nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm và hoàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN VĂN CƯƠNG

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM VÀ HOÀN

THIỆN QUY TRÌNH LẤY MẪU XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG

MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VIỆT NAM

PHỤC VỤ KHAI THÁC HIỆU QUẢ CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN VĂN CƯƠNG

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM VÀ HOÀN

THIỆN QUY TRÌNH LẤY MẪU XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG

MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ VIỆT NAM

PHỤC VỤ KHAI THÁC HIỆU QUẢ CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM

Ngành: Kỹ thuật trắc địa - bản đồ

Mã số: 9520503

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS ĐẶNG NAM CHINH

Hà Nội - Năm 2021

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng

tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án có được trên cơ sở tìm hiểu tài liệu, phân

tích một cách trung thực, khách quan và áp dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt

Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Văn Cương

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .....................................................................................................................i

MỤC LỤC ............................................................................................................................... ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................. viii

MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án .............................................................................. 2

3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................ 2

4. Nội dung nghiên cứu của luận án ............................................................................. 3

5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................... 4

7. Các luận điểm bảo vệ ................................................................................................. 4

8. Điểm mới của luận án ................................................................................................ 5

9. Cấu trúc của luận án ................................................................................................... 5

10. Cơ sở tài liệu ............................................................................................................. 6

11. Lời cảm ơn ................................................................................................................ 6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬN TỐC ÂM VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ

THỦY ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN ................................................ 7

1.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới về vận tốc âm và sự biến đổi vận tốc

âm trong môi trường nước biển. .................................................................................... 7

1.1.1. Lịch sử phát triển ứng dụng công nghệ thủy âm ............................................... 7

1.1.2. Các nghiên cứu ngoài nước về vận tốc âm và sự biến đổi vận tốc âm ......... 10

1.2. Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam về vận tốc âm và sự biến đổi vận

tốc âm trong môi trường nước biển. ........................................................................... 13

1.2.1. Nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy âm tại Việt Nam ..................................... 15

iii

1.2.2. Các nghiên cứu về vận tốc âm tại Việt Nam được công bố trên các tạp chí

chuyên ngành ................................................................................................................ 16

1.2.3. Các nghiên cứu về biến đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ ................ 17

1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................. 17

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM,

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG

NƯỚC BIỂN .............................................................................................................. 19

2.1. Khái quát về thủy âm học ................................................................................... 19

2.1.1. Nguồn âm, năng lượng âm và đơn vị đo ....................................................... 19

2.1.2. Tần số âm và độ rộng băng tần ....................................................................... 23

2.1.3. Lan truyền sóng âm và các hiệu ứng vật lý của sóng âm............................. 24

2.1.4. Hấp thụ, tán xạ và sự suy yếu sóng âm .......................................................... 26

2.2. Vận tốc sóng âm và các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm trong môi

trường nước biển ........................................................................................................... 27

2.2.1. Vận tốc sóng âm trong môi trường nước biển .............................................. 27

2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm trong môi trường nước biển ... 27

2.2.3. Các công thức thực nghiệm xác định vận tốc sóng âm trong môi trường

nước biển ..................................................................................................................... 28

2.3. Các phương pháp xác định vận tốc âm trong môi trường nước biển ............ 35

2.3.1. Sử dụng các trị đo hải văn (nhiệt độ, độ mặn, độ sâu) và áp dụng công thức

thực nghiệm xác định vận tốc âm, sai số xác định vận tốc âm trong môi trường

nước biển ..................................................................................................................... 35

2.3.2. Máy đo vận tốc âm SVM (Sound Velocity Meter) ...................................... 36

2.3.3 Xác đinh vận tốc âm bằng bar check .............................................................. 39

2.4. Quy luật biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển ............................. 39

2.4.1. Sự biến đổi của vận tốc âm theo độ mặn ....................................................... 40

2.4.2 Sự biến đổi của vận tốc âm theo nhiệt độ ....................................................... 40

iv

2.4.3. Sự biến đổi của vận tốc âm theo độ sâu ......................................................... 41

2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................................. 42

CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC ÂM ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA

CÁC THIẾT BỊ ĐO THỦY ÂM, QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM TẠI

VỊNH BẮC BỘ ..................................................................................................................... 44

3.1. Ảnh hưởng của vận tốc âm tới các thiết bị thủy âm .......................................... 44

3.1.1. Đo sâu đơn tia ................................................................................................... 44

3.1.2. Đo sâu đa tia và thủy âm quét sườn (side scan sonar) .................................. 47

3.1.3. Định vị thủy âm ................................................................................................ 51

3.2. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong khảo sát bằng thiết bị thủy âm ..................... 53

3.2.1. Quy trình đo sâu đơn tia .................................................................................. 53

3.2.2. Quy trình đo sâu đa tia ..................................................................................... 55

3.2.3. Quy trình đo thủy âm quét sườn (Side Scan Sonar - SSS) .......................... 56

3.2.4. Quy trình định vị thủy âm ............................................................................... 57

3.3. Các yêu cầu về độ chính xác khảo sát thủy âm .................................................. 59

3.3.1. Tiêu chuẩn về độ chính xác của Tổ chức Thủy đạc Quốc tế (IHO) cho

công tác khảo sát đáy biển ......................................................................................... 59

3.3.2. Tiêu chuẩn về độ chính xác đo sâu của một số cơ quan thủy đạc quốc gia

(Canada, New Zealand, Australia)............................................................................ 62

3.3.3. Các quy định kỹ thuật liên quan tới sử dụng máy đo sâu hồi âm tại Việt

Nam.............................................................................................................................. 66

3.4 Quy luật biến đổi vận tốc âm trong khu vực Vịnh Bắc Bộ .............................. 68

3.4.1. Khái quát chung về đặc điểm địa lý, tự nhiên biển khu vực Vịnh Bắc Bộ 68

3.4.2 Số liệu vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ ................................................. 72

3.4.3. Quy luật biển đổi vận tốc âm theo vị trí địa lý .............................................. 85

3.4.4. Thay đổi vận tốc âm theo phương cột nước (Water colum) và theo thời

gian ............................................................................................................................... 98

v

3.5. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 100

CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VẬN TỐC ÂM VÀ HOÀN THIỆN

QUY TRÌNH LẤY MẪU VẬN TỐC ÂM KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ CHO CÁC

THIẾT BỊ THỦY ÂM VÀ THỰC NGHIỆM CSDL .................................................... 101

4.1. Cơ sở dữ liệu vận tốc âm, đánh giá chất lượng số liệu .................................... 101

4.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ........................ 108

4.2.1. Dữ liệu nguồn ................................................................................................ 108

4.2.2. Các đặc trưng kỹ thuật và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu ................................... 109

4.2.3. Khai thác cơ sở dữ liệu vận tốc âm ............................................................. 113

4.2.2. So sánh vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu và vận tốc âm thực tế ................... 115

4.3. Đánh giá kết quả và đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm ............................ 121

4.3.1. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm theo văn bản pháp quy .............................. 121

4.3.2. Đề xuất hoàn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm ..................................... 125

4.4 Kết luận chương 4 ................................................................................................ 129

KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 130

KIẾN NGHỊ ......................................................................................................................... 132

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ ............................................................. 133

PHỤ LỤC 1 Bình độ cơ sở dữ liệu vận tốc âm trung bình các tháng tại khu vực

Vịnh Bắc Bộ ................................................................................................................ 138

PHỤ LỤC 2 Một phần số liệu cơ sở dữ liệu vận tốc âm sử dụng trong luận án .. 150

PHỤ LỤC 3 Một phần số liệu vận tốc âm thực tế đo được ................................... 153

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Hệ số của công thức Del Grosso .................................................... 29

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ mặn, độ sâu tới xác định giá trị vận tốc âm 32

Bảng 2.3 Hệ số sử dụng trong công thức (2.21) ............................................. 33

Bảng 2.4 Mẫu số liệu vận tốc âm xác định bằng thiết bị SVP 15 ................... 38

Bảng 2.5 Nhiệt độ bề mặt trung bình 12 tháng của năm 2006 và 2010 tại Bãi

Cháy, Quảng Ninh ........................................................................................... 40

Bảng 3.1 Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-5s .......................................... 46

Bảng 3.2. Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-4s ......................................... 46

Bảng 3.3 Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-3s .......................................... 47

Bảng 3.4. Các chuẩn cho khảo sát thủy đạc (Theo S-44 của IHO) ................ 59

Bảng 3.5. Các chuẩn cho thủy đạc của Cơ quan Thủy đạc Canada - CHS .... 62

Bảng 3.6. Độ chính xác đo sâu bằng hệ thống đo sâu hồi âm đơn tia SBES

(Cơ quan Thủy đạc New Zealand) .................................................................. 64

Bảng 3.7. Khoảng cách giữa các tuyến đo đơn tia (Cơ quan Thủy đạc New

Zealand) ........................................................................................................... 64

Bảng 3.8. Tiêu chuẩn của Hiệp hội nhà thầu Hàng hải quốc tế (IMCA) ........ 65

Bảng 3.9. Sai số độ sâu cho phép trong đo sâu phục vụ thành lập bản đồ địa

hình đáy biển ................................................................................................... 67

Bảng 3.10 Sai số trung phương đo sâu của điểm ghi chú độ sâu so với độ cao

của điểm chuẩn độ cao (bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000) .................. 67

Bảng 3.11 Sai số trung phương độ sâu đường đẳng sâu so với độ cao của điểm

chuẩn độ cao (bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 10.000) ................................ 67

Bảng 3.12. Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí A ...................................................... 73

Bảng 3.13. Số liệu đo độ mặn tại vị trí A........................................................ 74

Bảng 3.14. Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí B ....................................................... 74

Bảng 3.15. Số liệu đo độ mặn tại vị trí B ........................................................ 75

vii

Bảng 3. 16 Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí C ....................................................... 76

Bảng 3.17. Số liệu đo độ mặn tại vị trí C ........................................................ 76

Bảng 3.18. Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 12 tháng tại vị trí A ............... 77

Bảng 3.19 Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 12 tháng tại vị trí B ................ 79

Bảng 3.20. Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 4 mùa tại vị trí C ................... 81

Bảng 4.1 So sánh số liệu WOD và số liệu GDEMV 3.0 phục vụ việc chuẩn

hóa dữ liêu xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm ............................................ 105

Bảng 4. 2 các thành phần dữ liệu tương ứng vào các thực thể ..................... 111

Bảng 4. 3 khóa chính cho các giá trị ............................................................. 112

Bảng 4.4 Chênh lệch giữa vận tốc âm thực và vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu.

....................................................................................................................... 116

Bảng 4.5 Chênh lệch giữa độ sâu sử dụng vận tốc âm thực tế và cơ sở dữ liệu

....................................................................................................................... 117

Bảng 4. 6 So sánh và đánh giá độ tin cậy của số liệu vận tốc âm trên CSLD và

số liệu vận tốc âm thực tế đối với tỷ lệ bản đồ 1:10.000. ............................. 118

Bảng 4.7. Độ chính xác tối thiểu của các thiết bị đo vẽ địa hình đáy biển ... 122

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mặt cắt theo độ sâu tại các lưu vực của nhiệt độ, độ mặn, mật độ và

oxy hòa tan tại biển Baltic, biển Địa Trung Hải, biển Đen [26]. .................... 10

Hình 1.2. Phân bố sự bốc hơi và lượng mưa từ vĩ độ 40o N đến 50o S trên

biển, [26]. ........................................................................................................ 11

Hình 2.1. Độ rộng băng tần của bộ phát biến ................................................. 23

Hình 2.2. Độ phân giải của chiều dài xung ..................................................... 24

Hình 2.3. Nguyên lý khúc xạ tia âm thanh...................................................... 25

Hình 2.4. Hệ số hấp thụ của sóng âm theo nhiệt độ và tần số ........................ 26

Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lý của máy đo vận tốc âm trực tiếp .......................... 37

Hình 2.6 Số liệu vận tốc âm đo được bằng thiết bị xác định vận tốc âm SVP 15....................38

Hình 2.7 Thông số thiết bị xác định vận tốc âm svp - 15 ............................... 39

Hình 2.8. Biểu đồ thay đổi vận tốc âm theo nhiệt độ và độ mặn tại z=0m [18]

......................................................................................................................... 40

Hình 2.9 Biểu đồ biến đổi nhiệt độ trung bình năm 2006 và 2010 tại Bãi Cháy

......................................................................................................................... 41

Hình 2.10. Sự biến đổi vận tốc âm theo độ sâu. ............................................. 41

Hình 2.11. Mặt cắt nhiệt độ và độ mặn theo độ sâu của nước ........................ 42

Hình 3.1. Nguyên lý đo sâu hồi âm đơn tia .................................................... 44

Hình 3.2. Ví dụ về hệ thống đo đa tia và ảnh hưởng của vận tốc âm tới tia đo

[38] .................................................................................................................. 48

Hình 3.3. Hiện tượng khúc xạ của âm thanh khi qua các lớp nước khác nhau

......................................................................................................................... 48

Hình 3.4. Sự thay đổi hướng tia khi vận tốc âm không biến đổi theo các lớp

nước ................................................................................................................. 49

Hình 3.5. Sự thay đổi hướng tia khi vận tốc âm biến đổi theo các lớp nước . 49

Hình 3.6. Thay đổi góc mở của hệ thống đa tia .............................................. 50

ix

Hình 3.7. Hình trên là dữ liệu đo sâu đa tia khi không hiệu chỉnh, hình dưới là

dữ liệu đo sâu đã hiệu chỉnh vận tốc âm ......................................................... 50

Hình 3.8. Đo góc tác động cơ học ................................................................... 51

Hình 3.9. Mối quan hệ hình học của nguồn âm và bộ phát biến .................... 52

Hình 3.10. Sơ đồ quy trình khảo sát đo sâu đơn tia [14]. ............................... 54

Hình 3.11. Ảnh hưởng của vận tốc âm bề mặt và qua các lớp nước có vận tốc

âm khác nhau [28] ........................................................................................... 56

Hình 3.12. Quy trình khảo sát quét SSS [6] .................................................... 57

Hình 3.13. Ảnh hưởng của vận tốc âm tới các tia ngoài của quét bề mặt. ..... 57

Hình 3.14 Sơ đồ quy trình định vị thủy âm .................................................... 58

Hình 3.15. Sơ đồ kết nối thiết bị trong định vị thủy âm ................................. 58

Hình 3. 16 Sơ đồ các dòng hải lưu tháng 2 và tháng 8 hàng năm .................. 72

Hình 3.17. Vị trí các điểm quan trắc trên Vịnh Bắc bộ .................................. 73

Hình 3.18 Biểu đồ vận tốc âm trung bình tại vị trí A theo tháng ................... 78

Hình 3.19. Mặt cắt vận tốc âm tháng 2 và tháng 8 (vị trí A) .......................... 79

Hình 3.20. Biểu đồ vận tốc âm trung bình theo tháng tại vị trí B ................... 80

Hình 3.21. Mặt cắt vận tốc âm tháng 2 và tháng 8 (vị trí B) .......................... 81

Hình 3.22. Biểu đồ vận tốc âm trung bình theo tháng tại vị trí C ................... 82

Hình 3.23.Mặt cắt vận tốc âm tháng 3 và tháng 10 (vị trí C.) ........................ 83

Hình 3.24. Sơ đồ vị trí điểm quan trắc độ mặn tham khảo tại khu vực Biển

Đông ................................................................................................................ 84

Hình 3.25. Sơ đồ vị trí điểm quan trắc nhiệt độ tham khảo tại khu vực Biển

Đông ................................................................................................................ 85

Hình 3.26. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 17o45’ ..................................... 86

Hình 3.27. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18 ............................................ 86

Hình 3.28. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18o15 ....................................... 87


x




Hình 3.33 Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19o30 ........................................ 89









Hình 3.42. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 105o45 .................................. 92

Hình 3.43. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106 ....................................... 93










Hình 3.53. Sự thay đổi vận tốc âm theo độ sâu và theo thời gian ................ 100

Hình 4.1. Sơ đồ vị trí trạm quan trắc độ mặn và nhiệt độ cung cấp bởi WOD

....................................................................................................................... 102

xi

Hình 4.2. Trang chủ của trang Cơ sở dữ liệu về hải dương vùng Viễn Đông

Nga ................................................................................................................ 102

Hình 4.3. Sơ đồ các trạm đo độ mặn của cơ sở dữ liệu về hải dương vùng . 103

Hình 4.4. Sơ đồ các trạm đo nhiệt độ của cơ sở dữ liệu về hải dương vùng 104

Hình 4.5. Lựa chọn tham khảo các giá trị độ mặn, nhiệt độ của cơ sở dữ liệu

về hải dương học vùng Viễn Đông Nga ........................................................ 104

Hình 4.6. Ví dụ về tham khảo giá trị nhiệt độ tại độ sâu = 0 của cơ sở dữ liệu

về hải dương học vùng Viễn Đông Nga tại khu vực Biển Đông tại Việt Nam

....................................................................................................................... 105

Hình 4.7. Chương trình khai thác dữ liệu vận tốc âm .................................. 109

Hình 4. 8 mối quan hệ giữa các thành phần trong dữ liệu. ........................... 112

Hình 4. 9 Lựa chọn vị trí trích xuất vận tốc âm ............................................ 113

Hình 4. 10 Giao diện cài đặt thông số trích xuất giá trị vận tốc âm ............. 115

Hình 4. 12 Quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong công tác khảo sát thủy âm 126

Hình 4. 13 Quy trình lấy mẫu trực tiếp tại khu vực khảo sát ........................ 127

xii

GIẢI THÍCH TỪ VÀ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

1 IHO

International Hydrographic

Organization Tổ chức thủy đạc quốc tế

2 NOAA

National Oceanic and

Atmospheric Administration

Cơ quan quản lý đại dương và

khí quyển quốc gia Hoa Kỳ.

3 MESH

Mapping European Seabed

Habitats

Bản đồ đáy biển vi sinh vật

châu Âu

4 EEZ Exclusive economic zone Vùng đặc quyền kinh tế

5 UXO Unexploded ordnance Vật chưa nổ

6 GNSS

Global Navigation Satellite

System

Hệ thống vệ tinh dẫn đường

toàn cầu

7 DGNSS

Differential Global

Navigation Satellite System Định vị GNSS vi phân

8 CTD

Conductivity, Temperature

and Depth Điện dẫn, nhiệt độ, độ sâu

9 SVP Sound Velocity Profiler Mặt cắt vận tốc âm

10 2D 2 (Two)-Dimensional 2 chiều

11 3D 3 (Three)-Dimensional 3 chiều

12 BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi

Trường.

13 XTF Extended Triton Format Định dạng file XTF

14 1PPS One Pulse Per Second

Đồng bộ tín hiệu một xung

trên một giây

15 1 PPT One Part Per Thousand Đơn vị một phần nghìn

16 GIS

Geographic Information

System Hệ thống thông tin địa lý

17 SIS Seafloor Information System Hệ thống thông tin đáy biển

xiii

18 CSV Comma-Separated Values Định dạng tệp dùng dấu phẩy

19 RMSE Root Mean Squares Error Sai số trung phương

20 THU Total Horizontal Uncertainty Tổng mức tin cậy mặt phẳng

21 TVU Total Vertical Uncertainty Tổng mức tin cậy độ cao

22 IMCA

The International Marine

Contractors Association

Hiệp hội nhà thầu Hàng hải

quốc tế

23 GDEMV 3.0

Generalized Digital

Environmental Model

Mô hình số môi trường tổng

quát phiên bản 3.0

24 WOD Worl Ocean Database

Cơ sở dữ liệu hải dương quốc

tế

25 CSDL Cơ sở dữ liệu

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia có thủy hệ phong phú với đường bờ biển trải dài từ

Móng Cái đến Hà Tiên, tổng chiều dài bờ biển khoảng 3,260 km nằm về phía tây

Biển Đông [33]. Dọc bờ biển cứ khoảng 23 km có một cửa sông, có thủy hệ phong

phú nên công tác thành lập bản đồ chuyên đề, bản đồ địa hình đáy biển và thi công

công trình ngầm dưới nước bằng thiết bị thủy âm được khai thác và sử dụng phổ

biến với độ chính xác cao, đảm bảo tiến độ và chất lượng kỹ thuật. Trong thi công

bằng các thiết bị thủy âm có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả

đo, do đó cần phải tính hiệu chỉnh nhằm hạn chế ảnh hưởng của các sai số này. Các

nguồn sai số như đã nêu ở trên bao gồm ảnh hưởng của thiết bị định vị GNSS, thiết

bị cải chính chuyển động, công tác lắp đặt các thiết bị đo đạc, xác định vận tốc âm

trong môi trường nước v.v...

Xác định chính xác vận tốc âm lan truyền trong môi trường nước tại khu đo và

tại thời điểm đo là rất quan trọng, cần xác định được vận tốc âm tại khu đo để đảm

bảo độ chính xác kết quả đo và khi đó sai số xác định vận tốc âm ảnh hưởng tới kết

quả đo sâu tăng dần khi độ sâu tăng. Để làm được điều này ta cần nghiên cứu và phân

tích đặc tính biến đổi vận tốc âm tại từng khu vực đặc trưng, từ đấy đưa ra đề xuất và

kiến nghị phương pháp xác định vận tốc âm hợp lý với từng khu vực.

Nghiên cứu về sóng âm và vận tốc âm trong môi trường nước lần đầu tiên

được Isaac Newton đưa ra trong “Book II, Prop. XLV of Principia (1687)” sau đó

lần lượt được phát triển, đi sâu nghiên cứu bởi các nhà khoa học khác. Đến thời

điểm hiện tại các vấn đề về sóng âm, vận tốc âm trong môi trường nước ở nước

ngoài đã được nghiên cứu và phân tích khá toàn diện. Ở Việt Nam cũng có nhiều

nghiên cứu về vật lý biển, địa chất biển, địa vật lý thềm lục địa nhưng nghiên cứu

sóng âm và vận tốc âm trong môi trường nước biển để khai thác hiệu quả thiết bị

thủy âm vẫn chưa được nghiên cứu nhiều.

Vấn đề vận tốc âm trong môi trường nước biển chỉ được nghiên cứu thông

2

qua việc quan trắc các tham số đại diện như nhiệt độ, độ sâu (áp suất), độ mặn. Các

nghiên cứu đã có là nghiên cứu chung trên vùng rộng, chưa phản ánh được sự biến

đổi chi tiết của vận tốc âm.

Với mục đích đi sâu vào việc nghiên cứu vận tốc âm trong môi trường nước

biển tác giả muốn nghiên cứu phân tích quy luật, sự ảnh hưởng của vận tốc âm tại

các vùng biển đặc trưng của Việt Nam, cụ thể là khu vực Vịnh Bắc Bộ. Phân tích

đánh giá ảnh hưởng của vận tốc âm theo độ sâu, khu vực, theo thời gian để đưa ra

được sự biến đổi của vận tốc âm theo từng yếu tố ảnh hưởng. Từ các số liệu thực

nghiệm, các kết quả phân tích, tác giả đã tiến hành nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ

liệu vận tốc âm, đưa ra quy luật biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển tại

khu vực Vịnh Bắc Bộ. Khi thi công sử dụng CSDL vận tốc âm tại khu vực Vịnh

Bắc Bộ với mục đích giảm số lần lấy mẫu trực tiếp ngoài thực địa vẫn đảm bảo yêu

cầu độ chính xác khi thi công, khảo sát đối với các tỷ lệ bản đồ bằng thiết bị thủy

âm trong công tác đo đạc thủy âm tại khu vực.

Chính vì những lý do trên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu quy luật biến đổi

vận tốc âm và hoàn thiện quy trình lấy mẫu xác định vận tốc âm trong môi

trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Việt Nam phục vụ khai thác hiệu quả

các thiết bị thủy âm”.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận phân tích, xác định đặc điểm,

quy luật biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển khu vực Vịnh Bắc Bộ Việt

Nam để hoàn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm phục vụ khai thác hiệu quả thiết bị

thủy âm.

3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu của đề tài

a. Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

Các cơ sở dữ liệu về nhiệt độ, độ mặn độ sâu, vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc

Bộ theo các trường thời gian, không gian.

b. Phạm vi nghiên cứu:

Sự biến đổi các yếu tố nhiệt độ, độ mặn, độ sâu của khu vực Vịnh Bắc Bộ

3

nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố này tới vận tốc âm.

Ảnh hưởng của sự thay đổi vận tốc âm tới các thiết bị thủy âm thông dụng.

4. Nội dung nghiên cứu của luận án

Thu thập số liệu về nhiệt độ, độ mặn, vận tốc âm, mặt cắt âm đã có ở khu

vực nghiên cứu là vùng biển Vịnh Bắc Bộ. Phân tích các nguồn dữ liệu thu được, đề

xuất bổ sung ở một số vùng còn khuyết số liệu vận tốc âm.

Nghiên cứu phân tích đặc tính vận tốc âm phân bố theo vùng, theo độ sâu và

thay đổi theo thời gian tại vùng biển Vịnh Bắc Bộ.

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xác định vận tốc âm trung bình theo độ sâu, vận

tốc âm đại diện theo vùng và đánh giá ảnh hưởng của sai số xác định vận tốc âm

đến kết quả đo bằng thiết bị thủy âm.

Trên cơ sở những quy định hiện hành, sự biến đổi vận tốc âm từ đó đề xuất

quy trình lấy mẫu xác định vận tốc âm tại khu vực nghiên cứu.

5. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích số liệu: Phân tích số liệu vận tốc âm tại khu vực

Vịnh Bắc Bộ theo thời gian, theo độ sâu. Phân tích đánh giá sự thay đổi vận tốc âm

tại khu vực Vịnh Bắc Bộ nhằm xác định được các quy luật biến đổi của vận tốc âm

trong khu vực và đưa ra quy trình xác định vận tốc âm theo các yêu cầu khảo sát cụ

thể.

Phương pháp cơ sở dữ liệu: Xây dựng được cơ sở dữ liệu vận tốc âm tại khu

vực Vịnh Bắc Bộ dựa trên sự thay đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ, trích

xuất giá trị vận tốc âm tại các thời điểm trên cơ sở dữ liệu và đánh giá với số liệu đo

đạc thực tế đưa ra các đề xuất cho công tác xác định vận tốc âm phục vụ khảo sát.

Phương pháp thực nghiệm: Tính toán số liệu thực nghiệm của cơ sở dữ liệu

vận tốc âm và tính toán hiệu chỉnh vận tốc âm vào dữ liệu đo sâu đưa ra kết quả độ

sâu theo cơ sở dữ liệu, độ sâu theo vận tốc âm thực tế. Đưa ra các nhận xét về các

kết quả.

Phương pháp so sánh: Sau khi xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm, số liệu đã

được tính toán, so sánh với kết quả độ sâu sử dụng vận tốc âm theo cơ sở dữ liệu và

4

vận tốc âm đo thực tế. Đánh giá sự thay đổi của việc sử dụng cơ sở dữ liệu và số

liệu thực tế.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a. Ý nghĩa khoa học:

Dựa trên cơ sở lý thuyết, các quy luật phân bố vận tốc âm theo không gian và

thời gian trong môi trường nước để đánh giá mức độ ảnh hưởng của thay đổi vận

tốc âm đến độ chính xác đo đạc bằng thiết bị thủy âm, xác lập được mối quan hệ

giữa điều kiện tự nhiện và quy luật biến đổi vận tốc âm từ đó đề xuất phương pháp

xác định vận tốc âm phù hợp bảo đảm khai thác hiệu quả các thiết bị thủy âm.

Đưa ra các kiến nghị, phương pháp xác định vận tốc âm, xác định vận tốc âm

trung bình trong môi trường nước biển tại điều kiện khảo sát tương ứng. Xây dựng

được cơ sở dữ liệu về vận tốc âm theo các dữ liệu đã có.

Xây dựng cơ sở dữ liệu phân bố vận tốc âm trong môi trường nước biển tại

khu vực Vịnh Bắc Bộ, xây dựng chương trình khai thác cơ sở dữ liệu vận tốc âm,

tính toán các các giá trị vận tốc âm tại các vị trí yêu cầu dựa trên cơ sở dữ liệu đã

được xây dựng.

b. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu đưa ra phương pháp hạn chế các ảnh hưởng của vận tốc

âm trong môi trường nước biển đến kết quả đo.

Đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm phù hợp từng khu vực khảo sát, từng

tỷ lệ bản đồ khảo sát.

Khai thác, sử dụng cơ sở dữ liệu vận tốc âm cho các trường hợp khảo sát, tỷ

lệ bản đồ cụ thể tại khu vực Vịnh Bắc Bộ.

7. Các luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Vịnh Bắc Bộ là vùng nước có độ sâu nhỏ, có nhiều cửa sông

do đó sự biến đổi nhiệt độ và độ mặn là các nhân tố ảnh hưởng đến quy luật biến

đổi vận tốc âm theo không gian và thời gian. Đặc điểm đó đã ảnh hưởng tới sự biến

thiên vận tốc âm trong môi trường nước theo thời gian các tháng trong một năm lên

tới 27.2 m/s.

5

Luận điểm 2: Quy trình lẫy mẫu vận tốc âm được đề xuất trong luận án căn

cứ trên kết quả phân tích sự thay đổi nhiệt độ, độ mặn Vịnh Bắc Bộ, các đánh giá

quy trình lấy mẫu vận tốc âm hiện hành, phân tích ưu điểm nhược điểm của quy

trình. Từ quy luật biến đổi vận tốc âm, các nhược điểm của quy trình lấy mẫu vận

tốc âm hiện nay đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm mới phục vụ khai thác hiệu

quả các thiết bị thủy âm.

Luận điểm 3: Quy trình lấy mẫu vận tốc âm đề xuất, cùng cơ sở dữ liệu vận

tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ đã xây dựng đáp ứng được các yêu cầu về độ chính

xác khi ứng dụng các thiết bị thủy âm trong thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ

1:10.000 và nhỏ hơn trong khu vực Vịnh Bắc Bộ.

8. Điểm mới của luận án

- Vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ có quy luật biến đổi phức tạp. Luận

án đã đưa ra phân tích, đánh giá trực quan sự biến đổi vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc

Bộ theo vị trí, không gian và thời gian nhằm mục đích khai thác hiệu quả các thiết

bị thủy âm.

- Sử dụng cơ sở dữ liệu hải dương toàn cầu (WOD) và cơ sở dữ liệu hải dương

của đơn vị Hải dương vùng Viễn đông của Nga để xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm

cho khu vực Vịnh Bắc Bộ. Độ chính xác của cơ sở dữ liệu này được đánh giá dựa trên

các kết quả đo thực tế.

- Cơ sở dữ liệu vận tốc âm được xây dựng là kết quả mới ứng dụng trong

khảo sát đo đạc thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn trong

khu vực Vịnh Bắc Bộ.

9. Cấu trúc của luận án

Cấu trúc luận án bao gồm các phần như sau:

Gồm 3 phần chính:

(1) Phần mở đầu: Giới thiệu về tính cấp thiết của luận án, mục đích nghiên

cứu của luận án, phương pháp nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, những luận điểm

bảo vệ và những điểm mới của luận án.

(2) Phần nội dung gồm 4 chương:

6

Chương 1. Tổng quan về vận tốc âm và ứng dụng thiết bị thủy âm trong môi

trường nước biển

Chương 2. Nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm, phương pháp xác định vận tốc

âm trong môi trường nước biển.

Chương 3. Ảnh hưởng của vận tốc âm đến độ chính xác của các thiết bị đo

thủy âm, quy luật biến đổi vận tốc âm tại Vịnh Bắc Bộ

Chương 4. Xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm và hoàn thiện quy trình lấy

mẫu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ cho các thiết bị thủy âm và thực nghiệm

CSDL.

(3) Phần kết luận và kiến nghị.

10. Cơ sở tài liệu

- Tài liệu của luận án sử dụng các tài liệu chuyên ngành tại Trung tâm Trắc

địa và Bản đồ Biển, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam. Bên cạnh đó nghiên cứu

sinh cũng sử dụng nguồn tài liệu tại Thư viện Quốc gia Việt Nam và Thư viện Khoa

học và Công nghệ Quốc gia. Các số liệu điều tra khảo sát sử dụng số liệu trong

nhiều năm tại Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển.

- Tài liệu tham khảo trên Internet.

11. Lời cảm ơn

Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đặng Nam Chinh,

các thầy cô giáo trong Bộ môn Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý

đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tận tình giúp đỡ, góp ý và tạo những điều

kiện tốt nhất để nghiên cứu sinh có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình.

Trân trọng cảm ơn ban Lãnh đạo Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển - Tổng

cục Biển và Hải đảo Việt Nam - Bộ Tài nguyên và Môi trường, các đồng nghiệp,

các nhà khoa học đã quan tâm, đóng góp ý kiến để nghiên cứu sinh hoàn thiện tốt

hơn bản luận án của mình.

Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong gia đình đã dành

những điều kiện tốt nhất về tinh thần và vật chất để tôi có thể hoàn thành tốt nhất

khóa học của mình.

7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬN TỐC ÂM VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ THỦY

ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN

1.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới về vận tốc âm và sự biến đổi

vận tốc âm trong môi trường nước biển.

1.1.1. Lịch sử phát triển ứng dụng công nghệ thủy âm

Ngay từ những năm trước Công nguyên, nhà triết học Hy Lạp Aristotle (384-

322), đã có nhận định rằng, âm thanh lan truyền trong môi trường nước tốt hơn lan

truyền trong không khí. Sau đó cũng có một số nghiên cứu về sự lan truyền âm

thanh trong môi trường nước như các nghiên cứu của Leonardo Da Vici (1452-

1519) và Francis Bacon (1561-1626). Cho đến thế kỷ XVIII và đầu thế kỷ XIX, có

một số nhà khoa học như J.A. Nollet (1700-1770), Alexander Monro (1733-1817)

mới thực sự nghiên cứu, tiến hành thử nghiêm xác định vận tốc âm trong môi

trường nước để ứng dụng vào một số mục đích khác nhau. Trong các nghiên cứu

này, người ta đã sử dụng nguồn âm là tiếng chuông (bell) phát dưới nước. Năm

1826, nhà vật lý người Thụy sĩ J.D. Calladon (1802-1893) và nhà toán học người

Pháp là J.K.F. Sturm (1803-1855) đã triển khai thực nghiệm xác định vận tốc âm tại

hồ Geneva (Thụy Sĩ) ở nhiệt độ nước là 8oC. Giá trị vận tốc âm xác định được lúc

bấy giờ là 1435m/s, chỉ sai khác với giá trị vận tốc âm xác định hiện nay cỡ 3m/s.

Trong khoảng những năm 1830-1860 đã có một số nhà khoa học nghiên cứu ứng

dụng sóng âm trong môi trường nước với mục tiêu là để xác định độ sâu lớp nước

và xác định khoảng cách giữa các con tàu trên biển, hình thành kỹ thuật thủy âm.

Thời gian tiếp theo, các nhà khoa học cũng quan tâm nghiên cứu để hoàn thiện dần

các thiết bị kỹ thuật thủy âm như chế tạo các nguồn sóng âm và chế tạo các ống thu

âm. Sự kiện chìm tàu Titanic do con tàu cỡ lớn này va vào tảng băng trôi khổng lồ

trên Đại Tây Dương vào tháng 4 năm 1912 đã hối thúc các nhà khoa học tích cực

triển khai nghiên cứu phương pháp dò thủy âm (Hydroaucoustic Sonar) sử dụng

sóng âm. Nhờ các cố gắng của các nhà khoa học, đến năm 1914, bằng thiết bị dò

thủy âm người ta đã có thể phát hiện được các tảng băng trôi ở khoảng cách 3,2 km

8

[2].

Trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất (1914-1918), nước Đức đã bắt đầu

chế tạo tàu ngầm, từ đó các ứng dụng kỹ thuật thủy âm trong lĩnh vực quân sự

bắt đầu phát triển. Trong thời gian này các nhà kỹ thuật ở Pháp, Anh, Hoa Kỳ

cũng phát triển ứng dụng kỹ thuật thủy âm trong quân sự và đã đạt được những

thành tựu quan trọng, trong đó phải kể đến Paul Langevin (Pháp), Robert W.

Boyle (Anh) và Harvey Hayes (Hoa Kỳ). Năm 1919, H. Lichte (Đức) đã khái

quát được mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ, độ muối và áp suất tĩnh đến vận tốc lan

truyền sóng âm trong nước.

