Tài liệu Phân tích yếu tố khí tượng dọc bờ biển việt nam từ năm 2010 2014 để phục vụ việc nghiên cứu yếu tổ gió trong việc thiết kế các tuyến luồng hàng hải việt nam

Bé giao th«ng vËn t¶i Tr-êng ®¹i häc hµng h¶I viÖt nam  THUYÕT MINH §Ò TµI NCKH cÊp tr-êng PHÂN TÍCH YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG DỌC BỜ BIỂN VIỆT NAM TỪ NĂM 2010 – 2014 ĐỂ PHỤC VỤ VIỆC NGHIÊN CỨU YẾU TỐ GIÓ TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI VIỆT NAM Chñ nhiÖm ®Ò tµi: tHs. NGUYỄN XUÂN THỊNH Ks. BïI MINH THU H¶i Phßng 04/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1 1. Sự cần thiết ............................................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài.............................................................................. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 1 3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 1 3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHÍ TƯỢNG TRÊN CÁC TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI VIỆT NAM ...................................................... 2 1.1. Tổng quan về các tuyến luồng Hàng hải Việt Nam.............................................. 2 1.2. Tổng quan tình hình khí tượng trên các tuyến luồng hàng hải Việt Nam………..3 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VẼ BIỂU ĐỒ HOA GIÓ ................. 10 2.1. Các phần mềm ứng dụng..................................................................................... 10 2.2. Số liệu đầu vào ................................................................................................... 10 2.3. Hướng dẫn sử dụng chương trình ....................................................................... 12 CHƯƠNG 3:Kết quả nghiên cứu tình hình khí tượng ven biển tại khu vực Hòn Dáu, Huế, Lý Sơn, Vũng Tàu ............................................................................................. 17 3.1. Chế độ gió khu vực ven biển Hòn Dáu ................................................................ 18 3.2. Chế độ gió khu vực ven biển Huế ....................................................................... 22 3.3. Chế độ gió khu vực ven biển Lý Sơn .................................................................. 25 3.4. Chế độ gió khu vực ven biển Vũng Tàu .............................................................. 29 2 DANH MỤC HÌNH Hình 1-1. Tình hình bão và áp thấp nhiệt đới ở Việt Nam từ năm 2000 đến 2011 ...... 3 Hình 1-2. Bản đồ tần suất xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) hoạt động (a), hình thành ở Biển Đông (b) và ảnh hưởng đến đất liền Việt Nam (c) [Nguồn: IMHEN/2010] ........ 5 Hình 3-1. Biểu đồ hoa gió trạm khí tượng Hòn Dáu ................................................... 18 Hình 3-2. Biểu đồ hoa gió trạm khí tượng Huế .......................................................... 22 Hình 3-3. Biểu đồ hoa gió trạm khí tượng Lý Sơn ..................................................... 25 Hình 3-4. Biểu đồ hoa gió trạm khí tượng Vũng Tàu ................................................. 