蘇錫寰 張博 邢國建 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

在港口、碼頭或近岸海域勘察設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會需要對某研究位置的潮汐資料進(jìn)行整理和分析，但在實(shí)際潮汐觀測工作中，研究位置的潮汐觀測資料不完整或潮汐資料在需要研究的時間內(nèi)沒有相關(guān)數(shù)據(jù)，這就需要我們用科學(xué)、合理的技術(shù)手段對缺失的潮汐資料進(jìn)行補(bǔ)充和完善，使其達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，并符合潮汐變化的實(shí)際客觀規(guī)律。

利用研究位置的潮汐調(diào)和常數(shù)，可以對該位置的潮位變化進(jìn)行預(yù)報和后報，得到不受天氣影響的潮位變化規(guī)律數(shù)值。如果研究位置附近的海域在研究時間段有實(shí)際觀測資料，并且有研究位置的潮汐調(diào)和常數(shù)，就可以對研究位置在研究時間段的潮汐資料進(jìn)行科學(xué)的補(bǔ)充與完善。

本文就是對使用潮汐調(diào)和分析法補(bǔ)充研究區(qū)域的潮汐資料進(jìn)行逐階統(tǒng)計(jì)與分析，找到合理、科學(xué)的數(shù)據(jù)完善方法，為工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究提供可靠、準(zhǔn)確的潮汐資料。

1.建立臨時潮位觀測站

在某一研究海域選取5個位置分別建立臨時潮位觀測站，同步連續(xù)進(jìn)行一個月的實(shí)際潮位觀測，將潮位觀測儀器設(shè)置為每個整點(diǎn)讀取一次數(shù)據(jù)。5個臨時潮位站的位置分別設(shè)置在近岸、距近岸7公里處、距近岸9公里處、距近岸15公里處和距近岸21公里處，待連續(xù)觀測31天后收集各測站的潮位觀測資料，利用這5個研究位置的潮位觀測資料進(jìn)行分析與研究。

圖1 近岸實(shí)測潮位和后報潮位的變化分析

2.對潮汐觀測資料進(jìn)行分析

2.1 對觀測資料進(jìn)行調(diào)和分析

將收集得到5個測站1個月的逐時潮汐觀測資料分別進(jìn)行調(diào)和分析，因?yàn)槌毕^測資料不滿1年，所以得到?jīng)]有長周期Sa和Ssa的調(diào)和分析結(jié)果，將5個測站的11個主要分潮的調(diào)和常數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到5個測站的11個主要分潮的調(diào)和常數(shù)的振幅和遲角數(shù)值與變化規(guī)律非常接近，由此可知5個測站的潮位變化規(guī)律在不受外界的影響下，潮位變化規(guī)律也是非常接近的。但由于觀測位置的不同，各測站的實(shí)測潮位還是有一定區(qū)別的，潮位的振幅隨著距岸邊的距離增大而減小，即離岸邊越遠(yuǎn)潮位的振幅也就越小。由此可見，除去外界因素和距岸距離影響的振幅變化，5個測站的潮汐特性基本一致。

2.2 對5個測站進(jìn)行潮位后報

利用實(shí)測潮汐資料計(jì)算得到的調(diào)和常數(shù)，計(jì)算得到5個測站觀測期間1個月的天文潮后報。利用后報得到的逐時結(jié)果與實(shí)際觀測結(jié)果進(jìn)行對比和統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

從圖中可以看到近岸的實(shí)測潮位和后報的潮位結(jié)果基本一致，但是有個別時間段的潮位變化不太一致，其他4個測站的實(shí)測與后報潮位變化過程線與近岸的圖形相似，經(jīng)對觀測記錄與氣象資料查閱，潮位變化區(qū)別較大的時間段有臺風(fēng)或特殊天氣出現(xiàn)，形成風(fēng)增水或風(fēng)減水，從而使實(shí)測潮位與調(diào)和分析后報潮位結(jié)果出現(xiàn)較大差異，觀測期間出現(xiàn)的臺風(fēng)風(fēng)力為8級。

2.3 實(shí)測與后報潮位分析

選取5個測站實(shí)測資料與后報資料進(jìn)行比較，將各測站的逐時實(shí)測潮汐資料減去各測站后報結(jié)果的逐時數(shù)值，可以得到5個測站的實(shí)測潮位和后報潮位的差值相差不大，且變化規(guī)律也較為接近。

將4個外海測站的實(shí)測與后報差值分別和近岸的實(shí)測與后報差值進(jìn)行相關(guān)分析，通過相關(guān)分析可以得到，4個外海測站的潮位差值與近岸差值的相關(guān)性都較好，但隨著測站之間距離的增加，兩個測站差值結(jié)果的相關(guān)性也隨之減弱。