Dựa trên những nghiên cứu và kỹ thuật đạt được trước đó, trong khoảng thời

gian sau Chiến tranh Thế giới thứ I đến Chiến tranh Thế giới thứ II, người ta vẫn

tiếp tục phát triển ứng dụng kỹ thuật thủy âm trong chế tạo thiết bị thủy âm phục vụ

quân sự và dân sự.

Những năm tiếp theo, kỹ thuật dò thủy âm đã phát triển khá mạnh nhờ sự

phát triển của các kỹ thuật khác như sự ra đời của đồng hồ thạch anh (1927), vật

liệu từ giảo, đầu phát biến áp điện, đầu phát biến điện giảo vv.. Kỹ thuật dò thủy âm

(sonar) được chia thành hai nguyên lý là kỹ thuật (sonar) chủ động và (sonar) thụ

động. Trong kỹ thuật chủ động, người ta tạo tín hiệu âm phát đi và thu tín hiệu phản

hồi từ đó xác định được khoảng cách và phương hướng tới đối tượng phản xạ, còn

trong kỹ thuật thụ động người ta chỉ thu tín hiệu tới từ nguồn phát nào đó.

Trong những năm 1970 hệ thống đo sâu đơn tia chính xác (singlebeam

echosounder) và hệ thống dò thuỷ âm quét sườn (Side-Scan Sonar) được chế tạo.

Những năm 1980 người ta đã chế tạo ra máy đo sâu hồi âm 2 tần số.

Năm 1984 người ta đã chế tạo được máy đo sâu hồi âm đa tia (multibeam

echosounder). Năm 1995 người ta đã sản xuất ra hệ thống đo sâu chùm tia cho vùng

nước nông. Từ năm 2000 trở lại đây, xu hướng tích hợp công nghệ cảm biến

(sensor) với các thiết bị đo đạc khác được phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, nhờ ứng

dụng thành tựu của tin học và kỹ thuật số, các thiết bị thủy âm không ngừng hoàn

thiện về độ chính xác, về kích thước và tính tiện dụng trong thực tế.

9

Sự phát triển của đo đạc địa hình dưới nước có liên quan chặt chẽ với việc

hoàn thiện không ngừng của phương pháp đo sâu. Trước khi máy đo sâu hồi âm ra

đời, việc đo vẽ địa hình dưới nước chỉ dựa vào quả dọi, chì đo sâu, thước đo sâu.

Phương pháp đo sâu thủ công này không những độ chính xác rất thấp, tốn công sức

và thời gian mà còn cho hiệu suất không cao vì chỉ có thể đo sâu từng điểm khi tàu

đứng yên. Mặt khác, độ sâu đo được lại bị hạn chế nên không thể tiến hành đo vẽ

địa hình dưới nước và nghiên cứu sự phát triển của hải dương.

Công tác thủy đạc hiện đại sử dụng nhiều loại thiết bị và phần mềm kết nối

với nhau. Các thiết bị này có thể được lắp đặt trên nhiều loại tàu, thuyền và các

phương tiện không người lái dưới mặt nước UUVs (Unmanned Underwater

Vehicles) như AUVs (Autonomous underwater vehicles - robot ngầm tự hành) hay

ROVs (Remotely operated underwater vehicles - robot ngầm điều khiển từ xa) hoặc

trên các tàu lớn và có thể bao gồm các máy quét sườn, máy đo sâu sóng âm đơn tia

hay đa tia. Thêm vào đó, các hệ thống đo sâu sử dụng sóng âm giao thoa

(Interferometric sonar systems) có khả năng thu được các dải quét rộng ở các vùng

nước nông. Các tiến bộ của công nghệ dò bằng sóng âm (sonar - Sound Navigation

and Ranging) độ mở tổng hợp (synthetic aperture) sẽ cho phép thu nhận được nhiều

thông tin hơn về môi trường biển và được lập bản đồ. Công nghệ này có khả năng

tạo ra các bộ dữ liệu có độ phân giải cao hơn, mở ra các ứng dụng mới của dữ liệu

sonar như giám sát chuyển động của các luồng cá và các quần thể sinh vật [2].

Hiện nay công tác thủy đạc (đặc biệt tại các vùng nước nông - dưới 50m và

trong) ngày càng được thực hiện nhiều bằng công nghệ đo sâu bằng sóng laser từ

máy bay (Airborne Lidar Bathymetry - ALB). Ưu điểm nổi bật của công nghệ

LIDAR là cho phép đo nhanh và với độ chính xác cao nhờ sử dụng các kỹ thuật

laser hiện đại. Sự khác biệt rõ rệt nhất là công nghệ đo sâu bằng sóng âm là tối ưu ở

các vùng nước sâu trong khi công nghệ ALB tỏ ra có hiệu quả và an toàn hơn tại

các vùng nước với độ sâu không vượt quá 50 m với điều kiện là nước phải tương

đối trong. Một ưu điểm nữa của công nghệ ALB là ngoài độ sâu còn đo được cả độ

cao của vùng đất ven bờ biển, cho phép thu được khối dữ liệu liên tục độ cao (trên

10

đất liền) - độ sâu (dưới biển).

1.1.2. Các nghiên cứu ngoài nước về vận tốc âm và sự biến đổi vận tốc âm

Năm 1950 đã công bố tài liệu Địa chất biển của Giáo sư địa chất Ph. Kuenen

trường đại học Groningen Hà Lan [26]. Trong tài liệu này đã đề cập tới các đặc tính

của nước biển như độ mặn, nhiệt độ, mật độ vật chất trong nước. Đã có các nghiên

cứu về sự phân bố của các đặc tính trên tại các vùng như biển Baltic, biển Địa

Trung Hải, biển Đen, Hình 1.1 biểu thị các giá trị nhiệt độ độ mặn theo độ sâu tại

khu vực biển nói trên.

Hình 1.1 Mặt cắt theo độ sâu tại các lưu vực của nhiệt độ, độ mặn, mật độ và

oxy hòa tan tại biển Baltic, biển Địa Trung Hải, biển Đen [26].

Ph. Kuenen đã đưa ra mối quan hệ giữa lượng mưa, lượng nước bay hơi, độ

mặn của nước biển tại vĩ độ 40o N và 50oS, mối tương quan giữa lượng mưa, lượng

nước bay hơi, độ mặn được thể hiện trên Hình 1.2. Tại thời điểm này, các nghiên

cứu ban đầu đã đánh giá sự biến đổi vận tốc âm dựa trên các biến đổi theo thời gian,

theo vị trí và theo sự biến đổi của thời tiết nhưng chưa có điều kiện đi sâu nghiên

cứu về vận tốc âm với các thiết bị thủy âm.

11

Hình 1.2. Phân bố sự bốc hơi và lượng mưa từ vĩ độ 40o N đến 50o S trên biển, [26].

Trong tài liệu [23] đã đánh giá sự khác biệt giữa nước ngọt và nước biển, mật

độ của nước biển, độ dẫn nhiệt, sự gây nhiễu, màu sắc và độ trong suốt của nước

biển. Trong đó cũng đánh giá sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian, theo sự tiếp

xúc với Mặt trời, theo sự thay đổi giữa ban ngày và ban đêm.

Cũng trong tài liệu [23] đã đưa ra được cách tính vận tốc âm theo phương

ngang. Các lý thuyết, các đặc trưng của chuyển động trong môi trường nước biển đã

được đưa ra sơ bộ trong tài liệu này. Đã có các nghiên cứu chuyên sâu, phạm vi

nghiên cứu rộng do một phần là chỉ chuyên sâu về vật lý biển và thiết bị công nghệ

thời này chưa phát triển nên chỉ nghiên cứu tổng thể, không đi sâu về vận tốc âm.

Năm 1960, Wayne D Wilson đã đưa công thức thực nghiệm tính vận tốc âm,

đến năm 1990 ông công bố bài báo “Equation for the speed of sound in Sea Water”

[31], xây dựng công thức thực nghiệm tính vận tốc âm và được trình bày chi tiết

trong tài liệu [31]. Tuy nhiên, công thức này chỉ được sử dụng tại khu vực nước sâu

và có độ mặn trung bình không phù hợp với khu vực Việt Nam. Đây là công thức

thực nghiệm đầu tiên để tính toán giá trị vận tốc âm, làm cơ sở tính toán cho các

thiết bị xác định vận tốc âm sau này.

Vào năm 1974, VA Del Grosso đưa ra trong “New equation for the speed of

sound in natural waters (with comparisons to other equations)” [21] công thức xác

định giá trị vận tốc âm và xem hàm của vận tốc âm là hàm của độ mặn, áp suất,

12

nhiệt độ. Trong công thức đó, các hệ số đặc trưng được sử dụng để tính toán thực

nghiệm các giá trị vận tốc âm theo từng khoảng nhiệt độ, độ mặn, áp suất. Tác giả

đã tính ra hệ số với từng khoảng chia khác nhau, tính giá trị vận tốc âm trong môi

trường nước ngọt, môi trường nước biển với kết quả thể hiện trong tài liệu [21].

Công thức của tác giả sử dụng tại vùng nước có biến thiên độ sâu lớn từ 0 đến

11000 m không phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.

Năm 1975, Medwin đã đưa ra công thức tính gần đúng giá trị vận tốc âm

trong “Fundamentals of Acoustical Oceanography” [22] và công thức này áp dụng

cho độ sâu đến 1000m. Với điều kiện như ở Việt Nam phần lớn độ sâu nhỏ hơn

1000 m nên việc sử dụng công thức của Medwin trong công tác kiểm nghiệm thiết

bị xác định vận tốc âm là hợp lý. Công thức Medwin đang được áp dụng trong tài

liệu [16].

Năm 1977, Chen và Millero đã đưa ra công thức tính giá trị vận tốc âm trong

bài báo “Speed of sound in seawater at high pressures” [29] công thức được trình

bày chi tiết trong tài liệu [29]. Công thức Chen và Millero thường được áp dụng cho

các vùng biển có độ sâu lớn (áp suất lớn), được áp dụng trong một số thiết bị xác

định vận tốc âm với độ sâu lớn thường là các thiết bị vận tốc âm chuyên dùng cho

nghiên cứu đại dương thế giới.

Năm 1981, Mackenzie đã đưa ra công thức tính vận tốc âm trong bài báo “Nine-

term equation for the sound speed in the oceans” [27], công thức được sử dụng cho

trường hợp nhiệt độ từ 2 đến 30oC, độ mặn từ 25 đến 40 ppt, độ sâu từ 0 đến 8000m

được dùng chung cho các vùng biển có độ sâu biến đổi lớn.

Cũng trong năm 1981, A.B.Coppens đưa ra một cách tính giá trị vận tốc âm

khác và công thức của A.B.Coppens được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0 đến

35oC, độ mặn từ 0 đến 45 ppt, độ sâu đến 0 đến 4km, là các vùng biển có độ sâu

trung bình [20].

Các công thức của các tác giả trên là các công thức thực nghiệm tính giá trị

vận tốc âm tại các vùng biển khác nhau tùy thuộc từng điều kiện. Dựa vào các công

thức thực nghiệm này các nhà nghiên cứu đã ứng dụng trong việc sản xuất các thiết

13

bị xác định vận tốc âm. Các vấn đề vận tốc âm của từng khu vực cũng dựa trên các

công thức thực nghiệm để đánh giá, sau đó so sánh với thiết bị xác định vận tốc âm.

Các nghiên cứu sau này đều ứng dụng và dựa trên các công thức thực nghiệm đã

nêu trong các tài liệu từ [19, 20, 21, 25, 27, 29, 32].

Trong tạp chí hiệp hội âm học Hoa Kỳ (The Journal of the Acoustical

Society of America) bắt đầu từ năm 1929 đến nay đã có nhiều đóng góp trong lĩnh

vực nghiên cứu về vận tốc âm trong môi trường nước biển. Các tác giả nghiên cứu

nhiều khía cạnh về ảnh hưởng của vận tốc âm tới kết quả khảo sát như năng lượng

âm suy giảm trong các điều kiện nước nông, sâu. Vận tốc âm thay đổi theo thời

gian, theo vị trí địa lý ảnh hưởng tới kết quả khảo sát bằng thiết bị thủy âm, tuy nhiên

chi tiết cho vùng biển Việt Nam chưa được nghiên cứu.

Tiếp theo đó là các tài liệu sách ứng dụng âm học dưới nước (Applied

Underwater Acoustics) xuất bản năm 2017 của các tác giả Thomas H. Neighbors III

và David Bradley [19] đã giới thiệu về quá trình phát triển của công nghệ thủy âm,

ảnh hưởng của vận tốc âm tác giả đề cập tới từ năm 1946, đã nói tới thay đổi của

vận tốc âm theo mùa, theo độ sâu. Trong tài liệu đã viết về ứng dụng của công nghệ

âm học trong môi trường nước như định vị thủy âm, kết nối trong môi trường nước,

ảnh hưởng độ ồn tới kết quả khảo sát, ứng dụng trong việc xác định đàn cá và chưa

nghiên cứu cho khu vực Việt Nam.

Các nghiên cứu của nước ngoài về vận tốc âm khá chi tiết và đầy đủ về mọi

mặt, cả ứng dụng trong công nghệ thủy âm. Ảnh hưởng của vận tốc âm tới kết quả

khảo sát khi sử dụng thiết bị thủy âm cũng được đánh giá và cho ra kết quả với từng

vùng riêng biệt. Nhưng sự biến đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ thì chưa có

tài liệu nào nghiên cứu, có chăng chỉ nghiên cứu vùng Biển Đông tại các khu vực

nước có độ sâu lớn hay nghiên cứu tổng quan cả vùng biển Việt Nam.

1.2. Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam về vận tốc âm và sự biến

đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển.

Vấn đề nghiên cứu biển tại Việt Nam đã được bắt đầu thực hiện từ khá lâu,

theo bài viết về nghiên cứu biển [32], từ những năm 1920 đã có tàu nghiên cứu của

14

Pháp bắt đầu nghiên cứu vùng biển Việt Nam. Tiếp theo đó, Việt Nam phối hợp với

các nước như Việt Nam - Trung Quốc (1959 - 1962), Việt Nam - Liên Xô (1960 -

1961) rút ra nhiều kết luận có giá trị về trữ lượng cá biển khơi và những vấn đề về

địa chất - địa vật lý thềm lục địa, v.v. Giai đoạn này các vấn đề nghiên cứu nhằm

mục đích phát triển ngư nghiệp, chủ yếu nghiên cứu về trữ lượng cá và một phần về

vật lý biển, địa chất biển.

Đến những năm đầu của thập kỷ 90, Việt Nam bắt đầu nghiên cứu và triển

khai công nghệ khảo sát đo đạc địa hình đáy biển. Từ năm 1988 đến năm 1995 Bộ

Tư lệnh Hải quân đã thành lập bản đồ độ sâu với các tỷ lệ nhỏ như là tỷ lệ

1:1.000.000, 1:500.000, 1:200.000, 1:100.000 các khu vực ven biển.

Từ năm 1999 đến nay, Bộ Tài nguyên Môi trường đã triển khai đo bản đồ địa

hình tỷ lệ 1:50.000 và 1:10.000 phục vụ quản lý nhà nước. Để đảm bảo cho công tác

đo đạc, Cục Đo đạc, Bản đồ Việt Nam nay là Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa

lý Việt Nam đã đưa ra các quy định, quy phạm phục vụ cho công tác đo đạc khảo

sát bản đồ địa hình đáy biển.

Ngoài các văn bản của quản lý nhà nước, đã có các tài liệu khác cũng đã

nghiên cứu về vật lý biển như:

Cuốn tài liệu Vật lý biển của tác giả NGUT. GS. TS. Đinh Văn Ưu - PGS.

TS. Nguyễn Minh Huấn [4] đã đưa ra các khái niệm cơ bản của nhiệt động học

trong môi trường nước biển, các phương trình cơ bản thủy nhiệt động học, các vấn

đề về âm học trong môi trường nước biển. Đây là tài liệu nghiên cứu phục vụ giảng

dạy đưa ra các công thức và vấn đề của vật lý biển. Chưa đề cập tới sự biến đổi của

vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

Cuốn tài liệu Cơ sở âm học đại dương được PGS. TS. Phạm Văn Huấn biên

dịch được xuất bản tại NXB Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2003 [3]. Trong tài liệu

này vấn đề sóng âm, trường âm trong môi trường nước biển được đề cập chi tiết.

Các lý thuyết và công thức được công bố chi tiết giải thích đầy đủ để người đọc có

thể tham khảo và áp dụng. Đây là tài liệu giáo khoa về trường âm trong môi trường

nước biển và các yếu tố ảnh hưởng của môi trường nước biển tới sóng âm lan

15

truyền. Làm tài liệu tham khảo trong luận án, tài liệu đã nêu các công thức cơ bản

và nghiên cứu sinh đã sử dụng đưa vào trong luận án.

Năm 2006, tại Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển SEAMAP (Tổng cục Biển

và Hải đảo Việt Nam) đã có đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Ứng dụng máy đo

vận tốc âm trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển” của tác giả Dương Quốc

Lương [5]. Đề tài đã đánh giá được vai trò quan trọng của vận tốc âm trong công tác

khảo sát địa hình đáy biển và đã đề xuất sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm áp

dụng trong quy trình kỹ thuật đo địa hình đáy biển các tỷ lệ. Các số liệu vận tốc âm

thực tế đang được sử dụng và thực hiện lấy mẫu được thực hiện bởi Trung tâm Trắc

địa và Bản đồ biển.

Năm 2011, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã xuất bản sách chuyên

khảo về biển đảo Việt Nam với tiêu đề “Âm học biển và trường sóng âm tại khu vực

Biển Đông Việt Nam” của tác giả Phạm Văn Thục [8]. Trong đó tác giả viết rất chi

tiết về trường sóng âm, sóng âm trong môi trường nước biển tại khu vực Biển

Đông. Đã đề cập tới một số thiết bị sử dụng công nghệ sóng âm thực hiện các công

tác khảo sát phục vụ nghiên cứu. Tài liệu mang tính chất chuyên khảo và đưa ra

phạm vi nghiên cứu tổng quát tại khu vực Biển Đông, có ý nghĩa nghiên cứu và

tham khảo trong đề tài của nghiên cứu sinh.

1.2.1. Nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy âm tại Việt Nam

Thiết bị thủy âm tại Việt Nam đã được rất nhiều cơ sở đào tạo, cơ sở sản

xuất nghiên cứu ứng dụng. Trong đó, được sử dụng nhiều nhất là công nghệ đo sâu

hồi âm đơn tia, thường được dùng trong công tác khảo sát luồng lạch cửa sông, cửa

biển.

Về luận văn nghiên cứu thiết bị thủy âm tại trường Đại học Mỏ - Địa chất có

các đề tài nghiên cứu về thiết bị thủy âm như:

Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của việc xác định vận tốc âm đến kết quả

đo sâu trong quy trình đo vẽ thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở Việt Nam, Luận

văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội bảo vệ năm 2011 do ThS Vũ

Hồng Tập thực hiện [7]. Luận văn tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc

16

âm tới kết quả đo sâu hồi âm đơn tia trong việc thành lập bản đổ địa hình đáy biển

nhưng chưa nghiên cứu cho các thiết bị khác chưa nêu được các căn cứ đề xuất quy

trình lấy mẫu vận tốc âm.

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ dò thủy âm quét sườn trong công

tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở Việt Nam” do ThS Phạm Vũ Vinh Quang

thực hiện năm 2013 [6]. Trong đó tác giả đã tập trung nghiên cứu ứng dụng thiết bị

dò thủy âm quét sườn bổ sung cho công tác đo vẽ địa hình đáy biển tại Việt Nam.

Bên cạnh đó cũng đề cập tới tham số vận tốc âm trong công tác khai thác thiết bị dò

thủy âm quét sườn, không đi vào chi tiết nghiên cứu vận tốc âm.

Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển đã có các nghiên cứu ứng dụng các thiết

bị thủy âm như thiết bị đo sâu đơn tia, đa tia, thủy âm quét sườn, thiết bị đo từ, nổ

địa chấn. Với đề tài nghiên cứu cấp cơ sở “Nghiên cứu phương pháp xác định và

hiệu chỉnh độ nghiêng của đầu biến âm máy đo sâu hồi âm đơn tia trong đo đạc độ

sâu đáy biển” năm 2013 do Th.S Tăng Quốc Cương chủ trì đã được nghiệm thụ [1].

Được ứng dụng cho lắp đặt thiết bị thủy âm, không liên quan nhiều tới luận án.

1.2.2. Các nghiên cứu về vận tốc âm tại Việt Nam được công bố trên các

tạp chí chuyên ngành

Ngoài các công trình nghiên cứu dưới dạng đề tài hay sách tham khảo thì kết

quả nghiên cứu vận tốc âm cũng được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành hay

các báo cáo khoa học chuyên ngành như tuyển tập báo cáo Hội nghị Quốc gia về

Biển Đông năm 2007 [10]. Trong tài liệu [10] tác giả đã đánh giá cấu trúc và đặc

điểm phân bố của vận tốc âm tại khu vực Biển Đông Việt Nam và đã phân tích vận

tốc âm theo các mùa, các thời điểm khí hậu đặc trưng, độ sâu đặc trưng cho khu vực

Biển Đông nhưng chưa chi tiết cho khu vực Vịnh Bắc Bộ.

Trong chương trình Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công nghệ biển

(KC.09) [11] đã phân tích các điều kiện khí hậu, tự nhiên của khu vực Vịnh Bắc Bộ.

Trong đó đã phân tích về điều kiện nhiệt độ, lượng mưa, độ mặn trong khu vực

Vịnh Bắc Bộ, đã trình bày kết quả đã đánh giá theo mùa và tại một số trạm cố định.

Các yếu tố nhiệt độ, độ mặn là một phần trong yếu tố ảnh hưởng tới việc xác định

17

vận tốc âm nhưng vẫn chưa có đánh giá chung về các tham số của vận tốc âm nếu

ước tính theo công thức thực nghiệm.

Trong dự án “Thăm dò, khai thác nguồn lợi hải sản phục vụ nghề cá xa bờ”

đã có báo cáo “Kết quả nghiên cứu chế độ nhịêt, mặn vùng biển khơi Vịnh Bắc Bộ”

năm 1999 [9]. Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu các đại lượng nhiệt độ, độ mặn của

khu vực Vịnh Bắc Bộ với 17 trạm quan trắc trong thời gian 2 tháng là tháng

12/1998 và tháng 6/1999. Trong kết quả đó chưa phản ánh được sự thay đổi nhiệt

độ và độ mặn trong Vịnh Bắc Bộ vì chỉ quan trắc được 02 tháng. Tài liệu dùng để

tham khảo công tác xác định vận tốc âm theo công thức thực nghiệm.

Các đề tài thuộc dự án “Xây dựng cơ sở dữ liệu biển Quốc gia” từ năm 2001

-2002 [39] đã công bố các tham số đặc trưng về nhiệt độ, độ mặn của vùng biển

Việt Nam và đã xây dựng thành cơ sở dữ liệu VODC 3.1. Các tham số này dùng để

tính toán thực nghiệm vận tốc âm tại các vị trí quan trắc và không công bố rộng rãi.

1.2.3. Các nghiên cứu về biến đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

Nghiên cứu riêng về vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ hiện nay chưa có

nghiên cứu chi tiết, cụ thể. Về các yếu tố địa vật lý biển như nhiệt độ và độ mặn độ

sâu được nghiên cứu phục vụ các mục đích khác cũng đã có nghiên cứu như tác giả

Mai Thanh Tân với sách chuyên khảo Biển Đông tập I: Khái quát về Biển Đông

được Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam xuất bản. Nghiên cứu sự biến đổi về

vận tốc âm phục vụ công tác khảo sát thủy âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ vẫn chưa

được nghiên cứu cụ thể.

1.3. Kết luận chương 1

- Từ các nghiên cứu và các tài liệu tham khảo trong nước và ngoài nước như

đã trình bày ở trên nghiên cứu sinh nhận thấy nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc

âm theo không gian và thời gian tại khu vực Vịnh Bắc Bộ chưa được nghiên cứu chi

tiết. Nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm tại Vịnh Bắc Bộ để phục vụ sử dụng

các hiệu quả các thiết bị thủy âm nói riêng và phục vụ công tác nghiên cứu biển nói

chung là cần thiết. Sự biến đổi của vận tốc âm trong môi trường biển tại khu vực

Vịnh Bắc Bộ phản ánh nhiều yếu tố thay đổi của môi trường, của dòng chảy, của

18

địa hình.

- Về phương pháp luận, nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm tại khu vực

Vịnh Bắc Bộ làm tiền đề để nghiên cứu sự biến đổi vận tốc âm trong toàn bộ khu

vực biển Việt Nam. Trên cơ sở đó có thể đưa ra quy trình lấy mẫu vận tốc âm hợp

lý nhằm khai thác hiệu quả thiết bị thủy âm theo từng vùng.

- Trong luận án, nghiên cứu sinh sẽ phân tích quy luận biến đổi vận tốc âm

theo vị trí địa lý và theo thời gian tại khu vực Vịnh Bắc Bộ để đưa ra được các nhận

xét, đánh giá về sự biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển với các khảo sát

theo phương kinh tuyến, vỹ tuyến và theo mùa. Từ đó đề xuất được Quy trình lấy

mẫu vận tốc âm phù hợp.

19

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM, PHƯƠNG

PHÁP XÁC ĐỊNH VẬN TỐC ÂM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN

2.1. Khái quát về thủy âm học

Thủy âm học là môn học thuộc lĩnh vực vật lý, trong đó nghiên cứu về sự lan

truyền của âm thanh trong môi trường nước, sóng âm trong môi trường nước là hiện

tượng vật lý khá phức tạp, đặc biệt là môi trường nước biển. Do môi trường nước

biển không đồng nhất và có sự biến đổi rất lớn ở các vị trí khác nhau, độ sâu khác

nhau, thời điểm khác nhau nên việc xác định vận tốc âm chính xác sử dụng cho thiết

bị thủy âm khá khó khăn. Với mỗi tần số âm khác nhau mang một dạng năng lượng

khác nhau và truyền tới một độ sâu khác nhau. Tùy thuộc khu vực, mục đích cần

nghiên cứu, khảo sát người ta sẽ sử dụng các tần số âm khác nhau cho phù hợp yêu

cầu. Dưới đây là một số đặc tính cơ bản của sóng âm trong môi trường nước biển.

2.1.1. Nguồn âm, năng lượng âm và đơn vị đo

a. Nguồn âm

Bản chất của sóng âm là sự lan truyền sóng cơ học trong môi trường nước,

đó là sự tác động liên tục quá trình tiếp nhận và truyền tải năng lượng của dao động

sóng âm. Hiện tượng sóng âm phổ biến nhất là sóng dọc, khi sóng âm truyền qua

môi trường các phân tử nước rung động trong môi trường tạo ra mật độ và áp suất

thay đổi dọc theo hướng chuyển động của sóng. Sự thay đổi áp suất được hiểu như

sóng âm hoặc thừa áp, thừa áp Pe được định nghĩa như sau theo tài liệu [24]:

Pe = P - P0 (2.1)

Trong đó:

P là áp suất tức thời.

P0 là áp lực thủy tĩnh, hay nói cách khác là áp lực không có sự thay đổi.

Pe là thừa áp.

Do áp suất lớn, các hạt trong môi trường sẽ bắt đầu di chuyển, kết quả là

khoảng cách giữa các phân tử thay đổi giống như một hàm của thời gian và vị trí.

Lực nén ký hiệu là s, s được biểu diễn bằng 1/Pa, nó là thể tích căng trên một đơn vị

20

và được biểu diễn như sau:

0/

e

v vs

p

(2.2)

Trong công thức (2.2)

s là lực nén

Δυ = v- vo

vo là vận tốc âm ban đầu

v là vận tốc âm tại thời điểm xét

Khi Δυ thay đổi trong thể tích ban đầu và pe được chấp nhận, nếu s là hằng

số thì có thể hiểu như định luật Hooke. Sự phản hồi của lực nén được hiểu như hệ

số tải trọng k. Đối với biên độ sóng âm nhỏ, xem xét ở đây lực nén và hệ số tải

trọng có thể được coi là hằng số.

Từ khi có nhiễu cục bộ, môi trường không thể ngay lập tức truyền tín hiệu,

sự lan truyền của sóng âm thanh xảy ra cùng một lúc với sự xáo trộn tương ứng với

vận tốc âm v. Vận tốc âm thanh phụ thuộc vào hệ số tải trọng k và mật độ ρo trung

bình được tính như sau:

0 0/ 1/ (s )v k (2.3)

Với môi trường nước giá trị k=2.2x10-9 Pa và Po = 1000kg/m3, vận tốc âm

trong môi trường nước xấp xỉ bằng 1480 m/s, vận tốc âm trong sắt là khoảng 5050

m/s và trong không khí là 330 m/s.

b. Năng lượng âm

Theo tài liệu [8] thì năng lượng âm học là dao động của hạt trong một chất

lỏng bao gồm cả động năng và thế năng. Động năng của một chuyển động được

biểu thị bởi công thức dưới đây:

20 0

1.

2K E B N L (2.4)

Với B0 là mật độ, N0 là thể tích nguyên tố ở trạng thái cân bằng, L là vận tốc

hạt thế năng của thể tích nguyên tố, N là công trong quá trình thể tích biến đổi từ

trạng thái cân bằng sang trạng thái nén.

21

Thế năng của một đơn vị thể tích được biểu diễn bởi:

20 0 0

1.

2P E N x d N x (2.5)

Hay 2

0.2

N BP E

x (2.6)

Với x là modul toàn khối và là sự giãn nở thể tích thay đổi đi một đơn vị

thể tích.

Mật độ năng lượng (W) là tổng của năng lượng trong một đơn vị thể tích hay

tổng của động năng và thế năng:

22 0

0 0

1(W)

2 2

N PB N v

x (2.7)

Đối với một sóng phẳng thì động năng và thế năng của 1 thể tích nguyên tố

nhỏ là bằng nhau, do đó:

2

2(W)

P

Bv (2.8)

Với P là áp suất tại điểm khảo sát và v là vận tốc âm tại điểm khảo sát.

c. Đơn vị đo trong sóng âm.

Theo tài liệu [8], các đơn vị đo trong sóng âm thì đại lượng chủ yếu ghi được

trực tiếp là áp suất âm học, đó là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích.

Trong hệ đơn vị quốc tế SI, đơn vị xuất phát để mô tả các quá trình cơ học là mét,

kilogram, và sec. Đơn vị lực trong hệ SI là Newton truyền cho một khối lượng 1kg

một gia tốc là 1m/s2, áp suất sóng âm được thể hiện là Pascal (Pa), 1 Pascal là áp lực

gây nên bởi 1 lực N phân bố đều trên một diện tích bề mặt là 1m2. Trong các quá

trình vật lý truyền sóng âm hệ SI thì áp suất được biểu thị bằng dyn trên centimet

vuông (dyn/cm2). Giữa các đơn vị trong hệ SI và GGS có sự liên hệ sau:

1Pa=10dyn/cm2 (2.9)

Áp suất tĩnh trong lý thuyết về âm học ngoài Pa người ta còn sử dụng

kiloPascal (kPa), áp lực khí quyển vào khoảng 105Pa. Ngoài ra để biểu diễn áp lực

không khí người ta còn sử dụng đơn vị đặc biệt là atmosphere (atm) và milimet thủy

ngân (mmHg) tức là 1atm = 760 mmHg 101kPa =1.01.106 dyn/cm2.

22

Khi nhúng vào trong nước một vật tại các độ sâu 10m thì áp lực tăng lên

khoảng 100kPa, áp suất tĩnh tại độ sâu 5km trong môi trường nước biển vào khoảng

50mega Pa (50 MPa = 5.107 Pa).

Năng lượng trường sóng âm là một yếu tố quan trọng, sau đó là tổng động

năng của hạt dao động với thế năng của biến dạng đàn hồi. Trong hệ SI năng lượng

được đo bằng Jun, 1Jun là công của một lực Newton trên quãng đường 1m.

Trong hệ GGS năng lượng được đo bằng erg (1 erg bằng công thức thực

nghiệm thực hiện bởi 1 lực là 1dyn bị dịch chuyển trên quãng đường 1cm). Ta có sự

liên hệ 1J=10-7 erg. Đơn vị công suất tương ứng trong hệ SI là Wat (1W=1J/s) còn

trong hệ GGS là erg/s, sự liên hệ giữa chúng là

1W = 107 erg/s (2.10)

Năng lượng sóng âm từ nguồn vào môi trường sau đó truyền đi dưới dạng

sóng âm. Năng lượng chứa trong một đơn vị thể tích của môi trường được gọi là

mật độ năng lượng của sóng âm và năng lượng này được truyền dọc theo tia sóng

âm. Số lượng năng lượng sóng âm trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện

tích vuông góc với phương truyền nghĩa là mật độ của dòng năng lượng sóng âm

được gọi là cường độ sóng âm và cũng là một loại đơn vị quan trọng được dùng

trong âm học.

Người ta định nghĩa mức cường độ âm L là lôgarít thập phân của tỉ số :

L(B) = lg( ) (2.11)

Đơn vị mức cường độ âm là Ben (ký hiệu: B). Như vậy mức cường độ âm

bằng 1, 2, 3, 4 B... điều đó có nghĩa là cường độ âm I lớn gấp 10, 102, 103, 104...

cường độ âm chuẩn I0.

Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (ký hiệu: dB), bằng 1/10

ben. Số đo L bằng đêxiben lớn gấp 10 số đo bằng ben

L(dB) = 10lg( ) (2.12)

Khi L= 1 dB, thì I lớn gấp 1.26 lần I0. Đó là mức cường độ âm nhỏ nhất mà

tai ta có thể phân biệt được. Mức cường độ âm chuẩn I0 = 10-12W/m2.

23

2.1.2. Tần số âm và độ rộng băng tần

a. Tần số âm:

Các tần số âm thanh là những tham số để xác định phạm vi và những vùng

mà âm thanh có thể đi qua. Sự suy giảm của tín hiệu âm trong nước tỷ lệ thuận

với tần số, tần số càng cao thì sự suy giảm càng nhanh tức là đo được khoảng

cách nông ngược lại tần số càng thấp thì càng đi xuống được sâu dưới đáy biển.

Độ rộng chùm phụ thuộc vào độ dài sóng âm thanh và kích thước của bộ

phát biến. Đối với cùng một độ rộng chùm tia tần số thấp hơn sẽ đòi hỏi phải có bộ

chuyển đổi lớn hơn.

Tần số theo độ sâu thể hiện như sau:

• Vùng nước nông hơn 100 mét: tần số cao hơn 200 kHz.

• Vùng nước nông hơn 1500 mét: tần số 50 - 200 kHz.

• Vùng nước sâu hơn 1500 mét: tần số 12 - 50 kHz.

• Các tần số cho độ sâu bề mặt đáy biển là dưới 8 kHz.

b. Độ rộng băng tần:

Hình 2.1. Độ rộng băng tần của bộ phát biến

Lấy f0 là tần số của truyền tải điện tối đa (cộng hưởng tần số) và f1 và f2 là

tần số tương ứng với một nửa cường độ tín hiệu, độ rộng băng tần là khoảng tần số

giữa các tần số (Hình 2.1), tức là: W = f2 - f1

Hệ số chất lượng của bộ phát biến Q được tính bởi:

0f

WQ (2.13)

24

Từ các định nghĩa trên có thể thấy rằng Q và W có sự thay đổi tỷ lệ nghịch

do đó, để tối ưu hóa truyền tải năng lượng, các bộ chuyển đổi nên chuyển gần với

tần số cộng hưởng và cần có độ rộng băng tần nhỏ, tức là một giá trị hệ số chất

lượng cao.

Trong quá trình tiếp nhận Q là cần thiết để có sự phản hồi tốt phân biệt từ

mọi tín hiệu khác, mặc dù Q cũng phải được xác định trong dải tần số, độ rộng băng

tần bộ phát biến phải thoả mãn W ≥ 1/ với là khoảng thời gian của xung.

c. Chiều dài xung

Độ dài xung xác định năng lượng truyền vào trong nước, với cùng một

cường độ thì xung càng dài thì cần nhiều năng lượng hơn để đi sâu vào trong nước

và để đi qua một khoảng cách lớn có thể thực hiện được với hệ thống dò tín hiệu

âm. Hình 2.2 biểu thị độ phân giải của chiều dài xung.

