Công tác đo dẫn độ cao mốc, thủy chí, cọc ở trạm

Công tác đo dẫn độ cao thực hiện theo Quy phạm đo độ cao hạng I, II, III, IV do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước ban hành năm 1988 (Hướng dẫn đo dẫn độ cao bằng phương pháp thuỷ chuẩn chính xác xem Phụ lục D, Quy phạm này).

a) Có độ sâu từ 0,5 m trở lên;

b) Nước biển phải lưu thông với bên ngoài;

c) Không bị ảnh hưởng của các nguồn nước ngầm, nước sông, nước bẩn, nước nóng của nhà máy chảy ra;

d) Không được gần công trình bê tông, đá tảng (trong mùa hè công trình bê tông, đá tảng hấp thụ nhiệt lượng rất lớn khi trời nắng, nhiệt lượng được hấp thụ này sẽ toả ra vùng nước xung quanh và ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ở đây);

đ) Thuận lợi, an toàn khi quan trắc.

Nhiệt độ nước biển tầng mặt được đo bằng nhiệt kế thủy ngân có vỏ bằng kim loại (xem Hình 7), vỏ kim loại này có tác dụng bảo vệ nhiệt kế và chứa một lượng nước cần cho việc xác định nhiệt độ.

YSI-30 là loại máy cầm tay, tiện lợi, dễ sử dụng. Máy YSI-30 được sản xuất tại Mỹ, dùng để đo độ muối, độ dẫn điện và nhiệt độ nước biển. Máy hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng của đầu đo (sensor). Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật và nguyên lý hoạt động được trình bày trong Phụ lục H, Quy phạm này.

Khi trạng thái mặt biển và điều kiện quan trắc thuận tiện, dùng dây thả nhiệt kế vào nước sao cho đầu trên của vỏ nhiệt kế ngập cách mặt nước khoảng 5-10 cm. Sau đó kéo nhanh nhiệt kế lên, đổ nước ở bầu hình trụ đi và lại thả nhiệt kế xuống độ sâu cũ. Sau 3 phút phải kéo nhiệt kế lên thật nhanh, đứng quay lưng về phía mặt trời để che nhiệt kế khỏi nắng và tiến hành đọc chỉ số trên nhiệt kế theo trình tự sau:

Xoay ống ngoài để có thể nhìn thấy thang chia độ, đưa nhiệt kế lên ngang mắt, đọc phần mười độ trước, số nguyên đọc sau. Số đọc nhiệt độ, số hiệu chính và trị số nhiệt độ sau khi đã hiệu chính được ghi vào sổ quan trắc. Cần đọc chỉ số trên nhiệt kế nhanh sao cho từ lúc kéo nhiệt kế lên đến lúc đọc không quá 30 giây. Nếu quan trắc vào ban đêm thì có thể chiếu đèn pin từ phía sau nhiệt kế mà đọc. Sau khi ghi số đọc nhiệt kế vào sổ, mới được đổ nước trong bầu ra.

4.3.2 Cách đo gián tiếp

Cách đo gián tiếp được được dùng khi sóng biển lớn có thể làm hỏng nhiệt kế hoặc do một nguyên nhân nào đó mà không thể ứng dụng cách đo thứ nhất. Sử dụng xô tráng kỹ bằng nước ở nơi quan trắc, sau đó lấy nước vào xô (chú ý không cho xô xuống sâu quá nửa mét). Đặt xô nước vào bóng râm hoặc lấy bóng che, nhúng nhiệt kế vào nước và khuấy hai hoặc ba lần. Nhấc nhiệt kế ra, đổ nước trong bầu hình trụ đi và lại nhúng nhanh nhiệt kế vào nước. Tiến hành đọc chỉ số trên nhiệt kế liên tục mà không nhắc nhiệt kế ra khỏi xô nước. Khi thấy hai số đọc liền nhau có cùng một giá trị (thường là hai đến ba phút kể từ lúc tiến hành đọc) thì ghi giá trị này vào sổ. Nên nhớ rằng, giá trị này sẽ tồn tại không lâu vì nước trong xô có thể bị lạnh đi hoặc nóng lên dưới tác dụng của nhiệt độ không khí. Do đó không nên để nhiệt kế nằm trong xô quá lâu. Để tránh đọc sai, cần đặt nhiệt kế nằm vuông góc với tia nhìn của mắt quan trắc viên (xem Hình 8).