29 3 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết Yếu tố khí tượng đóng vai trò cực kỳ quan trọng ảnh hưởng một cách trực tiếp tới nhiều hoạt động kinh tế kỹ thuật của con người. Việc nghiên cứu khí tượng là một trong những nhiệm vụ cấp thiết phục vụ cho công tác quy hoạch thiết kế các tuyến vận tải biển, vận tải thủy nội địa, quản lý và phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh quốc phòng. Hiện nay, Việt Nam có hệ thống quan trắc khí tượng trải dài từ Bắc đến Nam; các trạm quan trắc liên tục cập nhật tình hình khí tượng về trung tâm khí tượng trung ương quốc gia, nhận thấy tầm quan trọng trong việc phân tích yếu tố khí tượng mang lại, đề tài đã tiến hành “Phân tích yếu tố khí tượng dọc bờ biển Việt Nam từ năm 2010 – 2014 để phục vụ việc nghiên cứu yếu tố gió trong việc thiết kế các tuyến luồng Hàng hải Việt Nam”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích của việc nghiên cứu là đưa ra yếu tố khí tượng trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2014 để từ đó giúp phục vụ các nghiên cứu liên quan đến các công tác thiết kế, thi công các công trình bảo vệ bờ, công trình cảng và thiết kế luồng 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Yếu tố khí tượng tại một số trạm quan trắc khí tượng tại các trạm quan trắc dọc theo bờ biển Việt Nam. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tích số liệu thu thập được tại các trạm quan trắc Hòn dáu, Huế, Lý Sơn, Vũng Tàu dọc theo bờ biển Việt Nam 4. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu 4.1. Cơ sở khoa học Đề tài dựa trên hệ thống số liệu thu thập được tại các trạm quan trắc khí tượng để phân tích đánh giá yếu tố khí tượng dọc bờ biển Việt Nam. 4.2. Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với việc phân tích bằng máy tính. 4 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHÍ TƯỢNG TRÊN CÁC TUYẾN LUỒNG HÀNG HẢI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan về các tuyến luồng Hàng hải Việt Nam Việt Nam là quốc gia có hệ thống sông ngòi đa dạng và phong phú và đặc biệt là dọc theo bờ biển Việt Nam có hơn 100 cảng biển lớn nhỏ phục vụ cho các tàu nội địa và quốc tế, ngoài ra có khoảng 48 vụng, vịnh, trên 112 cửa sông, cửa lạch đổ ra biển. Và đặc biệt là dọc theo chiều dài hơn 3000 km bờ biển thì ở Việt Nam hiện tại có khoảng 39 cảng biển lớn và 73 khu bến với hơn 40 tuyến luồng hàng chỉnh có tổng chiều dài gần 800km, trong đó luồng Định An – Cần Thơ là tuyến luồng dài nhất với 120km, tuyến luồng ngắn nhất là 0,65km là luồng vào cảng Sa Đéc Đồng Tháp. Trong đó có 07 tuyến luồng hai chiều chạy cả ban ngày và ban đêm với tổng chiều dài gần 200km, 23 tuyến luồng một chiều chạy cả ban ngày lẫn ban đêm với tổng chiều dài gần 500km, 08 tuyến luồng chạy ban ngày với tổng chiều dài khoảng 120km Phân chia theo vùng và lãnh thổ từ phía Bắc đến phía Nam Việt Nam hệ thống cảng biển Việt Nam được phân thành 06 Nhóm. [2] Nhóm 1: Nhóm cảng biển Bắc Bộ, từ Quảng Ninh đến Ninh Bình; Nhóm 2:Nhóm cảng biển Bắc Trung Bộ, từ Thanh Hóa đến Hà Tĩnh; Nhóm 3:Nhóm cảng biển Trung Trung Bộ, từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi; Nhóm 4:Nhóm cảng biển Nam Trung Bộ, từ Bình Định đến Bình Thuận; Nhóm 5:Nhóm cảng biển Đông Nam Bộ (bao gồm cả Côn Đảo và trên sông Soài Rạp tại Long An, Tiền Giang); Nhóm 6: Nhóm cảng biển Đồng bằng sông Cửu Long (gồm cả Phú Quốc và các đảo Tây Nam);[2] 6 1.2 Tổng quan tình hình khí tượng trên các tuyến luồng hàng hải Việt Nam Yếu tố khí tượng được cho là có ảnh hưởng rất lớn tới việc hoạt đồng hàng hải trên các tuyến luồng Việt