Hình 2.2. Độ phân giải của chiều dài xung

Để tận dụng lợi thế của bộ chuyển đổi tần số cộng hưởng, thời gian xung nên

có ít nhất một nửa chu kỳ tự nhiên. Hạn chế của xung dài là giảm độ tin cậy của hai

bên rìa xung.

2.1.3. Lan truyền sóng âm và các hiệu ứng vật lý của sóng âm

a. Lan truyền sóng âm trong nước

Tùy theo điều kiện địa hình và sự thay đổi về mặt vật lý của nước biển tại

các thời điểm khác nhau có thể có các sóng âm theo các phương khác nhau, nhưng

đặc trưng nhất là sóng dọc và sóng ngang. Dựa vào sự lan truyền sóng âm trong môi

25

trường nước và sự phản xạ của sóng âm người ta đã chế tạo ra các thiết bị khảo sát

thủy âm với mục đích nghiên cứu đáy biển và các điều kiện tự nhiên liên quan tới

biển.

b. Khúc xạ và phản xạ sóng âm

Khúc xạ là hiện tượng trong đó hướng truyền của sóng âm thanh thay đổi do

thay đổi vận tốc âm lan truyền trong môi trường hoặc giống như năng lượng đi qua

một bề mặt chung, đại diện cho tính không liên tục của vận tốc âm giữa hai bề mặt

liền kề nhau. Hệ số khúc xạ được biểu diễn theo công thức:

1

2 2 1 1

2 2 1 1RP v v

RP v v

(2.14)

Hình 2.3. Nguyên lý khúc xạ tia âm thanh

Theo định luật Snell và xem xét hai thiết bị có vận tốc âm khác nhau v1, v2.

Nếu v1 lớn hơn v2 hướng chuyền của sóng âm sẽ thay đổi, góc chuyền sẽ nhỏ hơn so

với góc tới. Ngược lại nếu v1 nhỏ hơn v2 góc chuyền của âm thanh sẽ thay đổi và

khi đó góc tới sẽ nhỏ hơn góc chuyền.

Đối với tỷ lệ bình thường và đáy biển mềm, hệ số khúc xạ theo áp suất ký

hiệu là R tính được theo công thức (2.3) [25] chính là tỷ lệ áp lực biên độ của sóng

phản xạ bởi các áp lực biên độ của sóng tới.

Đối với điều kiện chung, tỷ lệ của cường độ âm thanh phản xạ và truyền qua

phụ thuộc chủ yếu vào:

- Tương phản giữa trở kháng âm của các thiết bị.

- Địa hình đáy biển.

26

- Tần số âm.

Những đặc trưng của một máy dò bằng tiếng dội phản xạ được xác định bởi

những bộ chuyển đổi, tức là tính định hướng, chùm tia, chiều rộng, sự điều khiển

chùm tia và cường độ tại cạnh biên.

2.1.4 Hấp thụ, tán xạ và sự suy yếu sóng âm

Sự suy giảm là sự mất năng lượng của một làn sóng âm truyền trong môi

trường nước và bị hấp thụ, lan tỏa theo hình cầu và bị tán xạ bởi các phần tử trong

cột nước.

Sự hấp thụ là kết quả của phân ly và kết hợp của một số phần tử trong cột

nước ví dụ như magiê sunphát (MgSO4) là nguồn hấp thụ chính trong nước biển.

Tỷ lệ hấp thụ phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học cuả nước biển và trên các

tần số âm thanh được truyền đi. Từ Hình 2.4 ta thấy ở trên tần số 100KHz các hệ số

hấp thụ tăng với sự gia tăng của nhiệt độ do đó nó có thể có nhiều hướng âm thanh

thay đổi theo nhiệt độ của nước.

Hình 2.4. Hệ số hấp thụ của sóng âm theo nhiệt độ và tần số

Sự lan tỏa hình cầu phụ thuộc vào cấu trúc hình học, với một góc khối năng

lượng âm truyền qua một diện tích lớn khi khoảng cách từ nguồn âm tăng. Cả hai

đều bị tổn thất do sự hấp thụ và lan tỏa hình cầu được tính đến trong phương trình

của truyền âm theo công thức 2.15:

EE = SL - 2 TL - (NL-DI) + BS - DT (2.15)

Trong đó:

27

EE (Echo Excess) là số dư âm thanh;

SL (Source level) là mức nguồn âm;

TL (Transmission loss) là tổn thất do truyền âm thanh trong môi

trường nước;

NL (Noise level) là mức độ nhiễu âm thanh trong môi trường nước;

DI (Directivity index) là chỉ số hướng của âm thanh trong môi trường

nước;

BS (Bottom backscattering strength) là cường độ của tán xạ đáy biển;

DT (Detection threshold) là ngưỡng tách sóng.

Tuy nhiên sự tổn thất từ sự tán xạ phụ thuộc vào các phân tử hoặc các đối

tượng có trong cột nước. Tán xạ chủ yếu do các sinh vật biển, là nhân tố chính trong

lớp phân tán sâu (DSL: Deep scattering layer) bao gồm lớp của sinh vật phù du có

độ sâu khác nhau theo ngày.

2.2. Vận tốc sóng âm và các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm trong

môi trường nước biển

2.2.1. Vận tốc sóng âm trong môi trường nước biển

Vận tốc lan truyền sóng âm là một đặc trưng quan trọng của môi trường biển

là hàm số của nhiệt độ (T), độ muối (S) và áp suất thủy tĩnh (P). Biểu diễn mối quan

hệ của vận tốc với các đại lượng này bằng lý thuyết khá phức tạp. Cho đến nay tồn

tại một số công thức thực nghiệm thể hiện mối liên hệ này. Tùy theo các vùng biển

có các công thức xác định vận tốc âm như công thức Willson, VA Del Grosso, Chen

và Millero, Mackenzie, Medwin A.B. Coppens. Các công thức này biểu diễn tổng

của nhiều đại lượng, mỗi đại lượng phụ thuộc riêng rẽ với T, S, P, vận tốc âm đồng

thời phụ thuộc vào cả 3 yếu tố. Các công thức thực nghiệm được miêu tả chi tiết tại

các mục dưới.

2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc sóng âm trong môi trường nước

biển

Trên thực tế nước biển và nước ngọt có tính nhớt và dẫn nhiệt khác nhau.

Trong môi trường biển thực tế luôn tồn tại các sinh vật biển, cá, sản phẩm quá trình

28

sống của chúng, các loại hạt và bọt khí. Như trên đã biết, môi trường biển là dung

dịch phân ly chứa các ion Cl-, Mg++, Na+ SO4- v.v... Ngoài ra nhiệt độ, mật độ và

độ muối nước biển luôn dao động gần giá trị trung bình tạo nên các vùng không

đồng nhất trong thể tích, hiện tượng này trong cấu trúc của nước biển sẽ gây ra sự

tắt dần của sóng âm khi lan truyền [4]. Sự suy giảm của năng lượng sóng âm tạo ra

hiện tượng hấp thụ trong môi trường nước và tán xạ do sự không đồng nhất. Mật độ

của nước biển và dẫn nhiệt cũng làm suy giảm năng lượng âm. Các chất khí cũng

gây ra tán xạ sóng âm và làm suy yếu bức xạ âm. Cơ chế hấp thụ sóng âm trong

biển, liên hệ tới mật độ, gây ra các bước nhảy về ứng lực xuất hiện khi các lớp nước

liền kề nhau dịch chuyển tương đối với nhau. Các ứng lực này tỉ lệ với gradient vận

tốc âm và hệ số mật độ nước biển ký hiệu là u1. Hệ số u1 chỉ tồn tại trong sự biến

dạng dịch chuyển nên được gọi là hệ số mật độ nước biển Stok dịch chuyển. Sự hấp

thụ do mật độ nước chiếm ưu thế trong nước ngọt. Trong biển chúng có vai trò lớn

chỉ ở trong vùng siêu âm (f ≥ 1Mhz).

Một trong các nguyên nhân của hiện tượng hấp thụ sóng âm trong biển là các

bọt khí. Lớp chứa các hạt bọt khí ở trong biển có độ sâu không vượt quá 10-15m

(trường hợp đặc biệt 25 - 30m). Khi sóng âm đi tới các hạt khí sẽ dao động và bức

xạ lại sóng âm và làm suy giảm năng lượng âm.

2.2.3. Các công thức thực nghiệm xác định vận tốc sóng âm trong môi

trường nước biển

Năm 1960, Wayne D Wilson đã công bố bài báo “Vận tốc âm trong môi

trường nước biển là một hàm của nhiệt độ, áp suất và độ mặn” (Speed of sound in

Sea Water as a Function of Temperature, Pressuare, and Salinity) và đã đưa ra được

công thức thực nghiệm tính vận tốc âm như sau:

v = 1449.22 + ∆VT + ∆ VP + ∆VS + ∆V STP (2.16)

Trong đó các giá trị được tính như sau:

∆VT = 4.6233T - 5.4585x10-2T2 + 2.882x 10-4T3 - 5.07x10-7T4

∆ VP = 1.60518x10-1P + 1.0279x10-5P2 + 3.451x10-9P3 - 3.503x10-12P4

∆VS = 1.391(S-35) - 7.8x10-2(S - 35)2

29

∆VSTP = (S - 35)(-1.197x10-2T + 2.61x10-4P - 1.96x10-7P2 - 2.09x10-6PT)

+ P(-2.796x10-4T + 1.3302x10-5T2 - 6.644x10-8T3)

+ P2(-2.391x10-7T + 9.286x10-10T2) - 1.745x10-10P3T

Với các giá trị -3< T <30oC ; 330/00 < S < 37 0/00 ; 1.33 kg/cm2 < P < 1000

kg/cm2.

Công thức (2.16) được sử dụng tại khu vực nước sâu và có độ mặn trung

bình không phù hợp với khu vực Việt Nam. Đây là công thức thực nghiệm đầu tiên

để tính toán giá trị vận tốc âm, làm cơ sở tính toán cho các thiết bị xác định vận tốc

âm.

Vào năm 1974, VA Del Grosso trong tài liệu [21] đã đưa ra công thức xác

định giá trị vận tốc âm như sau:

v(S,T,P) = V000 + vT + vS + vP + vSTP (2.17)

Trong đó: vT(T) = vT1T + vT2T2 + vT3T3

vS(S) = vS1S + vS2S2

vP(P) = vP1P + vP2P2 + vP3P3

vSTP(S, T,P) = vSTST + vTPTP + vTP2TP2 + vT3PT3P + vT2P2T2P2 +

vTP3TP3 + vST2ST2 + vSTPSTP + vS2TPS2TP + vS2P2S2P2

Với các giá trị:

T là nhiệt độ tính theo độ C (temperature in degrees Celsius).

S là độ mặn tính theo đơn vị thực tế (salinity in Practical Salinity Units).

P là áp suất tính theo đơn vị kg/cm2(pressure in kg/cm2).

Trong công thức này nhiệt độ giới hạn trong khoảng 0 - 300, độ mặn giới hạn

trong khoảng 30 - 40 phần nghìn, áp suất giới hạn 0 - 1000kg/cm2 và bảng 2.1 các

hệ số của công thức:

Bảng 2.1. Hệ số của công thức Del Grosso

Hệ số Giá trị

v000 1402.392

vT1 0.5012285E1

30

vT2 -0.551184E-1

vT3 0.221649E-3

vS1 0.1329530E1

vS2 0.1288598E-3

vP1 0.1560592

vP2 0.2449993E-4

vP3 -0.8833959E-8

vST -0.1275936E-1

vTP 0.6353509E-2

vT2P2 0.2656174E-7

vTP2 -0.1593895E-5

vTP3 0.5222483E-9

vT3P -0.4383615E-6

vS2P2 -0.1616745E-8

vST2 0.9688441E-4

vS2TP 0.4857614E-5

vSTP -0.3406824E-3

Công thức (2.17) với các hệ số đặc trưng được sử dụng để tính toán thực

nghiệm các giá trị vận tốc âm theo từng khoảng nhiệt độ, độ mặn, áp suất. Tác giả

đã tính ra hệ số với từng khoảng chia khác nhau, tính giá trị vận tốc âm trong môi

trường nước ngọt, môi trường nước biển [21].

Trong công thức (2.17) Del Grosso tính theo áp suất và đến năm 1998 theo

“Depth-pressure relationships in the oceans and seas” [30] C. C. Leroy and F

Parthiot đã đưa ra công thức tính chuyển áp suất ra độ sâu như sau:

2 1 2 4 3 7

4

49.72659 10 2.2512 10 2.279 10 1.82 10,

1.( )

092( 10) S

x P x P x P xD P

g x P

P

(2.18)

Trong đó:

31

g( ) là công thức tính giá trị trọng lực có dạng như sau:

g( ) = (9.780318 (1 + 5.2788 x 10-3 sin2 + 2.36 x 10-5 sin4 ))

D là độ sâu với đơn vị là m;

P là áp suất với đơn vị MPa (tương hỗ với áp suất khí quyển);

là vĩ độ tại điểm cần xác định độ sâu.

Theo công thức (2.18) thì giá trị độ sâu tối đa mà công thức (2.17) áp dụng

để tính vận tốc âm là khoảng gần 10.000 m.

D là độ sâu theo đơn vị m.

P là áp suất với đơn vị MPa (tương hỗ với áp suất khí quyển).

là vĩ độ tại điểm cần xác định áp suất.

Công thức (2.19) được áp dụng cho môi trường biển lý tưởng với nhiệt độ là

00C và độ mặn là 35 phần ngàn (o/oo).

Trong tài liệu [30] đã đưa ra một bảng hiệu chỉnh cần thiết cho các vùng biển

và đại dương cụ thể. Hiệu chỉnh P0D được coi là hiệu chỉnh với đại dương chung,

tính từ vĩ độ 600N và 400S không bao gồm các lưu vực và vùng biển khép kín.

Năm 1975, Medwin đã đưa ra công thức tính gần đúng giá trị vận tốc âm

trong tài liệu [22] và công thức này áp dụng cho độ sâu đến 1000m.

2 3 1449.2 4.6 – 0.055 0.00029 1.34 0.010 35 0.016 v T T T T S D (2.20)

P(D, ) = h(D, ) - P0D (2.19)

Trong đó:

h(D, ) = P(D,45) x k(D, )

P(D,45) = 1.00818 x 10-2 D + 2.465 x 10-8D2 - 1.25 x 10-13D3 + 2.8 x 10-19D4

g( ) = 9.7803(1 + 5.3 x 10-3 sin2 )

32

Công thức này áp dụng với 0 ≤ T ≤350C; 0 ≤ S ≤ 45 ppt; 0 ≤ D ≤ 1000 m.

Các giá trị T, S, D phải được xác định một cách chính xác.

Bảng 2.2 dưới cho thấy ảnh hưởng của việc xác định các giá trị T, S, D.

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ mặn, độ sâu tới xác định giá trị vận tốc âm

Các sai số trong phép đo Medwin (m/s)

Trong điều kiện bình thường* 1449.36

Sai số nhiệt độ 0.1oC 0.46

Sai số nhiệt độ 1.0oC 4.55

Sai số độ mặn 0.1 ppt 0.14

Sai số độ mặn 1.0 ppt 1.34

Sai số độ sâu 0.5 m 0.01

Sai số độ sâu 1.0 m 0.02

* Điều kiện lý tưởng T = 0oC S = 35 0/oo.

Với điều kiện vùng biển Việt Nam phần lớn độ sâu tối nhỏ hơn 1000 m nên

việc sử dụng công thức (2.20) trong công tác kiểm nghiệm thiết bị xác định vận tốc

âm là hợp lý. Công thức (2.20) đang được áp dụng trong tài liệu [17].

Năm 1977, Chen và Millero đã đưa ra công thức tính giá trị vận tốc âm trong

tài liệu [29] thường được gọi là thuật toán UNESCO, công thức có dạng:

v(S, T,P) = vw(T,P) + A(T,P)S + B(T,P)S3/2 + D(T,P)S2 (2.21)

Trong đó:

vw(T,P) = (v00 + v01T + v02T2 + v03T3 + v04T4 + v05T5) +

(v10 + v11T + v12T2 + v13T3 + v14T4)P +

(v20 +v21T +v22T2 + v23T3 + v24T4)P2 +

(v30 + v31T + v32T2)P3

A(T,P) = (A00 + A01T + A02T2 + A03T3 + A04T4) +

33

(A10 + A11T + A12T2 + A13T3 + A14T4)P +

(A20 + A21T + A22T2 + A23T3)P2 +

(A30 + A31T + A32T2)P3

B(T,P) = B00 + B01T + (B10 + B11T)P

D(T,P) = D00 + D10P

Với:

T là nhiệt độ tính theo độ C.

S là độ mặn tính theo độ mặn thực tế (phần nghìn).

P là áp suất tính theo đơn vị bar.

Với giá trị của nhiệt độ nằm trong khoảng 0 đến 40oC, độ mặn nằm trong

khoảng 0 đến 40 phần nghìn, áp suất nằm trong khoảng 0 đến 1000 bar.

Bảng 2.3 Hệ số sử dụng trong công thức (2.21)

Hệ số Giá trị Hệ số Giá trị

v00 1402.388 A02 7.17E-05

v01 5.0383 A03 2.01E-06

v02 -5.81E-02 A04 -3.21E-08

v03 3.34E-04 A10 9.47E-05

v04 -1.48E-06 A11 -1.26E-05

v05 3.14E-09 A12 -6.49E-08

v10 0.153563 A13 1.05E-08

v11 6.90E-04 A14 -2.01E-10

v12 -8.18E-06 A20 -3.91E-07

v13 1.36E-07 A21 9.11E-09

v14 -6.13E-10 A22 -1.60E-10

v20 3.13E-05 A23 7.99E-12

v21 -1.71E-06 A30 1.10E-10

34

v22 2.60E-08 A31 6.65E-12

v23 -2.54E-10 A32 -3.39E-13

v24 1.04E-12 B00 -1.92E-02

v30 -9.77E-09 B01 -4.42E-05

v31 3.85E-10 B10 7.36E-05

v32 -2.37E-12 B11 1.80E-07

A00 1.389 D00 1.73E-03

A01 -1.26E-02 D10 -7.98E-06

Chú ý: để đảm bảo nhất quán các giá trị áp suất phải nhập vào ở dạng kPa.

Công thức (2.21) thường được áp dụng cho các vùng biển có độ sâu lớn (áp

suất lớn). Tác giả cũng so sánh giá trị tính được với công thức (2.16) và thể hiện sự

sai khác giữa hai công thức tính thực nghiệm.

Năm 1981, Mackenzie đã đưa ra công thức tính vận tốc âm trong tài liệu [27]

giá trị vận tốc âm được tính như sau:

v(D,S,T) = 1448.96 + 4.591T - 5.304 x 10-2T2 + 2.374 x 10-4T3 + 1.340 (S - 35)

+ 1.630 x 10-2D + 1.675 x 10-7D2 - 1.025 x 10-2T(S - 35)

- 7.139 x 10-13TD3 (2.22)

T là nhiệt độ tính theo độ C;

S là độ mặn tính theo phần nghìn (ppt);

D là độ sâu tính theo m.

Công thức tính vận tốc âm trên được sử dụng cho trường hợp nhiệt độ từ 2oC

đến 30oC, độ mặn từ 25ppt đến 40 ppt, độ sâu từ 0m đến 8000m (2.22) được dùng

chung cho các vùng biển.

Cũng trong năm 1981, A.B.Coppens đưa ra một cách tính giá trị vận tốc âm

khác được biểu diễn theo công thức dưới:

2, , 0, , 16.23 0.253 0.213 0.1 0.016 0.0002 35 35v D S t S t t D t D Sv S tD (2.23)

2 3 20, , 1449.05 45.7 5.21 0.23 1.333 0.126 0.009 35v S t t t t t t S

t được tính theo độ C.

35

S là độ mặn tính theo đơn vị phần nghìn.

D là độ sâu tính theo đơn vị km.

Công thức (2.23) được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0 đến 35oC, độ

mặn từ 0 đến 45 ppt, độ sâu đến 0 đến 4km, là các vùng biển có độ sâu trung bình.

Các công thức từ (2.16) đến (2.23) là các công thức thực nghiệm tính giá trị

vận tốc âm tại các vùng biển khác nhau tùy thuộc từng điều kiện. Các vấn đề vận

tốc âm của từng khu vực cũng dựa trên các công thức thực nghiệm để đánh giá, sau

đó so sánh với thiết bị xác định vận tốc âm. Các nghiên cứu sau này đều dựa trên cơ

sở các công thức thực nghiệm như đã nêu.

2.3. Các phương pháp xác định vận tốc âm trong môi trường nước biển

2.3.1. Sử dụng các trị đo hải văn (nhiệt độ, độ mặn, độ sâu) và áp dụng

công thức thực nghiệm xác định vận tốc âm, sai số xác định vận tốc âm trong

môi trường nước biển

Có nhiều phương pháp xác định vận tốc âm trong môi trường nước và sử

dụng công thức thực nghiệm đã được các nhà nghiên cứu chứng minh là một

phương pháp hay được sử dụng. Như phần 2.3.3 đã đưa ra các công thức thực

nghiệm xác định vận tốc âm trong môi trường nước biển tại các vùng độ sâu khác

nhau, các vùng biển khác nhau. Dựa vào các công thức đó, khi muốn xác định vận

tốc âm tại khu vực biển nào chúng ta lựa chọn công thức thích hợp cho khu vực

tương ứng.

Theo Thông tư 27/2011/TT-BTNMT [17] về kiểm nghiệm và hiệu chỉnh một

số thiết bị đo đạc bản đồ biển có quy định trong phần kiểm nghiệm thiết bị xác định

vận tốc âm trong môi trường nước sử dụng công thức thực nghiệm của Medwin [22]

để tính toán giá trị vận tốc âm sau đó so sánh với giá trị vận tốc âm đo được của

thiết bị xác định vận tốc âm. Các kết quả đánh giá độ tin cậy được thực hiện theo

thông tư 27/2010/TT-BTNMT.

Trong phương pháp áp dụng theo công thức thực nghiệm (2.16) của Medwin

2 3 1449.2 4.6 – 0.055 0.00029 1.34 0.010 35 0.016 v T T T T S D

Lúc này sai số vận tốc âm là tổng hợp của sai số do nhiệt độ, độ mặn, độ sâu:

36

v = vT + vS + vD (2.24)

Như vậy sai số vận tốc âm trong công thức này chịu ảnh hưởng bởi ba yếu tố

là nhiệt độ (T), độ mặn (S) và độ sâu (D). Các giá trị này được xác định bởi thiết bị

đo nhiệt độ, độ mặn, độ sâu. Trong phương pháp xác định vận tốc âm bằng công

thức thực nghiệm thì độ chính xác vận tốc âm phụ thuộc vào độ chính xác xác định

các giá trị T, S, D.

2.3.2. Máy đo vận tốc âm SVM (Sound Velocity Meter)

Ngoài phương pháp xác định vận tốc âm bằng phương pháp gián tiếp là sử

dụng công thức thực nghiệm chúng ta có thể xác định vận tốc âm bằng thiết bị đo

vận tốc âm. Các thiết bị đo vận tốc âm cơ bản được cấu thành từ các bộ phận như

sau:

+ Cảm biến áp suất để xác định độ sâu.

+ Bộ tính thời gian.

+ Bộ phát và thu sóng âm.

+ Bộ xử lý số liệu.

+ Bộ nhớ trong của thiết bị và nguồn hoạt động.

37

Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lý của máy đo vận tốc âm trực tiếp Theo nguyên lý vận tốc âm được xác định dựa trên công thức:

D=1/2v*t (2. 25) trong đó t là hiệu thời gian đi và về trong khoảng cách D (m). t được xác

định chính xác bằng đồng hồ thạch anh với sai số xác định thời gian cỡ mt = 10-5s.

D được xác định là một hằng số, D thường là khoảng cách nhỏ khoảng 0.1 - 0.3 m

Vận tốc âm tính: v=2*D/t (2. 26) Theo phương pháp này, giá trị vận tốc âm được xác định nhờ thiết bị và phần

mềm chạy trong thiết bị sẽ được truyền về máy tính thông qua phương thức giao

tiếp được các hãng sản xuất quy định. Giá trị vận tốc âm của thiết bị được xác định

theo phương độ sâu với các giãn cách tùy theo cài đặt trong phần mềm và thường là

0.5m một trị đo vận tốc âm được thể hiện như hình dưới đây:

38

Hình 2.6 Số liệu vận tốc âm đo được bằng thiết bị xác định vận tốc âm SVP 15

Và định dạng số liệu trút được trên máy tính được minh họa trên bảng 2.4

Bảng 2.4 Mẫu số liệu vận tốc âm xác định bằng thiết bị SVP 15

Date . . . . . : 4/5/2010

Vessel . . . . : BP-11-04-02

Location . . . : Manh C-48-48-B

Message. . . . : SVP 15

13:59:05***

0.60 1542.60 0.00 1542600006000004000

13:59:05*_*

1.20 1542.50 0.00 1542500012000004001

13:59:05*_*

1.70 1542.50 0.00 1542500017000004002

13:59:05*_*

2.20 1542.50 0.00 1542500022000004003

13:59:05*_*

2.70 1542.40 0.00 1542400027000004004

13:59:05*_*

3.20 1542.30 0.00 1542300032000004005

13:59:06*_*

3.80 1542.30 0.00 1542300038000004006

13:59:06*_*

4.40 1542.10 0.00 1542100044000004007

13:59:06*_*

4.90 1542.10 0.00 1542100049000004008

13:59:06*_*

13:59:08*_*

18.60 1541.90 0.00 1541900186000004035

13:59:08*_*

19.10 1541.90 0.00 1541900191000004036

13:59:08*_*

19.60 1541.90 0.00 1541900196000004037

13:59:08*_*

20.10 1541.90 0.00 1541900201000004038

13:59:08*_*

20.60 1541.90 0.00 1541900206000004039

13:59:08*_*

21.10 1541.90 0.00 1541900211000004040

13:59:09*_*

21.60 1542.00 0.00 1542000216000004041

13:59:09*_*

22.10 1542.00 0.00 1542000221000004042

13:59:09*_*

22.60 1542.00 0.00 1542000226000004043

13:59:09*_*

23.10 1542.00 0.00 1542000231000004044

13:59:09*_*

23.60 1542.00 0.00 1542000236000004045

13:59:09*_*

Trong phương pháp xác định bằng thiết bị đo vận tốc âm thì độ chính xác

của phương pháp phụ thuộc vào công nghệ chế tạo máy và thường có ghi trong

hướng dẫn sử dụng và tài liệu đi kèm máy. Ví dụ như thiết bị SVP - 15 ta có các

thông số như sau:

39

Hình 2.7 Thông số thiết bị xác định vận tốc âm svp - 15

Như vậy chúng ta thấy độ chính xác xác định vận tốc âm của thiết bị được

công bố như sau: v = 0.25m/s và độ chính xác máy đo sâu thường là:

D= ±0.10m + 0.2%D (2.27)

với D là độ sâu đo được.

2.3.3 Xác đinh vận tốc âm bằng bar check

Phương pháp này được sử dụng khi không có thiết bị xác định vận tốc âm

theo quy định tại Phụ lục số 01 Bước 1 khoản b mục 3.4 [14] đã hướng dẫn công tác

xác định vận tốc âm bằng bar check. Lúc này giá trị vận tốc âm sẽ được điều chỉnh

nhiều lần để giá trị độ sâu đo được bằng máy trùng với giá trị độ sâu đo được trên

check bar. Phương pháp này hiện nay hầu như không còn sử dụng và chỉ sử dụng

trong phạm vi gần bờ nơi có độ sâu nông.

2.4. Quy luật biến đổi vận tốc âm trong môi trường nước biển

Vận tốc âm được trong tài liệu [17] đã được công nhận và áp dụng trong các

trường hợp kiểm nghiệm vận tốc âm với công thức (2.16) như sau:

40

2 3 1449.2 4.6 – 0.055 0.00029 1.34 0.010 35 0.016 v T T T T S D

Công thức này áp dụng với 0 ≤ T ≤350C; 0 ≤ S ≤ 45 ppt; 0 ≤ D ≤ 1000 m.

Các giá trị T, S, D phải được xác định một cách chính xác.

Từ công thức 2.27, vận tốc âm ảnh hưởng bởi các giá trị là nhiệt độ, độ mặn

và độ sâu.

2.4.1. Sự biến đổi của vận tốc âm theo độ mặn

Hình 2.8. Biểu đồ thay đổi vận tốc âm theo nhiệt độ và độ mặn tại z=0m [18]

Từ biểu đồ trên có thể nhận thấy sự biến đổi của độ mặn nước biển tới vận

tốc âm là không lớn nhưng sự biến đổi của độ mặn tại các lớp nước đặc biệt là lớp

nước bề mặt là đáng kể. Tại lớp nước độ mặn thay đổi dựa theo các đặc điểm vị trí

của nơi lấy mẫu vận tốc âm, như tại các khu vực ven bờ độ mặn chịu ảnh hưởng bởi

các cửa sông lớn đổ ra biển. Tại các vị trí xa bờ độ mặn ít chịu ảnh hưởng của các

cửa sông nhưng lại chịu ảnh hưởng của các dòng hải lưu dưới đáy biển và ảnh

hưởng bởi các điều kiện thời tiết như mưa, bão. Tại các lớp nước nông (<100m) thì

độ mặn là một hàm không phải là hàm tuyến tính, nó thay đổi theo yếu tố địa lý,

môi trường, điều kiện thời tiết. Các khảo sát chi tiết được phân tích tại Chương III.

2.4.2 Sự biến đổi của vận tốc âm theo nhiệt độ

Cũng theo Hình 2.8, sự biến đổi của nhiệt độ tới vận tốc âm là đáng kể. Đối

với các lớp nước khác nhau thì nhiệt độ ảnh hưởng tới vận tốc âm là khác nhau. Đặc

biệt là lớp nước bề mặt, chịu sự ảnh hưởng trực tiếp từ hiện tượng bức xạ nhiệt của

mặt trời và sự thay đổi nhiệt độ theo các mùa (mùa đông, hè, mùa mưa, mùa khô).

Bảng 2.5 Nhiệt độ bề mặt trung bình 12 tháng của năm 2006 và 2010 tại Bãi Cháy,

41

Quảng Ninh

Năm Tháng

1

Tháng

2

Tháng

3

Tháng

4

Tháng

5

Tháng

6

Tháng

7

Tháng

8

Tháng

9

Tháng

10

Tháng

11

Tháng

12

2006 17.0 18.2 19.0 24.2 26.5 28.8 28.9 27.3 27.2 26.5 23.9 18.8

2010 17.3 19.2 20.6 22.6 27.3 29.4 29.9 27.7 27.8 25.1 21.7 19.1

Từ số liệu trên có thể biễu diễn quy luật biến đổi nhiệt độ trung bình ở dạng

biểu đồ như trong Hình 2.9.

Hình 2.9 Biểu đồ biến đổi nhiệt độ trung bình năm 2006 và 2010 tại Bãi Cháy

2.4.3. Sự biến đổi của vận tốc âm theo độ sâu

Hình 2.10. Sự biến đổi vận tốc âm theo độ sâu.

Từ Hình 2.10, có thể thấy độ sâu ảnh hưởng tới vận tốc âm, khoảng thay đổi

của tốc độ âm khoảng 1,6m/s với sự thay đổi khoảng 100m độ sâu dựa trên các

42

công thức tính thực nghiệm. Sự biến đổi của độ sâu được chia sơ bộ thành các lớp

nước như sau:

- Lớp nước bề mặt lúc này độ sâu bằng 0, sự biến đổi vận tốc âm lúc này phụ

thuộc vào nhiệt độ và độ mặn.

Hình 2.11. Mặt cắt nhiệt độ và độ mặn theo độ sâu của nước

- Lớp nước tiếp theo là lớp nước hỗn hợp, tại lớp nước này độ sâu biến đổi là

khó xác định nhất. Tại lớp hỗn hợp thì giá trị nhiệt độ và độ mặn biến đổi theo độ

sâu không xác định chính xác được do chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng của môi trường,

địa hình, động lực học trên biển.

- Đến lớp nước từ độ sâu 1000m trở đi thì vận tốc âm biến đổi tuyến tính với

độ sâu. Lúc này sự biến đổi vận tốc âm chịu ảnh hưởng bởi độ sâu là nhiều nhất và

vận tốc âm tại lớp nước này có sự biến đổi dự đoán được.


Trong chương 2, luận án phân tích đặc tính vật lý của sóng âm trong môi

trường nước. Đã nêu và đánh giá các công thức thực nghiệm tính toán vận tốc âm

khi sử dụng các tham số như nhiệt độ, độ mặn, độ sâu hoặc áp suất tại các vùng biển

với độ sâu khác nhau áp dụng công thức thực nghiệm khác nhau. Đã nêu sơ bộ về

các thiết bị xác định vận tốc âm trong môi trường nước và sử dụng công thức thực

nghiệm để tính toán vận tốc âm. Từ các công thức thực nghiệm đã phân tích vận tốc

âm chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ tại các lớp nước bề mặt, theo nghiên cứu lớp

nước này nằm trong khoảng từ 0 đến 400m nước. Khi tới các vùng biển sâu hơn vận

43

tốc âm chịu ảnh hưởng nhiều nhất theo độ sâu, lúc này giá trị nhiệt độ và độ mặn

gần như biến đổi ít. Chính vì thế cần phải nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm

trong khu vực Vịnh Bắc Bộ để đưa ra đề xuất hợp lý sử dụng thiết bị thủy âm.

Đối với vấn đề nêu trên, tại chương 3 luận án sẽ phân tích sự biến đổi vận tốc

âm theo vị trí, theo mùa theo để đánh giá được sự biến đổi của vận tốc âm, phân tích

sự ảnh hưởng của vận tốc âm tới kết quả đo. Để phân tích được quy luật biến đổi

vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ trong căn cứ trên các đại lượng nhiệt độ,

độ mặn, độ sâu tại khu vực Vịnh Bắc Bộ tính toán giá trị vận tốc âm theo

công thức 2.20.

44

CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC ÂM ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC

CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐO THỦY ÂM, QUY LUẬT BIẾN ĐỔI VẬN TỐC ÂM

TẠI VỊNH BẮC BỘ

3.1. Ảnh hưởng của vận tốc âm tới các thiết bị thủy âm

3.1.1. Đo sâu đơn tia

Nguyên lý xác định độ sâu hồi âm đơn tia được mô tả như Hình 3.1.

Hình 3.1. Nguyên lý đo sâu hồi âm đơn tia

Độ sâu của điểm đo bằng máy đo sâu đơn tia được xác định theo công thức [35]:

1.

2tbD v t k dr (3.1)

trong đó:

vtb là vận tốc sóng âm trung bình trong cột nước.

t là thời gian truyền tín hiệu của sóng âm từ lúc phát tín hiệu tại đầu biến âm

xuống đáy biển và quay trở lại.

D là độ sâu điểm đo.

k là hằng số máy.

dr là độ ngập cần phát biến của máy đo sâu.

45

Như đã biết, trước khi đo đạc máy đo sâu được kiểm định nên giá trị hằng số

máy k đã được xác định chính xác. Giá trị dr là khoảng cách từ đầu thu phát tín hiệu

đến mặt nước được xác định tại các thời điểm đo thực tế. Tuy nhiên ở đây chúng tôi

không phân tích sai số xác định dr mà chỉ phân tích sai số liên quan tới vận tốc âm

do đó chúng tôi sử dụng công thức sau:

1.

2tbD v t (3. 2)

Từ công thức (3.2) ta thấy được giá trị vận tốc âm trong môi trường nước

biển đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ sâu điểm đo. Vận tốc âm thực tế

khi đo vẽ biển có thể đo trực tiếp hoặc xác định gián tiếp thông qua các thiết bị đo

đạc khác nhau.

