.

Mục tiêu đề ra của đề tài là ứng dụng mô hình số trị để dự báo được sóng và nước dâng do bão trước 24 giờ đến 36 giờ cho vùng ven biển nhằm phòng tránh giảm nhẹ thiên tai và phục vụ phát triển kinh tế-xã hội, qua đó bổ sung được số liệu điều tra cơ bản và quy luật về các yếu tố hải văn tại các điểm nghiên cứu. Để thực hiện các mục tiêu đặt ra, nhóm tác giả đã thực hiện 6 nội dung chính, đó là nghiên cứu ứng dụng mô hình khí tượng WRF (Weather Reseach and Forecast) dự báo trường khí tượng cho khu vực ven bờ; nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo sóng ngoài khơi và ven bờ để dự báo sóng cho khu vực ven bờ; nghiên cứu phát triển và ứng dụng mô hình dự báo nước dâng do bão tính toán và dự báo nước dâng do bão và các vùng ngập lụt do nước dâng gây ra; thu thập, điều tra quan trắc bổ sung dữ liệu về các yếu tố khí tượng hải văn khu vực ven bờ; thiết lập bản đồ ngập lụt do nước dâng bão cho khu vực ven bờ tỉ lệ 1:25000; hoàn thiện và chuyển giao quy trình công nghệ dự báo khí tượng, sóng, nước dâng do bão cho khu vực ven bờ cho Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế.

Khu vực ven biển Thừa Thiên Huế có bờ biển dài với hệ đầm phá chạy song song phía trong khoảng 70km. Mùa mưa bão ở đây bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 11 hàng năm, trong đó tháng 9 chiếm tần suất cao nhất với 31%, sau đó đến tháng 10 chiếm 19%, còn lại các tháng chiếm từ 9,4 đến 12,5%. Trung bình năm có 0,6 cơn bão ảnh hưởng trực tiếp đến Thừa Thiên Huế, năm nhiều bão nhất là 3 cơn, tần suất không có bão chiếm trên 50%. Tốc độ bão trung bình là 76km/h, tương đương với cấp 9, mạnh nhất có thể lên tới cấp 13. Theo tính toán thì cứ 10 năm sẽ xuất hiện bão cấp 10 và 20 năm mới có bão cấp 12. Từ năm 1985 đến 2009 (25 năm) mới xuất hiện 2 cơn bão Celci và Ketsana ảnh hưởng trực tiếp với sức gió mạnh cấp 10-11.

Việc ứng dụng các mô hình toán dự báo trường khí tượng, sóng, thủy triều và nước dâng bão cho khu vực Thừa Thiên Huế được thực hiện thành quy trình công nghệ vận hành đơn giản, thuận tiện cho người sử dụng. Đặc điểm của quy trình là sử dụng một hệ máy tính bó tính toán song song trên hệ điều hành Linux mở kết hợp với hệ điều hành Window để tính toán, xử lý kết quả.

Theo nhóm tác giả, mô hình tính toán WRF dự báo trường khí tượng làm đầu vào cho các mô hình tính sóng, nước dâng bão. Đây là mô hình tính toán có độ tin cậy tốt nhất hiện nay và đang được các nước tiên tiến sử dụng trong công tác dự báo nghiệp vụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc tính toán kiểm nghiệm mô hình dự báo sóng ven bờ trong các trường hợp bão đổ bộ là rất khó khăn do số liệu đo đạc sóng trong bão là rất hiếm. Do đó sóng dự báo ven bờ cho các cơn bão được thực hiện với mô hình sóng kết hợp giữa WAM (dự báo ngoài khơi) và SWAN (dự báo ven bờ) sử dụng trường gió, áp dự báo khôi phục từ mô hình WRF.

