孫 毅

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

當(dāng)前對(duì)于潮位調(diào)和分析大都采用固定潮型的分潮方法[1- 5]，結(jié)合年逐時(shí)潮位數(shù)據(jù)去計(jì)算潮位調(diào)和系數(shù)，并基于潮位調(diào)和分析數(shù)據(jù)去推算不同時(shí)間尺度下的潮汐。這種方法對(duì)于推算潮位站潮汐，編印公用潮汐表示可行的；但由于水利部門的潮位站大都建設(shè)在海岸線較為復(fù)雜的河口以及近岸區(qū)域，這些區(qū)域的潮汐變化更為復(fù)雜，常規(guī)潮汐預(yù)報(bào)方法已不適應(yīng)這些地區(qū)。水利部門有許多潮位站只有高低潮位記錄，往往要求對(duì)這些測(cè)站也跟逐時(shí)資料一樣，對(duì)其進(jìn)行調(diào)和分析并進(jìn)行潮汐預(yù)報(bào)。本文結(jié)合“埃爾米特”插值法[6- 9]進(jìn)行逐時(shí)資料的補(bǔ)充，該方法既考慮插值基點(diǎn)函數(shù)值，又兼顧到基點(diǎn)上的一階導(dǎo)數(shù)，在半日潮、混合潮、全日潮以及河口地區(qū)的非正規(guī)半日潮4類潮型均獲得理想的結(jié)果。河口區(qū)的潮位受上游洪水波和下游潮波的共同影響。結(jié)合實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)對(duì)潮位預(yù)報(bào)進(jìn)行校正，有利于提高河口地區(qū)潮位預(yù)報(bào)的精度。

1 自動(dòng)分潮優(yōu)化技術(shù)原理

潮站潮位的理論計(jì)算方程為：

(1)

式中，h(t)—復(fù)雜潮位過(guò)程中的一個(gè)分潮；σ—分潮的角速速率，km/h；v0+u—分潮相角度；f—節(jié)點(diǎn)因子數(shù)；A0—平均海平面高度，m；Hj和gj則表示為分潮的振幅，m以及遲角，(°)，為分潮潮汐的調(diào)和系數(shù)，該系數(shù)值通過(guò)實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。其計(jì)算方程分別為：

(2)

將公式(1)和(2)進(jìn)行對(duì)比，可得：

fjHj=Rj

(3)

(ν0+u-g)j=-θj

(4)

將公式(3)和(4)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可得：

(5)

公式(5)即為自動(dòng)分潮方程的調(diào)和系數(shù)。該系數(shù)需結(jié)合實(shí)測(cè)的潮位數(shù)據(jù)，將各個(gè)分潮從復(fù)雜的潮位過(guò)程中進(jìn)行分離，將不需要的分潮進(jìn)行消除，將剩余的分潮進(jìn)行振幅Rj和初相角θj的計(jì)算，即可結(jié)合公式(5)推求分潮的調(diào)和系數(shù)。

在正常天氣系統(tǒng)下，潮位主要由天文潮來(lái)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方程為：

(6)

式中，A0—平均海平面高度，m；σi—第i個(gè)分潮的角速速率，km/h；fi、(V0+u)i—第i個(gè)分潮的分潮相角度(°)以及節(jié)點(diǎn)因子數(shù)；Hi和gi—第i個(gè)分潮調(diào)和系數(shù)。

2 遼東感潮河段潮汐規(guī)律模擬研究

2.1 區(qū)域概況

流域呈扇形形狀，流域內(nèi)山峰林立，丘陵起伏，平均海拔300m，至東港境內(nèi)，地勢(shì)開闊，平均海拔約100m。區(qū)域?qū)儆诘湫褪艹毕绊懙母谐焙佣危涌趨^(qū)潮位既受到上游洪水影響，又受潮位頂托影響。河口區(qū)內(nèi)有2個(gè)潮位觀測(cè)站，觀測(cè)站的數(shù)據(jù)系列從1965～2016年。結(jié)合區(qū)域?qū)崪y(cè)潮位數(shù)據(jù)，結(jié)合分潮自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)對(duì)潮位進(jìn)行調(diào)和分析。

2.2 分潮自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)預(yù)報(bào)精度分析

結(jié)合區(qū)域內(nèi)兩個(gè)實(shí)測(cè)潮位站潮位數(shù)據(jù)，分析海洋情報(bào)所發(fā)行的潮汐表與本項(xiàng)目分潮優(yōu)化預(yù)報(bào)結(jié)果的差異。分析結(jié)果見表1、2。