Theo công thức (3.2), có thể phân tích độ chính xác xác định độ sâu D như

sau:

Từ (3.2), ta có:

2 .tbD v t (3.3)

Vi phân 2 vế:

2tbD v tb td td v d (3.4)

Chuyển qua sai số trung phương ta được:

2 2 2 2 24tbD v tm t m v m (3.5)

2 2 2 2 21( )

4 tbD v tb tm t m v m với 2D

tv

(3.6)

22

2 2 2

2 4tb

tbD v t

tb

vDm m m

v (3.7)

Theo công thức 3.6, chúng tôi tính toán ảnh hưởng của sai số vận tốc âm mV

và sai số đo thời gian mt đến độ chính xác đo độ sâu (mD) cho các trường hợp với

mt=10-5s, mt=10-4s, mt=10-3s.

46

Bảng 3.1 Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-5s

mV(m/s)

D (m)

0,2 0,5 1 2 3 5

10 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03

30 0.01 0.01 0.02 0.04 0.06 0.10

50 0.01 0.02 0.03 0.07 0.10 0.17

100 0.02 0.03 0.07 0.13 0.20 0.33

200 0.03 0.07 0.13 0.27 0.40 0.67

300 0.04 0.10 0.20 0.40 0.60 1.00

500 0.07 0.17 0.33 0.67 1.00 1.67

Từ bảng 3.1, chúng ta thấy, với độ chính xác của đồng hồ xác định vận tốc

âm là 10-5s thì theo công thức đánh giá vận tốc âm thì sai số vận tốc âm với độ

chính xác 0,2m ảnh hưởng đến độ sâu vùng nước nông không lớn, lúc này sai số

vận tốc âm phụ thuộc vào các điều kiện xác định vận tốc âm.

Bảng 3.2. Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-4s

mV(m/s)

D(m) 0,2 0,5 1 2 3 5

10 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08

30 0.08 0.08 0.08 0.09 0.10 0.13

50 0.08 0.08 0.08 0.10 0.13 0.18

100 0.08 0.08 0.10 0.15 0.21 0.34

200 0.08 0.10 0.15 0.28 0.41 0.67

300 0.09 0.13 0.21 0.41 0.60 1.00

500 0.10 0.18 0.34 0.67 1.00 1.67

Theo bảng 3.2 với độ chính xác của đồng hồ xác định vận tốc âm là 10-4s thì

ảnh hưởng của sai số vận tốc âm tăng dần theo độ sâu và theo độ chính xác của thiết

bị xác định vận tốc âm. Giá trị lớn nhất trong trường hợp này có thể đạt đến 1,67m.

47

Bảng 3.3 Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-3s

mV(m/s)

D(m)

0,2 0,5 1 2 3 5

10 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

30 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.76

50 0.75 0.75 0.75 0.75 0.76 0.77

100 0.75 0.75 0.75 0.76 0.78 0.82

200 0.75 0.75 0.76 0.80 0.85 1.00

300 0.75 0.76 0.78 0.85 0.96 1.25

500 0.75 0.77 0.82 1.00 1.25 1.83

Theo bảng 3.3 với độ chính xác của đồng hồ xác định vận tốc âm là 10-3s, sai

số vận tốc âm lớn, vượt quá các sai số quy định.

Từ các bảng tính trên, ta có nhận xét:

Với độ chính xác của thiết bị xác định vận tốc âm mv như hiện nay nằm trong

khoảng 0.2m/s đến 1m/s. Nếu coi sai số xác định thời gian nằm trong khoảng 10-3

đến 10-5 thì ảnh hưởng của sai số vận tốc âm đến sai số đo sâu đáng kể. Theo quy

định thì mD = 0.3m tương ứng với độ sâu nhỏ hơn 30m và mD = 1%.D khi độ sâu

lớn hơn 30m, tương ứng ảnh hưởng của sai số vận tốc âm đến độ sâu nằm trong

khoảng từ 0.01m đến 0.08m cho độ sâu dưới 100m. Ảnh hưởng sai số vận tốc âm tỷ

lệ thuận tới độ sâu.

Từ (3.6) ta thấy việc xác định vận tốc âm ảnh hưởng tới kết quả xác định độ

sâu bằng máy đo sâu đơn tia, để hạn chế ảnh hưởng của vận tốc âm tới kết quả đo

bằng máy đơn tia chúng ta cũng có thể hiệu chỉnh giá trị vận tốc âm theo mặt cắt độ

sâu. Việc này được hiệu chỉnh bằng các công cụ tích hợp trong phần mềm đo sâu

đơn tia.

3.1.2. Đo sâu đa tia và thủy âm quét sườn (side scan sonar)

Vận tốc âm trong môi trường nước biến thiên rất phức tạp đối với các chùm

tia dưới nước và được thể hiện như trong Hình 3.2.

48

Hình 3.2. Ví dụ về hệ thống đo đa tia và ảnh hưởng của vận tốc âm tới tia đo [38]

Như trên Hình 3.2 là ví dụ về hệ thống đo sâu đa tia, các tia phát ra và thu về

để xác định độ sâu có các góc mở khác nhau và bị ảnh hưởng bởi vận tốc âm trong

nước. Mỗi lớp nước có một vận tốc âm riêng và chịu ảnh hưởng bởi định luật snell.

Hình 3.3. Hiện tượng khúc xạ của âm thanh khi qua các lớp nước khác nhau

Theo đó quan hệ giữa hướng của tia với vận tốc lan truyền sóng âm được

biểu diễn như sau:

0

0

(A ) sin(A )i

i

sink

v v (3.8)

Trong đó: i là góc nghiêng của tia so với phương thẳng đứng đối với độ sâu

zi, vi là vận tốc âm thanh, k là hằng số Snell. Giả sử vận tốc tuyền âm trong cột

nước là rời rạc, có thể cho rằng gradien vận tốc truyền âm trong một lớp nước là

một hằng số. Hình 3.4 ví dụ sự thay đổi của tia âm theo sự biến đổi vận tốc âm.

49

Hình 3.4. Sự thay đổi hướng tia khi vận tốc âm không biến đổi theo các lớp nước

Hình 3.5. Sự thay đổi hướng tia khi vận tốc âm biến đổi theo các lớp nước

Trong hệ thống đo sâu đa tia, các tia đo đi theo chùm do đó sự ảnh hưởng tới

kết quả xác định độ sâu theo vận tốc âm là khá lớn và lớn nhất là các tia rìa. Khi đó,

sự ảnh hưởng của vận tốc âm sẽ phụ thuộc góc mở sang hai phía của hệ thống đo

sâu đa tia.

50

Hình 3.6. Thay đổi góc mở của hệ thống đa tia

Như trên Hình 3.6, với sự thu hẹp lại góc mở của hệ thống đa tia sẽ làm giảm

sự ảnh hưởng của vận tốc âm.

Hình 3.7. Hình trên là dữ liệu đo sâu đa tia khi không hiệu chỉnh, hình dưới là dữ

liệu đo sâu đã hiệu chỉnh vận tốc âm

Trong Hình 3.7 biểu thị dữ liệu độ sâu sử dụng vận tốc âm đúng với khu đo

và dữ liệu vận tốc âm không đúng với khu đo. Khi đó, các độ sâu ở vùng giữa của

hệ thống đa tia không ảnh hưởng nhiều nhưng vùng ngoài rìa của chùm tia sẽ thấy

sự thay đổi lớn. Tùy thuộc vào độ sâu và độ chính xác của vận tốc âm mà sự chênh

lệch giữa tia ngoài rìa và tia trung tâm sẽ lớn. Khi sử dụng vận tốc âm chính xác thì

51

tia rìa và tia trung tâm có độ sâu tương đương nhau nếu đo trên bề mặt địa hình đáy

biển phẳng.

Trên thực tế, ảnh hưởng của vận tốc truyền âm trong nước biển rất khó xác

định bởi nó thay đổi theo thời gian và không gian. Để giảm thiểu sai số chỉ còn cách

giảm góc quét của các máy đo sâu đa tia.

Ngoài ra ảnh hưởng của vận tốc truyền âm tại bề mặt của bộ phận phát còn

gây nên sai số đối với góc phát của tia âm và do vậy nó cũng gây ra sai số đối với

độ sâu và vị trí của độ sâu. Chính vì thế, trong khảo sát thiết bị sử dụng đa chùm tia

cần phải có thiết bị vận tốc âm bề mặt tại vị trí đặt bộ phát biến. Thiết bị vận tốc âm

bề mặt sẽ hiệu chỉnh vận tốc âm thực cho đa chùm tia.

3.1.3. Định vị thủy âm

Các hệ thống định vị thủy âm cạnh đáy siêu ngắn dựa trên độ lệch pha, hay

so sánh pha của tín hiệu âm tại các bộ phận của bộ phát biến để xác định góc tới của

tín hiệu âm với mặt phẳng của dàn bộ phát biến.

Hình 3.8 minh họa việc xác định góc tới cơ học như thế nào từ độ lệch pha

giữa hai bộ thu đặt cách nhau một khoảng b. Nếu cạnh đáy b luôn luôn ngắn hơn rất

nhiều so với khoảng cách tới nguồn âm, các mặt đầu sóng âm là đồng phẳng và góc

cơ học sẽ được tính như sau:

Hình 3.8. Đo góc tác động cơ học

Với Өm = cos-1dT/k (3.9)

Trong đó dT = độ lệch pha điện.

Өm = góc tới cơ học.

k là 2fob/v (hệ số độ cứng).

52

fo là tần số tải tín hiệu âm.

b là cạnh đáy giữa các bộ cảm biến.

v là vận tốc của âm trong nước.

Góc tới Өm có thể được hiển thị là góc ở đỉnh của một mặt nón mà trục của

nó được tạo bởi đường đáy của hai bộ cảm biến. Do hướng giữa nguồn âm và bộ

phát biến không thể xác định được từ độ lệch pha đơn thuần giữa hai bộ cảm biến,

yêu cầu phải có bộ cảm biến thứ ba trong dàn bộ phát biến mà cạnh đáy được tạo

với một trong số hai bộ cảm ban đầu là vuông góc với cạnh đáy thứ nhất. Góc tới đo

được cho cạnh đáy thứ hai này, lại có thể được hiển thị là góc ở đỉnh của một mặt

nón mà trục của nó được tạo bởi cạnh đáy của hai bộ cảm biến. Hai góc tới được ký

hiệu là Өmx và Өmy. Hướng giữa bộ phát biến và nguồn âm được xác định bởi giao

tuyến của hai mặt nón như được miêu tả trên Hình 3.9.

Hình 3.9. Mối quan hệ hình học của nguồn âm và bộ phát biến

Nếu một trong số cạnh đáy của dàn bộ phát biến được định hướng theo

hướng của đường dọc tâm của tàu và tàu được cho là đứng yên sao cho dàn ống

nghe của bộ phát biến là nằm ngang, các mặt của dàn sẽ trùng với các trục "X", "Y"

và "Z" của hệ quy chiếu địa phương. Sau khi đã xác định được hướng, vị trí của bộ

ứng đáp/mốc tín hiệu âm có thể được tính toán nếu biết hoặc là độ sâu hoặc là

khoảng cách nghiêng. Nếu biết cả độ sâu và khoảng cách nghiêng, sẽ chắc chắn, tin

53

cậy hơn về các tọa độ được tính toán cho bộ ứng đáp/mốc tín hiệu âm.

Từ công thức (3.8), ta thấy giữa các lớp nước với vận tốc âm thanh vi sẽ có

một hệ số ki tương ứng. Chính vì thế, ảnh hưởng của vận tốc âm trong nước sẽ ảnh

hưởng tới việc xác định giá trị tọa độ trong định vị thủy âm. Trong môi trường nước

biển tại vị trí định vị thủy âm việc xác định vận tốc âm chính xác là điều rất khó và

phức tạp. Cần phải thiết lập cơ sở dữ liệu vận tốc âm tại một số vùng khảo sát nhằm

gia tăng độ tin cậy cho việc xác định vận tốc âm trong định vị ngầm dưới nước.

3.2. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong khảo sát bằng thiết bị thủy âm

Để xác định được sai số ảnh hưởng bởi vận tốc âm chúng ta xét các quy trình

khảo sát sử dụng các thiết bị thủy âm như sau:

3.2.1. Quy trình đo sâu đơn tia

Khi khảo sát đo sâu đơn tia sẽ thực hiện theo quy trình được trình bày ở Hình

3.10. Quy trình này được đưa ra trong Quy định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình

đáy biển tỷ lệ 1:50.000 [14]. Với các tỷ lệ lớn hơn thì yêu cầu về thiết bị và các quy

trình kèm theo sẽ thay đổi để đảm bảo độ chính xác cho các bản đồ tỷ lệ lớn hơn.

54

Hình 3.10. Sơ đồ quy trình khảo sát đo sâu đơn tia [14].

Trong quy trình đo sâu đơn tia với hệ thống thiết bị và phần mềm thì vận tốc

âm được sử dụng trong quy trình này được dùng theo 2 trường hợp.

- Sử dụng vận tốc âm hiệu chỉnh theo máy đo, thường được sử dụng là vận

tốc âm trung bình của cột nước và nhập vào máy đo sâu đơn tia để hiệu chỉnh. Vận

tốc âm trung bình này được tính là trung bình cộng của các giá trị vận tốc âm đo

được trong các lớp nước theo độ sâu.

- Sử dụng giá trị vận tốc âm được nhận dưới dạng mặt cắt theo các lớp nước,

và nhập vào trong phần mềm xử lý nội nghiệp để hiệu chỉnh, hiệu chỉnh theo từng

lớp độ sâu máy đơn tia đo được.

- Trong quá trình khảo sát đơn tia, có thể đặt giá trị vận tốc âm trung bình

trong máy đo sâu đơn tia là một giá trị cố định như là vận tốc âm trong môi trường

nước ngọt 1500m/s để khảo sát. Trong quá trình khảo sát xác định giá trị vận tốc âm

55

của khu đo và hiệu chỉnh lại giá trị vận tốc âm qua quá trình xử lý nội nghiệp.

3.2.2. Quy trình đo sâu đa tia

Hiện nay công nghệ đo sâu đa tia đã phổ biến trên thế giới, Trung tâm Trắc

địa và Bản đồ Biển đã đầu tư thử nghiệm từ năm 2007 và quy trình đo sâu đa tia

được áp dụng trong Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển từ năm 2010, đã được hoàn

thiện và sử dụng cho tới nay.

Với một hệ thống đo sâu đa tia hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị như đo sâu

đơn tia, bổ sung thêm các thiết bị sau hệ thống máy đo sâu đa tia, có thiết bị cảm

biến vận tốc âm bề mặt.

Hệ thống đo sâu đa tia cần được hiệu chỉnh theo các quy định dưới đây:

- Thông tư Quy định về đo đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy biển bằng máy

đo sâu hồi âm đa tia ban hành theo Quyết định số 24/2010/TT-BTNMT ngày 27

tháng 10 năm 2010.

- Thông tư Quy định về kiểm nghiệm và hiệu chỉnh một số thiết bị đo đạc bản đồ

biển ban hành theo Quyết định số 27/2011/TT-BTNMT ngày 20/7/ 2011.

Công tác kiểm nghiệm máy đo sâu hồi âm đa tia được tiến hành theo nguyên

tắc nêu tại các quy định trên và sử dụng phần mềm kiểm nghiệm tích hợp trong

phần mềm chuyên ngành để đưa ra các thông số hiệu chỉnh chính xác cho hệ thống

trước khi khảo sát.

- Với quy trình đo sâu đa tia thì vận tốc âm được sử dụng luôn luôn là mặt

cắt vận tốc âm, nhập trong phần mềm đo sâu đa tia. Hệ thống máy đa tia luôn có

một thiết bị cảm biến vận tốc âm bề mặt khu đo theo thời gian thực (luôn luôn xác

định vận tốc âm bề mặt trong quá trình khảo sát đa tia).

- Trong khảo sát đa tia việc xác định giá trị vận tốc âm bề mặt rất quan trọng.

Khi giá trị vận tốc âm bề mặt xác định sai lệch nhiều so với vận tốc âm bề mặt trong

mặt cắt vận tốc âm sẽ làm các tia đo ở ngoài rìa của chùm đa tia bị sai lệch với độ

sâu thực tế. Có thể giá trị độ sâu ở tia ngoài sẽ nông hơn hoặc sâu hơn với tia giữa

do việc xác định không đúng giá trị vận tốc âm bề mặt vì qua mỗi lớp độ sâu khác

nhau thì vận tốc âm lại thay đổi một giá trị khác nhau, vận tốc âm bề mặt là vận tốc

56

âm khởi tính cho chùm tia nên rất quan trọng trong việc xác định nó.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của vận tốc âm bề mặt và qua các lớp nước có vận tốc âm

khác nhau [28]

Để đảm bảo giảm thiểu ảnh hưởng của sai số vận tốc âm đến kết quả khảo

sát bằng công nghệ đo sâu đa tia cần phải xây dựng quy trình lấy mẫu vận tốc âm

theo độ chính xác yêu cầu và quy định tần xuất lấy mẫu vận tốc âm.

3.2.3. Quy trình đo thủy âm quét sườn (Side Scan Sonar - SSS)

Trong quy trình được chia làm hai phần, phần ngoại nghiệp và nội

nghiêp. Bắt đầu từ bước thiết kế, lập dự án, nhận yêu cầu về cung ứng dịch vụ

quét bề mặt đáy biển (SSS), lập thiết kế đưa ra phương án lựa chọn thiết bị.

Sau đó thiết kế đường khảo sát SSS và nhập các thông số SSS vào phần mềm.

Sau khi hoàn tất các bước cần kiểm nghiệm thiết bị sử dụng cho hệ thống SSS

theo thông tư 27/2011/TT-BTNMT. Hệ thống SSS được kiểm soát chất lượng

bằng phần mềm và bằng dữ liệu hiển thị trực tiếp. Sau khi khảo sát xong tiến

hành xử lý số liệu ngoại nghiệp, làm báo cáo và nộp sản phẩm. Sơ đồ quy

trình đo thủy âm quét sườn được miêu tả dưới dạng sơ đồ như Hình 3.12.

57

Hình 3.12. Quy trình khảo sát quét SSS [6]

Hình 3.13. Ảnh hưởng của vận tốc âm tới các tia ngoài của quét bề mặt.

Ảnh hưởng của sai số vận tốc âm tới kết quả khảo sát bằng thiết bị thủy âm

quét sườn tương tự như trong công nghệ đo sâu đa tia.

3.2.4. Quy trình định vị thủy âm

Quy trình định vị thủy âm được sử dụng từ những năm 2008 tại Trung tâm

trắc địa và Bản đồ Biển. Tại thời điểm đó, quy trình được ứng dụng nhiều nhất

trong công tác dịch dàn và thả chân đế.

Để thực hiện công tác định vị thủy âm thực hiện theo quy trình như sau:

Nhận yêu cầu về cung ứng dịch vụ định vị thủy âm, lập thiết kế đưa ra

phương án lựa chọn thiết bị, thiết kế các đường chạy, vị trí cần định vị thủy âm, cài

đặt thông số định vị thủy âm trong phần mềm chuyên ngành và kiểm nghiệm thiết

bị theo thông tư 27/2011/TT-BTNMT. Sau đó thực hiện công tác định vị thủy âm

theo đúng phương án đã lập, kiểm soát chất lượng số liệu và xử lý số liệu. Nộp báo

cáo kết quả thực hiện công tác định vị thủy âm. Quy trình định vị thủy âm được thể

hiện như Hình 3.14.

58

Hình 3.14 Sơ đồ quy trình định vị thủy âm

Hình 3.15. Sơ đồ kết nối thiết bị trong định vị thủy âm

Trên Hình 3.15 là sơ đồ kết nối thiết bị định vị thủy âm, trong phần quy trình

59

của định vị thủy âm và hiệu chỉnh cần phải xác định được giá trị vận tốc âm trong khu

vực để đưa vào hiệu chỉnh kết quả định vị thủy âm.

3.3. Các yêu cầu về độ chính xác khảo sát thủy âm

Trong các công tác đo đạc, khảo sát độ sâu đáy biển tại các vùng nước nông

ven bờ phục vụ đảm bảo an toàn hàng hải, xây dựng công trình biển và nạo vét

luồng lạch, cảng biển trên thế giới cũng đã có các tiêu chuẩn kỹ thuật đòi hỏi độ

chính xác rất cao được đưa ra. Sau đây là một số điểm chính của các tiêu chuẩn

quốc tế.

3.3.1. Tiêu chuẩn về độ chính xác của Tổ chức Thủy đạc Quốc tế (IHO)

cho công tác khảo sát đáy biển

Tổ chức Thủy đạc Quốc tế (IHO) là một tổ chức tư vấn và kỹ thuật liên

chính phủ được thành lập năm 1921 để trợ giúp công tác an toàn hàng hải và đóng

góp vào việc bảo vệ môi trường biển. Một trong những vai trò hàng đầu của IHO là

thiết lập và duy trì các chuẩn thích hợp để hỗ trợ việc sử dụng đúng và có hiệu quả

các dữ liệu và thông tin thủy đạc. Tổ chức này đã xây dựng các chuẩn và văn bản

hướng dẫn để sử dụng trong cộng đồng rộng lớn của các nhà chuyên môn trong các

lĩnh vực như: thủy đạc, thành lập hải đồ, an toàn dẫn đường hàng hải và các vấn đề

liên quan [35].

Bảng 3.4. Các chuẩn cho khảo sát thủy đạc (Theo S-44 của IHO)

Hạng đặc

biệt

Hạng 1a Hạng 1b Hạng 2

Miêu tả các

vùng

Các vùng

biển mà tĩnh

không thân

tàu có tính

quyết định

Các vùng

nông hơn

100 m nơi

tĩnh không

thân tàu ít có

tính quyết

định nhưng

Các vùng nông

hơn 100 m nơi

tĩnh không thân

tàu không thành

vấn đề cho tàu

thuyền qua lại

Các vùng sâu

hơn 100 m nơi

chỉ cần miêu

tả khái quát

đáy biển là đủ

60

có thể có các

vật thể mà

tàu thuyền

qua lại cần

quan tâm

Hạn sai về mặt

bằng THU, mức

(hay hệ số) tin

cậy 95%

2 m 5 m + 5% độ

sâu 5 m + 5% độ sâu

20 m + 10%

độ sâu

Hạn sai về độ

sâu TVU, mức

(hay hệ số) tin

cậy 95%

a = 0,25 m

b = 0,0075

a = 0,5 m

b = 0,013

a = 0,5 m

b = 0,013

a = 1,0 m

b = 0,023

Quét toàn bộ đáy

biển Có yêu cầu Có yêu cầu Không yêu cầu

Không yêu

cầu

Phát hiện vật thể Các vật thể

hình khối >

1m

Các vật thể

hình khối > 2

m, tại các độ

sâu tới 40 m;

10% độ sâu

khi độ sâu

lớn hơn 40m

Không cần Không cần

Giãn cách tuyến

đo tối đa

Không định

rõ vì có yêu

cầu thăm dò

toàn bộ đáy

biển

Không định

rõ vì có yêu

cầu thăm dò

toàn bộ đáy

biển

3 × độ sâu trung

bình hoặc 25 m

lấy giá trị nào

lớn hơn. Cho

LiDAR đo sâu

khoảng cách

giữa các điểm

4 × độ sâu

trung bình

61

phản hồi là 5 m

× 5m.

Định vị các biển

báo hàng hải cố

định và địa hình

có ý nghĩa hàng

hải, mức (hay hệ

số tin cậy) 95%

2 m 2 m 2 m 5 m

Định vị đường

bờ biển và địa

hình ít có ý

nghĩa hàng hải,

mức (hay hệ số)

tin cậy 95%

10 m 20 m 20 m 20 m

Vị trí trung bình

của các biển báo

nổi cho hàng

hải, mức (hay hệ

số) tin cậy 95%)

10 m 10 m 10 m 20 m

Công thức dùng để tính độ tin cậy (với hệ số tin cậy 95%) cho hạn sai về độ

sâu (TVU) là:

22TVU a b d (3.10)

Với các tham số a và b cho từng hạng được nêu ở bảng trên:

a thể hiện phần không phụ thuộc vào độ sâu d.

b × d thể hiện phần sai số phụ thuộc vào độ sâu d.

Chẳng hạn như với Hạng đặc biệt a = 0,25 m, b = 0,0075 thì:

Ở độ sâu d = 10 m với 100 trị đo phải đạt 95 trị đo có độ lệch độ sâu nhỏ hơn

hoặc TVU = 0,26 m.

62

Ở độ sâu d = 20 m giá trị của TVU = 0,29 m.

Ở độ sâu d = 30 m, TVU = 0,34 m.

Ở độ sâu d = 40 m, TVU = 0,39 m.

Ở độ sâu d = 50 m, TVU = 0,45 m.

3.3.2. Tiêu chuẩn về độ chính xác đo sâu của một số cơ quan thủy đạc

quốc gia (Canada, New Zealand, Australia)

Mặc dù nhiều cơ quan thủy đạc quốc gia tuân theo Chuẩn S-44 của IHO và

đều tính toán hạn sai đo sâu TVU với hệ số tin cậy 95% theo cùng một công thức do

IHO đưa ra nhưng một số cơ quan thủy đạc như Cơ quan Thủy đạc Canada - CHS

(Canadian Hydrographic Service) hay Cơ quan Thủy đạc New Zealand NZHA

(New Zealand Hydrographic Authority) lại đưa ra cách phân Hạng khác với cách

phân hạng của IHO.

Cơ quan Thủy đạc Canada đưa ra cách phân hạng và các tiêu chuẩn kỹ thuật

đo sâu như bảng dưới đây:

Bảng 3.5. Các chuẩn cho thủy đạc của Cơ quan Thủy đạc Canada - CHS

Hạng Chuyên

dụng Đặc biệt 1a 1b 2

3 (không

chính xác)

Ví dụ

về các

vùng

đặc

trưng

Nước nông

trong cảng,

bến tàu và

các luồng

lạch quan

trọng hay

các đo đạc,

khảo sát

công trình.

Cảng, bến

tàu và các

luồng lạch

quan trọng

Các vùng

nước nông

hơn 100 m

phải lưu ý

tới các đối

tượng có thể

ảnh hưởng

Các vùng

nước nông

hơn 100 m

Các vùng

nước sâu

hơn 100

m nơi chỉ

cần miêu

tả khái

quát địa

hình đáy

biển là đủ

Tất cả các

vùng còn lại

nơi mà độ

chính xác

không đảm bảo

yêu cầu của

các Hạng từ

Chuyên dụng

tới Hạng 2

Độ

chính

xác về

1m 2m 5m + 5% độ

sâu

5m + 5%

độ sâu

20m +

10% độ

sâu

> 20m + 10%

độ sâu

63

mặt

bằng

(hệ số

tin cậy

95%)

Độ

chính

xác về

độ sâu

(hệ số

tin cậy

95%)

a = 0.15m

b = 0.0075

a = 0.25m

b = 0.0075

a = 0.5m

b = 0.013

a = 0.5m

b = 0.013

a = 1.0m

b = 0.023

a = 1.0m

b = 0.023

Khả

năng

phát

hiện

vật thể

Khối lập

phương >

0.5m

Khối lập

phương >

1m

Khối lập

phương >

2m (với d ≤

40m); 10%d

(với d ≤

40m)

Không áp

dụng

Không áp

dụng

Không áp dụng

Nguyên tắc đo đơn tia và đo điểm

Giãn

cách

tối đa

giữa

các

đường

đo

Giá trị nhỏ hơn giữa 3 lần độ sâu trung bình

(với dtb ≤ 10 m) và 25 m; hoặc 50 m (với 10

m < dtb ≤ 40 m; hoặc 100 m (với dtb > 40

m). Thu hẹp giãn cách giữa các đường đo

tại các vùng có nhiều nghi vấn.

Giá trị nhỏ

hơn giữa 3

lần độ sâu

trung bình

và 200 m.

Đối với

công nghệ

LiDAR đo

sâu giãn

cách giữa

các điểm

không vượt

Giá trị

nhỏ hơn

giữa 3 lần

độ sâu

trung bình

và 1000

m.

Không áp dụng

64

quá 5×5

mét

Nhận xét: Các chuẩn cho thủy đạc của Cơ quan Thủy đạc Canada về cơ bản

dựa trên các chuẩn S-44 của IHO nhưng có bổ sung thêm hạng “chuyên dụng”

chính xác hơn hạng “đặc biệt” của IHO và hạng 3 độ chính xác thấp).

Dựa trên các Chuẩn của Tổ chức Thủy đạc Quốc tế - IHO (International

Hydrographic Organisation), Cơ quan Thủy đạc New Zealand - NZHA (New

Zealand Hydrographic Authority) đã đưa ra các tiêu chuẩn về độ chính xác cho đo

sâu đơn tia như bảng sau:

Bảng 3.6. Độ chính xác đo sâu bằng hệ thống đo sâu hồi âm đơn tia SBES (Cơ quan

Thủy đạc New Zealand)

Hạng Đặc biệt 1 2 3

a

b

0.25 m

0.0075

0.5 m

0.013

1.0 m

0.023

1.0 m

0.023

Kích thước của

khối lập phương

cần được hệ

thống SBES phát

hiện

> 1 m > 2 m với độ

sâu d ≤ 40 m.

10%d

với d > 40 m

> 2 m với độ

sâu d ≤ 4 0 m.

10%d

với d > 40 m

Không áp dụng

Khi đo sâu bằng các thiết bị đo sâu hồi âm đơn tia Cơ quan Thủy đạc New

Zealand đưa ra quy định về giãn cách giữa các tuyến đo như bảng sau:

Bảng 3.7. Khoảng cách giữa các tuyến đo đơn tia (Cơ quan Thủy đạc New Zealand)

Độ sâu Khoảng cách giữa các tuyến đo

0 - 200 m Giãn cách chuẩn giữa các tuyến đo là 0.5 cm tính theo tỷ lệ bản đồ

200 - 1000 m Giãn cách giữa các tuyến đo là 1.0 cm tính theo tỷ lệ bản đồ nhưng

không quá 800m trên thực địa

> 1000 m Giãn cách giữa các tuyến đo là 1 km trên thực địa

Cũng dựa theo tiêu chuẩn IHO, Hiệp hội nhà thầu Hàng hải quốc tế đã đưa ra

65

tiêu chuẩn cho mình tại khu vực ngoài khơi như sau:

Bảng 3.8. Tiêu chuẩn của Hiệp hội nhà thầu Hàng hải quốc tế (IMCA)

Yêu cầu

Độ sâu

Hạng 1

Độ chính

xác theo

IHO x1

Kích

thước

nhỏ nhất

Hạng 2

Độ chính

xác theo

IHO x1.5

Kích

thước

nhỏ nhất

Hạng 3

Độ chính

xác theo

IHO x2

Kích

thước

nhỏ nhất

Hạng 3

Độ chính

xác theo

IHO x2.5

Kích

thước

nhỏ

nhất

25 m 0.3 m 0.6 m sq 0.5 m 1.4 m sq 0.6 m 1.8 m sq 0.8 m 2 m sq




150 m 1.2 m 5.1 m sq 1.7 m 8.4 m sq 2.3m

11.1 m

sq 2.9 m 12 m sq

200 m 1.5 m 5.9 m sq 2.3 m

11.1 m

sq 3.0m

14.7 m

sq 3.8 m 16 m sq

300 m 3.4 m

16.6 m

sq 4.5m

22.3 m

sq 5.7 m 24 m sq

400 m 4.5 m

22.1 m

sq 6.0m

27.0 m

sq 7.5 m 32 m sq

500 m 5.6 m

27.6 m

sq 7.5 m

34.0 m

sq 9.4 m 40 m sq

750 m 11.3 m

52.0 m

sq 14.1 m 60 m sq

1000 m 18.8 m 81 m sq

2000 m 37.5 m

162 m

sq

Theo bảng trên ta thấy các tiêu chuẩn được đưa ra đều dựa trên cơ sở là tiêu

chuẩn IHO nhưng tùy thuộc vào mục đích và phạm vi khảo sát IMCA đã đưa ra tiêu

chuẩn phù hợp với yêu cầu của mình.

Với công trình đặc biệt, Dịch vụ thủy văn Nauy đã đưa ra các yêu cầu phù

hợp với nhà thầu của mình, tiêu chí vẫn bám sát tiêu chuẩn IHO nhưng có những

thay đổi đảm bảo chất lượng công trình dạng đặc biệt [35].

66

3.3.3. Các quy định kỹ thuật liên quan tới sử dụng máy đo sâu hồi âm tại

Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay đang áp dụng một số quy định về độ chính xác trong

đo sâu phục vụ thành lập bản đồ địa hình đáy biển:

- Quy định cơ sở toán học, độ chính xác nội dung và ký hiệu bản đồ địa hình

đáy biển tỷ lệ 1: 10.000 ban hành theo Quyết định số 180/1998/QĐ-ĐC ngày 31

tháng 3 năm 1998 của Tổng cục trưởng Tổng cục Địa chính;

- Quy định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 50.000 ban

hành kèm theo Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng 02 năm 2007

của Bộ Tài nguyên và Môi trường;

- Quy định kỹ thuật thành lập địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 100.000 bằng phương

pháp đo vẽ trực tiếp ban hành kèm theo Thông tư số 34/2011/TT-BTNMT ngày 01

tháng 8 năm 2011 của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

- Quy định kỹ thuật đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:5000 ban hành

kèm Thông tư số 67/2017/TT-BTNMT ngày 22/12/2017.

Các tài liệu nói trên đều quy định một số điểm chung cho công tác thủy đạc

như sau:

Yêu cầu độ chính xác định vị điểm đo sâu trên biển:

Sai số định vị điểm đo sâu trên mặt biển là sai số định vị cần phát biến của

máy đo sâu hồi âm, sai số này không được vượt quá 1mm theo tỷ lệ bản đồ.

Độ chính xác đo sâu địa hình đáy biển

Độ chính xác đo sâu địa hình đáy biển là độ chính xác đo sâu các điểm ghi

chú độ sâu đáy biển. Sai số này gồm cả sai số đo sâu bằng dụng cụ hay máy đo sâu

và sai số quy chuyển giá trị độ sâu từ mặt biển tức thời về độ sâu so với mực nước

biển trung bình (quy độ sâu về hệ độ cao nhà nước).

Yêu cầu độ chính xác đo sâu phụ thuộc vào độ sâu đáy biển.

Trong “Quy định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ

1: 50.000” ban hành kèm theo Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng

02 năm 2007 của Bộ tài nguyên và Môi trường có quy định về độ chính xác điểm

67

ghi chú độ sâu địa hình đáy biển sau khi đã quy đổi về hệ độ cao Nhà nước không

được vượt quá các giá trị trong Bảng 3.9.

Bảng 3.9. Sai số độ sâu cho phép trong đo sâu phục vụ thành lập bản đồ địa hình

đáy biển

Độ sâu đáy biển (m) Sai số độ sâu cho phép (m)

Nhỏ hơn 30 0,3

Lớn hơn 30 1% độ sâu

Trong "Quy định cơ sở toán học, độ chính xác, nội dung và ký hiệu bản đồ

địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000" do Tổng cục Địa chính ban hành tháng 4 năm

1998 quy định về độ chính xác đo sâu như trong Bảng 3.10.

Bảng 3.10 Sai số trung phương đo sâu của điểm ghi chú độ sâu so với độ cao của

điểm chuẩn độ cao (bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000)

Độ sâu (m) Giới hạn cho phép (m)

50 ± 0.30

50 -100 ± 0.45

Lớn hơn 100 ± 0.70

Bảng 3.11 Sai số trung phương độ sâu đường đẳng sâu so với độ cao của điểm

chuẩn độ cao (bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 10.000)

Độ sâu (m) Giới hạn cho phép (m)

50 ± 0.4

50 -100 ± 0.6

Lớn hơn 100 ± 0.9

Khoảng cách trung bình giữa các tuyến đo sâu không được vượt quá 100m. Sai

lệch tuyến so với tuyến thiết kế không vượt quá 30% theo một hướng.

Quy định lấy mẫu vận tốc âm trong đo sâu địa hình đáy biển:

Theo tài liệu [13], vấn đề về vận tốc âm chưa được đưa ra do thời điểm này

vận tốc âm chưa được chú ý và đưa vào hiệu chỉnh kết quả đo. Do đó chưa quy định

68

về lấy mẫu vận tốc âm.

Thông tư theo tài liệu [14] đã đưa ra vấn đề vận tốc âm, đã yêu cầu sử dụng

thiết bị xác định vận tốc âm để kiểm nghiệm máy đo sâu nhưng vẫn chưa quy định

việc lấy mẫu vận tốc âm.

