TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựnhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
439
_______
Xác định phân bố không gian của các hằng số điều hòa
thủy triều tại vùng biển vịnh Bắc Bộ
Nguyễn Minh Huấn*
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 25 tháng 11 năm 2009
Tóm tắt. Thủy triều là một hiện tượng tự nhiên phổ biến, nghiên cứu chế độ thủy động lực nói
chung và thủy triều nói riêng vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa phục vụ thiết thực cho các
hoạt động về hàng hải, khai thác nguồn lợi, xây dựng và bảo vệ các công trình bờ. Mô hình
ADCIRC 2DDI (Advanced Circulation Model) được áp dụng để tính toán mực nước thủy triều tại
v
ùng biển vịnh Bắc Bộ, phân tích xác định các giá trị của các hằng số điều hoà đối với 8 sóng triều
(O
1
, K
1
, P
1
,Q
1
, M
2
, N
2
, K
2
, S
2

tính toán qua
hệ số tương quan so với các trạm
chính nhưng cũng rất thưa và độ chính xác
không cao (khoảng cách 20-50km). Trong giai
đoạn hiện nay, việc dự tính thuỷ triều chỉ cho
các trạm ven bờ và sự thưa thớt của các trạm
chưa đáp ứng được đầy đủ nhu cầu nghiên cứu
ứng dụng trong phát triển kinh tế xã hội.

ĐT: 84-4-38584943
E-mail:

Hướng nghiê
n cứu sử dụng mô hình số trị
giải hệ phương trình t
hủy động lực hai chiều
được phát triển mạnh mẽ đặc biệt trong những
năm gần đây do sự tiến bộ của toán học tính
N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
440
toán và năng
lực máy tính. Để giải bài toán
phân bố không gian của thủy triều phương pháp
số trị được sử dụng dựa trên hệ phương trình
thủy động lực phi tuyến hypecbolic với điều
kiện biên hỗn hợp: dao động mực nước trên
biên lỏng và điều kiện không thấm ở biên cứng.
Hiện nay ở trên thế giới đã phát triển áp
dụng những phần mềm số trị thủy động
lực hiện

ADCIRC là mô hình số trị được phát triển
để giải hệ phương trình chuyển động của chất
lỏng trên trái đất quay, các phương trình này sử
dụng xấp xỉ thủy tĩnh và xấp xỉ Boussinesq và
được rời rạc hóa trong không gian sử dụng
phương pháp phần tử hữu hạn, rời rạc hóa theo
thời gian sử dụng
phương pháp sai phân hữu
hạn. Mô hình có thể tính toán trong hệ tọa độ
Đề các hoặc tọa độ cầu dưới dạng hai chiều tích
phân theo độ sâu (2DDI) và ba chiều (3D),
trong các trường hợp cao độ mực nước được
xác định bằng nghiệm của phương trình liên tục
tích phân theo độ sâu dưới dạng phương trình
liên tục – sóng tổng quát (GWCE), vận tốc
được xác định bằng nghiệm của các phương
trình động lượng 2DDI hoặc 3D.
Hệ phương trình cơ bản tr
ong hệ tọa độ Đề
các bao gồm phương trình liên tục
UH VH
0
tx y
  


 
(1)
và phương trình động lượng
(2)

- ứng
suất đáy trên hướng x, y;
ρ
o
– mật độ quy chiếu
của nước;
D
x
, D
y
– thành phần động lượng
khuếch tán 2DDI ;
B
x
, B
y
– thành phần građien
ứng suất baroclin 2DDI.

N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
441
Điều kiện biên của
mô hình có thể là các
dạng sau:
 Mực nước (mực nước biến đổi theo thời
gian hoặc các hằng số điều hòa thủy triều)
 Dòng chảy vuông góc với biên (biến đổi
theo thời gian hoặc các hằng số điều hòa)
 Dòng chảy vuông góc với biên bằng
không