2.4 實(shí)測與后報潮位關(guān)系小結(jié)

圖2 4個外海測站實(shí)測與計(jì)算結(jié)果的相關(guān)分析

表1 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料對應(yīng)時間差值的絕對值統(tǒng)計(jì)（單位：cm）

實(shí)測潮位大致可以分為兩個部分，一個為較為穩(wěn)定的可以由調(diào)和常數(shù)進(jìn)行計(jì)算得到的非影響潮位值，另一個為受外界因素影響，導(dǎo)致增、減水情況的影響因素潮位差，將兩者相結(jié)合，即可得到與實(shí)測潮位相符合的潮位結(jié)果。同時兩個測站的距離越近，影響因素潮位差越小。

3.使用調(diào)和分析進(jìn)行潮位資料補(bǔ)充

3.1 補(bǔ)充方法

通過之前對潮汐實(shí)測資料和調(diào)和分析后報結(jié)果的整理與研究，可知當(dāng)研究海域需要的一段時間內(nèi)沒有潮汐觀測資料的時候，如果附近海域在該段時間內(nèi)有實(shí)際觀測資料，則可以在這2個海域進(jìn)行1個月同步的潮汐觀測，然后將2個測站1個月的實(shí)際潮汐資料進(jìn)行調(diào)和分析，計(jì)算得到2個海域各自的調(diào)和常數(shù)，之后再使用各自海域的調(diào)和常數(shù)計(jì)算得到各海域需要時間段的潮汐后報結(jié)果。根據(jù)2個海域同步觀測的潮汐資料與各自海域的后報潮汐結(jié)果，得到同步觀測期間2個海域的實(shí)測與后報潮位差值，對2個海域的實(shí)測與后報潮位差值進(jìn)行相關(guān)性分析，得到2個海域?qū)崪y與后報潮位差值的相對關(guān)系。

設(shè)在研究時間段沒有實(shí)測資料的海域命名為工程海域，將在研究時間段有實(shí)測資料的海域命名為已知海域，根據(jù)已知海域研究時間段的實(shí)際潮汐數(shù)據(jù)與后報結(jié)果的潮位差，通過2個海域?qū)崪y與后報潮位差值的相對關(guān)系，得到研究時間段工程海域?qū)崪y與后報的潮位差結(jié)果，將這個結(jié)果與通過調(diào)和分析計(jì)算得到的研究時間段的潮汐結(jié)果相加，即可得到工程海域在該研究時間段的潮汐資料。

則表達(dá)式如下（單位：cm）：

W---工程海域在研究時間段內(nèi)的潮汐結(jié)果；

w---通過調(diào)和分析得到工程海域在研究時間段內(nèi)的潮汐后報結(jié)果（非影響的潮位值）；

F（x）---2個海域?qū)崪y與后報潮汐差值的相互關(guān)系；

YC研究時間---研究時間段已知海域的實(shí)測與后報潮汐差值；

YC同步---已知海域在同步觀測期間實(shí)測與后報的潮汐差值；

WC同步---工程海域在同步觀測期間實(shí)測與后報的潮汐差值。

3.2 結(jié)果驗(yàn)證

將近岸測站設(shè)為已知海域，將外海的4個測站設(shè)為工程海域，通過以上計(jì)算方法得到的結(jié)果分別與對應(yīng)測站的實(shí)測資料進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖2。

通過4個外海測站的結(jié)果驗(yàn)證，可以看出計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料相當(dāng)接近，4個外海測站計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料的相關(guān)系數(shù)R2范圍為0.9966至0.9996，十分接近于1。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料對應(yīng)時間差值的絕對值比較如表1。

通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，距離近岸最近的7公里測站的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料最為接近，小于5公分誤差的結(jié)果占比接近99%，距離近岸最遠(yuǎn)的21公里測站的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測資料小于10公分誤差的結(jié)果占比接近96%，基本符合測量專業(yè)潮位誤差在10公分以內(nèi)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，滿足測量工作需求，因此可以認(rèn)為使用調(diào)和分析對潮汐資料進(jìn)行補(bǔ)充的方法科學(xué)，有效，可以基本滿足科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)的需要。

4.結(jié)語

在實(shí)際港口、碼頭或近岸海域潮汐觀測工作中會遇到各種問題導(dǎo)致觀測資料缺失，這就需要用科學(xué)、合理的方法將缺測或丟失的潮位資料進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)充，對潮汐觀測資料補(bǔ)充的方法有很多，可以做數(shù)學(xué)模型，可以做簡單的多站相關(guān)，本文所討論的使用調(diào)和分析補(bǔ)充潮汐資料在特定的條件下具有其獨(dú)到的處理與分析方式，符合科學(xué)性的同時，也較為滿足客觀規(guī)律，對以后的科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)具有一定的參考和實(shí)用價值。