Thông tư theo tài liệu [16] có quy định lấy mẫu vận tốc âm, trong đó yêu cầu lấy

mẫu mặt cắt vận tốc âm tại khu đo và nhập vào hệ thống phần mềm để đo sâu.

Quy trình lấy mẫu vận tốc âm vẫn chưa được đưa ra ở các tài liệu, thông tư,

quy định mà được đưa ra trong các thiết kế kỹ thuật dự án cụ thể, dựa trên các quy

định và thông tư hướng dẫn.

3.4 Quy luật biến đổi vận tốc âm trong khu vực Vịnh Bắc Bộ

Để phân tích được quy luật biến đổi của vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc

Bộ, chia các trường hợp như sau để đánh giá về sự thay đổi của giá trị vận tốc âm.

3.4.1. Khái quát chung về đặc điểm địa lý, tự nhiên biển khu vực Vịnh Bắc Bộ

a. Đặc điểm địa lý khu vực Vịnh Bắc Bộ

Với diện tích khoảng 126.250 km², Vịnh Bắc Bộ là nhánh của Biển Đông và

là một phần của Thái Bình Dương. Vịnh có hai cửa biển: eo biển Quỳnh Châu rộng

35,2 km giữa bán đảo Lôi Châu và Đảo Hải Nam thuộc Trung Quốc và cửa chính

của Vịnh được xác định là đường thẳng từ đảo Cồn Cỏ, tỉnh Quảng Trị, Việt Nam

và mũi Oanh Ca, Hải Nam, Trung Quốc, rộng 110 hải lý (khoảng 200 km). Trong

phạm vi đó, Việt Nam có 763 km bờ vịnh, Trung Quốc có 695 km.

Vịnh Bắc Bộ tương đối nông (sâu trung bình chưa tới 60m). Sông Hồng là

con sông chính chảy vào vịnh này. Thành phố Hải Phòng và Cảng Cửa Hội (tỉnh

Nghệ An) thuộc Việt Nam và Bắc Hải (tỉnh Quảng Tây) thuộc Trung Quốc là

những hải cảng chính trong vịnh. Đảo Hải Nam của Trung Quốc là bờ phía đông

Vịnh. Các đảo nhỏ khác trong vịnh gồm đảo Bạch Long Vĩ, Cát Bà, của Việt Nam

và Vị Châu, Tà Dương của Trung Quốc [34].

Vịnh Bắc Bộ được phân định giữa Việt Nam và Trung Quốc thông qua hiệp

định phân định lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa hai nước ký ngày

25/12/2000 [12], luận án sử dụng số liệu nằm bên trong đường phân định Vịnh Bắc

69

Bộ phía bên Việt Nam.

b. Đặc điểm khí hậu Vịnh Bắc Bộ

Vịnh Bắc Bộ có khí hậu chia làm 4 mùa rõ rệt, chịu ảnh hưởng của khí hậu

nhiệt đới gió mùa.

- Mùa xuân: từ tháng 02 đến tháng 04 thường có mưa phùn kéo dài, độ ẩm lớn.

- Mùa hạ: từ tháng 05 đến tháng 07 thường có gió Đông Nam, trời nắng

nóng, hay có mưa rào và có bão.

- Mùa thu: từ tháng 08 đến tháng 10 thời tiết mát mẻ, ít mưa.

- Mùa đông: từ tháng 11 đến tháng 01 năm sau thường có gió mùa Đông

Bắc, trời rét.

- Khu vực này có chế độ gió mùa rất rõ rệt. Gió mùa Đông Bắc từ tháng 10

đến tháng 1 năm sau. Số ngày có gió cấp 6 phân bố đều các tháng, nhiều nhất là từ 4

- 8 ngày trong tháng. Gió cấp 7 và bão tập trung vào các tháng từ tháng 5 đến tháng

8 hàng năm.

- Gió Đông Nam (hay còn gọi là gió Nam) mang theo hơi nước từ biển, mát

mẻ thường xuất hiện vào mùa hè từ tháng 5 đến tháng 7.

- Sương mù chủ yếu xuất hiện vào các tháng mùa Đông nhiều nhất là 8-15

ngày một tháng.

- Chế độ sóng của các khu vực này tương đối phức tạp phụ thuộc vào chế độ

gió, độ sâu và địa hình đáy của vùng bờ.

- Khu vực biển từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa có chế độ nhật triều thuần

nhất (độ lớn triều từ 2,6 - 3,6 m vào kỳ nước cường); khu vực biển từ Nghệ An đến

Quảng Trị có chế độ nhật triều không đều (độ lớn triều từ 0,5 - 1,0 m vào kỳ nước

cường, độ lớn triều chênh nhau không nhiều giữa kỳ nước cường và kỳ nước kém).

Sóng cấp 5 thường xuất hiện vào các tháng mùa đông, từ tháng 11 đến tháng 1 năm

sau, thời gian xuất hiện nhiều nhất khoảng 6 ngày trong một tháng. Sóng cấp 6, cấp

7 ít thấy và chỉ xuất hiện khi có bão, nhiều nhất là 4 ngày trong một tháng.

- Vịnh Bắc Bộ có điều kiện khí hậu tự nhiên đa dạng, nhiệt độ và lượng mưa

của khu vực này thay đổi rất lớn theo thời gian các tháng trong năm. Chính vì thế

70

nên luận án chọn khu vực Vịnh Bắc Bộ là khu vực thực nghiệm biến đổi vận tốc âm

để đưa ra các đánh giá chi tiết vảnh hưởng của các điều kiện thời tiết, ảnh hưởng

của biến đổi về không gian tới giá trị vận tốc âm trong khu vực.

c. Đặc điểm hoạt động của các dòng hải lưu khu vực Vịnh Bắc Bộ

Ngoài các đặc điểm khí hậu, thủy triều thì trong Vịnh Bắc Bộ cũng hình

thành và tồn tại các loại chuyển động tịnh tiến của nước biển được gọi là các dòng

hải lưu. Hoạt động của các dòng chảy này đã làm cho nước biển được lưu thông và

trao đổi với các vùng xung quanh, làm thay đổi và điều hòa khí hậu, hình thành các

doi cát ven bờ và góp phần bồi đắp các đồng bằng châu thổ v.v…

Các dòng chảy trong khu vực Vịnh Bắc Bộ cũng khá phức tạp. Các yếu tố

tác động đến quá trình vận động của nước biển rất đa dạng như thiên văn, khí

tượng, thủy văn và địa hình đáy biển.

Hệ thống dòng chảy trên Biển Đông nói chung và trên khu vực Vịnh Bắc Bộ

nói riêng bị ảnh hưởng mạnh bởi hoàn lưu gió mùa châu Á. Trong đó phân chia

thành hai mùa rõ rệt: mùa gió Đông Bắc (mùa đông) và mùa gió Tây Nam (mùa hè)

[37]. Từ tháng 11 đến tháng 2 là thời kỳ gió mùa đông bắc hoạt động mạnh. Vào

thời kỳ tháng 1, vận tốc gió trung bình trên Biển Đông vào khoảng 8 - 10,7 m/s,

hướng gió đông bắc thịnh hành trên toàn vùng Biển Đông. Từ tháng 2 trở đi, gió

đông bắc yếu dần nhưng mạnh trở lại vào tháng 4. Từ tháng 6 đến tháng 9, hướng

gió thịnh hành trên Biển Đông chuyển sang hướng tây nam và phát triển mạnh vào

thời kỳ tháng 7 và tháng 8. Vận tốc gió trung bình thời kỳ này vào khoảng 5,5 - 7,9

m/s. Từ tháng 10 hướng gió thịnh hành dần chuyển sang hướng đông bắc [37].

Trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc: Giống như các nghiên cứu trước đây về chế độ

dòng chảy tại khu vực trong mùa đông, hoàn lưu khu vực Vịnh Bắc Bộ có hướng

thịnh hành đi về phía nam, vận tốc trung bình vào khoảng từ 15 - 25 cm/s. Bức

tranh hoàn lưu khu vực trong mùa đông cho thấy hệ thống dòng chảy tách thành hai

vùng rõ rệt. Ở khu vực sát bờ, dòng chảy có xu thế chạy dọc theo bờ đi xuống phía

nam, vận tốc dòng này khá lớn vào khoảng 25 - 35 cm/s. Khu vực đầu Quảng Bình,

vận tốc dòng chảy trung bình tháng 10 vào khoảng 45 - 50 cm/s, trong đó có những

71

thời điểm tại khu vực này ghi nhận được vận tốc dòng chảy gần 1 m/s. Những tháng

cuối mùa, dòng chảy vẫn có xu thế đi xuống phía nam, vận tốc dòng chảy trung

bình vào khoảng 25 - 30 cm/s rồi giảm dần khi bắt đầu vào thời kỳ gió mùa Tây

Nam. Ở ngoài khơi về phía bắc tại khu vực giữa Vịnh, dòng chảy trung bình có

hướng nam đến tây nam sau đó nhập vào dòng sát bờ chảy xuống phía nam. Vận tốc

trung bình của dòng vào khoảng từ 15 - 20 cm/s. Về phía nam tại khu vực cửa vịnh,

dòng chảy thường có vận tốc nhỏ hơn ở phía bắc, hướng thịnh hành có xu hướng đi

về phía tây và tây nam, từ đó cho thấy tại khu vực này tồn tại một xoáy thuận như

các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra. Tuy vậy cũng có những thời điểm vào giữa mùa

đông khi gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh, dòng chảy tại vùng này mạnh lên và

đi về phía nam. Trong thời kỳ gió mùa Tây Nam, hoàn lưu khu vực được thiết lập lại,

dòng chảy tại khu vực có xu thế đi lên phía bắc với vận tốc trung bình vào khoảng từ

10 - 20 cm/s. Vào thời kỳ này, khu vực giữa Vịnh Bắc Bộ hình thành một hoàn lưu

nghịch. Vận tốc của hoàn lưu này không lớn, trung bình khoảng 8 - 12 cm/s. Nước duy

trì hoàn lưu này được đưa lên từ vùng biển trung bộ đi lên. Hoàn lưu này tồn tại đến

hết tháng 8.

Ở khu vực Vịnh Bắc bộ có các dòng hải lưu (dòng chảy) hoạt động có quy

luật theo chu kỳ hàng năm như sau:

Vào mùa đông, dòng hải lưu có hướng chảy từ Bắc vào Nam và vào mùa hè

thì dòng chảy đổi hướng ngược lại, từ Nam chảy ra Bắc. Chính do đặc điểm này, vào

tháng 2 nhiệt độ nước biển ở Vịnh Bắc Bộ thường có giá trị thấp nhất trong năm và

vào tháng 8, nhiệt độ là cao nhất trong năm. Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả

đo đạc khảo sát thực hiện tại khu vực Vịnh Bắc Bộ năm 2006. Đặc điểm biến đổi của

trường nhiệt nước biển theo các tháng trong năm đã ảnh hưởng rất lớn đến sự thay

đổi trường vận tốc âm (V) ở khu vực này. Chênh lệch vận tốc âm trung bình giữa

tháng 2 (V nhỏ nhất) và tháng 8 (V lớn nhất) ở phía bắc Vịnh Bắc Bộ xấp xỉ 26m/s.

Trên Hình 3.17 Là sơ đồ các dòng hải lưu tháng 2 và tháng 8 hàng năm ở Vịnh Bắc

Bộ và Biển Đông.

72

Hình 3. 16 Sơ đồ các dòng hải lưu tháng 2 và tháng 8 hàng năm

Theo Phạm Văn Thục [8], môi trường nước biển có nhiều tác nhân gây ra

những thay đổi làm ảnh hưởng đến đến đường truyền của sóng âm, trong đó phải kể

đến các dòng chảy, các xoáy, sự xuất hiện của sóng nội vv….

3.4.2 Số liệu vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

Số liệu thực nghiệm vận tốc âm trong luận án là dữ liệu được thu thập

bởi Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển từ nhiều năm thi công ngoại nghiệp

cùng với các cơ sở dữ liệu hải dương học của WOD và của Liên bang Nga.

Bộ dữ liệu được sử dụng lấy trong 12 tháng trong nhiều năm, được thể

hiện với chu kỳ 1 tháng 1 lần. Bao gồm các giá trị về vận tốc âm và nhiệt độ,

độ mặn, độ sâu. Vị trí các điểm quan trắc được miêu tả như Hình 3.17. Nền

bản đồ được cung cấp bởi bản đồ Google [36].

Sau đây là giá trị quan trắc nhiệt độ và độ mặn trong các tháng của năm

tại 3 điểm (A, B, C) thuộc Vịnh Bắc Bộ.

73

3 vị trí đặc trưng của Vịnh Bắc Bộ là:

Vị trí A khu vực Quảng Ninh (phía bắc

Vịnh Bắc Bộ): có tọa độ: B = 20.5; L =

108.0 có độ sâu 40 m.

Vị trí B khu vực Thanh Hóa (giữa Vịnh

Bắc Bộ) có tọa độ: B = 19.5, L = 107.0

và có độ sâu 50 m.

Vị trí C khu vực Quảng Bình (nam

Vịnh Bắc Bộ) có tọa độ: B = 18.0, L =

107.25, độ sâu 70 m.

Vị trí các điểm quan trắc (A, B, C)

được thể hiện trên bản đồ ảnh vệ tinh

như Hình 3.17.

Hình 3.17. Vị trí các điểm quan trắc trên Vịnh Bắc bộ

Trên Hình 3.17 là vị trí các điểm thu thập dữ liệu giá trị nhiệt độ, độ mặn độ

sâu trong thời gian 12 tháng của năm 2006. Dữ liệu vận tốc âm được xây dựng trên

số liệu xác định từ nhiệt độ, độ mặn, độ sâu.

Bảng 3.12. Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí A

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ sâu

(m) oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC

0 20.0 18.8 21.2 22.8 25.5 29.3 29.5 29.5 27.6 27.1 26.0 22.8

2 20.0 18.7 20.9 22.4 25.1 29.2 29.4 29.4 27.6 27.1 26.0 22.8

4 19.9 18.7 20.6 22.0 24.8 29.1 29.3 29.3 27.6 27.1 26.0 22.8

6 19.9 18.6 20.3 21.7 24.4 29.1 29.3 29.3 27.6 27.1 26.0 22.7

8 19.9 18.5 19.9 21.3 24.0 29.0 29.2 29.2 27.6 27.1 26.0 22.7

10 19.9 18.4 19.6 20.9 23.7 28.9 29.1 29.1 27.5 27.1 26.0 22.7

15 19.8 18.3 19.4 20.6 23.2 28.5 28.7 28.9 27.5 27.0 26.0 22.7

74

20 19.8 18.2 19.2 20.4 22.7 28.0 28.2 28.6 27.4 27.0 26.1 22.7

25 19.8 18.1 19.1 20.2 22.3 27.5 27.8 28.4 27.3 27.0 26.0 22.7

30 19.8 18.0 18.9 19.9 22.1 27.2 27.5 28.1 27.1 26.8 25.9 22.7

35 19.8 18.0 18.9 19.9 21.9 26.9 27.1 27.7 26.8 26.6 25.7 22.7

40 19.8 18.0 18.8 19.7 21.7 26.5 26.7 27.3 26.5 26.3 25.4 22.7

Bảng 3.13. Số liệu đo độ mặn tại vị trí A

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ sâu

(m) o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo

0 32.5 32.5 33.3 33.5 33.6 31.4 31.3 31.2 32.2 32.2 32.2 32.3

2 32.6 32.5 33.3 33.5 33.6 31.5 31.5 31.3 32.2 32.2 32.2 32.3

4 32.6 32.5 33.3 33.4 33.6 31.7 31.6 31.5 32.2 32.3 32.2 32.3

6 32.6 32.5 33.3 33.4 33.6 31.8 31.8 31.7 32.3 32.3 32.2 32.3

8 32.6 32.6 33.3 33.4 33.6 32.0 31.9 31.9 32.3 32.3 32.3 32.3

10 32.6 32.6 33.3 33.4 33.5 32.2 32.1 32.1 32.3 32.3 32.3 32.4

15 32.6 32.6 33.3 33.4 33.5 32.6 32.6 32.5 32.5 32.4 32.3 32.4

20 32.6 32.6 33.3 33.4 33.5 32.8 32.8 32.7 32.5 32.5 32.4 32.5

25 32.7 32.6 33.3 33.4 33.4 33.0 33.0 33.0 32.6 32.5 32.5 32.5

30 32.7 32.6 33.3 33.3 33.4 33.1 33.1 33.0 32.8 32.8 32.6 32.5

35 32.7 32.7 33.3 33.4 33.4 33.2 33.2 33.1 32.9 32.9 32.7 32.5

40 32.7 32.7 33.3 33.3 33.4 33.3 33.2 33.2 33.1 33.1 32.9 32.5

Bảng 3.14. Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí B

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ sâu

(m) oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC

0 20.6 19.8 20.3 23.7 26.7 28.4 29.1 29.2 28.5 27.1 25.4 23.3

2 20.6 19.8 20.2 23.6 26.7 28.3 29.0 29.1 28.5 27.1 25.4 23.3

4 20.6 19.7 20.2 23.5 26.6 28.2 29.0 29.0 28.4 27.0 25.4 23.3

6 20.6 19.7 20.1 23.4 26.5 28.1 28.9 29.0 28.4 27.0 25.4 23.3

75

8 20.6 19.6 20.0 23.3 26.4 28.0 28.8 28.9 28.3 27.0 25.4 23.3

10 20.6 19.6 20.0 23.2 26.3 28.0 28.7 28.8 28.3 27.0 25.4 23.3

15 20.6 19.5 19.9 22.8 25.6 27.1 27.8 28.2 27.9 26.9 25.4 23.3

20 20.6 19.4 19.7 22.4 24.9 26.1 26.9 27.5 27.6 26.9 25.4 23.3

25 20.5 19.4 19.6 21.9 24.2 25.4 26.2 26.9 27.2 26.7 25.4 23.3

30 20.5 19.3 19.5 21.4 23.6 24.7 25.6 26.4 26.8 26.5 25.4 23.2

35 20.5 19.3 19.4 21.2 23.4 24.4 25.4 26.0 26.4 26.3 25.3 23.2

40 20.5 19.2 19.3 21.0 23.2 24.3 25.2 25.7 26.1 26.0 25.2 23.2

45 20.4 19.2 19.2 20.8 23.0 24.1 25.0 25.5 25.6 25.7 25.0 23.2

50 20.4 19.1 19.0 20.6 22.8 24.0 24.9 25.2 25.3 25.4 24.9 23.2

Bảng 3.15. Số liệu đo độ mặn tại vị trí B

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ

sâu

(m)

o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo

0 32.8 32.7 33.0 33.4 33.4 32.7 32.6 32.5 31.9 32.6 32.3 32.6

2 32.8 32.7 33.0 33.4 33.5 32.8 32.6 32.6 32.0 32.7 32.4 32.6

4 32.8 32.8 33.0 33.4 33.6 32.9 32.7 32.7 32.2 32.7 32.5 32.6

6 32.8 32.8 33.0 33.4 33.5 32.9 32.8 32.7 32.3 32.7 32.6 32.7

8 32.9 32.8 33.0 33.4 33.6 33.0 32.9 32.8 32.5 32.7 32.7 32.7

10 32.9 32.9 33.1 33.4 33.6 33.1 33.0 32.9 32.6 32.8 32.8 32.8

15 32.9 32.9 33.2 33.4 33.6 33.3 33.2 33.1 32.7 32.8 32.8 32.8

20 33.0 33.0 33.3 33.4 33.6 33.4 33.3 33.2 32.9 32.8 32.8 32.9

25 33.0 33.0 33.4 33.5 33.6 33.5 33.5 33.4 33.0 32.9 32.8 33.0

30 33.0 33.0 33.4 33.4 33.6 33.6 33.5 33.5 33.2 33.0 32.8 33.0

35 33.1 33.1 33.4 33.4 33.6 33.5 33.5 33.5 33.3 33.1 32.9 33.0

40 33.1 33.1 33.5 33.5 33.6 33.5 33.5 33.5 33.3 33.2 33.1 32.9

45 33.1 33.1 33.5 33.5 33.6 33.5 33.5 33.5 33.4 33.3 33.3 32.9

50 33.1 33.1 33.5 33.4 33.6 33.4 33.5 33.5 33.5 33.4 33.4 32.9

76

Bảng 3. 16 Số liệu đo nhiệt độ tại vị trí C

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Độ sâu

(m)

oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC oC

0 22.9 22.5 22.8 24.8 27.1 28.3 28.9 28.9 28.6 27.8 26.5 24.5

2 22.9 22.5 22.8 24.8 26.9 28.1 28.8 28.8 28.5 27.8 26.5 24.5

4 22.9 22.4 22.7 24.7 26.7 27.9 28.6 28.7 28.4 27.8 26.5 24.5

6 22.9 22.4 22.7 24.6 26.6 27.7 28.4 28.5 28.4 27.7 26.5 24.5

8 22.9 22.4 22.6 24.5 26.4 27.5 28.2 28.4 28.3 27.7 26.5 24.5

10 22.9 22.4 22.6 24.4 26.2 27.3 28.0 28.2 28.2 27.6 26.5 24.5

15 22.9 22.3 22.4 23.8 25.1 25.8 26.4 27.0 27.5 27.4 26.5 24.5

20 22.9 22.2 22.2 23.1 24.0 24.4 24.9 25.9 26.8 27.1 26.5 24.5

25 22.9 22.1 21.9 22.5 23.1 23.4 23.8 24.8 25.9 26.6 26.4 24.4

30 22.8 22.1 21.7 22.0 22.4 22.7 23.0 23.9 25.1 26.1 26.2 24.4

35 22.8 22.0 21.5 21.8 22.1 22.3 22.5 23.2 24.3 25.4 26.0 24.4

40 22.8 21.9 21.4 21.6 21.8 22.1 22.2 22.6 23.6 24.8 25.7 24.4

45 22.8 21.9 21.3 21.4 21.6 21.9 21.9 22.1 23.0 24.2 25.4 24.4

50 22.7 21.8 21.2 21.2 21.5 21.7 21.7 21.6 22.5 23.8 25.2 24.3

55 22.7 21.8 21.1 21.1 21.4 21.6 21.5 21.5 22.3 23.6 25.0 24.3

60 22.7 21.7 21.0 21.0 21.3 21.5 21.5 21.3 22.1 23.4 24.9 24.3

65 22.7 21.7 21.0 20.9 21.2 21.4 21.4 21.2 22.0 23.2 24.8 24.3

70 22.7 21.7 20.9 20.9 21.2 21.4 21.4 21.1 21.8 23.1 24.7 24.2

Bảng 3.17. Số liệu đo độ mặn tại vị trí C

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

(m) o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo o/oo

0 33.4 33.3 33.2 33.4 33.2 33.2 33.0 33.0 32.4 33.5 32.3 33.2

2 33.4 33.3 33.2 33.4 33.2 33.3 33.0 33.0 32.5 33.5 32.5 33.2

4 33.4 33.3 33.2 33.4 33.3 33.4 33.1 33.1 32.6 33.5 32.7 33.2

6 33.5 33.3 33.2 33.4 33.2 33.4 33.2 33.2 32.7 33.4 32.9 33.2

8 33.5 33.3 33.2 33.5 33.3 33.5 33.2 33.2 32.8 33.4 33.1 33.3

77

10 33.5 33.3 33.3 33.5 33.3 33.5 33.3 33.3 32.9 33.4 33.3 33.3

15 33.5 33.3 33.4 33.5 33.5 33.6 33.4 33.5 33.2 33.4 33.4 33.4

20 33.5 33.4 33.5 33.6 33.6 33.6 33.6 33.6 33.5 33.4 33.5 33.5

25 33.6 33.5 33.8 33.7 33.7 33.7 33.7 33.7 33.6 33.5 33.5 33.6

30 33.6 33.5 33.8 33.8 33.7 33.8 33.8 33.8 33.8 33.7 33.6 33.6

35 33.6 33.6 33.8 33.8 33.8 33.8 33.9 33.9 33.9 33.8 33.7 33.6

40 33.6 33.6 33.8 33.8 33.8 33.9 34.0 34.1 34.1 34.0 33.8 33.6

45 33.6 33.6 33.9 33.9 33.9 34.0 34.2 34.2 34.2 34.1 33.9 33.6

50 33.6 33.6 33.9 33.9 33.8 34.0 34.2 34.3 34.3 34.2 33.9 33.7

55 33.7 33.6 33.9 33.9 33.8 34.0 34.3 34.3 34.3 34.2 34.0 33.7

60 33.7 33.6 33.9 33.8 33.8 34.0 34.3 34.3 34.4 34.3 34.0 33.7

65 33.7 33.6 33.9 33.8 33.8 34.0 34.3 34.3 34.4 34.3 34.1 33.8

70 33.7 33.7 33.9 33.8 33.8 34.1 34.3 34.3 34.4 34.4 34.1 33.8

Qua số liệu thống kê ở các bảng trên có thể nhận thấy, sự biến đổi nhiệt độ T

theo các tháng trong năm trên bề mặt là khá lớn (khoảng 9.5 oC). Biến đổi độ mặn

theo các tháng trong năm là không nhiều (0.6 ppt). Ở phía bắc Vịnh Bắc Bộ, nhiệt

độ có sự biến thiên nhiều hơn so với phía nam Vịnh Bắc Bộ.

Dựa vào công thức Medwin nêu ở trên, tính toán xác định vận tốc âm theo

nhiệt độ, độ mặn và độ sâu cho 12 tháng trong nhiều năm. Các giá trị vận tốc âm tại

các lớp nước có độ sâu khác nhau và vận tốc âm trung bình (Vtb) được thể hiện trên

các bảng 3.18, 3.19, 3.20.

Bảng 3.18. Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 12 tháng tại vị trí A

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 1518.7 1515.3 1522.8 1527.2 1534.0 1540.2 1540.7 1540.4 1537.4 1536.2 1533.7 1525.9

2 1518.7 1515.2 1522.0 1526.2 1533.2 1540.2 1540.7 1540.4 1537.5 1536.2 1533.8 1525.9

4 1518.7 1515.0 1521.2 1525.3 1532.3 1540.3 1540.6 1540.5 1537.5 1536.3 1533.8 1525.9

6 1518.7 1514.8 1520.3 1524.3 1531.5 1540.3 1540.7 1540.6 1537.5 1536.3 1533.9 1525.9

8 1518.6 1514.6 1519.5 1523.3 1530.6 1540.3 1540.7 1540.7 1537.5 1536.4 1534.0 1525.9

10 1518.6 1514.4 1518.7 1522.3 1529.7 1540.4 1540.8 1540.8 1537.5 1536.4 1534.0 1525.9

15 1518.6 1514.1 1518.0 1521.5 1528.4 1540.0 1540.4 1540.8 1537.6 1536.6 1534.2 1526.0

78

20 1518.7 1513.8 1517.7 1521.0 1527.3 1539.2 1539.7 1540.6 1537.5 1536.7 1534.4 1526.2

25 1518.7 1513.8 1517.4 1520.5 1526.4 1538.6 1539.0 1540.3 1537.4 1536.7 1534.5 1526.3

30 1518.8 1513.6 1517.0 1520.0 1525.8 1538.0 1538.5 1539.8 1537.3 1536.7 1534.4 1526.4

35 1518.9 1513.8 1517.0 1519.8 1525.5 1537.3 1537.9 1539.1 1536.9 1536.3 1534.1 1526.4

40 1518.9 1513.8 1516.8 1519.5 1525.0 1536.6 1537.1 1538.3 1536.4 1535.9 1533.7 1526.5

Vtb 1518.7 1514.3 1519.0 1522.6 1529.1 1539.3 1539.7 1540.2 1537.3 1536.4 1534.0 1526.1

Hình 3.18 Biểu đồ vận tốc âm trung bình tại vị trí A theo tháng

Từ bảng 3.18 và Hình 3.18 cho thấy, giá trị vận tốc âm nhỏ nhất là vào tháng

2 (Vmin=1513.6m/s) và vận tốc âm lớn nhất vào tháng 7, tháng 8 (Vmax=1540.8

m/s). Như vậy, sự biển đổi vận tốc âm trong năm tại vị trí A (bắc Vịnh Bắc Bộ) là

27.2m/s. Nếu so sánh vận tốc âm trung bình thì tháng có giá trị vận tốc âm trung

bình nhỏ nhất là tháng 2, (Vtb=1514.4 m/s) và tháng có vận tốc âm trung bình lớn

nhất là tháng 8 (Vtb=1540.2m/s), chênh lệch vận tốc trung bình giữa tháng 2 và

tháng 8 là 25.8 m/s.

Từ giá trị vận tốc âm trung bình, tiến hành vẽ biểu đồ thay đổi vận tốc

âm trung bình theo 12 tháng tại vị trí A như trong Hình 3.19.

79

Hình 3.19. Mặt cắt vận tốc âm tháng 2 và tháng 8 (vị trí A)

Theo mặt cắt vận tốc âm của hai tháng là tháng 2 và tháng 8 tại vị trí A, biên

độ thay đổi vận tốc âm tại giữa bề mặt và mặt đáy thay đổi không nhiều, khoảng 2-3

m/s do vị trí A nằm tại khu vực phía bắc Vịnh Bắc Bộ nên nhiệt độ bề mặt và nhiệt

độ mặt đáy thay đổi không nhiều so với các vị trí khác. Độ sâu tại vị trí này cũng

không lớn, khoảng 40m.

Bảng 3.19 Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 12 tháng tại vị trí B

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 1520.8 1518.5 1520.0 1529.4 1536.7 1539.7 1541.1 1541.2 1539.1 1536.7 1532.4 1527.4

80

2 1520.8 1518.4 1519.9 1529.2 1536.7 1539.6 1541.0 1541.1 1539.2 1536.7 1532.5 1527.5

4 1520.8 1518.3 1519.8 1529.0 1536.6 1539.5 1541.0 1541.1 1539.3 1536.7 1532.7 1527.6

6 1520.8 1518.3 1519.7 1528.8 1536.4 1539.4 1540.9 1541.1 1539.4 1536.8 1532.9 1527.6

8 1520.9 1518.2 1519.5 1528.5 1536.3 1539.3 1540.9 1541.1 1539.4 1536.8 1533.0 1527.7

10 1520.9 1518.2 1519.4 1528.3 1536.1 1539.3 1540.9 1541.0 1539.5 1536.8 1533.0 1527.8

15 1521.0 1518.0 1519.3 1527.4 1534.6 1537.6 1539.2 1539.9 1538.9 1536.8 1533.2 1528.0

20 1521.0 1518.0 1519.2 1526.4 1532.9 1535.7 1537.3 1538.6 1538.4 1536.7 1533.3 1528.1

25 1521.1 1517.9 1519.1 1525.2 1531.3 1534.0 1535.9 1537.5 1537.8 1536.5 1533.3 1528.2

30 1521.1 1517.8 1518.8 1524.0 1529.9 1532.5 1534.6 1536.4 1537.1 1536.2 1533.4 1528.3

35 1521.2 1517.9 1518.6 1523.5 1529.4 1532.0 1534.1 1535.6 1536.4 1535.9 1533.4 1528.3

40 1521.2 1517.9 1518.5 1523.2 1529.0 1531.6 1533.9 1535.0 1535.7 1535.4 1533.5 1528.4

45 1521.2 1517.9 1518.2 1522.8 1528.6 1531.3 1533.5 1534.5 1534.9 1534.8 1533.2 1528.4

Hình 3.20. Biểu đồ vận tốc âm trung bình theo tháng tại vị trí B

Tương tự như điểm A, giá trị vận tốc âm nhỏ nhất là vào tháng 2

(Vmin=1517.7 m/s) và vận tốc âm lớn nhất vào tháng 7, tháng 8 (Vmax=1541.2

m/s), như vậy sự biển đổi vận tốc âm trong năm tại vị trí B (giữa Vịnh Bắc Bộ) là

23.5 m/s. Nếu so sánh vận tốc âm trung bình thì tháng có giá trị vận tốc âm trung

bình nhỏ nhất là tháng 2, (Vtb=1518.1 m/s) và tháng có vận tốc âm trung bình lớn

nhất là tháng 8 (Vtb=1538.4 m/s), chênh lệch vận tốc trung bình giữa tháng 2 và

81

tháng 8 là 20.3 m/s. Biểu đồ vận tốc âm thể hiện như trên Hình 3.20.

Hình 3.21. Mặt cắt vận tốc âm tháng 2 và tháng 8 (vị trí B)

Theo mặt cắt vận tốc âm tại thời điểm tháng 2 và tháng 8, giữa hai tháng có

độ chênh vận tốc âm là lớn nhất chúng ta thấy:

- Biên độ biến đổi vận tốc âm của tháng 8 khoảng 7m/s với thời điểm nhiệt

độ cao nhất và sự ảnh hưởng của nhiệt độ đã thấy rõ rệt giữa lớp bề mặt và lớp đáy.

- Biên độ biến đổi vận tốc âm tại thời điểm tháng 2 biến đổi không nhiều do

thời điểm này nhiệt độ tại vị trí quan trắc biến đổi không nhiều

- Từ số liệu mặt cắt vận tốc âm theo 2 tháng đặc trưng tại vị trí B cho thấy

ảnh hưởng của nhiệt độ tại khu vực này là đáng kể, nhiệt độ tại khu vực quan trắc

biến đổi thất thường, khó xác định.

Bảng 3.20. Xác định vận tốc âm V (m/s) theo 4 mùa tại vị trí C

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 1527.5 1526.2 1526.9 1532.2 1537.2 1540.1 1541.2 1541.2 1539.7 1539.3 1535.1 1531.1

2 1527.5 1526.2 1526.9 1532.0 1536.9 1539.7 1540.9 1541.0 1539.7 1539.2 1535.3 1531.2

4 1527.5 1526.1 1526.8 1531.8 1536.6 1539.4 1540.6 1540.8 1539.7 1539.1 1535.5 1531.2

82

6 1527.6 1526.1 1526.7 1531.7 1536.3 1539.1 1540.3 1540.6 1539.7 1539.1 1535.8 1531.3

8 1527.6 1526.1 1526.7 1531.5 1535.9 1538.7 1539.9 1540.3 1539.7 1539.0 1536.0 1531.3

10 1527.6 1526.1 1526.6 1531.4 1535.6 1538.3 1539.5 1540.1 1539.7 1538.9 1536.2 1531.4

15 1527.7 1526.0 1526.3 1530.0 1533.2 1535.0 1536.2 1537.7 1538.5 1538.5 1536.5 1531.6

20 1527.8 1526.0 1526.1 1528.6 1530.8 1531.8 1533.0 1535.2 1537.1 1537.9 1536.5 1531.7

25 1527.9 1525.9 1525.8 1527.3 1528.7 1529.5 1530.5 1532.9 1535.5 1537.0 1536.4 1531.9

30 1527.9 1525.8 1525.2 1526.0 1527.0 1527.7 1528.5 1530.8 1533.6 1535.9 1536.3 1532.0

35 1528.0 1525.8 1524.9 1525.4 1526.2 1527.0 1527.5 1529.2 1532.1 1534.7 1535.9 1532.0

40 1528.0 1525.7 1524.6 1525.0 1525.8 1526.5 1526.8 1527.9 1530.6 1533.4 1535.3 1532.0

45 1528.0 1525.7 1524.4 1524.7 1525.4 1526.1 1526.3 1526.8 1529.3 1532.2 1534.8 1532.0

50 1528.1 1525.6 1524.2 1524.3 1525.0 1525.8 1525.9 1525.9 1528.2 1531.3 1534.4 1532.1

55 1528.1 1525.6 1524.1 1524.1 1524.8 1525.6 1525.7 1525.6 1527.8 1530.9 1534.2 1532.1

60 1528.2 1525.6 1524.0 1523.8 1524.6 1525.4 1525.6 1525.3 1527.4 1530.5 1534.0 1532.2

65 1528.2 1525.6 1524.0 1523.7 1524.5 1525.3 1525.6 1525.1 1527.2 1530.3 1533.9 1532.3

70 1528.3 1525.6 1523.9 1523.6 1524.4 1525.3 1525.6 1524.9 1526.9 1530.0 1533.8 1532.3

Vtb 1527.9 1525.9 1525.5 1527.6 1529.9 1531.5 1532.2 1532.8 1534.0 1535.4 1535.3 1531.8

Hình 3.22. Biểu đồ vận tốc âm trung bình theo tháng tại vị trí C

Có thể thấy, giá trị vận tốc âm tại điểm C nhỏ nhất là vào tháng 3 (Vmin =

1523.9m/s) và lớn nhất vào tháng 7, tháng 8 (Vmax = 1541.2 m/s). Như vậy sự biến

đổi vận tốc âm trong năm tại vị trí C (nam Vịnh Bắc Bộ) là 17.3m/s. Nếu so sánh

vận tốc âm trung bình thì tháng có giá trị vận tốc âm trung bình nhỏ nhất là tháng 3,

(Vtb=1525.5 m/s) và tháng có vận tốc âm trung bình lớn nhất là tháng 10

83

(Vtb=1535.4m/s). Chênh lệch vận tốc trung bình giữa tháng 3 và tháng 10 là 10.0

m/s.