3
và sông Mã khoảng
17km
3
.
Dao động thủy triều trong vịnh chủ yếu phụ
thuộc vào sự lan truyền của sóng triều từ Biển
Đông thông qua eo biển Quỳnh Châu và thông
qua cửa vịnh trong đó cửa vịnh đóng vai trò
chính.
Mô hình ADCIRC 2DDI được áp dụng
trong nghiên cứu này, để thiết lập độ sâu miền
tính, đã thu thập các hải đồ với các tỉ lệ
1:500.000, 1:100.000, 1:25.000 và 1:10.000, số
liệu độ sâu so với mực “0” hải đồ được chuyển
đổi quy
về mực nước trung bình, trường độ sâu
miền tính được thể hiện trên hình vẽ 1 và lưới
phần tử tam giác được xây dựng theo thuật toán
Scalar paving density với phần tử có kích thước
cạnh nhỏ nhất là 3000m và độ lớn của phần tử
biến đổi tỉ lệ với vận tốc lan truyền sóng trọng
lực, lưới tính của khu vực vịnh Bắc Bộ được
xây dựng với
hai biên lỏng tại eo Hải Nam và
tại điểm nối giữa mũi Chân Mây Đông khu vực
Thừa Thiên Huế với mũi Du Lâm đảo Hải
Nam, Trung Quốc, biên lỏng cửa vịnh được
chọn lựa nằm phía ngoài của đường phân định
địa giới vịnh Bắc Bộ là đường nối đảo Cồn Cỏ

442
triều Admiralty, kết quả đề tài Nhà nước
KT.03.03 (1991 – 1995)[4], cơ sở dữ liệu hằng
số điều hòa Leprovost [2], DHI. Các số liệu này
được tổng hợp, xử lý để thiết lập điều kiện biên
lỏng các hằng số điều hòa của dao động sóng
thủy triều trên hai biên lỏng là biên eo Quỳnh
Châu phía đông bắc và biên cửa vịnh ở phía
nam. Các kết quả sau khi xử lý được thể hiện
trên bảng 1.
Model type: 2DDI;
Cold start; Coriolis
option variable; Finite amplitude terms;
Wetting/drying; Advective terms; Time
derivative terms; Solver type Iterative
JCG;Wave continuity: 0.01; Lateral viscosity:
6.8 m
2
/s; friction coefficient: 0.0025.
Các tham số được lựa chọn này là kết quả
của các tính toán hiệu chỉnh và kiểm chứng kết
quả của mô hình và giá trị mực nước tại các
trạm hải văn ven bờ và ngoài khơi trong thời
gian 30 ngày.
Mô hình ADCIRC được c
hạy với thời gian
mô phỏng từ 0:00 ngày 1 tháng 1 năm 2007 đến
24:00 ngày 31 tháng 12 năm 2007 với các tham
số được lựa chọn như sau:



0.02 192.81

0.1788

105.17

0.0599

141.25

0.0408 87.2 0.0191 136.04
16.3965 107.9772 0.0596 157.36 0.116 175.72 0.0285

163.38

0.0202

192.12

0.1788

105.02

0.0599

141.07

0.0407 87.03 0.0191 135.84
16.414 107.9884 0.0604 157.88 0.1165 176.33 0.0286

0.0407 86.69 0.0191 135.5
16.4394 108.0109 0.0627 158.38 0.1184 177.41 0.0292

165.23

0.0207

190.32

0.1791

104.63

0.0598

140.54

0.0407 86.49 0.0191 135.28
16.4546 108.0227 0.0643 158.8 0.1195 178.11 0.0295

166.07

0.021 189.47

0.1792

104.46

0.0598


0.0599

139.89

0.0406 85.82 0.0192 134.58
16.5068 108.0663 0.0692 161.1 0.1226 180.63 0.0304

169.15

0.022 187.38

0.1798

104.05

0.0599

139.77

0.0406 85.68 0.0192 134.46
16.5266 108.8015 0.1658 155.46 0.2218 190.02 0.0598

180.7 0.0358

153.99

0.1814

89.69 0.0632


139.19

0.0408 84.94 0.0193 133.86
16.6553 108.1937 0.0826 169.33 0.1286 187.8 0.032 178.38

0.0257

184.65

0.1816

103.43

0.0602

139.1 0.0408 84.76 0.0194 133.78
16.6982 108.2314 0.0869 171.39 0.1308 189.76 0.0326