Tráng bầu của vỏ nhiệt kế trước lúc đo để làm mất ảnh hưởng của bầu đến số đọc trên nhiệt kế.

Dùng xô kim loại tráng kẽm hoặc tráng men để lấy nước đo nhiệt độ.

Về mùa đông, quan trắc nhiệt độ cần tiến hành thận trọng vì chênh lệch giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước rất lớn. Sự chênh lệch đó dẫn đến sự giảm sút nhanh nhiệt độ khối nước nằm trong bầu hình trụ và xô.

Quan trắc xong phải tráng vỏ nhiệt kế vào xô nước ngọt. Treo nhiệt kế vào tường, úp xô đựng nước vào chỗ khô ráo. Không sử dụng xô lấy nước vào việc khác.

4.3.3 Hiệu chính số đọc trên nhiệt kế

Chỉnh lý quan trắc nhiệt độ nước là quá trình hiệu chính số đọc trên nhiệt kế dựa vào số hiệu chính ghi trong chứng từ kiểm định. Số đọc trên nhiệt kế được cộng đại số với số hiệu chính theo quy tắc sau:

Mỗi nhiệt kế đều có sai số nhất định. Sai số này có thể là số âm (-) hoặc dương (+) và thường tương ứng với một khoảng nhiệt độ nào đó thường là 5⁰C hoặc 10⁰C. Trước khi xuất xưởng nhà sản xuất phải tiến hành kiểm định để xác định sai số (hiệu chính) của nhiệt kế và ghi kết quả kiểm định vào chứng từ kiểm định. Mỗi nhiệt kế bắt buộc phải có chứng từ kiểm định kèm theo, số của nhiệt kế ghi trên chứng từ kiểm định và ghi trên nhiệt kế phải là một;

Nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế chưa phải là nhiệt độ thực vì bản thân nó còn mang sai số của chính nhiệt kế gây ra. Để có nhiệt độ thực cần tìm sai số (hiệu chính) tương ứng với trị số đọc được trên nhiệt kế bằng cách nội suy dựa vào sai số trong chứng từ kiểm định rồi lấy trị số nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế cộng hay trừ đi trị số hiệu chính tìm được (tuỳ theo dấu của hiệu chính ) ta nhận được nhiệt độ thực.

Ví dụ: số đọc nhiệt độ trên nhiệt kế số 38156 là +22,4⁰C, xác định nhiệt độ thực:

Căn cứ vào chứng từ kiểm định của nhiệt kế trên, hiệu chính cho nhiệt độ +20⁰C là + 0,16⁰C, cho 30⁰C là + 0,25⁰C. Để tìm hiệu chính cho +22,4 ⁰C cần làm phép nội suy để tìm mỗi 1⁰C trong khoảng từ 20⁰C - 30⁰C có sai số là bao nhiêu:

Sai số làm tròn đến 0,01⁰C (hai số lẻ sau dấu phẩy). Cứ mỗi độ trong khoảng 20⁰C - 30⁰C có sai số là +0,02⁰C. Vậy 2,4⁰C (22,4⁰C - 20⁰C = 2,4⁰C) có sai số là: +0,02 x 2,4 = 0,048, làm tròn là 0,05. Hiệu chính cho số đọc sẽ là:

(+ 0,16) + (+0,05) = + 0,21⁰C;

Cuối cùng nhiệt độ thực là: 22,4⁰C + 0,21⁰C = 22,61⁰C, làm tròn là 22,6⁰ C.