Hình 3.23.Mặt cắt vận tốc âm tháng 3 và tháng 10 (vị trí C.)

Từ mặt cắt vận tốc âm tháng 3 và tháng 10 tại vị trí C ta thấy, biên độ biến

đổi vân tốc âm tại tháng có nhiệt độ thấp nhất khoảng 3m/s. Tại vị trí này, nhiệt độ

bề mặt và nhiệt độ mặt đáy biến đổi lớn nhưng khá tuyến tính, đến 10m độ sâu nhiệt

độ bề mặt vẫn chưa thay đổi lớn. Từ độ sâu 10m trở đi, nhiệt độ bắt đầu biến đổi

nhanh cho đến lớp đáy theo độ sâu.

Từ các phân tích tại các điểm đặc trưng có thể nhận thấy rằng tại các vị trí ở

vỹ tuyến cao có nhiệt độ thay đổi lớn thì vận tốc âm có biên độ thay đổi lớn giữa

các mùa trong năm. Việc xác định vận tốc âm tại vùng này cần phải xác định chi

tiết. Càng đi xuống vỹ độ thấp thì biên độ thay đổi vận tốc âm giữa các mùa càng

84

nhỏ, sự thay đổi vận tốc âm không lớn giữa các mùa.

Tại vỹ độ cao, vận tốc âm bề mặt và vận tốc âm đáy biển có sự chênh lệch

khoảng 8 m/s vào thời điểm nhiệt độ cao nhất là tháng 4. Càng xuống vỹ độ thấp

chênh giữa bề mặt và đáy càng thu hẹp lại. Như vậy vận tốc âm tại các khu vực có

nhiệt độ ổn định và thay đổi ít thì sự chênh lệch giữa vận tốc âm bề mặt và vận tốc

âm đáy là không đáng kể.

Sự thay đổi của vận tốc âm bề mặt và vận tốc âm đáy rất quan trọng trong

các công tác khảo sát bằng thiết bị thủy âm đa chùm tia. Do sự biến đổi lớn vận tốc

âm ở các lớp nước khác nhau ảnh hưởng tới kết quả khảo sát do ảnh hưởng theo

định luật Snell.

Hình 3.24. Sơ đồ vị trí điểm quan trắc độ mặn tham khảo tại khu vực Biển Đông

85

Hình 3.25. Sơ đồ vị trí điểm quan trắc nhiệt độ tham khảo tại khu vực Biển Đông

3.4.3. Quy luật biển đổi vận tốc âm theo vị trí địa lý

Quy luật biến đổi vận tốc âm có thể được thể hiện dưới dạng công thức toán

học hay dưới dạng đồ thị minh họa. Để thể hiện trực quan cho quy luật biến đổi vận

tốc âm tác giả đã lựa chon phương pháp thể hiện quy luật dưới dạng đồ thị như sau:

1. Theo hướng Tây - Đông

Giá trị vận tốc âm theo hướng Tây - Đông tăng dần từ bờ ra ngoài khơi do

trong bờ nông càng ra xa bờ càng sâu, chính vì thế vận tốc âm tăng dần theo hướng

ra ngoài khơi xa. Từ bờ ra ngoài xa độ mặn cũng tăng dần, nên ảnh hưởng tới giá trị

vận tốc âm. Đến vỹ tuyến 19o30’ giá trị vận tốc âm có xu hướng thay đổi do nhiệt

độ lúc này giảm theo vỹ tuyến. Càng gần phía Bắc nhiệt độ càng giảm. Điều này

cho thấy đại lượng nhiệt độ ảnh hưởng nhiều tới giá trị vận tốc âm trong khu vực

Vịnh Bắc Bộ. Với các công trình có yêu cầu độ chính xác cao thì việc xác định vận

86

tốc âm theo chu kỳ là cần thiết. Mặt cắt âm theo các vĩ tuyến được thể hiện ở các

hình bên dưới trong đó đơn vị trong bảng kinh độ là độ và phần lẻ độ, vận tốc âm có

đơn vị tính là m/s.

Kinh

độ

Bề

mặt

(m/s)

Trung

bình

(m/s)

Đáy

(m/s)

106.5 1522.6 1522.5 1522.5

106.75 1524.1 1523.8 1523.6

107 1526.1 1525.8 1525.5

107.25 1528.1 1527.7 1527.3

107.5 1529.8 1529.2 1528.8

107.75 1530.9 1530.4 1529.9

108 1531.8 1531.3 1530.7

108.25 1532.4 1531.9 1531.3

Hình 3.26. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 17o45’

Kinh

độ

Bề

mặt

(m/s)

Trung

bình

(m/s)

Đáy

(m/s)

106.5 1523.3 1523.1 1523.0

106.75 1524.7 1524.4 1524.1

107 1526.5 1526.2 1525.9

107.25 1528.3 1527.9 1527.5

107.5 1529.9 1529.3 1528.8

107.75 1530.9 1530.3 1529.7

108 1531.6 1531.0 1530.5

108.25 1532.1 1531.5 1530.9

Hình 3.27. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18

87

Kinh độ Bề mặt

(m/s)

Trung

bình

(m/s)

Đáy

(m/s)

106 1521.5 1521.5 1521.6

106.25 1522.7 1522.4 1522.3

106.5 1523.9 1523.6 1523.3

106.75 1525.2 1524.9 1524.5

107 1526.6 1526.3 1525.9

107.25 1528.0 1527.6 1527.2

107.5 1529.3 1528.7 1528.2

107.75 1530.2 1529.6 1529.1

108 1530.9 1530.3 1529.8

108.25 1531.3 1530.7 1530.2

Hình 3.28. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18o15


(m/s)

Trung

bình

(m/s)

Đáy

(m/s)

105.75 1520.7 1520.8 1520.9

106 1521.9 1521.5 1521.4

106.25 1523.0 1522.6 1522.3

106.5 1524.1 1523.8 1523.4

106.75 1525.2 1525.0 1524.6

107 1526.4 1526.1 1525.7

107.25 1527.4 1527.0 1526.6

107.5 1528.3 1527.8 1527.4

107.75 1529.2 1528.6 1528.1

108 1529.7 1529.2 1528.7

108.25 1530.0 1529.5 1529.1


88


(m/s)

Trung

bình

(m/s)

Đáy

(m/s)

105.75 1520.5 1520.5 1520.5

106 1521.7 1521.3 1521.1

106.25 1522.9 1522.4 1522.1

106.5 1524.1 1523.7 1523.3

106.75 1525.2 1525.0 1524.6

107 1526.1 1525.9 1525.5

107.25 1526.8 1526.5 1526.1

107.5 1527.1 1526.8 1526.6

107.75 1527.9 1527.5 1527.1

108 1528.2 1527.9 1527.6

108.25 1528.5 1528.2 1528.0



(m/s)

Trung

bình (m/s) Đáy (m/s)

105.75 1520.2 1520.0 1519.9

106 1521.1 1520.6 1520.3

106.25 1522.2 1521.6 1521.2

106.5 1523.4 1523.0 1522.5

106.75 1524.5 1524.3 1523.9

107 1525.5 1525.2 1524.9

107.25 1525.9 1525.7 1525.4

107.5 1526.1 1525.9 1525.7

107.75 1526.4 1526.3 1526.1

108 1526.9 1526.8 1526.6

108.25 1527.3 1527.1 1527.0



(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

105.75 1519.2 1519.2 1519.2

106 1520.1 1519.6 1519.3

106.25 1520.9 1520.3 1519.9

106.5 1521.8 1521.4 1521.0

106.75 1522.9 1522.6 1522.3

107 1523.9 1523.7 1523.5

107.25 1524.6 1524.3 1524.1

89

107.5 1524.9 1524.7 1524.6

107.75 1525.4 1525.3 1525.1

108 1526.0 1525.9 1525.8

108.25 1526.4 1526.4 1526.3



(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

105.75 1518.4 1518.4 1518.5

106 1518.9 1518.4 1518.2

106.25 1519.0 1518.6 1518.2

106.5 1519.6 1519.1 1518.8

106.75 1520.4 1520.0 1519.7

107 1521.2 1521.0 1520.8

107.25 1522.1 1521.9 1521.8

107.5 1523.1 1522.8 1522.7

107.75 1524.0 1523.8 1523.7

108 1524.9 1524.8 1524.7

108.25 1525.6 1525.5 1525.5

Hình 3.33 Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19o30


(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

106 1517.2 1517.0 1517.0

106.25 1517.2 1516.8 1516.6

106.5 1517.1 1516.7 1516.5

106.75 1517.4 1517.0 1516.8

.107 1518.1 1517.7 1517.6

107.25 1519.1 1518.8 1518.7

107.5 1520.4 1520.2 1520.1

107.75 1522.0 1521.8 1521.6

108 1523.5 1523.2 1523.1

108.25 1524.6 1524.4 1524.4


90

Kinh.

độ

Bề mặt

(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

106 1516.1 1516.1 1516.1

106.25 1515.8 1515.5 1515.4

106.5 1515.1 1514.7 1514.5

106.75 1514.6 1514.4 1514.2

107 1515.2 1514.8 1514.7

107.25 1516.3 1516.0 1515.9

107.5 1518.0 1517.7 1517.6

107.75 1519.7 1519.5 1519.4

108 1521.6 1521.3 1521.2

108.25 1523.2 1522.9 1522.8



(m/s)

Trung


106.5 1513.0 1512.9 1513.0

106.75 1512.8 1512.7 1512.6

107 1513.1 1513.0 1512.9

107.25 1514.2 1514.0 1514.0

107.5 1516.0 1515.8 1515.7

107.75 1517.9 1517.7 1517.6

108 1519.9 1519.6 1519.6

108.25 1521.8 1521.4 1521.4



(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

106.5 1511.9 1511.9 1511.9

106.75 1511.8 1511.8 1511.8

107 1512.2 1512.1 1512.1

107.25 1513.3 1513.1 1513.2

107.5 1515.0 1514.8 1514.8

107.75 1517.1 1516.8 1516.8

108 1518.9 1518.7 1518.7

108.25 1520.8 1520.5 1520.5


91


(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

106.75 1511.225 1511.242 1511.26

107 1511.695 1511.713 1511.735

107.25 1512.91 1512.961 1513.01

107.5 1514.78 1514.751 1514.785

107.75 1516.905 1516.703 1516.675

108 1518.72 1518.511 1518.485

108.25 1520.375 1520.148 1520.14



(m/s)

Trung


106.75 1510.9 1510.9 1510.9

107 1511.5 1511.6 1511.6

107.25 1513.3 1513.3 1513.3

107.5 1515.3 1515.3 1515.4

107.75 1517.0 1517.1 1517.1

108 1518.9 1518.7 1518.7

108.25 1520.3 1520.2 1520.2



(m/s)

Trung


107.5 1516.3 1516.3 1516.3

107.75 1517.8 1517.8 1517.8

108 1519.1 1519.1 1519.1

108.25 1520.5 1520.4 1520.4


92


(m/s)

Trung


107.5

107.75 1518.4 1518.4 1518.4

108 1519.6 1519.6 1519.6

108.25 1520.8 1520.8 1520.8


Các đồ thị trên thể hiện giá trị vận tốc âm theo các mặt cắt từ hướng Tây

sang Đông. Đặc điểm vận tốc âm lúc này thay đổi theo giá trị độ sâu và theo hướng

tăng dần nhiệt độ từ Bắc vào Nam. Để thể hiện được hướng biến đổi của vận tốc âm

trong khu vực này chúng tôi thể hiện giá trị vận tốc âm theo dạng bình đồ thể hiện

theo các giá trị vận tốc âm ở bề mặt, độ sâu trung bình và độ sâu lớn nhất tại các vị

trí quan trắc.

2. Theo hướng Bắc Nam

Để phân tích được quy luật biến đổi vận tốc âm, thu thập dữ liệu vận tốc âm

của khu vực Vịnh Bắc Bộ theo ranh giới được ghi trong hiệp định phân định Vịnh

Bắc Bộ.

Phía dưới là sự biến đổi vận tốc âm theo hướng Nam - Bắc (từ vĩ độ thấp tới

vĩ độ cao) song song với đường bờ biển và khoảng cách giữa các vĩ độ là 0.25 độ.

Theo phương vĩ độ, sự biến đổi nhiệt độ của các mặt cắt vận tốc âm được thể hiện

khá rõ, càng lên vĩ độ cao thì nhiệt độ càng giảm, vận tốc âm lại bị chi phối nhiều

bởi nhiệt độ trong khoảng độ sâu từ 0 - 90m.

Vỹ độ Bề mặt

(m/s)

Trung


18.5 1520.75 1520.80 1520.88

18.75 1520.51 1520.49 1520.52

19 1520.25 1520.03 1519.96

19.25 1519.16 1519.17 1519.20

19.5 1518.41 1518.43 1518.45

Hình 3.42. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 105o45

93


(m/s)

Trung bình

(m/s) Đáy (m/s)

18.25 1521.5 1521.5 1521.6

18.5 1521.9 1521.5 1521.4

18.75 1521.7 1521.3 1521.1

19 1521.1 1520.6 1520.4

19.25 1520.1 1519.6 1519.3

19.5 1518.9 1518.4 1518.2

19.75 1517.2 1517.0 1517.0

20 1516.1 1516.1 1516.1

Hình 3.43. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106


(m/s)

Trung


18.25 1522.7 1522.4 1522.3

18.5 1523.0 1522.6 1522.3

18.75 1522.9 1522.4 1522.1

19 1522.2 1521.7 1521.3

19.25 1520.9 1520.3 1519.9

19.5 1519.0 1518.6 1518.2

19.75 1517.2 1516.8 1516.6

20 1515.8 1515.5 1515.4



(m/s)

Trung


17.5 1522.3 1522.3 1522.3

17.75 1522.6 1522.5 1522.5

18 1523.3 1523.1 1523.0

18.25 1523.9 1523.6 1523.3

18.5 1524.1 1523.8 1523.4

18.75 1524.1 1523.7 1523.3

19 1523.4 1523.0 1522.6

19.25 1521.8 1521.4 1521.0

19.5 1519.6 1519.1 1518.8

19.75 1517.1 1516.7 1516.5

20 1515.1 1514.7 1514.5

20.25 1513.0 1512.9 1513.0

20.5 1511.9 1511.9 1511.9

94



(m/s)

Trung


17.25 1523.5 1523.5 1523.4

17.5 1523.8 1523.7 1523.3

17.75 1524.1 1524.1 1523.6

18 1524.7 1524.6 1524.1

18.25 1525.2 1525.1 1524.5

18.5 1525.2 1525.2 1524.6

18.75 1525.2 1525.2 1524.6

19 1524.5 1524.6 1524.0

19.25 1522.9 1522.9 1522.3

19.5 1520.4 1520.2 1519.7

19.75 1517.4 1517.2 1516.8

20 1514.6 1514.6 1514.2

20.25 1512.8 1512.7 1512.6

20.5 1511.8 1511.8 1511.8

20.75 1511.2 1511.2 1511.3

21 1510.9 1510.9 1510.9



(m/s)

Trung


17.25 1525.3 1524.9 1524.7

17.5 1525.6 1525.2 1525.0

17.75 1526.1 1525.8 1525.5

18 1526.5 1526.2 1525.9

18.25 1526.6 1526.3 1525.9

18.5 1526.4 1526.1 1525.7

18.75 1526.1 1525.9 1525.5

19 1525.5 1525.3 1525.0

19.25 1523.9 1523.7 1523.5

19.5 1521.2 1521.0 1520.8

19.75 1518.1 1517.7 1517.6

20 1515.2 1514.8 1514.7

20.25 1513.1 1513.0 1512.9

20.5 1512.2 1512.1 1512.1

20.75 1511.7 1511.7 1511.7

21 1511.5 1511.6 1511.6

95


Vỹ độ Bề mặt (m/s)

Trung bình (m/s)

Đáy (m/s)

16.75 1524.7 1524.7 1524.7

17 1525.9 1525.4 1525.2

17.25 1526.9 1526.3 1526.0

17.5 1527.4 1527.0 1526.7

17.75 1528.1 1527.7 1527.3

18 1528.3 1527.9 1527.5

18.25 1528.0 1527.6 1527.2

18.5 1527.4 1527.0 1526.6

18.75 1526.8 1526.5 1526.1

19 1525.9 1525.7 1525.5

19.25 1524.6 1524.3 1524.1

19.5 1522.1 1521.9 1521.8

19.75 1519.1 1518.8 1518.7

20 1516.3 1516.0 1515.9

20.25 1514.2 1514.0 1514.0

20.5 1513.3 1513.1 1513.2

20.75 1512.9 1513.0 1513.0

21 1513.3 1513.3 1513.3



Trung bình (m/s)

Đáy (m/s)

16.5 1525.2 1525.3 1525.3

16.75 1525.8 1525.4 1525.4

17 1527.2 1526.5 1526.1

17.25 1528.2 1527.6 1527.2

17.5 1529.2 1528.6 1528.2

17.75 1529.8 1529.2 1528.8

18 1529.9 1529.3 1528.8

18.25 1529.3 1528.7 1528.2

18.5 1528.3 1527.8 1527.4

18.75 1527.1 1526.8 1526.6

19 1526.1 1525.9 1525.8

19.25 1524.9 1524.7 1524.6

19.5 1523.1 1522.8 1522.7

19.75 1520.4 1520.2 1520.1

20 1518.0 1517.7 1517.6

20.25 1516.0 1515.8 1515.7

20.5 1515.0 1514.8 1514.8

20.75 1514.8 1514.8 1514.8

21 1515.3 1515.3 1515.4

21.25 1516.3 1516.3 1516.3

96



Trung bình (m/s)

Đáy (m/s)

16.25 1526.4 1526.4 1526.4

16.5 1526.8 1526.4 1526.3

16.75 1527.7 1527.0 1526.6

17 1528.8 1528.1 1527.5

17.25 1529.9 1529.2 1528.6

17.5 1530.6 1530.0 1529.4

17.75 1530.9 1530.4 1529.9

18 1530.9 1530.3 1529.7

18.25 1530.2 1529.6 1529.1

18.5 1529.2 1528.6 1528.1

18.75 1527.9 1527.5 1527.1

19 1526.4 1526.3 1526.2

19.25 1525.4 1525.3 1525.1

19.5 1524.0 1523.8 1523.7

19.75 1522.0 1521.8 1521.6

20 1519.7 1519.5 1519.4

20.25 1517.9 1517.7 1517.6

20.5 1517.1 1516.8 1516.8

20.75 1516.9 1516.7 1516.7

21 1517.0 1517.1 1517.1

21.25 1517.8 1517.8 1517.8

21.5 1518.4 1518.4 1518.4



Trung bình (m/s)

Đáy (m/s)

16.25 1528.0 1527.7 1527.6 16.5 1528.8 1528.1 1527.6

16.75 1529.6 1528.8 1528.1 17 1530.5 1529.8 1528.9

17.25 1531.3 1530.6 1529.9 17.5 1531.6 1531.0 1530.5

17.75 1531.8 1531.3 1530.7 18 1531.6 1531.0 1530.5

18.25 1530.9 1530.3 1529.8 18.5 1529.7 1529.2 1528.7

18.75 1528.2 1527.9 1527.6 19 1526.9 1526.8 1526.7

19.25 1526.0 1525.9 1525.8 19.5 1524.9 1524.8 1524.7

19.75 1523.5 1523.2 1523.1 20 1521.6 1521.3 1521.2

20.25 1519.9 1519.6 1519.6 20.5 1518.9 1518.7 1518.7

20.75 1518.7 1518.5 1518.5 21 1518.9 1518.7 1518.7

97

21.25 1519.1 1519.1 1519.1 21.5 1519.6 1519.6 1519.6



(m/s)

Trung


16 1529.2 1529.1 1529.1

16.25 1530.0 1529.4 1528.8

16.5 1530.3 1529.8 1528.9

16.75 1530.9 1530.3 1529.4

17 1531.6 1531.0 1530.1

17.25 1532.1 1531.5 1530.8

17.5 1532.4 1531.8 1531.2

17.75 1532.4 1531.9 1531.3

18 1532.1 1531.5 1530.9

18.25 1531.3 1530.7 1530.2

18.5 1530.0 1529.5 1529.1

18.75 1528.5 1528.2 1528.0

19 1527.3 1527.2 1527.1

19.25 1526.4 1526.4 1526.3

19.5 1525.6 1525.5 1525.5

19.75 1524.6 1524.4 1524.4

20 1523.2 1522.9 1522.8

20.25 1521.8 1521.4 1521.4

20.5 1520.8 1520.5 1520.5

20.75 1520.4 1520.1 1520.1

21 1520.3 1520.2 1520.2

21.25 1520.5 1520.4 1520.4

21.5 1520.8 1520.8 1520.8

21.75 1521.1 1521.1 1521.1


Các đồ thị trên thể hiện giá trị vận tốc âm theo các mặt cắt từ phía Nam

hướng lên phía Bắc. Đặc điểm vận tốc âm lúc này thay đổi theo giá trị nhiệt độ và

theo hướng độ sâu. Để thể hiện được hướng biến đổi của vận tốc âm trong khu vực,

thể hiện giá trị vận tốc âm theo dạng bình đồ thông qua các giá trị vận tốc âm ở bề

mặt, độ sâu trung bình tại các vị trí quan trắc và độ sâu lớn nhất tại các vị trí quan

trắc.

Số liệu (số liệu chỉ thể hiện một phần làm minh chứng) thể hiện bình đồ cơ

98

sở dữ liệu vận tốc âm với độ sâu lớp đáy thì vận tốc âm có hai xu thế thay đổi. Ở vỹ

tuyến 19 thì vận tốc âm thay đổi theo hướng Tây - Đông. Từ vỹ tuyến 19 lên phía

Bắc và xuống phía Nam vận tốc âm thay đổi theo hướng Tây - Nam. Càng xa bờ giá

trị vận tốc âm càng lớn. Việc phân tích sự thay đổi của vận tốc âm theo các phương

vỹ tuyến và kinh tuyến với mục đích khẳng định rằng sự thay đổi vận tốc âm tại các

vị trí, thời điểm sẽ thay đổi. Sự thay đổi này ảnh hưởng tới kết quả đo sâu, chính vì

thế đã được đề xuất trong quy trình lấy mẫu vận tốc âm.

3.4.4. Thay đổi vận tốc âm theo phương cột nước (Water colum) và theo thời gian

Trong phạm vi số liệu nghiên cứu, đã lựa chọn vị trí B có kinh độ 107, vỹ độ

19o30 làm điểm quan trắc theo thời gian, độ sâu được biểu diễn trên Hình 3.53.

Tại thời điểm các tháng 1, 2, 3 dữ liệu vận tốc âm biến đổi có hình dạng đồ

thị như nhau chỉ thay đổi về giá trị vận tốc âm. Trong thời điểm này nhiệt độ biến

đổi không nhiều giữa các lớp nước nên các giá trị vận tốc âm chênh nhau không

nhiều theo thời gian và theo độ sâu.

Thời điểm các tháng 4, 5, 6 giá trị vận tốc âm ở các lớp nước bề mặt biến đổi

không lớn, tới lớp nước từ 10m - 30m biến đổi lớn. Từ lớp nước 30m - 50m biến

đổi chậm

Thời điểm các tháng 7, 8, 9 nhiệt độ tại khu vực Vịnh Bắc Bộ nóng nhất, giá

trị vận tốc âm tại các lớp từ 0m - 10m đạt giá trị cao nhất trong năm. Giá trị vận tốc

âm biến đổi đột biến tại lớp nước 10m - 30m và chậm lại dần theo lớp nước 30m -

50m.

Đến thời điểm các tháng 10, 11, 12 quá trình biến đổi vận tốc âm lại tiệm cận

với quá trình thay đổi của các tháng 1, 2, 3.

Theo như phân tích, vận tốc âm có sự ảnh hưởng lớn tại lớp nước bề mặt do

nhiệt độ thay đổi bắt đầu lan truyền từ lớp nước 0m đến 10m vẫn còn ảnh hưởng

đều ở nhiệt độ lớp bề mặt nên sự biến đổi vận tốc âm tại lớp nước bề mặt là lớn

nhất. Từ lớp nước 10m đến 30m ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi giảm nhanh xuống,

lúc này vận tốc âm biến đổi phức tạp khó ước lượng. Tới lớp 30m - 50m thì thay đổi

chậm lại và vận tốc âm có xu hướng ảnh hưởng theo độ sâu.

99

Từ các phân tích ở trên có thể kết luận một số vấn đề như sau:

- Giá trị vận tốc âm bề mặt thay đổi nhanh theo từng thời điểm thời gian từ

tháng 1 đến tháng 12 và biến đổi mạnh nhất do ảnh hưởng trực tiếp từ nhiệt độ bề

mặt, độ muối. Các giá trị này thay đổi tuyến tính cho đến lớp nước có độ sâu 10m.

- Giá trị vận tốc âm biến đổi bất thường nhất, không tuyến tính khó dự đoán

cần phải xác định một cách chính xác từ lớp nước 10m - 30 m. Tại lớp nước này sự

thay đổi bất thường của nhiệt độ, độ mặn, dòng chảy làm cho giá trị vận tốc âm biến

thiên không dự đoán được.

- Tới lớp nước sâu hơn 30m các giá trị như nhiệt độ, độ mặn độ sâu đều thay

đổi tuyến tính như nhau nên đến lớp nước này giá trị vận tốc âm có thể sử dụng làm

nội suy tuyến tính.

- Giá trị vận tốc âm của khu vực Vịnh Bắc Bộ biến đổi khá phức tạp theo

không gian, nhiệt độ, độ mặn, độ sâu cần phân tích đưa ra đề xuất xác định mặt cắt

vận tốc âm như thế nào cho phù hợp với các công tác khảo sát cụ thể dựa trên sự

biến đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ.

- Biến đổi vận tốc âm sẽ là căn cứ trong việc đề xuất quy trình lấy mẫu phù

hợp với từng yêu cầu kỹ thuật trong công tác khảo sát.

100

Hình 3.53. Sự thay đổi vận tốc âm theo độ sâu và theo thời gian

- Khu vực Vịnh Bắc Bộ là khu vực có sự biến đổi về khí hậu khá đa dạng

phù hợp với việc nghiên cứu vận tốc âm để đánh giá được sự thay đổi của vận tốc

âm do ảnh hưởng của nhiệt độ, độ mặn, độ sâu.

- Vận tốc âm thay đổi theo chiều từ hướng Nam đến hướng Bắc có xu hướng

giảm dần về phía Bắc tức là vận tốc âm tại khu vực phía Bắc Vịnh Bắc Bộ có giá trị

vận tốc âm nhỏ hơn so với phía Nam. Vận tốc âm theo hướng Tây Đông thì có vận

tốc âm có sự biến đổi tăng dần từ trong bờ ra đến ngoài khơi.

- Sự biến đổi vận tốc âm bề mặt thay đổi khá rõ rệt theo mùa, do khu vực

khảo sát có sự biến đổi theo mùa rõ rệt và ảnh hưởng nhiệt độ tác động ngay lên giá

trị vận tốc âm bề mặt.


Trong chương này, luận án đã nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của vận

tốc âm tới một số thiết bị đặc trưng trong khảo sát sử dụng nguyên lý thủy âm và

phân tích các nguồn sai số trong khi khảo sát bằng các thiết bị thủy âm. Việc xác

định vận tốc âm trong công tác khảo sát là rất cần thiết do trong môi trường nước

biển sóng âm biến đổi khá phức tạp. Do đặc tính vật lý của môi trường biển nhiều

biến động, cần phải thực hiện công tác lấy mẫu vận tốc âm chính xác theo yêu cầu

của công tác khảo sát.

Trong chương 3, chúng tôi đã phân tích được sự biến đổi vận tốc âm tại khu

vực Vịnh Bắc Bộ. Đã khảo sát sự biến đổi vận tốc âm theo phương kinh tuyến, vỹ

tuyến, theo mùa, theo độ sâu. Đánh giá được sự biến đổi vận tốc âm tại Vịnh Bắc

Bộ từ đó đưa ra được các kiến nghị trong việc đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm

trong các công tác khảo sát bằng thiết bị thủy âm.

Trong các quy định của Việt Nam chưa quy định chặt chẽ về việc xác định

vận tốc âm trong khi thi công thành lập bản đồ địa hình đáy biển. Trong thời gian

tới, cần phải có quy định rõ ràng hơn, nhất là trong công tác khảo sát đa tia, thủy âm

quét sườn.

101

CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VẬN TỐC ÂM VÀ HOÀN

THIỆN QUY TRÌNH LẤY MẪU VẬN TỐC ÂM KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ

CHO CÁC THIẾT BỊ THỦY ÂM VÀ THỰC NGHIỆM CSDL

4.1. Cơ sở dữ liệu vận tốc âm, đánh giá chất lượng số liệu

Dữ liệu thực nghiệm vận tốc âm trong luận án được thu thập bởi Trung tâm

Trắc địa và Bản đồ Biển từ nhiều năm thi công ngoại nghiệp cùng với các cơ sở dữ

liệu chuyên ngành.

Bộ dữ liệu quan trắc được sử dụng lấy trong 12 tháng, quan trắc với chu kỳ 1

tháng 1 lần. Bao gồm các giá trị về vận tốc âm và nhiệt độ, độ mặn, độ sâu. Vị trí

các điểm quan trắc được miêu tả như Hình 4.1. Nền bản đồ được cung cấp bởi bản

đồ Google [36]. Các dữ liệu độ mặn, nhiệt độ, độ sâu được sử dụng tại các nguồn cơ

sở dữ liệu cung cấp trên trang [8] là trang cung cấp thông tin về dữ liệu hải dương

trên thế giới World Ocean Database (WOD) và cơ sở dữ liệu của Viện hải dương

vùng Viễn Đông Nga.

Trong thời đại công nghệ thông tin phát triển như hiện nay và đang trên con

đường của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, các cơ sở dữ liệu thông tin tổng quan

trên thế giới cũng được công bố công khai một số lĩnh vực trong đó lĩnh vực hải

dương học. Cơ quan quản lý đại dương và khí quyển quốc gia Hoa Kỳ NOAA đã

khảo sát phần lớn vùng biển quốc tế trong đó có Việt Nam và số liệu hải dương về

nhiệt độ, độ mặn của vùng Biển Đông và công bố trên mạng toàn cầu dưới dạng

trang Web công bố cơ sở dữ liệu hải dương thế giới WOD.

Thông tin cơ sở dữ liệu hải dương thế giới bao gồm cơ sở dữ liệu hải dương

mới nhất đến năm 2018 và được kiểm soát chất lượng toàn diện để xây dựng nên cơ

sở Atlas hải dương thế giới 2018.

Dữ liệu trên trang WOD cung cấp với mắt lưới nhỏ nhất là 1o vào các năm

2001 đến 2009, với chu kỳ 4 năm một lần. Đến năm 2018 WOD cung cấp dữ liệu từ

năm 1955 đến 2018 với mắt lưới nhỏ nhất là 0.250. Số liệu trong khu vực Vịnh Bắc

Bộ được miêu tả trong phần mềm Ocean Data View như hình dưới.

102

Hình 4.1. Sơ đồ vị trí trạm quan trắc độ mặn và nhiệt độ cung cấp bởi WOD

Trong cơ sở dữ liệu hải dương thế giới chúng ta có thể lựa chọn thông tin

khu vực cần tham khảo với các dạng như sau:

- Theo vị trí địa lý của khu vực; như hình 4.1;

- Theo năm cần tham khảo;

Ngoài cơ sở dữ liệu NOAA, còn có trang cơ sở dữ liệu về hải dương học

vùng Viễn Đông Nga.

Hình 4.2. Trang chủ của trang Cơ sở dữ liệu về hải dương vùng Viễn Đông Nga

Ở đây, các thông số như nhiệt độ, độ mặn, độ sâu được miêu tả rõ ràng

103

nhưng dùng chung cho toàn bộ vùng Biển Đông. Hình 4.3, Hình 4.4 phía dưới

là sơ đồ các đường đo nhiệt độ và độ mặn tại vùng Biển Đông trên trang web.

Hình 4.3. Sơ đồ các trạm đo độ mặn của cơ sở dữ liệu về hải dương vùng

Viễn Đông Nga tại Biển Đông Việt Nam.

104

Hình 4.4. Sơ đồ các trạm đo nhiệt độ của cơ sở dữ liệu về hải dương vùng

Viễn Đông Nga tại khu vực Biển Đông Việt Nam

Trong trang này, sử dụng dữ liệu trên nền tảng GDEMV 3.0 đã cung cấp cho

người dùng tham khảo ở mức độ cơ bản về số liệu nhiệt độ, độ mặn khu vực Biển

Đông. Người dùng có thể xem trước nhiệt độ, độ mặn theo tháng, theo năm, theo

mùa và theo lớp nước cơ bản của toàn bộ khu vực Biển Đông một cách khái lược

trên trang web như hình dưới.

Hình 4.5. Lựa chọn tham khảo các giá trị độ mặn, nhiệt độ của cơ sở dữ liệu về hải

105

dương học vùng Viễn Đông Nga

Sau khi lựa chọn vị trí không gian và thời gian, có thể tham khảo được giá trị

độ mặn hay nhiệt độ tại khu vực Biển Đông như hình dưới.

Hình 4.6. Ví dụ về tham khảo giá trị nhiệt độ tại độ sâu = 0 của cơ sở dữ liệu về hải

dương học vùng Viễn Đông Nga tại khu vực Biển Đông tại Việt Nam

Số liệu trên trang WOD cung cấp với mắt lưới nhỏ nhất là 0.25o trong khu

vực Vịnh Bắc Bộ được miêu tả trong phần mềm Ocean Data View như hình 4.1.

Phương pháp đánh giá độ chính xác xác định vận tốc âm dựa trên cơ sở dữ

liệu quốc tế là lấy số liệu quan trắc sử dụng bởi Trung tâm Trắc địa và Bản đồ

Biển kết hợp cùng với số liệu của Quân chủng Hải Quân Việt Nam so sánh cùng

dữ liệu WOD tại trạm quan trắc trùng nhau trong thời gian 12 tháng. Bảng sau

đây là giá trị vận tốc âm của hai nguồn số liệu nói trên.