180.95

0.0268

184.06

0.1821

103.25

0.0603


0.0605

138.75

0.0411 84.16 0.0196 133.46
16.8494 108.3562 0.1018 177.96 0.138 196.21 0.0346

189.16

0.0306

183.15

0.1839

102.92

0.0606

138.64

0.0412 83.97 0.0197 133.37
16.8753 108.3766 0.1044 178.9 0.1394 197.21 0.0349

190.4 0.0312

183.04

0.1841


0.185 102.67

0.0607

138.44

0.0414 83.62 0.0198 133.21
16.9999 108.4908 0.1194 181.98 0.1493 201.57 0.0378

195.68

0.0343

181.76

0.1855

102.31

0.0609

138.08

0.0415 83.25 0.0199 132.83
17.029 108.512 0.1224 182.78 0.151 202.54 0.0382

196.81

0.035 181.71


0.0373

181.02

0.1869

101.97

0.0611

137.81

0.0417 82.84 0.0201 132.62
17.1848 108.642 0.1397 185.4 0.1633 206.77 0.0415

201.45

0.0383

180.67

0.1874

101.84

0.0612

137.7 0.0418 82.68 0.0202 132.53

Biên eo Quỳnh Châu

325.5 0.1285

239.6 0.1449

340.2 0.0608

64.18 0.0143 207.36 0.024 131.37
20.0623 109.8 0.6125 272.59 0.614 331.72 0.1653

324.75

0.1289

239.04

0.1413

338.09

0.059 63.82 0.0153 207.16 0.0233 132.8
20.0985 109.8 0.614 271.51 0.6145 330.52 0.1657

323.67

0.1293

238.18

0.1371


0.0527

63.75 0.0191 204.93 0.0219 139.83
20.2053 109.8 0.6255 268.59 0.6244 327 0.1688

320.76

0.1319

235.9 0.1292

327.01

0.0504

62.48 0.0206 206.25 0.0209 142.3
20.2416 109.8 0.6339 268.24 0.6322 326.13 0.1714

320.35

0.1334

235.74

0.1312

322.22

0.0481



320.73

0.1387

236.74

0.151 309.3 0.0439

46.06 0.0275 220.52 0.0141 152.05
N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
444
Sử dụng phương pháp bình phương n
hỏ
nhất phân tích chuỗi số liệu mực nước 365 ngày
đã được tính toán trên toàn bộ lưới tính của
vịnh Bắc Bộ xác định các giá trị của các hằng
số điều hoà đối với 8 sóng triều (O
1
, K
1
, P
1
,Q
1
,
M
2
, N
2

biên độ của các sóng triều chủ yếu k
hông vượt
quá ± 6 cm và ± 15
o
về góc pha.
Để phục vụ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, các
giá trị biên độ và pha của các sóng triều được
trích xuất trên lưới với độ phân giải 1/30 độ
kinh vĩ (3,7km x 3,7km) với định dạng tọa độ
kinh vĩ và giá trị biên độ, pha (*.XYZ). Hình 3. Bản đồ đẳng biên độ [m] và đẳng pha [độ _GMT) của sóng O1. N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
445Hình 4. Bản đồ đẳng biên độ [m] và đẳng pha [độ _GMT) của sóng K1.

Hình 5. Bản đồ đẳng biên độ [m] và đẳng pha [độ _GMT) của sóng P1.

N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
446
Hình 6. Bản đồ đẳng biên độ [m] và đẳng pha [độ _GMT) của sóng Q1.
Hình 7. Bản đồ đẳng biên độ [m] và đẳng pha [độ _GMT) của sóng M2.

N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
447

triều vùng vịnh Bắc Bộ, với những kết quả này
cho phép xây dựng cơ sở dữ liệu các hằng số
điều hòa thủy triều với độ phân giải cao phục
vụ nghiên cứu khoa học và các tính toán trong
thực tế phục vụ kin
h tế, hàng hải, giảm thiểu tác
động thiên tai và bảo vệ bờ.
N.M.Huấn/TạpchíKhoahọcĐHQGHN,KhoahọcTựNhiênvàCôngnghệ25,Số3S(2009)439‐449
449

Lời cảm ơn
Tác giả cảm ơn các đề tài QG-08.11 và
KC.09.16/06-10 đã hỗ trợ để hoàn thành nội
dung nghiên cứu này.
Tài liệu tham khảo
[1] R.A. Luettich, JR and J.J. Westerink. A
(Parallel) Advanced Circulation Model for
Oceanic, Coastal and Estuaries Waters,
University of Notre Dame, 2000.
[2] C. Le Provost, M.L. Genco, F. Lyard, P.Vincent,
P.Cenceill, Spectroscopy of the world ocean
tides from a hydrodynamic finite element model,
Journal of Geophysical Research 99(C12),
24,777-24,797(1994).
[3] DHI, Tidal Analysis and Prediction - Scientific
Documentation, DHI, 2007.
[4] Đỗ Ngọc Quỳnh, Thuỷ triều, dòng triều vịnh Bắc
Bộ, Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Nhà nước
KT.03.03, 1996.


with high resolution 1/30 longitude latitude degree to Build Spatial Database of tidal constituents
harmonics for Tonkin Gulf.