表1 1#潮位站精度分析結(jié)果

表2 2#潮位站精度分析結(jié)果

從表1、2中可以看出，自動(dòng)分潮優(yōu)化技術(shù)后可改變傳統(tǒng)潮汐表具有經(jīng)驗(yàn)性的局限性，在兩個(gè)潮位站的潮汐預(yù)報(bào)精度都較傳統(tǒng)方法有明顯改善，最大差值在±30cm提高了5%～8%，潮位年平均均方差提高1.3cm。各范圍內(nèi)的潮汐預(yù)報(bào)次數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化分潮后都有較為明顯的改善?？傮w上，自動(dòng)分潮優(yōu)化潮汐調(diào)和分析及預(yù)報(bào)技術(shù)，潮位預(yù)報(bào)精度比國(guó)內(nèi)發(fā)行的潮汐表提高5%～8%，精度改善較為明顯。

2.3 基于高低潮資料的潮位預(yù)報(bào)精度分析

基于高低潮資料，采用埃爾米特插值方法得到逐時(shí)潮位資料，再經(jīng)自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行調(diào)和分析和潮汐預(yù)報(bào)。為了驗(yàn)證該方法的有效性，選擇1#潮位站和2#潮位站，分屬半日潮、混合潮半日潮、全日潮及非正規(guī)半日潮性質(zhì)的測(cè)站。各站取實(shí)測(cè)一年的高低潮資料，經(jīng)用埃爾米特插值法獲得逐時(shí)潮位，經(jīng)調(diào)和分析后，與實(shí)測(cè)的逐時(shí)潮位進(jìn)行比較。分析比較結(jié)果見表3、4。

表3 不同潮型測(cè)站資料調(diào)和分析結(jié)果

表4 不同潮型測(cè)站資料調(diào)和分析結(jié)果

從表3、4中可以看，高低潮資料插值所作調(diào)和分析得到的分潮振幅和遲角與實(shí)測(cè)逐時(shí)資料的分析結(jié)果非常接近。在各類測(cè)站中，以正規(guī)半日潮效果尤佳，實(shí)測(cè)逐時(shí)與高低潮插值所得的逐時(shí)資料，用它們分別作調(diào)和分析，調(diào)和后的均方差降低顯著。用實(shí)測(cè)逐時(shí)資料和高低潮資料所作調(diào)和分析，優(yōu)化后的分潮數(shù)大多均有明顯減少，由高低潮內(nèi)插出逐時(shí)潮位，其平均海面與實(shí)測(cè)逐時(shí)潮位得到的平均海面相比，半日潮和非正規(guī)半日潮組的年平均海面減少3.9cm和0.6cm；混合潮和全日潮組則分別高出1.3cm和6.8cm。

2.4 河口區(qū)潮位預(yù)報(bào)精度分析

結(jié)合河口區(qū)潮位預(yù)報(bào)方法，對(duì)區(qū)域感潮河段河口區(qū)兩個(gè)潮位站的潮位進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合對(duì)潮汐預(yù)報(bào)中所用的日均潮位，或者逐時(shí)潮位進(jìn)行校正。校正前后的河口區(qū)兩個(gè)潮位站的潮位預(yù)報(bào)對(duì)比結(jié)果見表5、6。

表5 1#站校正前、后的計(jì)算精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表6 2#站校正前、后的計(jì)算精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表5、6可以看出，采用潮位校正后，河口區(qū)日均潮位的計(jì)算精度得到明顯提高，各潮位站小于+10～+30cm合格率平均提高18.9%和7.2%。這主要是因?yàn)楹涌趨^(qū)上游徑流對(duì)河口潮位的影響一般為整體上升或下降，因此在徑流變化增量基礎(chǔ)上確定每日受潮汐影響增水量和潮汐模型預(yù)報(bào)潮位進(jìn)行疊加后的逐時(shí)段對(duì)潮位進(jìn)行實(shí)時(shí)校正后，其精度得到明顯改善。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合自動(dòng)分潮優(yōu)化技術(shù)對(duì)遼寧東部某感潮河段河口區(qū)的潮汐規(guī)律進(jìn)行模擬分析，分析取得以下結(jié)論：

(1)自動(dòng)分潮優(yōu)化潮汐調(diào)和分析及預(yù)報(bào)技術(shù)，潮位預(yù)報(bào)精度以及潮位調(diào)和精度都較傳統(tǒng)方法有較為明顯的改善，適用于水利部門修建在河口潮位站的潮汐規(guī)律分析，對(duì)于外海潮汐分析的適用性還需進(jìn)一步探究。

(2)由于徑流對(duì)河口潮位過(guò)程影響屬整體性抬高或降低，為此結(jié)合實(shí)測(cè)潮位對(duì)河口區(qū)潮位預(yù)測(cè)進(jìn)行校正的方法較為簡(jiǎn)單且適用。

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