Bảng 4.1 So sánh số liệu WOD và số liệu GDEMV 3.0 phục vụ việc chuẩn hóa dữ

liêu xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm

STT Vị Trí 2009 2006 2005 2009-2006 2005-2006

Tháng D(m) N(độ) E(độ) S(o/oo) T(oC) S(o/oo) T(oC) S(o/oo) T(oC) DS DT DS DT

1 0 17.5 107.5 33.0 24.2 23.1 33.5 33.6 23.8 -0.5 1.1 0.1 0.6

10 17.5 107.5 33.1 24.3 23.1 33.5 33.7 23.8 -0.6 1.2 0.2 0.7

106

STT Vị Trí 2009 2006 2005 2009-2006 2005-2006


20 17.5 107.5 33.2 24.3 23.1 33.6 33.7 23.8 -0.5 1.2 0.1 0.7

30 17.5 107.5 33.3 24.2 23.1 33.6 33.7 23.8 -0.4 1.1 0.1 0.7

50 17.5 107.5 33.7 24.0 23.0 33.7 33.9 23.7 -0.1 1.0 0.2 0.6

75 17.5 107.5 34.1 23.7 23.0 33.8 34.2 24.2 -0.1 0.8 0.4 1.2

2 0 17.5 107.5 33.7 22.2 22.8 33.4 34.1 22.6 -0.4 -0.6 0.7 -0.2

10 17.5 107.5 33.8 22.1 22.7 33.4 34.3 22.6 -0.5 -0.6 0.9 -0.1

20 17.5 107.5 33.8 22.1 22.5 33.5 34.3 22.5 -0.5 -0.5 0.8 0.0

30 17.5 107.5 33.8 22.1 22.4 33.5 34.3 22.4 -0.4 -0.3 0.8 0.0

50 17.5 107.5 33.8 22.1 22.2 33.6 34.3 22.4 -0.5 -0.1 0.7 0.1

75 17.5 107.5 33.9 22.3 22.1 33.7 34.5 22.8 -0.5 0.1 0.8 0.6

3 0 17.5 107.5 33.5 22.9 23.2 33.3 33.7 23.1 -0.1 -0.3 0.3 -0.1

10 17.5 107.5 33.6 22.6 23.0 33.4 33.8 22.9 -0.1 -0.4 0.4 -0.1

20 17.5 107.5 33.7 22.1 22.6 33.6 33.8 22.6 -0.1 -0.4 0.2 0.1

30 17.5 107.5 33.7 21.6 22.1 33.9 33.9 22.3 -0.2 -0.5 0.0 0.2

50 17.5 107.5 33.6 21.3 21.7 34.1 33.9 21.8 -0.3 -0.4 -0.2 0.1

75 17.5 107.5 33.9 21.0 21.5 34.1 34.1 21.7 -0.3 -0.5 0.1 0.2

4 0 17.5 107.5 33.7 25.2 24.9 33.4 33.5 24.9 0.2 0.3 0.1 0.0

10 17.5 107.5 33.7 24.9 24.4 33.5 33.6 24.6 0.2 0.5 0.1 0.2

20 17.5 107.5 34.0 23.8 23.2 33.7 33.8 23.5 0.2 0.6 0.2 0.2

30 17.5 107.5 34.1 22.2 22.3 33.7 34.0 22.5 0.1 -0.2 0.2 0.1

50 17.5 107.5 34.1 21.3 21.7 33.9 34.1 21.8 0.1 -0.3 0.1 0.1

75 17.5 107.5 34.2 21.2 21.4 33.9 34.2 21.8 0.0 -0.2 0.3 0.4

5 0 17.5 107.5 33.3 27.4 26.8 33.3 33.3 27.7 0.0 0.6 0.0 0.9

10 17.5 107.5 33.4 27.1 26.0 33.4 33.5 27.2 -0.1 1.1 0.0 1.2

20 17.5 107.5 33.5 24.8 23.9 33.7 33.6 25.1 -0.1 0.9 -0.1 1.2

30 17.5 107.5 33.6 23.1 22.5 33.8 33.7 23.3 -0.1 0.6 -0.1 0.8

50 17.5 107.5 33.8 21.7 21.6 33.9 33.7 22.1 0.1 0.0 -0.2 0.4

75 17.5 107.5 34.2 21.5 21.4 33.8 34.0 21.8 0.2 0.2 0.1 0.4

6 0 17.5 107.5 33.0 29.8 28.2 33.4 32.7 29.2 0.3 1.5 -0.6 0.9

10 17.5 107.5 33.5 29.1 27.2 33.7 32.9 28.5 0.6 2.0 -0.8 1.4

20 17.5 107.5 33.9 26.3 24.5 33.8 32.9 26.0 1.0 1.8 -0.9 1.5

30 17.5 107.5 34.2 24.0 22.9 33.8 33.1 24.1 1.1 1.2 -0.8 1.2

50 17.5 107.5 34.4 21.6 21.7 34.0 33.2 22.4 1.2 -0.1 -0.9 0.7

75 17.5 107.5 34.6 20.4 21.2 34.1 33.5 21.2 1.1 -0.9 -0.6 0.0

107

STT Vị Trí 2009 2006 2005 2009-2006 2005-2006


7 0 17.5 107.5 33.2 29.8 28.8 33.1 33.2 29.1 0.1 1.0 0.1 0.3

10 17.5 107.5 33.3 29.2 27.8 33.3 33.2 28.2 0.1 1.4 -0.2 0.4

20 17.5 107.5 33.6 26.9 25.0 33.6 33.6 25.5 0.0 1.9 0.0 0.5

30 17.5 107.5 33.9 24.7 23.2 33.8 33.9 23.7 0.0 1.6 0.0 0.5

50 17.5 107.5 34.1 22.0 21.5 34.3 34.3 22.0 -0.1 0.5 -0.1 0.5

75 17.5 107.5 34.5 20.0 21.0 34.4 34.5 20.4 0.0 -1.0 0.1 -0.5

8 0 17.5 107.5 32.5 29.5 28.8 33.1 32.5 29.1 0.1 0.6 -0.6 0.3

10 17.5 107.5 33.3 28.7 28.1 33.3 33.3 28.6 0.0 0.7 0.0 0.5

20 17.5 107.5 33.6 27.0 25.9 33.6 33.6 26.2 0.0 1.1 0.0 0.3

30 17.5 107.5 34.0 25.3 24.1 33.8 33.9 24.0 0.0 1.3 0.1 0.0

50 17.5 107.5 34.5 23.0 21.6 34.4 34.5 21.2 0.0 1.4 0.1 -0.4

75 17.5 107.5 34.6 19.9 20.7 34.4 34.6 19.7 0.0 -0.8 0.2 -1.0

9 0 17.5 107.5 33.5 28.8 28.4 32.2 33.5 28.6 0.0 0.4 1.3 0.2

10 17.5 107.5 33.7 28.7 28.0 32.9 33.7 28.3 0.1 0.6 0.7 0.3

20 17.5 107.5 33.8 27.7 26.8 33.4 33.7 27.2 0.2 0.9 0.2 0.4

30 17.5 107.5 34.0 26.0 25.3 33.7 33.8 25.4 0.1 0.7 0.1 0.1

50 17.5 107.5 34.6 22.5 22.8 34.2 34.5 22.2 0.1 -0.3 0.2 -0.7

75 17.5 107.5 34.7 20.9 21.8 34.4 34.5 20.6 0.1 -0.9 0.1 -1.2

10 0 17.5 107.5 32.6 28.0 27.6 33.1 32.8 27.9 -0.2 0.4 -0.4 0.3

10 17.5 107.5 33.2 27.9 27.5 33.3 33.3 27.9 -0.1 0.5 0.0 0.4

20 17.5 107.5 33.4 27.8 27.0 33.4 33.4 27.7 -0.1 0.8 0.1 0.7

30 17.5 107.5 33.5 27.1 26.1 33.6 33.6 27.3 -0.1 0.9 0.0 1.1

50 17.5 107.5 34.0 25.8 24.2 34.1 33.9 25.7 0.2 1.6 -0.2 1.4

75 17.5 107.5 34.2 23.8 23.3 34.3 34.1 24.0 0.1 0.5 -0.2 0.7

11 0 17.5 107.5 32.8 26.2 26.1 31.4 32.4 26.5 0.5 0.2 1.0 0.5

10 17.5 107.5 33.1 26.1 26.0 33.2 32.7 26.6 0.4 0.1 -0.5 0.5

20 17.5 107.5 33.3 26.1 26.1 33.6 32.9 26.5 0.4 0.1 -0.6 0.5

30 17.5 107.5 33.5 26.2 25.9 33.7 33.2 26.6 0.3 0.3 -0.5 0.7

50 17.5 107.5 33.8 26.5 25.1 33.9 33.4 26.5 0.4 1.3 -0.5 1.4

75 17.5 107.5 33.9 26.7 24.6 34.1 33.8 25.8 0.2 2.1 -0.4 1.2

12 0 17.5 107.5 33.3 25.1 24.4 33.3 33.1 25.0 0.1 0.7 -0.2 0.6

10 17.5 107.5 33.4 25.1 24.4 33.4 33.2 25.0 0.2 0.7 -0.2 0.6

20 17.5 107.5 33.5 25.1 24.4 33.6 33.4 25.0 0.1 0.7 -0.2 0.6

108

STT Vị Trí 2009 2006 2005 2009-2006 2005-2006


30 17.5 107.5 33.6 25.0 24.4 33.7 33.4 25.0 0.2 0.6 -0.3 0.6

50 17.5 107.5 33.6 24.8 24.3 33.8 33.6 25.2 0.0 0.5 -0.2 0.9

75 17.5 107.5 33.8 24.8 24.2 33.9 33.9 25.6 -0.1 0.6 0.0 1.4

Theo số liệu cung cấp trên WOD, các thời điểm quan trắc công bố cách nhau

04 năm một lần. Số liệu quan trắc của WOD tham khảo được sử dụng năm 2018,

2013, 2009, 2005 và số liệu GDEMV 3.0 trên bảng ta thấy sự chệnh lệch về độ mặn

của các trạm GDEMV 3.0 với trạm WOD là không đáng kể, về nhiệt độ với thời

điểm năm 2009 chênh với 2006 lớn nhất là 2oC, còn 2006 chênh với 2005 lớn nhất

là 1.5oC.

4.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

Tại chương 2, luận án đã phân tích các công thức thực nghiệm để xác định

vận tốc âm dựa trên các yếu tố nhiệt độ, độ mặn, độ sâu. Công thức thực nghiệm để

xây dựng cơ sở dữ liệu vận tốc âm cũng đã được công bố lựa chọn cho khu vực Việt

Nam được quy định trong Thông tư số 27/2011/TT-BTNMT ngày 20/07/2011 Quy

định về kiểm nghiệm và hiệu chỉnh một số thiết bị đo đạc bản đồ biển [17].

4.2.1. Dữ liệu nguồn

- Dữ liệu được tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu được công bố theo cơ sở dữ

liệu về hải dương học (WOD) của NOAA. Được xây dựng trên hệ WGS84, thể hiện

vị trí các điểm theo tọa độ địa lý (B,L), dữ liệu thu thập tại các điểm là giá trị nhiệt

độ, độ mặn, độ sâu. Từ các giá trị này sử dụng công thức thực nghiệm được quy

định tại Thông tư số 27/2011/TT-BTNMT để tính toán giá trị vận tốc âm trong cơ

sở dữ liệu vận tốc âm.

- Cơ sở dữ liệu hải dương học vùng Viễn Đông của Nga GDEMV 3.0 Được

xây dựng trên hệ WGS84, thể hiện vị trí các điểm theo tọa độ địa lý (B,L), dữ liệu

thu thập tại các điểm là giá trị nhiệt độ, độ mặn, độ sâu. Từ các giá trị này sử dụng

công thức thực nghiệm được quy định tại Thông tư số 27/2011/TT-BTNMT để tính

toán giá trị vận tốc âm trong cơ sở dữ liệu vận tốc âm.

- Dữ liệu được bổ sung bằng các số liệu đo đạc thực tế trong quá trình thi

109

công các dự án đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển được Trung tâm Trắc địa và Bản đồ

biển triển khai từ năm 2000 đến nay. Dữ liệu này được xác định trên hệ WGS84, giá

trị thu được tại các vị trí là giá trị vận tốc âm và độ sâu. Dữ liệu này được sử dụng

để tăng độ tin cậy cho cơ sở dữ liệu vận tốc âm.

4.2.2. Các đặc trưng kỹ thuật và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu

- Cơ sở dữ liệu vận tốc âm được xây dựng ở dưới dạng mắt lưới với độ phân

giải các mắt lưới là 0.25x0.25o (B=0,25o; L=0,25o). Được cập nhật bổ sung các

điểm đo thực tế tại các vị trí đo bất kỳ và được chuẩn hóa dựa trên các mắt lưới cơ

sở. Dữ liệu được cập nhật, bổ sung bởi người sử dụng.

- Vị trí tọa độ được sử dụng trên hệ WGS84 với các giá trị tọa độ trên hệ tọa

độ địa lý (B,L).

- Phương pháp nội suy sử dụng:

+ Tính toán giá trị vận tốc âm tại các điểm mắt lưới đã xác định theo công

thức thực nghiệm sử dụng các tham số là nhiệt độ, độ mặn, độ sâu và xây dựng cơ

sở dữ liệu tại các điểm mắt lưới.

+ Trích xuất và khai thác dữ liệu tại các điểm bất kỳ nằm trong cơ sở dữ liệu

vận tốc âm.

Luận án đã xây dựng chương trình khai thác Cơ sở dữ liệu vận tốc âm,

chương trình được lập trình theo ngôn ngữ Visual Basic, giao diện tiếng Việt dễ sử

dụng và khai thác. Giao diện chương trình khai thác dữ liệu vận tốc âm như hình.

Hình 4.7. Chương trình khai thác dữ liệu vận tốc âm

110

Các khuôn dạng dữ liệu của chương trình được quy định như sau:

STT Tab B Tab L Tab D Tab V

Trong đo STT là số thứ tự các điểm cần xác định vận tốc âm;

B, L là vị trí cần khai thác dữ liệu vận tốc âm;

D, V là giá trị vận tốc âm theo độ sâu tại vị trí cần khai thác dữ liệu vận tốc

âm.

Cơ sở dữ liệu vận tốc âm được xây dựng trên nguyên tắc như sau:

Bước 1: Xác định các thành phần dữ liệu

Để xác định các thành phần dữ liệu, cần thực hiện các bước sau đây:

1. Phân tích cơ sở dữ liệu.

2. Đánh giá, xem xét các cơ sở dữ liệu tương tự.

3. Hiệu quả người dùng khai thác cơ sở dữ liệu.

4. Phân tích các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu hiện tại.

Luận án thu thập được dữ liệu quan trọng là số liệu vận tốc âm trên khu vực

Vịnh Bắc Bộ với mật độ điểm là 0,25Ox0,25O, độ sâu và thời gian của số liệu. Luận

án sẽ phân tích để định nghĩa các thành phần dữ liệu.

Từ số liệu vận tốc âm thu thập được, Luận án phân tích các thành phần dữ liệu như

sau:

VTANo: Số thứ tự điểm vận tốc âm;

VTAMonth: Thời gian của số liệu vận tốc âm;

VTALongitude: Vị trí vỹ tuyến của vận tốc âm;

VTALatitude: Vị trí kinh tuyến của vận tốc âm;

VTADepth: Độ sâu của giá trị vận tốc âm;

VTAperDepth: Giá trị vận tốc âm theo độ sâu.

Bước 2: Xác định các bảng và các cột cho cơ sở dữ liệu

Thực hiện theo các bước sau:

1. Nhóm các trường theo các giá trị.

2. Kiểm tra lại các trường thừa/thiếu.

111

Đối với thiết kế Cơ sở dữ liệu, Luận án chỉ quan tâm đến các giá trị mang thông

tin. Xem xét danh sách các thành phần dữ liệu từ trên xuống chúng ta có thể liệt kê

ra các giá trị thấy được như sau:

VTANo: Số thứ tự điểm vận tốc âm.

VTAMonth: Thời gian của số liệu vận tốc âm.

VTALongitude: Vị trí vỹ tuyến của vận tốc âm.

VTALatitude: Vị trí kinh tuyến của vận tốc âm.

VTADepth: Độ sâu của giá trị vận tốc âm.

VTAperDepth: Giá trị vận tốc âm theo độ sâu.

1. Nhóm các thành phần dữ liệu tương ứng vào các thực thể

Bảng 4. 2 các thành phần dữ liệu tương ứng vào các thực thể

No Time Position Value

VTANo VTAMonth VTALongitude VTADepth

VTALatitude VTAperDepth

2. Kiểm tra các trường thừa/thiếu

Bước 4: Xác định khóa chính, khóa ngoại và mối quan hệ giữa các thực thể

1. Xác định khóa chính cho cơ sở dữ liệu

2. Xác định quan hệ trong cơ sở dữ liệu

3. Phân tách để đưa về mô hình nhị phân

4. Bổ sung khóa ngoại nếu có

a. Xác định khóa chính cho các giá trị

Trong phần này chúng ta bàn về cách xác định khóa chính cho cơ sở dữ liệu

như được miêu tả ở hình dưới, bao gồm các giá trị ảnh hưởng trực tiếp tới việc trích

xuất vận tốc âm cần sử dụng.

Trong đó giá trị thời gian gắn liền với giá trị tọa độ của vị trí cần trích xuất và

trích xuất được độ sâu và giá trị vận tốc âm theo độ sâu.

112

Bảng 4. 3 khóa chính cho các giá trị

No Time Position Value

VTANo VTAMonth VTALongitude VTADepth

VTALatitude VTAperDepth

b. Xác định mối quan hệ giữa các thành phần trong dữ liệu

Xem xét các thực thể chúng ta có để xác định các định mối quan hệ của

chúng, chúng ta có các thực thể Time, Position và Value thì mối quan hệ của chúng

chỉ có thể là Position theo Time và sinh ra Value để ghi nhận thông tin.

Hình 4. 8 mối quan hệ giữa các thành phần trong dữ liệu.

Mối quan hệ trong cơ sở dữ liệu của các giá trị. Chuyển sang dạng sơ đồ khối

được biểu diễn như sau:

Xác định loại quan hệ giữa các giá trị như sau: Quan hệ giữa vị trí và thời

gian, chúng ta thấy mỗi vị trí tại một thời điểm có thể có nhiều giá trị độ sâu và vận

tốc âm theo các lớp nước. Do vậy quan hệ này là 1-n.

Bước 5: Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu

Bước này giúp xem lại cơ sở dữ liệu vừa thiết kế có đáp ứng được qui định

của cơ sở dữ liệu quan hệ hay không. Sẽ chuẩn hóa giữa các nguồn dữ liệu về một

dạng cơ sở dữ liệu vận tốc âm theo khuôn dạng đã thống nhất ở trên. Chất lượng dữ

113

liệu sẽ được so sánh và đánh giá theo số liệu thực tế và số liệu có nhiều giá trị trong

nhiều thời điểm khác nhau.

4.2.3. Khai thác cơ sở dữ liệu vận tốc âm

Sau khi xây dựng cơ sở dữ liệu chúng ta lựa chọn phương thức xây dựng các

điểm mắt lưới trong cơ sở dữ liệu với mỗi mắt lưới có kích thước 0,25ox0,25o và

được lựa chọn theo công thức như sau:

Tiến hành so sánh tọa độ của điểm cần nội suy vận tốc âm với các điểm đã

có để lựa chọn ra được 4 điểm

Hình 4. 9 Lựa chọn vị trí trích xuất vận tốc âm

Sau khi đã chọn được 4 điểm mắt lưới, tiến hành trích xuất vận tốc âm tại

điểm i dựa vào hàm song tuyến sau đây theo phương pháp nội suy tuyến tính theo

hàm như sau:

VTAi = a0 + a1Bi + a2Li (4. 1)

Trong đó:

a0, a1, a2 là các tham số được xác định theo nguyên lý số bình phương

nhỏ nhất dựa vào vận tốc âm của 4 điểm mắt lưới gần nhất.

Bi,Li là tọa độ địa lý của điểm cần trích xuất

Với 4 điểm đã có, lập được hệ phương trình số hiệu chỉnh ở dạng ma trận

như sau:

Điểm trích

xuất vận tốc

âm

1

2 3

4

114

V = AX + L (4. 2)

Với

1

2

3

4

v

vV =

v

v

1 1

2 2

3 3

4 4

1 B

1 BA =

1 B

1 B

L

L

L

L

0

1

2

a

X = a

a

1

2

3

4

VTA

VTAL =

VTA

VTA

Trọng số pi của các điểm đã có vận tốc âm tham gia xác định tham số có thể

lựa chọn bằng 1 hoặc tính theo nghịch đảo của khoảng cách từ điểm mắt lưới tới

điểm cần xác định vận tốc âm.

Từ phương trình số hiệu chỉnh (4.2), ta có hệ phương trình chuẩn

ATAX+ATL=0 (4.3)

các tham số dùng để nội suy là a0, a1, a2 được xác định

X= -(ATA)-1ATL (4.4)

và sử dụng các tham số này để nội suy vận tốc âm cho điểm cần xác định.

Trong trường hợp không được đủ 4 điểm mắt lưới, có thể lựa chọn phương

án nội suy theo trọng số là nghịch đảo khoảng cách hoặc gán vận tốc âm bằng vận

tốc âm của điểm mắt lưới trong trường hợp chỉ có 1 điểm mắt lưới.

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng các

thiết bị thủy âm. Dựa vào cơ sở dữ liệu vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ, các

đơn vị thi công có thể ứng dụng cơ sở dữ liệu để xác định giá trị vận tốc âm tại khu

vực khảo sát trong phạm vi Vịnh Bắc Bộ. Khi đó, vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu là

vận tốc âm sử dụng trong công tác khảo sát, xây dựng các bản đồ địa hình đáy biển.

Với độ chính xác của cơ sở dữ liệu đã được kiểm chứng với kết quả đo sâu và áp

dụng được cho các tỷ lệ trung bình như 1:10.000, 1:50.000 và tỷ lệ nhỏ hơn.

Trích xuất giá trị vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu sử dụng chương trình khai

thác ở trên, các giá trị vận tốc âm được trích xuất theo cho điểm đơn hoặc theo tệp

số liệu nhiều điểm như hình dưới:

115

Hình 4. 10 Giao diện cài đặt thông số trích xuất giá trị vận tốc âm

- Trong trường hợp cần trích xuất nhiều giá trị vận tốc âm cùng một lúc

người sử dụng đánh dấu vào mục nhập tệp tọa độ, chương trình sẽ tính toán dựa trên

tệp tọa độ đã được nhập vào.

- Trong trường hợp chỉ cần trích xuất giá trị vận tốc âm tại một vị trí thì nhập

ngay giá trị tọa độ cần trích xuất và thời gian cần trích xuất, chương trình tính toán

dựa trên tọa độ và thời gian cần trích xuất vận tốc âm.

4.2.2. So sánh vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu và vận tốc âm thực tế

Để đánh giá độ chính xác của CSLD vận tốc âm, Luận án đã sử dụng số liệu

vận tốc âm thực tế thi công trong các năm của Trung tâm Trắc địa và Bản đồ Biển

có điều kiện đo trùng lặp tại một số vị trí và có các giá trị vận tốc âm thực tế và

trích xuất trên cơ sở dữ liệu. Dữ liệu đối chiếu giá trị vận tốc âm thực tế và cơ sở dữ

liệu như bảng dưới.

116

Bảng 4.4 Chênh lệch giữa vận tốc âm thực và vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu.

STT Vĩ độ

(o)

Kinh

độ (o)

Thời gian quan

trắc

Vận tốc âm

trung bình

cơ sở dữ liệu

(m/s)

Vận tốc âm

trung bình

đo được

(m/s)

Độ chênh

Vận tốc âm

cơ sở dữ

liệu và đo

được (m/s)

1 20.75 107.5 Tháng 7 1540.2 1542.4 -2.2

2 21 108 Tháng 4 1523.5 1522.2 1.3

3 21 108 Tháng 5 1528 1527.1 0.9

4 20.75 107.25 Tháng 4 1525.4 1524.1 1.3

5 19.25 106 Tháng 7 1539.5 1540.6 -1.1

6 18.75 105.75 Tháng 7 1540.1 1545.6 -5.5

7 20 106.5 Tháng 7 1540.8 1542.6 -1.8

8 20 106.25 Tháng 7 1540.4 1540.3 0.1

9 18.75 106.25 Tháng 3 1518.9 1521.3 -2.4

10 18.75 106.5 Tháng 3 1521 1520.4 0.6

11 18.5 106.75 Tháng 3 1523 1522.3 0.7

12 18.5 106.25 Tháng 7 1537 1541.6 -4.6

13 18.5 106.5 Tháng 7 1535.9 1538.2 -2.3

14 18.25 106.5 Tháng 8 1537.4 1542 -4.6

15 18.5 106.75 Tháng 3 1523 1527.6 -4.6

16 18.5 107 Tháng 3 1524.2 1528 -3.8

17 18 106.75 Tháng 3 1522.8 1527.4 -4.6

18 18 107 Tháng 3 1524.3 1527.3 -3

Theo bảng trên độ chênh lệch giữa vận tốc âm thực tế và vận tốc âm trích

xuất trên bản đồ lớn nhất là 5.5m/s với độ chênh này thì sự sai khác về độ sâu trong

khu vực Vịnh Bắc Bộ đối với các thang độ sâu 10m, 50m, 100 tương ứng dD sẽ là

0.03m, 0.17m, 0.33m. Đối với tỷ lệ bản đồ 1:10.000 sai số giới hạn độ sâu mD =

1%D tức là với độ sâu 100m sai số giới hạn đối với độ sâu là 1m, như vậy với sự

chênh lệch độ sâu do ảnh hưởng của vận tốc âm tại độ sâu 100m vẫn đáp ứng được

117

độ chính xác thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000.

Bảng 4.5 Chênh lệch giữa độ sâu sử dụng vận tốc âm thực tế và cơ sở dữ liệu

STT Vĩ độ

(o)

Kinh

độ (o)

Thời gian

quan trắc

Vận tốc

âm

trung

bình

CSDL

(m/s)

Độ sâu

theo

vận tốc

âm

CSDL

(m)

Vận

tốc âm

trung

bình

đo

thực tế

(m/s)

Độ

sâu

theo

vận

tốc âm

đo

(m)

Độ

chênh

CSDL

vận

tốc

âm

và đo

thực

tế

(m/s)

Độ

chênh

độ

sâu

CSDL

và đo

thực

tế

(m)

1 20.75 107.5 Tháng 7 1540.2 13.61 1542.4 13.63 -2.2 -0.02

2 21 108 Tháng 4 1523.5 22.93 1522.2 22.91 1.3 0.02

3 21 108 Tháng 5 1528 27.24 1527.1 27.23 0.9 0.02

4 20.75 107.25 Tháng 4 1525.4 32.75 1524.1 32.73 1.3 0.03

5 19.25 106 Tháng 7 1539.5 19.92 1540.6 19.93 -1.1 -0.01

6 18.75 105.75 Tháng 7 1540.1 17.85 1545.6 17.92 -5.5 -0.06

7 20 106.5 Tháng 7 1540.8 12.46 1542.6 12.47 -1.8 -0.01

8 20 106.25 Tháng 7 1540.4 17.33 1540.3 17.32 0.1 0.00

9 18.75 106.25 Tháng 3 1518.9 12.53 1521.3 12.55 -2.4 -0.02

10 18.75 106.5 Tháng 3 1521 16.27 1520.4 16.26 0.6 0.01

11 18.5 106.75 Tháng 3 1523 17.67 1522.3 17.67 0.7 0.01

12 18.5 106.25 Tháng 7 1537 12.32 1541.6 12.36 -4.6 -0.04

13 18.5 106.5 Tháng 7 1535.9 19.29 1538.2 19.32 -2.3 -0.03

14 18.25 106.5 Tháng 8 1537.4 19.38 1542 19.44 -4.6 -0.06

15 18.5 106.75 Tháng 3 1523 15.60 1527.6 15.64 -4.6 -0.05

16 18.5 107 Tháng 3 1524.2 20.21 1528 20.26 -3.8 -0.05

17 18 106.75 Tháng 3 1522.8 19.43 1527.4 19.49 -4.6 -0.06

18 18 107 Tháng 3 1524.3 17.37 1527.3 17.40 -3 -0.03

118

Công tác xác định vận tốc âm trong khu đo là rất cần thiết, vì khi chưa xác

định được giá trị vận tốc âm trong khu vực khảo sát thì kết quả xác định độ sâu sai

lệch với thực tế phụ thuộc vào giá trị đặt mặc định ban đầu theo máy đo chênh lệch

nhiều hay ít với giá trị vận tốc âm thực. Theo quy định của [13], sử dụng vận tốc âm

trên cơ sở dữ liệu để cải chính cho giá trị độ sâu giả định so sánh với độ sâu thực thì

chênh lệch <0.1m theo như kết quả tính toán tại Bảng 4.5. Vì thể sử dụng cơ sở dữ

liệu vận tốc âm sử dụng trong khảo sát bản đổ địa hình tỷ lệ trung bình và nhỏ là

đảm bảo.

Để đánh giá chi tiết, Luận án đã sử dụng số liệu vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu

chạy lại đường đo sâu và đo kiểm tra so sánh với đường đo sâu và đo kiểm tra sử

dụng vận tốc âm đo thực tế được kết quả như sau:

Bảng 4. 6 So sánh và đánh giá độ tin cậy của số liệu vận tốc âm trên CSLD

và số liệu vận tốc âm thực tế đối với tỷ lệ bản đồ 1:10.000.

STT X DS

(m)

Y DS

(m)

H DS

(m)

(thực tế)

(1531.8)

H DS (m)

(CSDL)

tính theo

vận tốc

âm

(1529.2)

Độ sâu

chênh

thực tế

đo sâu

và

CSDL

(m)

X KT

(m)

Y KT

(m)

H KT

(m)

(thực

tế)

(1531.

8)

H KT

(m)

(CSDL)

tính

theo

vận tốc

âm

(1529.2)

Độ

sâu

chênh

thực

tế KT

và

CSDL

v(m)

DH

( Chênh

giữa đo

sâu và

đo kiểm

tra)

1 2351573 505028 -17.88 -17.84 -0.03 2351573 505028 -17.72 -17.69 0.03 -0.16

2 2351573 505043 -17.88 -17.85 -0.03 2351573 505043 -17.74 -17.71 0.03 -0.14

3 2351573 505058 -17.84 -17.81 -0.03 2351573 505058 -17.72 -17.69 0.03 -0.13

4 2351573 505073 -17.89 -17.86 -0.03 2351573 505073 -17.84 -17.81 0.03 -0.05

5 2351573 505088 -17.99 -17.96 -0.03 2351573 505088 -17.87 -17.84 0.03 -0.12

6 2351573 505103 -18.02 -17.99 -0.03 2351573 505103 -17.83 -17.79 0.03 -0.19

7 2351573 505118 -18.01 -17.98 -0.03 2351573 505118 -17.81 -17.78 0.03 -0.20

8 2351573 505133 -18.03 -18.00 -0.03 2351573 505133 -17.91 -17.88 0.03 -0.12

9 2351573 505148 -18.10 -18.07 -0.03 2351573 505148 -18.00 -17.97 0.03 -0.10

...

512 2351588 508538 -20.60 -20.56 -0.04 2351588 508538 -20.63 -20.60 0.04 0.04

513 2351588 508553 -20.60 -20.56 -0.04 2351588 508553 -20.68 -20.65 0.04 0.08

514 2351588 508568 -20.68 -20.65 -0.04 2351588 508568 -20.66 -20.62 0.04 -0.03

515 2351588 508583 -20.76 -20.73 -0.04 2351588 508583 -20.63 -20.59 0.04 -0.13

119

516 2351588 508598 -20.83 -20.79 -0.03 2351588 508598 -20.57 -20.53 0.03 -0.27

517 2351588 508613 -20.85 -20.81 -0.04 2351588 508613 -20.65 -20.62 0.04 -0.19

518 2351588 508628 -20.87 -20.83 -0.04 2351588 508628 -20.76 -20.72 0.04 -0.11

519 2351588 508643 -20.87 -20.83 -0.04 2351588 508643 -20.84 -20.80 0.04 -0.04

520 2351588 508658 -20.83 -20.79 -0.04 2351588 508658 -20.83 -20.80 0.04 0.00

521 2351588 508673 -20.81 -20.77 -0.04 2351588 508673 -20.87 -20.83 0.04 0.06

512 2351588 508538 -20.60 -20.56 -0.04 2351588 508538 -20.63 -20.60 0.03 0.04

....

7171 2354288 506318 -14.67 -14.64 -0.02 2354288 506318 -14.62 -14.59 0.02 -0.05

7172 2354288 506333 -14.74 -14.71 -0.02 2354288 506333 -14.60 -14.57 0.02 -0.14

7173 2354288 506348 -14.75 -14.73 -0.02 2354288 506348 -14.57 -14.54 0.02 -0.19

7174 2354288 506363 -14.73 -14.70 -0.02 2354288 506363 -14.59 -14.56 0.02 -0.14

7175 2354288 506378 -14.64 -14.61 -0.02 2354288 506378 -14.66 -14.64 0.02 0.03

7176 2354288 506393 -14.67 -14.65 -0.02 2354288 506393 -14.71 -14.68 0.02 0.04

7177 2354288 506408 -14.79 -14.77 -0.03 2354288 506408 -14.80 -14.78 0.03 0.01

7178 2354288 506423 -14.82 -14.80 -0.03 2354288 506423 -14.85 -14.83 0.03 0.03

7179 2354288 506438 -14.80 -14.77 -0.03 2354288 506438 -14.88 -14.85 0.03 0.08

7180 2354288 506453 -14.77 -14.74 -0.03 2354288 506453 -14.79 -14.76 0.03 0.02

....

17364 2357948 510818 -17.63 -17.60 -0.03 2357948 510818 -17.93 -17.90 0.03 0.30

17365 2357948 510833 -17.69 -17.66 -0.03 2357948 510833 -18.12 -18.09 0.03 0.43

17366 2357948 510848 -17.69 -17.66 -0.03 2357948 510848 -18.17 -18.14 0.03 0.49

17367 2357948 510863 -17.68 -17.65 -0.03 2357948 510863 -17.91 -17.87 0.03 0.23

17368 2357948 510878 -17.63 -17.60 -0.03 2357948 510878 -17.53 -17.50 0.03 -0.10

17369 2357948 510893 -17.58 -17.55 -0.03 2357948 510893 -17.60 -17.57 0.03 0.02

17370 2357948 510908 -17.62 -17.59 -0.03 2357948 510908 -17.54 -17.51 0.03 -0.08

17371 2357963 510578 -17.55 -17.52 -0.03 2357963 510578 -17.63 -17.60 0.03 0.08

17372 2357963 510593 -17.66 -17.63 -0.03 2357963 510593 -17.63 -17.60 0.03 -0.03

17373 2357963 510608 -17.69 -17.66 -0.03 2357963 510608 -17.60 -17.57 0.03 -0.09

17374 2357963 510623 -17.64 -17.61 -0.03 2357963 510623 -17.74 -17.70 0.03 0.10

17375 2357963 510638 -17.59 -17.56 -0.03 2357963 510638 -17.64 -17.61 0.03 0.05

17376 2357963 510653 -17.58 -17.55 -0.03 2357963 510653 -17.60 -17.57 0.03 0.03

17377 2357963 510668 -17.53 -17.50 -0.03 2357963 510668 -17.70 -17.67 0.03 0.17

17378 2357963 510683 -17.47 -17.44 -0.03 2357963 510683 -17.75 -17.71 0.03 0.28

17379 2357963 510698 -17.60 -17.57 -0.03 2357963 510698 -17.72 -17.69 0.03 0.12

17380 2357963 510713 -17.66 -17.63 -0.03 2357963 510713 -17.77 -17.74 0.03 0.11

17381 2357963 510728 -17.61 -17.58 -0.03 2357963 510728 -17.86 -17.83 0.03 0.25

120

Đánh giá độ chính xác của vận tốc âm được quy đổi theo cơ sở dữ liệu và theo

thực tế dựa trên công thức:

Trong đó CSLD-TT là chênh độ sâu đo được của vận tốc âm CSDL và vận tốc

âm thực tế đo được.

n là số điểm đo được đánh giá.

Theo kết quả tính toán có mđcx= 0.03 m; vì độ sâu khu đo có độ sâu nhỏ ảnh

hưởng của vận tốc âm trên CSDL và vận tốc âm đo thực tế không lớn, sai số vận tốc

âm đảm bảo được kết quả đo sâu đơn tia. Vì độ chênh giới hạn của sai số đo sâu là

0.3 m đối với độ sâu nhỏ hơn 50 m và 0.45 m độ sâu đối với độ sâu lớn hơn 50m.

Như vây độ chênh lệch khi sử dụng vận tốc âm trên CSLD và vận tốc âm thực tế

đảm bảo độ chính xác đối với tỷ lệ bản đồ địa hình 1:10.000. Phía dưới là đánh giá

độ chính xác sử dụng vận tốc âm trên CSDL.