Cách này được dùng trong trường hợp trạng thái mặt biển êm, sóng nhỏ, gió nhẹ thời tiết thuận lợi, thực hiện dễ dàng, trình tự đo đạc được tiến hành theo các bước sau:

Mang máy đo YSI-30 ra vị trí quan trắc, dùng tay lấy máy khỏi hộp, cầm dây dẫn thả đầu đo trực tiếp xuống nước sao cho đầu đo ngập nước hoàn toàn, không được thả sâu quá (chỉ thả đầu đo ngập nước từ 10 đến 30 cm). Tay cầm dây lắc nhẹ đầu đo từ 2 đến 3 lần. Nhấn phím (ON/OFF) và giữ yên cho đầu đo cảm ứng làm việc trong khoảng 1 phút, tiến hành bật MODE để chuyển về chế độ đo độ muối, khi đó hộp hiển thị sẽ nhảy số liên tục và chậm dần tới khi ổn định (số đọc ít thay đổi). Tiến hành đọc kết quả trên máy (trị số nhiệt độ hiện lên ở góc phải phía dưới của màn hình hiển thị), thời gian đọc phải nhanh trong vòng từ 5 đến 10 giây. Cách đọc số phải tuân thủ theo trình tự như sau: phần thập phân đọc trước, số nguyên đọc sau và ghi kết quả vào sổ quan trắc, xong việc mới được ấn phím (ON/OFF) tắt máy và kéo đầu đo lên.

4.4.2 Cách đo nhiệt độ nước biển gián tiếp

Cách này được dùng trong trường hợp sóng to, gió mạnh, trạng thái mặt biển phức tạp, thực hiện đo theo cách thứ nhất khó khăn. Trình tự đo đạc thực hiện theo các bước sau:

Dùng xô hoặc thùng lấy nước, nhưng phải tráng kỹ bằng nước biển ở nơi quan trắc, tráng kỹ từ 2 đến 3 lần, sau đó lấy nước mẫu đầy xô (chú ý không cho xô hoặc thùng xuống sâu quá 0,5 m) và mang xô nước đặt vào chỗ râm hoặc lấy bóng người che phía ánh nắng mặt trời khi trời nắng, hoặc dùng ô che khi trời mưa. Sau dùng tay lấy máy cầm dây thả đầu đo vào trong xô nước sao cho đầu đo chìm hoàn toàn trong nước (nhưng không để đầu đo chạm thành hoặc đáy xô), tay lắc nhẹ dây từ 2 đến 3 lần. Nhấn phím (ON/OFF) và giữ yên cho đầu đo cảm ứng làm việc trong khoảng 1 phút tiến hành bật MODE để chuyển về chế độ đo độ muối, khi đó hộp hiển thị sẽ nhảy số liên tục và chậm dần tới khi ổn định (số đọc ít thay đổi). Tiến hành đọc kết quả trên máy (trị số nhiệt độ hiện lên ở góc phải phía dưới của màn hình hiển thị), thời gian đọc phải nhanh trong vòng từ 5 đến 10 giây. Cách đọc số phải tuân thủ theo trình tự như sau: phần thập phân đọc trước, số nguyên đọc sau và ghi kết quả vào sổ quan trắc, xong việc mới được nhấn phím (ON/OFF) tắt máy và kéo đầu đo ra khỏi xô.

Hướng dẫn sử dụng và bảo quản máy YSI-30 xem Phụ lục H, Quy phạm này.

Sau khi quan trắc, kết quả quan trắc nhiệt độ nước biển phải ghi vào các dòng tương ứng ở sổ SHV-1. Cách ghi kết quả quan trắc phải tuân thủ theo quy định tại Điều 1.10.1 và Mục 9.1, 9.2, Quy phạm này.

a) Chỉnh lý sơ bộ số liệu quan trắc phải tuân thủ theo quy định tại Khoản a, Điều 1.10.2, Quy phạm này;

b) Kiểm tra cách ghi số liệu quan trắc vào sổ SHV-1;

c) Kiểm tra tính hợp lý của nhiệt độ nước quan trắc được. Dựa theo quy luật biến trình ngày, mùa, dựa theo mối quan hệ với thời tiết, so sánh với nhiệt độ nước ở các kỳ quan trắc trước và các giá trị thống kê lịch sử ở trạm để phát hiện sai số thô.

Trong Quy phạm này các thuật ngữ dưới đây được hiểu như sau:

5.1.1 Tổng lượng muối (tính ra gam) chứa trong 1 kg nước biển gọi là độ muối của nước biển, đơn vị độ muối tính bằng phần nghìn (⁰/₀₀).