Từ thực tế xảy ra của các cơn bão, nhóm thực hiện đề tài đã xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt do nước dâng bão. Với địa thế khu vực ven bờ Thừa Thiên Huế có bờ hướng Tây Bắc-Đông Nam, do đó khi bão đổ bộ vào khu vực phía nam của tỉnh sẽ có khả năng gây nước dâng nguy hiểm cho ven bờ Thừa Thiên Huế hơn là bão đổ bộ vào phía bắc của tỉnh. Trên thực tế các cơn bão mạnh gần đây đổ bộ vào Đà Nẵng, Quảng Nam đều gây ra nước dâng và ngập lụt cho Thừa Thiên Huế như cơn bão Ketsana (2009), Xangsane (2006) và đây cũng là hai trong số những con bão mạnh gây ngập lụt cho khu vực ven bờ Thừa Thiên Huế. Vì vậy, để tính toán ngập lụt, nước dâng bão theo kịch bản nhằm xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt do nước dâng bão cần lựa chọn những cơn bão có tính chất gây ngập lụt lịch sử cho khu vực.

Có hai cách để lựa chọn kịch bản, thứ nhất, từ lịch sử bão quá khứ đổ bộ sẽ xây dựng được cơn bão mạnh theo tần suất xuất hiện, thứ hai sử dụng cơn bão mạnh quá khứ đã gây ngập lịch sử để xây dựng kịch bản. Đặc điểm của cách này là có đường đi bão thực, trường gió, áp khá thực, do đó tính toán sẽ sát với thực tế hơn. Kết quả ngập lụt cũng cho ra bức tranh tổng thể về tác động của cơn bão mạnh quá khứ đó đến với khu vực nghiên cứu. Vì vậy, cách thứ hai được tác giả lựa chọn để xây dựng kịch bản. Các cơn bão được sử dụng trong kịch bản là bão Xangsane (2006) và Ketsana (2009). Bản đồ ngập lụt được tính toán dựa trên việc mô phỏng lại các cơn bão này để đưa ra bức tranh nguy cơ ngập lụt dưới tác động của bão mạnh.

Đề tài đã hoàn thành các nội dung công việc và sản phẩm chính đã chuyển giao cho Trung tâm Khí tượng thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế. Chương trình máy tính xây dựng nhằm dự báo nước dâng bão kết hợp với thủy triều đã được hiệu chỉnh cho mô phỏng triều toàn biển Đông và kiểm nghiệm cho các trường hợp mô phỏng nước dâng bão cụ thể khác. Đặc biệt tính toán kiểm nghiệm đã được thực hiện với chuỗi số liệu khảo sát cho kết quả tốt. Quy trình tính toán và hướng sử dụng bộ chương trình tính toán dự báo khí tượng, sóng, nước dâng bão đã được hoàn chỉnh và có nội dung ngắn gọn, dễ sử dụng. Các kết quả tính toán được đưa ra liên kết với phần mềm đồ họa dễ dàng hiển thị và lập báo cáo, cho phép người dùng thực hiện với thao tác ít nhất. Bản đồ nguy cơ ngập lụt do nước dâng bão được xây dựng dựa trên hai cơn bão quá khứ có tác động lớn đến khu vực Thừa Thiên Huế. Tuy nhiên, từ nghiên cứu của đề tài cho thấy việc tính toán ngập lụt do nước dâng bão mà không tính đến lũ do mưa lớn sẽ làm kết quả khác nhiều với thực tế. Điều này cũng cho thấy tác động ngập lụt ở khu vực Thừa Thiên Huế chủ yếu do mưa lũ đổ về, nước dâng bão chỉ có tác động cộng hưởng ngăn cản thoát lũ và làm gia tăng ngập lụt cho khu vực phía trong đầm phá.

Qua những kết quả nghiên cứu của đề tài, nhóm tác giả đã có những khuyến nghị là cần có những nghiên cứu tiếp về những tính toán ngập lụt do nước dâng bão kết hợp với lũ do mưa đổ về khu vực đầm phá để có thể xây dựng được bản đồ nguy cơ ngập lụt cho khu vực ven biển tỉnh Thừa Thiên Huế thực tế hơn, góp phần cung cấp thông tin đúng, quan trọng cho công tác quản lý nhà nước của tỉnh.

Diệu Hà

————&&————

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: