Để xem full tài liệu Xin vui long liên hệ page để được hỗ trợ : https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 HOẶC https://www.facebook.com/garmentspace/ https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 tai lieu tong hop, thu vien luan van, luan van tong hop, do an chuyen nganh

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN VĂN CƯƠNG
NGHIÊNCỨUQUYLUẬTBIẾNĐỔIVẬNTỐCÂMVÀHOÀN
THIỆNQUYTRÌNHLẤYMẪUXÁCĐỊNHVẬNTỐCÂMTRONG
MÔITRƯỜNGNƯỚCBIỂNKHUVỰCVỊNHBẮCBỘVIỆTNAM
PHỤCVỤKHAITHÁCHIỆUQUẢCÁCTHIẾTBỊTHỦYÂM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2021

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN VĂN CƯƠNG
NGHIÊNCỨUQUYLUẬTBIẾNĐỔIVẬNTỐCÂMVÀHOÀN
THIỆNQUYTRÌNHLẤYMẪUXÁCĐỊNHVẬNTỐCÂMTRONG
MÔITRƯỜNGNƯỚCBIỂNKHUVỰCVỊNHBẮCBỘVIỆTNAM
PHỤCVỤKHAITHÁCHIỆUQUẢCÁCTHIẾTBỊTHỦYÂM
Ngành: Kỹ thuật trắc địa - bản đồ
Mã số: 9520503
Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS ĐẶNG NAM CHINH
Hà Nội - Năm 2021

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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 Bộ68
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

7. 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

8. 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=10-5
s ..........................................46
Bảng 3.2. Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-4
s .........................................46
Bảng 3.3 Sai số xác định độ sâu mD với mt=10-3
s ..........................................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

9. 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

10. 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
Hình2.6SốliệuvậntốcâmđođượcbằngthiếtbịxácđịnhvậntốcâmSVP15....................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

11. 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 17o
45’ .....................................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 18o
15.......................................87
Hình 3.29. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18o
30.......................................87

12. x
Hình 3.30. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 18o
45.......................................88
Hình 3.31. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19............................................88
Hình 3.32. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19o
15.......................................89
Hình 3.33 Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19o
30........................................89
Hình 3.34. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 19o
45.......................................89
Hình 3.35. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 20............................................90
Hình 3.36. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 20o
15.......................................90
Hình 3.37. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 20o
30.......................................90
Hình 3.38. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 20o
45.......................................91
Hình 3.39. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 21............................................91
Hình 3.40. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 21o
15.......................................91
Hình 3.41. Mặt cắt vận tốc âm theo vỹ tuyến 21o
30.......................................92
Hình 3.42. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 105o
45..................................92
Hình 3.43. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106.......................................93
Hình 3.44. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106o
15..................................93
Hình 3.45. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106o
30..................................94
Hình 3.46. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 106o
45..................................94
Hình 3.47. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 107.......................................95
Hình 3.48. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 107o
15..................................95
Hình 3.49. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 107o
30..................................96
Hình 3.50. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 107o
45..................................96
Hình 3.51. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 108.......................................97
Hình 3.52. Mặt cắt vận tốc âm theo kinh tuyến 108o
15..................................97
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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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.

20. 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:

21. 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.

22. 7
CHƯƠNG1.TỔNGQUANVỀVẬNTỐCÂMVÀỨNGDỤNGTHIẾTBỊTHỦY
ÂMTRONGMÔITRƯỜNGNƯỚCBIỂN
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 8o
C. 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

23. 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.

24. 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

25. 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 50o
S, 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.

26. 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,

27. 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 30o
C, 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
35o
C, 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

28. 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

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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.

34. 19
CHƯƠNG2.NGHIÊNCỨUQUYLUẬTBIẾNĐỔIVẬNTỐCÂM,PHƯƠNG
PHÁPXÁCĐỊNHVẬNTỐCÂMTRONGMÔITRƯỜNGNƯỚCBIỂN
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

35. 20
và được biểu diễn như sau:
0
/
e
v v
s
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:
2
0 0
1
.
2
K 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.

36. 21
Thế năng của một đơn vị thể tích được biểu diễn bởi:
2
0 0 0
1
.
2
P E N x d N x

  
  (2.5)
Hay
2
0
.
2
N B
P 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:
2
2 0
0 0
1
(W)
2 2
N P
B 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 105
Pa. 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
.

37. 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 = 10-12
W/m2
.

38. 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:
0
f
W
Q  (2.13)

39. 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

40. 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 1
R
P v v
R
P 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.

41. 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:

42. 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

43. 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 - 5.4585x10-2
T2
+ 2.882x 10-4
T3
- 5.07x10-7
T4
∆ VP = 1.60518x10-1
P + 1.0279x10-5
P2
+ 3.451x10-9
P3
- 3.503x10-12
P4
∆VS = 1.391(S-35) - 7.8x10-2
(S - 35)2

44. 29
∆VSTP = (S - 35)(-1.197x10-2
T + 2.61x10-4
P - 1.96x10-7
P2
- 2.09x10-6
PT)
+ P(-2.796x10-4
T + 1.3302x10-5
T2
- 6.644x10-8
T3
)
+ P2
(-2.391x10-7
T + 9.286x10-10
T2
) - 1.745x10-10
P3
T
Với các giá trị -3< T <30o
C ; 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
+ vT3PT3
P + vT2P2T2
P2
+
vTP3TP3
+ vST2ST2
+ vSTPSTP + vS2TPS2
TP + vS2P2S2
P2
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

45. 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
4
9.72659 10 2.2512 10 2.279 10 1.82 10
,
1.
( )
092
( 10
)
S
x P x P x P x
D P
g x P
P


  

  


(2.18)
Trong đó:

46. 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
00
C 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 600
N và 400
S 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 10-8
D2
- 1.25 x 10-13
D3
+ 2.8 x 10-19
D4
g( ) = 9.7803(1 + 5.3 x 10-3
sin2
)

47. 32
Công thức này áp dụng với 0 ≤ T ≤350
C; 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 0.1o
C 0.46
Sai số nhiệt độ 1.0o
C 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 = 0o
C 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
) +

48. 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 40o
C, 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