Nước biển có thể coi như một dung dịch hoà tan nhiều muối khác nhau.

Cùng với nhiệt độ, độ muối nước biển là một đặc trưng chính của khối nước. Do đó, xác định chính xác độ muối là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong công tác điều tra cơ bản về hải văn.

5.1.2 Trọng lượng riêng của nước biển là tỷ số giữa trọng lượng (hoặc khối lượng) một đơn vị thể tích nước biển ở nhiệt độ xác định và trọng lượng riêng một đơn vị thể tích nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ ấy hoặc nhiệt độ khác.

Trọng lượng riêng của nước biển được xác định như sau:

a) Tỷ số giữa khối lượng một đơn vị thể tích nước biển ở 17,5⁰C với khối lượng một đơn vị thể tích nước cất ở cùng nhiệt độ ấy. Trị số này được ký hiệu bằng:

b) Tỷ số giữa khối lượng một đơn vị thể tích nước biển ở 0⁰C với khối lượng một đơn vị thể tích nước cất ở 4⁰C. Trị số này gọi là trọng lượng riêng hay mật độ nước biển ở nhiệt độ 0⁰C và ký hiệu bằng:

c) Tỷ số giữa mật độ nước biển ở nhiệt độ quan trắc với mật độ nước cất ở nhiệt độ 4^oC. Trị số này được gọi là mật độ nước biển và ký hiệu bằng:

Giá trị mật độ và trọng lượng riêng nước biển hầu như lớn hơn đơn vị, nên để đơn giản việc ghi chép và tính toán, thường bỏ bớt con số đơn vị và dịch dấu phấy về phía phải, sau số thứ ba của dãy số thập phân.

Số viết theo cách đó gọi là trọng lượng riêng quy ước và ký hiệu bằng: 17,5 - ở tường hợp a), ₀ - ở trường hợp b) và _t - ở trường hợp c).

Ví dụ: Khi 17,5 = 26,91

Khi ₀=27,01

Khi _t=25,71

Muốn tính ra độ muối suy từ trọng lượng riêng nước biển người ta dùng các bảng tính sẵn (Bảng hải dương Zubốp).

5.2 Phương pháp xác định độ muối

5.2.1 Phương pháp hoá học

Phương pháp xác định độ Clo chứa trong mẫu nước biển, từ đó tính tổng lượng muối chứa trong mẫu nước (Quy phạm tiêu chuẩn đo lường Việt Nam TCVN 21.79).

Phương pháp dựa trên kết quả xác định độ dẫn điện tương đối của nước biển và suy ra độ muối chứa trong đó.

Phương pháp xác định độ muối nước biển sau khi đã xác định trọng lượng riêng của mẫu nước. Phương pháp này không chính xác bằng phương pháp trên nhưng trang bị đơn giản hơn.

Quan trắc độ muối nước biển tầng mặt tại địa điểm quan trắc nhiệt độ nước biển tầng mặt.

Máy đo độ muối YSI-30 (xem Phụ lục H) được sản xuất tại Mỹ dùng để đo độ muối, nhiệt độ, độ dẫn điện của nước biển dựa trên nguyên lý cảm ứng đầu đo (sensor).

Đo độ muối nước biển tầng mặt bằng máy YSI-30 được thực hiện theo một trong 2 cách: đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp.

5.5 Quan trắc độ muối nước biển bằng máy YSI-30

5.5.1 Cách đo trực tiếp

Thao tác giống như thao tác ở Điều 4.4.1, nhưng khác cách đọc kết quả trên máy. Khi bật MODE để chuyển về chế độ đo độ muối, máy sẽ tự động tính ra độ muối từ hai thông số là nhiệt độ nước biển và độ dẫn điện nước biển, hộp hiển thị sẽ nhảy số liên tục và chậm dần tới khi ổn định (số đọc ít thay đổi). Tiến hành đọc kết quả trên máy (trị số độ muối hiện thị ở trên màn hình cùng với đơn vị đo ppt), thời gian đọc phải nhanh trong vòng từ 5 đến 10 giây. Cách đọc số phải tuân thủ theo trình tự như sau: phần thập phân đọc trước, số nguyên đọc sau và ghi kết quả vào sổ quan trắc, xong việc mới được ấn phím (ON/OFF) tắt máy và kéo đầu đo lên.

Cách này dùng trong trường hợp sóng to, gió lớn, trạng thái mặt biển phức tạp thực hiện đo theo cách trên khó khăn. Các thao tác giống như các thao tác ở Điều 4.4.2. Khi bật MODE để chuyển về chế độ đo độ muối, máy sẽ tự động tính ra độ muối từ hai thông số là nhiệt độ nước biển và độ dẫn điện nước biển, hộp hiển thị sẽ nhảy số liên tục và chậm dần tới khi ổn định (số đọc ít thay đổi). Tiến hành đọc kết quả trên máy (trị số độ muối hiện thị ở trên màn hình cùng với đơn vị đo ppt), cách đọc và ghi kết quả vào sổ như trình bày tại Điều 5.5.1, xong việc mới được ấn phím (ON/OFF) tắt máy và kéo đầu đo ra khỏi xô.

Sau khi quan trắc, kết quả quan trắc độ muối nước biển phải ghi vào các dòng tương ứng ở sổ SHV-1. Cách ghi kết quả quan trắc phải tuân thủ theo quy định tại Điều 1.10.1, Mục 9.1, 9.2, Quy phạm này.

a) Chỉnh lý sơ bộ số liệu quan trắc phải tuân thủ theo quy định ở Khoản a, Điều 1.10.2, Quy phạm này;

b) Kiểm tra cách ghi số liệu quan trắc vào sổ SHV-1;

c) Kiểm tra tính hợp lý của độ muối quan trắc được. Dựa theo quy luật biến trình ngày, mùa, dựa theo mối quan hệ với thời tiết, so sánh với độ muối ở các kỳ quan trắc trước và các giá trị thống kê lịch sử ở trạm để phát hiện sai số thô.

Trong Quy phạm này các thuật ngữ dưới đây được hiểu như sau:

a) Sóng gió là sóng xuất hiện dưới tác dụng của gió. Sóng gió truyền trên mặt biển có dạng nhấp nhô như những trái núi, truyền liên tiếp hết đợt này đến đợt khác. Thông thường sóng gió có bước sóng ngắn, chu kỳ nhỏ, sườn sóng dốc. Sóng gió thường có dạng không đều.

b) Sóng lừng là sóng do gió sinh ra nhưng vào lúc quan trắc không còn chịu sự tác động của gió nữa. Dao động sóng lúc này chỉ diễn ra dưới tác dụng của trọng lực và đang tắt dần. Nhìn bên ngoài, sóng lừng truyền thành từng đợt liên tiếp nhau có dạng hình luống cày, đầu sóng tròn, sườn sóng thoải. Thông thường sóng lừng có dạng đều. Bước sóng và chu kỳ đều lớn hơn so với sóng gió cùng cấp. Sóng lừng coi như kiểu sóng truyền trong giai đoạn sóng tắt dần. Sóng lừng truyền qua khi lặng gió gọi là sóng lừng chết (sóng lừng thuần).

c) Sóng nước nông là sóng truyền vào vùng biển nông có độ sâu bằng hoặc nhỏ hơn nửa độ dài sóng. Những sóng này sẽ giữ nguyên kiểu cũ, nhưng thường dốc hơn, độ dài cũng kém hơn. Có thể coi độ sâu bằng nửa độ dài sóng là giới hạn gần đúng chuyển tiếp từ sóng nước sâu sang thành sóng nước nông.

d) Sóng lăn tăn là dạng sóng lúc mới hình thành do tác động của gió. Các đầu sóng hơi nhấp nhô tựa như những vẩy cá. Sóng lăn tăn có độ dài và độ cao rất nhỏ, chạy thành những hàng song song cách nhau vài cm, độ cao < 25 cm. Dao động của sóng lăn tăn không xâm nhập được vào lớp nước dưới mặt biển và sẽ tắt ngay sau khi gió ngừng thổi.