Nam; đặc biệt là các khu vực luồng có đặc điểm địa hình phần lớn nằm xa đất liền sẽ là những đối tượng chịu tác động mạnh nhất. Dưới các tác động của yếu tố khí tượng ở Việt Nam trong những năm gần đây đều có xu hướng tăng dần cả về tần xuất và mức độ. Các hiện tượng thời tiết như bão giật cấp 12, trên cấp 12… gây nguy hiểm tàu bè và các hoạt động trên biển. Bão là trạng thái nhiễu động của khí quyển và là một loại hình thời tiết cực trị. Bão được hiểu là bão nhiệt đới; là hiện tượng thời tiết nguy hiểm được hình thành tại các khu vực biển nhiệt đới. Ở Việt Nam, số lượng các cơn bão đổ vào các khu vực bờ biển lớn nhất từ khoảng vĩ độ 19.830N đến 19.950N (khu vực Thanh Hóa Nghệ Tĩnh); và nhỏ nhất từ khoảng vĩ độ 10.570N đến 80N (khu vực nam Bộ). Số lượng các cơn bão có xu hướng giảm dần từ Bắc xuống Nam. Thời gian xuất hiện các cơn bão từ khoảng thời gian tháng 3 đến tháng 11. Qua các số liệu thống kê các cơn bão đổ bộ vào các khu vực bờ biển Việt Nam từ 1990 đến 2011 cho thấy: Số lượng các cơn bão có xu hướng tăng lên nhưng không rõ rệt qua các năm; về cường độ các cơn bão có xu hướng mạnh lên, từ khoảng năm 2000 đến nay đã xuất hiện thuật ngữ “siêu bão”. Trong thập niên 1960, là giai đoạn xuất hiện cơn bão lớn; đến những thập niên 80 của thế kỷ 20 tới đầu thế kỷ 21 thì cường độ các cơn bão giảm đi, các cơn bão lớn ít xuất hiện; từ năm 2005 trờ lại đây, các cơn bão mạnh xuất hiện ngày một thường xuyên, cấp “siêu bão” đã xuất hiện. Bên cạnh đó; quỹ đạo di chuyển của các cơn bão cũng có xu hướng phức tạp hơn gây khó khăn cho việc dự báo vị trị đổ bộ của bão. Trong khoảng từ năm 1961 đến năm 2011 có khoảng 304 cơn bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) ảnh hưởng tới Việt Nam. Thời gian bão, ATNĐ ảnh hưởng 7 tới Việt Nam kéo dài khoảng từ tháng 2 đến tháng 12, trong đó các tháng từ khoảng 6 đến khoảng tháng 11 là những tháng có tần xuất suất hiện đáng kể nhất; tính trung bình mỗi tháng có khoảng 1 cơn bão, ATNĐ ảnh hưởng. 16 15 14 14 13 12 11 8 11 8 8 6 y = 1.0714x - 0.5769 3 8 8 7 6 4 13 12 y = 0.1484x + 8.9615 10 7 4 13 12 10 14 6 6 4 Số cơn bão 3 2 2 2 Cường độ bão 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Hình 1.1 Tình hình bão và áp thấp nhiệt đới ở Việt Nam từ năm 2000 đến 2011 [Nguồn: Theo nguồn số liệu tổng hợp của trung tâm Khí tượng thủy văn quốc gia, Bộ Tài nguyên môi trường] Mặc dù số lượng các cơn bão tăng giảm khác nhau qua các năm nhưng nhìn chung là có xu hướng tăng lên. Phương trình đường xu hướng (được nội suy theo nguyên tắc hồi quy tuyến tính trong excel) có dạng y = 0.1484x + 8.9615. Nhưng cường độ bão có xu hướng tăng lên một cách rõ rệt; đường xu hướng có dạng y = 1.0714x – 0.5769. Trong những năm gần đây thuật ngữ “siêu bão” dùng để chỉ cấp bão đã được sử dụng; thuật ngữ này được sử dụng để chỉ các cấp bão lớn hơn cấp 13. Nhiều cơn bão được hình thành trên Biển Đông nhưng lại không đổ bộ vào đất liền nhưng cũng gây ra những thiệt hại to lớn. 8 Tầm ảnh hưởng của một cơn bão căn cứ vào độ mạnh của cơn bão và diện tích đám mây trong cơn bão; theo tính toán thì thường trong khu vực khoảng 2 kinh vĩ tính từ tâm bão sẽ là khu vực bị ảnh hưởng mạnh nhất. Trong nghiên cứu này xem sét các cơn bão hay ATNĐ hình thành, hoạt động trên Biển Đông và có ảnh hưởng tới lãnh hải cũng như đất liền Việt Nam. a b c Hình 1.2. Bản đồ tần suất xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) hoạt động (a), hình thành ở Biển Đông (b) và ảnh hưởng đến đất liền Việt Nam (c) [Nguồn: IMHEN/2010] Hình 3.2 thể hiện mực độ trung bình số cơn bão, ATNĐ đi qua ô vuông có kích thước 10x10 trong một năm, giá trị của mỗi ô lưới thể hiện tần suất hoạt động, khả năng hình thành cũng như phạm vi ảnh hưởng tới Việt Nam. Các khu vực có giá trị lớn nhất tại các khu vực bờ biển thuộc khu vực Miền Bắc và khu vực Trung bộ; và tài liệu những thống kê về bão gió đã cho cho thấy những khu vực trên là những khu vực đổ bộ chủ yếu của các cơn bão. Do đặc thù hoạt động đó là thường xuyên liên quan trực tiếp đến sóng gió.. các hoạt động hàng hải là đối tượng rất nhạy cảm đối với những hình thái thời tiết cực đoan này. Tuy nhiên không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới khi thời tiết có các cơn bão đổ bộ thì mọi hoạt động liên quan đến hàng hải đều được cảnh báo và tạm ngừng hoạ động đặc biệt là việc khai thác tàu bè trên các tuyến luông hàng hải. Do vậy ở đây đề tài sẽ tập trung phân tích và nghiên cứu yếu tố gió đặc trưng và thường xuyên trên các tuyến luồng hàng hải hiện nay, từ đó đưa vào làm yếu tố thực nghiệm mô phỏng tàu chạy. 9 Theo trung tâm Khí tượng thủy văn quốc gia, Bộ Tài nguyên môi trường ở Việt Nam hiện nay có 47 trạm quan trắc khí tượng trên toàn quốc như theo bảng sau: 10 Bảng 1.1 Các trạm quan trắc khí tượng trên toàn quốc TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Trạm Móng Cái 838 Cửa Ông 836 Cô Tô 834 Bãi Cháy 833 Bạch Long Vĩ 839 Hòn Dấu 828 Thái Bình 835 Văn Lý(Nam Định) Ninh Bình 824 829 Thanh Hóa 840 Vinh 845 Hòn Ngư /81 Hà Tĩnh 846 Đồng Hới 848 Cồn Cỏ /89 Đông Hà 849 Huế 852 Đà Nẵng 855 Tam Kỳ /93 Quảng Ngãi 863 Lý Sơn /85 Hoài Nhơn /96 Quy Nhơn 870 TT 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 43 44 45 44 46 47 Trạm Tuy Hòa(Phú Yên) Nha Trang 877 873 Cam Ranh 879 Phan Rang(Ninh Phan Thiết(Bình Thuận) Phú Quí890 889 Thuận) 887 Vũng Tàu 903 Mỹ Tho 912 Ba Tri (Bình Thuận) 887 Trăng 913 Sóc 902 Bạc Liêu 915 Cà Mau 914 Côn Đảo 918 Rạch Giá 907 Thổ Chu 916 Phú Quốc 917 Song Tử 892 Trường Sa 920 DK1(Huyền Trân) Hồng Kông 59673 919 Đông Sa59792 Hoàng Sa 59981 Ba Bình 59997 Sân bay Cát Bi 11 Hình 1.3. Sơ đồ các trạm quan trắc khí tượng tại khu vực Đông Bắc Hình 1.4. Sơ đồ các trạm quan trắc khí tượng tại khu vực Trung Bộ 12 Hình1.5. Sơ đồ các trạm quan trắc khí tượng tại khu vực Nam Bộ 13 Chương 2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VẼ BIỂU ĐỒ HOA GIÓ 2.1. Các phần mềm ứng dụng Biểu đồ hoa gió có thể được biểu diễn dưới nhiều phần mềm khác nhau. Tuy nhiên, trong đề tài sẽ giới thiệu một phương pháp vẽ hoa gió được viết trên VBA (trong bộ Visual studio 2010) cho ứng dụng trên Correl X6, X7. Để kết hợp chạy được ngôn ngữ VBA kết hợp Correl thì các máy tính cần đã cài các phần mềm phụ trợ sau: - Visual studio 2010 và NetFramwork 4.0 - Correl X6 hoặc X7 và NetFramwork 4.5 - Office 2010 2.2. Số liệu đầu vào: * File phân cấp File này được tạo trên Excel: - 2 con số trên cùng của cột đầu tiên chỉ số phân cấp và số hướng (3<= số cấp <= 12, số hướng =8 hoặc =16). - Hàng thứ 3 là hàng tiêu đề cho các cột trong bảng phân cấp - Các hàng tiếp theo là số liệu của bảng phân cấp. Trên mỗi hàng có 4 cột: Cột 1 chỉ số thứ tự cấp, Cột 