BÁO CÁO KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐO SÂU

Tổng số điểm trong file Đo sâu: 213938

Tổng số điểm trong file Kiểm tra: 17442

Tổng số điểm được kiểm tra: 17391

Số điểm trùng ở vị trí có độ dốc địa hình vượt hạn: 0

Số điểm được tính: 17391

Kết quả so sánh điểm trùng với những điểm có độ sâu dưới 50 m

- Tổng số điểm được so sánh: 17391

- Số điểm có độ lệch ΔH bằng 0.0m: 70 Đạt: 0.4 %

- Số điểm có độ lệch ΔH từ 0.00m đến 0.45m: 17284 Đạt: 99.38 %



17382 2357963 510743 -17.51 -17.48 -0.03 2357963 510743 -17.73 -17.70 0.03 0.22

17383 2357963 510758 -17.54 -17.51 -0.03 2357963 510758 -17.69 -17.66 0.03 0.14

17384 2357963 510773 -17.64 -17.61 -0.03 2357963 510773 -17.71 -17.67 0.04 0.07

121

- Số điểm có độ lệch ΔH lớn hơn 0.60m: 4 Đạt: 0.02 %

Kết quả so sánh điểm với những điểm có độ sâu từ 50 m đến 100 m

- Tổng số điểm được so sánh: 0

- Số điểm có độ lệch ΔH bằng 0.0m: 0 Đạt: 0 %

- Số điểm có độ lệch ΔH từ 0.00m đến 0.68m: 0 Đạt: 0 %



- Số điểm có độ lệch ΔH lớn hơn 0.90m: 0 Đạt: 0 %

Từ kết quả đánh giá nêu trên cho thấy, vận tốc âm được nội suy trong cơ sở

dữ liệu vận tốc âm trung bình có thể sử dụng được khi đo sâu phục vụ thành lập bản

đồ địa hình đáy biển tỷ lệ trung bình 1:50.000, 1:10.000 và sử dụng thiết bị đo sâu

bằng công nghệ đơn tia. Trong công nghệ đơn tia thì vận tốc âm theo mặt cắt cột

nước hiệu chỉnh vào giá trị độ sâu lấy theo vận tốc âm cơ sở dữ liệu và vận tốc âm

thực tế đảm bảo độ chính xác kết quả đo sâu. Trong thông tư quy định là độ sâu D từ

100m thì mD = 1%.D tức là với độ sâu 100m thì sai số độ sâu mD = 1m lớn hơn nhiều

so với độ lệch do vận tốc âm gây nên khi sử dụng vận tốc âm trên cơ sở dữ liệu so với

vận tốc âm thực tế như đã đánh giá ở trên.

4.3. Đánh giá kết quả và đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm

4.3.1. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm theo văn bản pháp quy

Hiện nay theo quy trình lấy mẫu vận tốc âm sử dụng cho công tác khảo sát

công trình biển và thành lập địa hình đáy biển tại Việt Nam được quy định trong hai

dạng văn bản là văn bản pháp quy hoặc thiết kế kỹ thuật.

a. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm theo văn bản pháp quy của nhà nước

Văn bản pháp quy của Việt Nam hiện nay có các văn bản như sau có hiệu lực:

- Quy định 180/1998/QĐ-ĐC của Tổng cục Trưởng Tổng cục Địa chính

ngày 31-03-1998 có quy định về việc đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000.

Trong quy định này chưa đề cập tới quy trình xác định vận tốc âm trong công tác đo

vẽ. Tại thời điểm này quy trình xác định vận tốc âm được sử dụng theo kinh nghiệm

thi công, được điều chỉnh cho các quy định sau này.

122

- Theo quy định trong các thông tư, quyết định của Bộ chuyên ngành như

Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng 02 năm 2007 ban hành Quy

định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 50.000 [14], quy trình

xác định vận tốc âm được quy định tại chương IV mục 2.5 phần c là:

+ Trước và sau đợt công tác, phải kiểm nghiệm độ chính xác của máy định vị

vệ tinh GPS, máy đo sâu hồi âm, địa bàn số; đối với máy đo sâu hồi âm còn phải

xác định vận tốc truyền âm thanh trong nước biển tại khu đo và nhập giá trị vận tốc

truyền âm vào máy đo sâu hồi âm;

Tại phụ lục số 1 của Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình đáy biển

tỷ lệ 1: 50.000 chương 3 mục 3.4 phần b quy định:

+ Xác định vận tốc âm thực tế tại khu đo bằng cách sử dụng máy đo vận tốc

âm hoặc bằng “check bar”. Điều chỉnh dần vận tốc âm đưa vào máy đo sâu đến khi

kết quả đo kiểm tra bằng kết quả lý thuyết (độ sâu đo được, bằng độ sâu bề mặt của

tấm check bar). Tiến hành nhiều lần để xác định được chính xác vận tốc âm làm

việc thực tế;

Cũng trong quy định này, quy trình lấy mẫu vận tốc âm vẫn chưa được quy

định cụ thể khi thi công các mảnh bản đồ địa hình đáy biển 1:50.000 trải dài theo bờ

biển và ra ngoài khơi xa. Không quy định cụ thể đơn vị thi công phải quy định trong

thiết kế kỹ thuật của công tác khảo sát.

- Theo thông tư 22 /2010/TT-BTNMT [15] về Quy định kỹ thuật khảo sát

điều tra tổng hợp tài nguyên và môi trường biển bằng tàu biển, mục 6 phần 2.1.1 có

quy định sai số của thiết bị xác định vận tốc âm như bảng 4.14.

Bảng 4.7. Độ chính xác tối thiểu của các thiết bị đo vẽ địa hình đáy biển

TT Loại máy Độ chính xác tối thiểu

1 Máy định vị DGPS ± 3m (mặt bằng)

2 Máy đo sâu hồi âm đơn tia 5cm ± 0,1% D (D là độ sâu)

3 Máy cải chính các ảnh hưởng của

sóng

đo sóng: 5cm

đo góc nghiêng ngang, góc nghiêng

dọc: ± 0,25 độ

123

TT Loại máy Độ chính xác tối thiểu

4 Máy la bàn ±0,5 độ

5 Máy đo vận tốc âm thanh trong nước ± 0,25 m/s

Phần 2.1.3 của [15] có quy định máy đo sâu hồi âm phải có khả năng đo

được độ sâu lớn nhất của vùng biển khảo sát. Thiết bị đo sâu phải được hiệu chỉnh

chính xác theo mớn nước của đầu biến âm, cải chính sai số vạch và vận tốc âm

thanh.

Trong thông tư này, quy trình xác định vận tốc âm có rõ ràng hơn về yêu cầu

độ chính xác của thiết bị lấy mẫu vận tốc âm. Tuy nhiên, chưa có yêu cầu về quy

định lấy mẫu vận tốc âm và có theo thời gian hay theo vị trí khu khảo sát hay

không; phạm vi như thế nào thì phải lấy mẫu vận tốc âm.

- Theo thông tư 24/2010/TT-BTNMT ngày 27 tháng 10 năm 2010 Quy định

về đo đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia, tại

Chương II điều 7 mục 3 phần đ có quy định về thiết bị xác định vận tốc âm tức thời

như sau:

Máy đo vận tốc âm trực tuyến phải được lắp ngay cạnh đầu biến âm của hệ

thống.

Tại chương III Điều 16 mục mục 3 quy định:

Trước khi đo đạc phải đo mặt cắt vận tốc âm tại khu đo và nhập vào hệ thống

để cải chính tức thời khi đo đạc. Vận tốc âm tại bề mặt của mặt cắt vận tốc âm cần

được so sánh với vận tốc âm đo được tại đầu biến âm.

Cũng tại chương III Điều 19 mục 7 quy định:

Tùy thuộc vào phần mềm sử dụng, một số mặt cắt vận tốc âm được nội suy

theo thời gian, khoảng cách, vị trí hoặc theo các vùng được lựa chọn. Phân tích dữ

liệu độ sâu để phát hiện chênh lệch về độ sâu còn tồn tại. Thay đổi phương pháp

hiệu chỉnh vận tốc âm hoặc thay đổi sang một mặt cắt vận tốc âm khác để giảm sai

số về độ sâu;

Trong thông tư này có đề cập chi tiết tới quy trình xác định vận tốc âm cho

đo sâu đa tia bao gồm xác định mặt cắt vận tốc âm và lắp đặt thiết bị vận tốc âm tại

124

bề măt đầu phát biến để hiệu chỉnh giá trị vận tốc âm ban đầu cho việc tính toán độ

sâu.

b. Quy định quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong thiết kế kỹ thuật

Trong thiết kế kỹ thuật đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:50.000 có quy

định quy trình xác định vận tốc âm như sau:

Khi sử dụng máy đo sâu đơn tia, dùng máy SVP-15 xác định vận tốc âm ở vị

trí sâu nhất của từng mảnh bản đồ để hiệu chỉnh riêng cho mảnh bản đồ đó (vận tốc

âm trung bình lấy chẵn đến mét) để nhập vào máy đo sâu;

Khi sử dụng máy đo sâu đa tia, dùng máy SVP-15 xác định vận tốc âm ở vị

trí sâu nhất của từng mảnh bản đồ để hiệu chỉnh riêng cho mảnh bản đồ đó theo cột

nước, vận tốc âm nhập vào phần mềm dạng mặt cắt vận tốc âm;

Có thể nhận thấy trong thiết kế kỹ thuật có quy định rõ quy trình lấy mẫu vận

tốc âm tại từng mảnh bản đồ tùy theo tỷ lệ xác định vị trí sâu nhất của mảnh bản đồ,

sau đó lấy mẫu vận tốc âm và được đưa vào sử dụng trong khảo sát. Giá trị vận tốc

âm tại mảnh đo sâu này không quy định có thay đổi theo điều kiện thời tiết hay vào

những khu vực có biến đổi lớn về các giá trị nhiệt độ, độ mặn, độ sâu.

c. Đánh giá ưu nhược điểm của các quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong các

văn bản pháp quy hiện nay

- Ưu điểm:

Các quy trình lấy mẫu vận tốc âm hiện nay được sử dụng chung cho các cơ

quan nhà nước, các đơn vị thi công đã nêu rõ được sự cần thiết phải xác định vận

tốc âm trong các dự án khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm.

Phải sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm đảm bảo yêu cầu độ chính xác theo

quy định cho các trường hợp khảo sát thủy âm.

Vị trí lấy mẫu vận tốc âm được quy định rõ đối với từng điều kiện cụ thể.

- Nhược điểm:

Các quy trình lấy mẫu vận tốc âm hiên tại chỉ yêu cầu lấy mẫu vận tốc âm

một lần tại mỗi vị trí xác định vận tốc âm trong dự án khảo sát, trong khi khảo sát

thủy âm cần có thời gian dài và khoảng cách khảo sát giữa các khu vực là lớn. Như

125

trong khảo sát tỷ lệ 1:50.000 khoảng cách giữa các điểm lấy mẫu vận tốc âm là hơn

25 km một điểm, còn đối với khảo sát tỷ lệ 1:10.000 là khoảng 7km một điểm.

Các quy trình hiện tại chưa căn cứ vào sự biến đổi vận tốc âm để quy định

việc lấy mẫu vận tốc âm. Hiện tại chỉ quy định lấy mẫu vận tốc âm dựa trên độ sâu

lớn nhất trong khu vực khảo sát hoặc tại các vị trí trung tâm của dự án cần khảo sát

thủy âm

4.3.2. Đề xuất hoàn thiện quy trình lấy mẫu vận tốc âm

Từ các phân tích các nội dung nêu trên, tác giả nhận thấy cần phải đưa ra một

quy trình lấy mẫu vận tốc âm cho phù hợp với điều kiện từng khu vực khảo sát.

Trong chương 3, luận án đã đánh giá được sự biến đổi của vận tốc âm tại khu

vực Vịnh Bắc Bộ, sự biến đổi vận tốc âm đã được khảo sát theo các phương vỹ tuyến,

kinh tuyến, và theo độ sâu, theo thời gian trong năm. Trong mục 4.2 đã xây dựng cơ sở

dữ liệu vận tốc âm tịa khu vực Vịnh Bắc Bộ, đã đánh giá độ tin cậy của CSLD và đánh

giá được độ chính xác đo sâu đơn tia khi sử dụng vận tốc âm trích xuất trên CSDL. Tại

mục 4.3.1, đã phân tích đánh giá các ưu điểm nhược điểm của các quy trình lấy mẫu

vận tốc âm. Từ sự biến đổi vận tốc âm được khảo sát, phân tích đánh giá tại chương 3

chúng ta có thể đề xuất quy trình lấy mẫu vận tốc âm như sau:

(1) Đối với các công trình khảo sát thủy âm yêu cầu độ chính xác đối với bản

đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 hoặc tương đương căn cứ theo kết quả đánh giá

tại mục 4.2 của luận án thì sử dụng vận tốc âm trích xuất trên CSDL. Phạm vi ứng

dụng hiện tại có thể sử dụng trong các công trình khảo sát sử dụng thiết bị thủy âm

khu vực Vịnh Bắc Bộ, đảm bảo hiệu quả kinh tế và độ chính xác yêu cầu. Các khu

vực khác ngoài Vịnh Bắc Bộ cần thực hiện bổ sung CSDL vận tốc âm, sau khi đã có

đủ CSDL vận tốc âm các khu vực, sử dụng giá trị vận tốc âm trích xuất trên CSDL

để khảo sát các công trình có độ chính xác đối với bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ

1:10.000.

(2) Đối với các công trình khảo sát với tỷ lệ bản đồ địa hình đáy biển lớn hơn

1:10.000, yêu cầu quy trình thực hiện lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp tại thời điểm

khảo sát. Quy trình lấy mẫu trực tiếp như hình dưới:

126

Hình 4. 11 Quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong công tác khảo sát thủy âm

Quy định chi tiết lấy mẫu vận tốc âm thực tế được thể hiện tại hình dưới như

sau:

127

Hình 4. 12 Quy trình lấy mẫu trực tiếp tại khu vực khảo sát

128

Các quy trình lấy mẫu vận tốc âm thực được thể hiện chi tiết tại hình 4.12 và

4.13. Quy trình này được thực hiện khi khảo sát sử dụng các thiết bị thủy âm với

yêu cầu độ chính xác khảo sát cao hoặc khảo sát thi công công trình trên biển.

Việc lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp mất nhiều thời gian, kinh phí đặc biệt là tại

những khu vực khảo sát xa bờ và có độ sâu lớn. Công tác thả thiết bị lấy mẫu vận

tốc âm và thu hồi thiết bị yêu cầu cẩn thận nếu thực hiện không được liền mạch có

thể xảy ra trường hợp không thu đủ dữ liệu vận tốc âm theo các lớp nước, phải thực

hiện lại các bước để xác định chính xác giá trị vận tốc âm thực tế. Tại các khu vực

có độ sâu lớn thì việc lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp rất khó khăn, lúc này công tác

thả thiết bị lấy mẫu vận tốc âm rất khó để đảm bảo thả theo phương thẳng đứng do

ảnh hưởng của dòng chảy và sóng biển. Giá trị vận tốc âm thu được có thể không

đảm bảo độ tin cậy đối với tỷ lệ lớn và mất rất nhiều thời gian để xác định giá trị lấy

mẫu vận tốc âm trực tiếp vì thiết bị xác định vận tốc âm cần thu đủ tín hiệu và số

liệu tại các lớp nước khác nhau.

Tùy theo từng khu vực cần lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp có thể lưu ý một số

vấn đề dưới đây:

a. Lấy mẫu vận tốc âm phục vụ cho khảo sát trước khi thi công, khảo sát

phục vụ lên phương án kỹ thuật để thi công, lúc này độ chính xác độ sâu không yêu

cầu cao do đó chỉ cần lấy mẫu vận tốc âm một lần trong khu vực khảo sát.

b. Khu vực thi công hiện tại theo các văn bản pháp quy của nhà nước cần

được bổ sung thêm các quy định lấy mẫu vận tốc âm theo thời gian, theo phạm vi

của dự án khảo sát thủy âm. Và cần quy định lấy mẫu vận tốc âm khi có sự thay đổi

đột biến về nhiệt độ, độ mặn, độ sâu và ghi chú vào sổ lấy mẫu vận tốc âm.

c. Các công trình yêu cầu độ chính xác cao căn cứ phân tích sự biến đổi vận

tốc âm khi khảo sát cần bổ sung thêm quy trình lấy mẫu vận tốc âm phải được thực

hiện hàng ngày, theo chu kỳ đã quy định chi tiết trong các thiết kế kỹ thuật.

d. Các công trình sử dụng thiết bị đa chùm tia, do vận tốc âm biến đổi phức

tạp theo các lớp nước nên quy trình lấy mẫu vận tốc âm trong công tác khảo sát đa

chùm tia cần được lấy mẫu theo các quy định chi tiết trong thiết kế kỹ thuật sau khi

129

đi khảo sát trước khi thi công như tại vị trí có sự biến đổi lớn về độ sâu, nhiệt độ, tại

vùng ven bờ, vùng ngoài khơi.

4.4 Kết luận chương 4

Trong chương 4, luận án đã xây dựng CSDL vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc

Bộ, đã đánh giá độ tin cậy của CSDL vận tốc âm qua phương án cải chính vận tốc

âm trích xuất tại CSDL vào số liệu đo sâu. Từ số liệu đo sâu tính theo vận tốc âm

trên CSDL so sánh trực tiếp với số liệu độ sâu theo vận tốc âm lấy mẫu trực tiếp,

kết quả đánh giá cho sai số của vận tốc âm trên CSDL đảm bảo độ chính xác với

quy định 1:10.000 là mD=0,3 m với độ sâu nhỏ hơn 50 m và 0,45 m với độ sâu lớn

hơn 50 m. Từ việc hiệu chỉnh độ sâu theo vận tốc âm trích xuất từ CSDL, luận án đã

sử dụng độ sâu hiệu chỉnh đánh giá kết quả đo sâu theo quy phạm của bản đồ địa

hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 cho kết quả đảm bảo độ chính xác của bản đồ tỷ lệ

1:10.000.

Luận án đã đề xuất được Quy trình lấy mẫu vận tốc âm trên CSDL và Quy

trình lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp, có khuyến cáo một số điều cần lưu ý khi thực

hiện công tác lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp. Quy trình lấy mẫu vận tốc âm cần được

quy định lại trong các văn bản quy phạm pháp luật trong thời gian tới.

130

KẾT LUẬN

Sau khi nghiên cứu về quy luật biến đổi vận tốc âm tại Vịnh Bắc Bộ, chúng

tôi có một số kết luận như sau:

- Vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ biến đổi khá phức tạp và đa dạng, do

Vịnh Bắc Bộ nằm trong khu vực có sự thay đổi đáng về điều kiện khí hậu và địa

hình đáy biển. Đặc biệt là các dòng hải lưu làm thay đổi quy luật biến đổi nhiệt độ

trong nước biển khác với nhiệt độ không khí trung bình hàng tháng. Trong mỗi

năm, vào tháng 2 dương lịch (đã sang mùa xuân), nhiệt độ nước biển khu vực bắc

Vịnh Bắc Bộ có giá trị thấp nhất trong năm và vào cuối tháng 7 hoặc đầu tháng 8

nhiệt độ nước biển là cao nhất. Giá trị vận tốc âm nhỏ nhất là vào tháng 2

(Vmin=1513.6 m/s) và vân tốc âm lớn nhất vào tháng 7 hoặc tháng 8

(Vmax=1540.8 m/s), như vậy sự biển đổi vận tốc âm trong năm tại khu vực bắc

Vịnh Bắc Bộ lên tới giá trị 27.2 m/s.

- Độ chính xác kết quả đo sâu bằng máy đo sâu hồi âm đơn tia phụ thuộc vào

sai số xác định vận tốc âm và độ sâu điểm đo. Vịnh Bắc Bộ là vùng biển có độ sâu

nhỏ (D < 100 m) cho nên ảnh hưởng của sai số vận tốc âm sử dụng CSDL tới kết

quả đo sâu là không lớn.

- Các yêu cầu lấy mẫu vận tốc âm trực tiếp theo các văn bản quy phạm pháp

luật hiện hành vẫn chưa được đầy đủ, quy định trong các Thiết kế kỹ thuật dự toán

về công tác lấy mẫu vận tốc âm đối với khảo sát bản đồ đáy biển tỷ lệ 1:10.000 và

nhỏ hơn tại khu vực Vịnh Bắc Bộ để đảm bảo độ chính xác đo sâu có mật độ điểm

dầy so với yêu cầu độ chính xác, chưa tối ưu trong công tác kinh tế và kỹ thuật. Đối

với tỷ lệ lớn hơn 1:10.000 các quy định lấy mẫu hiện tại chưa được quy định chi

tiết.

- CSDL vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ do chúng tôi thành lập dựa trên

CSDL hải dương toàn cầu và dữ liệu hải dương Viễn Đông của Cộng hòa Liên bang

Nga kết hợp với số liệu đo của Trung tâm Trăc địa và Bản đồ biển hoàn toàn đáp

ứng được yêu cầu kỹ thuật trong đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1:10.000 và

131

nhỏ hơn. Trong đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn 1:10.000 cần có Thiết kế kỹ

thuật lấy mẫu trực tiếp vận tốc âm để đảm bảo độ chính xác kết quả đo sâu.

- Các nghiên cứu trên áp dụng cho đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển sử dụng

máy đo sâu hồi âm đơn tia, khi sử dụng máy đo sâu hồi âm đa tia cần có nghiên cứu

chi tiết hơn về đặc trưng kỹ thuật của thiết bị để đưa ra quy trình lấy mẫu vận tốc

âm trực tiếp phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

132

KIẾN NGHỊ

Sau khi hoàn thành các nội dung nghiên cứu của luận án, chúng tôi có một số

kiến nghị như sau:

- Việc hiệu chỉnh và cập nhật cơ sở dữ liệu vận tốc âm khu vực Vịnh Bắc Bộ

nên được bổ sung dữ liệu thường xuyên để nâng cao độ tin cậy của CSDL. Sử dụng

CSDL trong công tác khảo sát tại khu vực Vịnh Bắc Bộ từ tỷ lệ 1:10.000 trở xuống

chủ động hơn so với việc sử dụng thiết bị xác định vận tốc âm.

- Cập nhật CSDL vận tốc âm sau khi thu thập được nhiều dữ liệu đo vận tốc âm trực

tiếp tại khu vực Vịnh Bắc Bộ, số liệu tính toán và kiểm tra xử lý thống kê theo phương pháp

Collocation hoặc Kriging để hoàn thiện CSDL vận tốc âm.

- Đối với tỷ lệ bản đồ lớn hơn 1:10.000 không áp dụng được vận tốc âm trích

xuất trên CSDL khu vực Vịnh Bắc Bộ, CSDL vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

mang tính chất tham khảo cần phải có điều kiện khảo sát chi tiết cho các tỷ lệ lớn

hơn trong các điều kiện phù hợp.

- Theo nguyên tắc, phương pháp luận đã nêu trong luận án, có thể tiến hành

nghiên cứu tương tự cho các vùng biển khác để xây dựng CSDL hoàn thiện quy

trình lấy mẫu vận tốc âm các vùng biển Việt Nam.

133

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ

1. Nguyễn Gia Trọng, Nguyễn Văn Cương (2013), “Một số phương pháp nội suy trị

đo GNSS và ứng dụng”, Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ (17), 35 - 41.

2. Nguyễn Văn Cương, Lê Thị Thanh Tâm (2014), “Ảnh hưởng của việc xác định

vận tốc âm đến số liệu đo sâu khi sử dụng mặt cắt vận tốc âm tại vị trí đo và

sử dụng mặt cắt vận tốc âm trung bình khu vực” - Hội nghị khoa học trường

lần thứ 21 Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

3. Nguyễn Văn Cương (2016), “Nghiên cứu tích hợp công nghệ GNSS, thủy âm và

giải pháp nâng cao độ chính xác phục vụ điều tra cơ bản tài nguyên và môi

trường biển”, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội.

4. Đặng Nam Chinh, Nguyễn Gia Trọng, Nguyễn Văn Cương (2017),“Tính toán để

quy chuyển véc tơ cạnh từ các tâm pha anten máy thu về các tâm mốc trắc

địa”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất (số 58 - kỳ 2), 115 - 120.

5. Nguyen Gia Trong, Pham Ngoc Quang, Nguyen Van Cuong, Nhu Van Thanh

(2017), “Processing GNSS baseline using triple difference”, Geo-Spartial

techlonogies and Earth resources (GTER-2017), page 295 - 300. (ISBN: 978-

604-913-618-4).

6. Nguyễn Văn Cương, Nguyễn Gia Trọng, “Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ mặn tới sự

thay đổi vận tốc âm tại khu vực Vịnh Bắc Bộ”, năm 2018 ,Tạp chí Khoa học

Đo đạc và Bản đồ số 35.

7. Nguyễn Văn Cương (2018), “Nghiên cứu, đề xuất quy trình đánh giá độ chính

xác kết quả đo sâu và xây dựng modul thực hiện quy trình đánh giá”, Tổng

cục Biển và Hải đảo Việt Nam, Hà Nội.

134

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Tăng Quốc Cương (2013), "Nghiên cứu phương pháp xác định và hiệu

chỉnh độ nghiêng của đầu biến âm máy đo sâu hồi âm đơn tia trong đo

đạc độ sâu đáy biển", Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ,

Bộ Tài nguyên và Môi trường.

[2]. Đặng Nam Chinh (2010), "Nghiên cứu hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật và

quy trình công nghệ đo đạc biển ở Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài

khoa học và công nghệ , Trường Đại học Má - Địa chất.

[3]. Phạm Văn Huấn (2003), "Cơ sở âm học đại dương" Biên dịch từ

“Fundamentals of ocean acoustics“ L. M. Brekhovskikh, Yu. P.

Lyzanov Springer-Verlag NewYork.

[4]. Đinh Văn Ưu - Nguyễn Minh Huấn (2003), "Vật lý biển", NXB Đại học

Quốc gia Hà Nội.

[5]. Dương Quốc Lương (2006), "Ứng dụng máy đo vận tốc âm trong công

tác đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển", Báo cáo tổng kết đề tài khoa học

và công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

[6]. Phạm Vũ Vinh Quang (2013), "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ dò thủy

âm quét sườn trong công tác thành lập bản đồ địa hình đáy biển ở Việt

Nam", Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội.

[7]. Vũ Hồng Tập (2011), "Nghiên cứu ảnh hưởng của việc xác định vận tốc

âm đến kết quả đo sâu trong quy trình đo vẽ thành lập bản đồ địa hình

đáy biển ở Việt Nam". Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Mỏ - Địa

chất Hà Nội".

135

[8]. Phạm Văn Thục (2011),"Âm học biển và trường sóng âm tại khu vực

Biển Đông Việt Nam", Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ.

[9]. Nguyễn Văn Việt (1998 - 1999), "Kết quả nghiên cứu chế độ nhiêt, mặn

vung biển khơi Vịnh Bắc Bộ".

[10]. Nguyễn Bá Xuân (2007), "Cấu trúc và đặc điểm phân bố của vận tốc âm

trung bình mùa ở vùng biển việt nam".

[11]. Đề tài KC09, 2002 - 2003, Điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công

nghệ biển.

[12]. Hiệp định giữa nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam và nước

Cộng hòa nhân dân Trung Hoa về phân định lãnh hải, vùng đặc quyền

kinh tế và thềm lục địa của hai nước trong Vịnh Bắc Bộ ký ngày 25

tháng 12 năm 2000.

[13]. Quy định cơ sở toán học, độ chính xác, nội dung và ký hiệu bản đồ địa

hình đáy biển tỷ lệ 1:10000 (1998).

[14]. Quyết định số 03/2007/QĐ-BTNMT ngày 12 tháng 02 năm 2007 Quy

định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1: 50 000. (2007).

[15]. Thông tư số 22/2010/TT-BTNMT Quy định kỹ thuật khảo sát điều tra

tổng hợp tài nguyên và môi trường biển bằng tàu biển (2010).

[16]. Thông tư số 24/2010/TT-BTNMT ngày 27/10/2010 về Quy định về đo

đạc, thành lập bản đồ địa hình đáy biển bằng máy đo sâu hồi âm đa tia

(2010).

[17]. Thông tư số 27/2011/TT-BTNMT ngày 20/07/2011 Quy định về kiểm

nghiệm và hiệu chỉnh một số thiết bị đo đạc bản đồ biển (2011).

[18]. Xavier Lurton (2002) "An Introduction to underwater acoustics –

principles and applications", Springer.

136

[19]. Thomas H. Neighbors III và David Bradley (2017), "Applied

Underwater Acoustics".

[20]. A.B. Coppens (1981), "“Simple equations for the speed of sound in

Neptunian waters,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 69, no. 3, pp. 862-863".

[21]. V.A. Del Grosso (1974), "“New equation for the speed of sound in

natural waters (with comparisons to other equations),” J. Acoust. Soc.

Am., vol. 56, no. 4, pp. 1084-1091".

[22]. and C. S. Clay H. Medwin (1998), "“Fundamentals of Acoustical

Oceanography,” Academic Press: London, pp. 712".

[23]. M. N. HILL (1962), The sea “Ideas and Observations on Progress in the

Study of the Seas” Department of Geodesy and Geophysics Madingley

Rise, Cambridge, England. First published 1962 by John Wiley &

Sons, Inc.

[24]. Hydrography 2nd Edition 2010. (2010),

[25]. Lawrence E. Kinsler (2000), " Fundamentals of acoustics".

[26]. Ph. H. KUENEN (1950), "Marine Geology".

[27]. K. V. Mackenzie (1981), “Nine-term equation for the sound speed in the

oceans,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 70, no. 3, pp. 807-812.

[28]. Kongsberg Maritime (2011), "Multibeam theory".

[29]. C-T. Chen and F.J. Millero (1977), Speed of sound in seawater at high

pressures. J. Acoust. Soc. Am. 62(5) pp 1129-1135.

[30]. C. C. Leroy and F. Parthiot (1998), “Depth-pressure relationships in the

oceans and seas,” J. Acoust. Soc. Am. vol. 103, pp. 1346-1352.

137

[31]. W. Wilson (1990), “Equation for the speed of sound in Sea Water,” J.

Acous. Soc. Am., vol. 32, no. 10, pp.1357.

[32]."http://tapchiqptd.vn/vi/bien-dao-viet-nam/hoat-dong-dieu-tra-nghien-

cuu-khoa-hoc-bien/9647.html". "http://tapchiqptd.vn/vi/bien-dao-viet-

nam/hoat-dong-dieu-tra-nghien-cuu-khoa-hoc-bien/9647.html".

[33]."http://www.vasi.gov.vn/709/he-thong-quan-ly-nha-nuoc-ve-bien-dao-

trong-boi-canh-hoi-nhap-quoc-te/t708/c256/i1224".

"http://www.vasi.gov.vn/709/he-thong-quan-ly-nha-nuoc-ve-bien-dao-

trong-boi-canh-hoi-nhap-quoc-te/t708/c256/i1224".

[34]."https://vi.wikipedia.org/wiki/Vịnh_Bắc_Bộ".

"https://vi.wikipedia.org/wiki/Vịnh_Bắc_Bộ".

[35]. "IHO , Manual on hydrography, Monaco". (2005), "IHO , Manual on

hydrography, Monaco".

[36]. "www.map.google.com". "www.map.google.com".

[37]. Nguyễn Minh Nguyệt (2013), "Tidal characteristics of the Gulf of

Tonkin".

[38]. "R2Sonic Basic Acoustic Theory ". "R2Sonic Basic Acoustic Theory ".

[39]. "Xây dựng cơ sở dữ liệu biển Quốc gia". (2001 - 2002), "Xây dựng cơ

sở dữ liệu biển Quốc gia".

138

PHỤ LỤC 1 Bình độ cơ sở dữ liệu vận tốc âm trung bình các tháng tại

khu vực Vịnh Bắc Bộ

Bình độ cơ sở dữ liệu vận tốc âm trung bình tháng 1 tại khu vực

Vịnh Bắc Bộ

139


Vịnh Bắc Bộ

140


Vịnh Bắc Bộ

141


Vịnh Bắc Bộ

142


Vịnh Bắc Bộ

143


Vịnh Bắc Bộ

144


Vịnh Bắc Bộ

145


Vịnh Bắc Bộ

146


Vịnh Bắc Bộ

147


Vịnh Bắc Bộ

148


Vịnh Bắc Bộ

149

Bình độ cơ sở dữ liệu vận tốc âm trung bình tháng 12 tại khu vực Vịnh Bắc Bộ

150

PHỤ LỤC 2 Một phần số liệu cơ sở dữ liệu vận tốc âm sử dụng trong

luận án

Lat:18.5Lon:105.75ValidDays:032-059

Pointsinprofile:3Mindepth:0Maxdepth:

019.93832.1061518.055

219.86332.11517.87

419.79132.1371517.745



019.87232.041517.795

219.832.0711517.66

419.72932.1021517.53

619.67532.1761517.495

Lat:19Lon:105.75ValidDays:032-059


019.70732.051517.345

219.63432.0721517.195

419.56132.0941517.045

619.50432.1561516.99

819.42932.3031516.975

1019.36832.4251516.97



019.45532.1131516.705

219.37932.0881516.49

419.30432.1011516.325



019.21432.1261516.03

219.13932.1011515.82

419.06432.1091515.65

151

Lat:18.25Lon:106ValidDays:032-059


020.11332.2321518.685

220.04232.2451518.535

419.97432.2851518.42



020.08832.1651518.54

220.02132.2031518.43

419.95432.2411518.315

619.90732.3161518.3

819.86132.4071518.305

1019.81932.4881518.31

1519.75832.4821518.215

2019.71432.7771518.505



020.00632.1331518.275

219.93932.1711518.165

419.87332.2091518.055

619.82232.2831518.025

819.76332.41518.025

1019.71432.5021518.035

1519.64232.5021517.91

2019.5932.7891518.17

2519.56732.7821518.18

Lat:19Lon:106ValidDays:032-059


019.78432.1261517.645

219.71632.1551517.52

419.64832.1841517.395

619.59132.2571517.345

152

819.51832.3891517.32

1019.45932.5061517.32

1519.37532.521517.18

2019.31432.7771517.375

2519.29432.771517.39

153

PHỤ LỤC 3 Một phần số liệu vận tốc âm thực tế đo được

Previous File Location :1572864

No of Bytes Stored in Previous File :0

Model Name :MIDAS SVP 1000

File Name :UNKNOWN

Site Information :CAILAN III

Serial No. :32236

No. of Modules Connected :2

Fitted Address List :12;21;

Parameters for each module :1;2;

User Calibrations :

15;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;1.000000e+00;0.00

0000e+00

15;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;1.000000e+00;0.00

0000e+00

15;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;0.000000e+00;1.000000e+00;0.00

0000e+00

Secondary Cal Used :1;0;0;1;1;0;

Gain :1000;0;0;10000;1000;0;

Offset :0;0;0;0;-20000;0;

Gain Control Settings :0;253;

SD Selected Flag :1

Average Mode :NONE

Moving Average Length :1

Sample Mode :TRIP

Sample Interval :300

Sample Rate :8

Sample Period :1

Tare Setting :10.095

Tare Time Stamp :14/03/2011 16:03:55

Density :1025.973

154

Gravity :9.807

Time Stamp :14/03/2011 16:06:21

External PSU Voltage :11

Date / TimeSOUND VELOCITY;M/SECPRESSURE;DBARTEMPERATURE;C

14/03/2011 16:06:211516.8420.51120.044

14/03/2011 16:09:481516.1341.00319.810

14/03/2011 16:09:531515.9621.50119.726

14/03/2011 16:09:571515.9122.01919.650

14/03/2011 16:10:001515.9742.50419.663

14/03/2011 16:10:021515.9363.03119.667

14/03/2011 16:10:041515.8133.53619.633

14/03/2011 16:10:051515.6524.02719.583

14/03/2011 16:10:081515.4904.51519.489

14/03/2011 16:10:091515.3995.00519.448

14/03/2011 16:10:111515.3565.50219.395

14/03/2011 16:10:121515.4296.02519.376

14/03/2011 16:10:141515.3546.51919.356

14/03/2011 16:10:161515.1827.02319.301

14/03/2011 16:10:181515.0477.51619.221

14/03/2011 16:10:201514.9788.04619.172

14/03/2011 16:10:211514.9778.53119.149

14/03/2011 16:10:231514.9859.00819.146

14/03/2011 16:10:241514.9819.51719.146

Date post:	28-Apr-2023
Category:	Documents
Upload:	khangminh22
View:	0 times
Download:	0 times

nghiên cứu quy luật biến đổi vận tốc âm và hoàn

Documents