đ) Sóng xô bờ là sóng có lưỡi dài phủ bọt trắng xoá khi sóng truyền vào bờ nông, thoải. Do ma sát đáy mà phần dưới của sóng bị giữ lại, phần trên vươn về phía trước có tốc độ lớn nên tạo thành những đỉnh sóng dài phủ bọt trắng đập mạnh vào bờ hoặc vỡ đổ tạo thành tiếng động ầm vang, có thể nghe được.

e) Sóng đập: khi sóng xô bờ đập vào vách đá dựng đứng hay bờ dốc, nước và bọt vọt cao gọi là sóng đập (sóng vọt).

g) Sóng gợn: khi sóng truyền qua bãi cát, đá ngầm ở xa bờ, thấy có gợn bọt, gọi là sóng gợn.

h) Sóng nhào (sóng vỡ): khi truyền vào vùng bãi biển dốc, sóng xô bờ bị vỡ và đổ vào bờ, được gọi là sóng nhào (sóng vỡ).

i) Sóng thần: sóng thần theo tiếng Nhật gọi là Tsunami, do động đất, núi lửa sinh ra ở ngoài khơi. Khi tạo thành sóng thần, tại thời điểm xuất hiện sụt lở ở đáy đại dương, nước được dồn đến trung tâm vực sâu vừa mới tạo thành, làm tràn đầy nó, sau đó dưới tác động của lực quán tính lại làm đầy thêm nữa, tạo nên đồi nước không cao nhưng thể tích khổng lồ trên mặt đại dương. Dưới tác dụng của trọng lực khối nước bắt đầu dao động quanh mực nước đại dương yên tĩnh, tạo thành sóng thần. Ở nơi phát sinh sóng thần do động đất gây ra là sóng ngang với độ cao không lớn, tốc độ truyền sóng khá lớn, bước sóng dài đến hàng trăm kilômét. Khi ra khỏi vùng phát sinh, độ cao sóng thần giảm đi, bước sóng tăng lên. Tuy nhiên, khi tiến vào bờ, độ cao tăng lên đột ngột, có thể đạt tới hàng chục mét. Sóng thần thường gây ra tai hoạ khủng khiếp cho cư dân ven biển khi nó tràn vào bờ.

a) Độ cao sóng (h) là khoảng cách đo bằng mét theo chiều thẳng đứng từ chân sóng đến đỉnh sóng (xem Hình 9).

b) Biên độ sóng (a) là khoảng cách đo bằng mét bằng 1/2 độ cao sóng theo chiều thẳng đứng từ chân sóng đến đỉnh sóng.

c) Độ dài sóng () là khoảng cách đo bằng mét theo chiều ngang giữa hai đầu sóng hoặc hai chân sóng liên tiếp.

d) Độ dốc sóng () là góc nghiêng tạo bởi đường thẳng nằm ngang và đường thẳng nối đỉnh sóng với điểm thấp nhất của chân sóng về phía khuất gió. Độ dốc được biểu thị bằng độ và có thể đặc trưng bằng tỷ số giữa độ cao và độ dài sóng  = h/.

đ) Chu kỳ sóng () là khoảng thời gian tính bằng giây giữa hai đỉnh đầu sóng liên tiếp qua một điểm nhất định nào đó trên mặt biển.

e) Tốc độ truyền sóng (C) là khoảng cách mà một đỉnh sóng chuyển dịch trong một giây theo hướng truyền sóng (m/s).

g) Tần số sóng (f) là số lượng đỉnh sóng truyền qua một điểm cố định trên mặt biển trong thời gian 1 giây.

h) Hướng sóng: hướng sóng được xác định là hướng mà sóng từ đâu truyền tới, hướng sóng được xác định theo 8 hướng chính la bàn.

i) Sai số các yếu tố sóng quan trắc bằng máy: độ cao sóng chính xác đến 0,01 m, độ dài sóng chính xác đến 1,0 m, tốc độ truyền sóng chính xác đến 0,1 m/s, chu kỳ sóng chính xác đến 0,1 s.

6.1.3 Kiểu sóng

Có hai kiểu sóng chủ yếu: kiểu sóng gió và kiểu sóng lừng. Đặc trưng của hai kiểu sóng này được mô tả trong Bảng 4.

Có hai dạng sóng chủ yếu: đều và không đều. Đặc điểm của sóng đều và không đều mô tả trong Bảng 5.