2 là giá trị cận dưới (m/s), Cột 3 là giá trị cận trên (m/s), Cột 4 là tên chú giải của phân cấp sẽ được thể hiện trên chú giải cánh hoa gió. Chương trình sẽ nhận dạng cấp của số liệu dựa vào khoảng giá trị cận dưới, cận trên của cấp. Ví dụ: tốc độ gió đo ở một thời điểm là 4.5 m/s, 0<= 4.5 <=5.4, được xếp vào cấp 1 theo thang phân cấp dưới đây. Bảng 2.1. Mẫu file phân cấp 7 8 Cấp 1 2 3 4 5 6 Số cấp Số hướng Cận dưới 0 5.5 10.8 17.2 24.5 32.7 Cận trên 5.4 10.7 17.1 24.4 32.6 46.1 Tên cấp 0-5.4 5.5-10.7 10.8-17.1 17.2-24.4 24.5-32.6 32.7-46.1 14 7 46.2 65 46.2-65 * File số liệu gió dạng hướng (độ) và tốc độ (m/s) File số liệu gió cũng được tạo trên Excel theo mẫu sẵn có, gồm: - Hàng đầu tiên chỉ tổng số số liệu gió; - Hàng thứ 2 là hàng tiêu đều của bảng số liệu gió - Hàng thứ 3 là đơn vị của hướng và tốc độ, riêng đơn vị của tốc độ sẽ được lấy vào chú giải. - Các hàng tiếp theo sẽ lần lượt là các giá trị về hướng và tốc độ gió, nếu hướng không được đo bằng độ mà thể hiện bằng chữ thì phải chú ý xem số liệu được phân thành 8 hay 16 hướng để chỉ định số hướng trong file phân cấp và khi chạy chương trình. Trong file mẫu đưa ra 2 dạng số liệu gió: 1. Hướng (độ) và tốc độ (m/s) (ký hiệu dạng này là 1. Hướng 0 & Cấp) 2. Hướng (thể hiện dạng ký hiệu chữ) và tốc độ (m/s) (ký hiệu dạng này là 2. Hướng N & Cấp) Bảng 2.2 Mẫu file số liệu gió dạng 1 25 Hướng (độ) 270 230 270 270 270 270 260 270 270 260 230 270 270 270 270 270 270 Tốc độ (m/s) 7.0 6.0 9.0 20.0 6.0 6.0 16.0 7.0 7.0 7.0 10.0 7.0 15.0 10.0 7.0 6.0 13.0 15 310 270 280 280 260 230 210 210 11.0 14.0 10.0 8.0 5.0 5.0 5.0 5.0 2.3. Hướng dẫn sử dụng chương trình Kiểm tra trong thư mục của chương trình đã có file chạy VeHoaGio.exe, file phân cấp và file số liệu. Xác định số phân cấp, số phân hướng, dạng số liệu Bước 1. Chạy chương trình VeHoaGio.exe (kích đúp chuột trái), giao diện của chương trình hiện ra như sau:[4] Bước 2. Nhập 2 con số cho số phân cấp và số phân hướng bằng cách nhập số trực tiếp từ bàn phím vào các ô tương ứng hoặc chọn trong listbox sổ xuống dưới. Bước 3. Chọn 1 trong 2 dạng số liệu ở Listbox Dạng số liệu, nếu không click chuột vào ô này thì chương trình sẽ coi như chưa chọn và nhắc người dùng phải chọn dạng số liệu trước khi tiếp tục. 16 Bước 4. Chọn file phân cấp bằng cách nhấp nút Chọn File cùng hàng với nhãn File phân cấp. Chương trình sẽ hiện ra cửa sổ mở file theo đường dẫn mặc định cùng đường dẫn với file chạy của chương trình. Nhấn nút Open. Đường dẫn đến file phân cấp này sẽ được đưa vào Textbox cùng hàng với nhãn File phân cấp.[5] 17 Bước 5. Chọn file số liệu gió (làm hoàn toàn tương tự cách chọn file phân cấp ở Bước 4) 18 Bước 6. Nhấn nút Vẽ, chương trình sẽ khởi động ứng dụng Correl X7, vẽ hoa gió trên đó với kích thước trang mặc định là 140 x 140 mm. Sau khi vẽ xong, Correl sẽ nhắc người dùng lưu tên cho File Correl này để sử dụng vào các mục đích khác nưa. Nên xuất ảnh hoa gió từ Correl sẽ cho chất lượng ảnh tốt, sắc nét. 19 Chương trình tự động tạo ra file ảnh hoa gió (Hoa 1.png) và load vào khung Picture trên giao diện của chương trình. Tuy nhiên độ phân giải của file ảnh này kém hơn nhiều so với trực tiếp xuất ảnh từ Correl được thể hiện ở hình dưới đây. Bước 7. Thoát khỏi chương trình. Nhấn nút thoát trên giao diện của chương trình. Tắt ứng dụng Correl nếu cần. 20