潮汐河口潮流漲落特性定量判定方法

1、第3 0 卷第3 期 2 0 1 0 年6 月水 文 J OURNALOFC HI NA HYDRO L OGY Vo 1 ． 3 0No ． 3J u n ． ， 2 0 1 0潮汐河 口潮流漲落特性定量判定方法 徐 志 揚(yáng) ，梅 金 娟 ，何 杰 。( 1 ． 蘇州市環(huán)境監(jiān)測 中心站， 江蘇 蘇州 2 1 5 0 0 4 ； 2 ． 江陰市 白屈港水利樞紐工程管理處 ， 江蘇 江陰 2 1 4 4 3 4 ；3 ． 南 京水 利科

2、 學(xué)研 究院 ， 江 蘇 南京 2 1 0 0 9 8 )摘 要 ： 本文研 究 了潮 汐河 口潮流漲 、 落特性 的定量判 定方法， 給 出了判定原則、 數(shù) 學(xué)公式和求解方法 。 并結(jié)合 實(shí)際算例分 析 了該方 法與常規(guī)判定方法之間的計(jì)算誤 差。得 出結(jié)論該 方法在 實(shí)際應(yīng) 用中是 實(shí)用的， 且避免 了常規(guī)判 定方法所存在的 問題 ， 計(jì)算過程更加合 理 ， 計(jì)算結(jié)果更為可靠。尤其是 該方法能通過計(jì) 算機(jī)程序化 ， 將 大大提升潮 汐

3、河 口水文資料整編工 作 的 效率 。關(guān) 鍵 詞 ： 漲 落 潮 ； 定 量 判 定 方 法 ； 水 文 整 編 ； 程 序 化 中圖分類號 ： P 3 3 2 ． 4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A文章編號 ： l O O O 一 0 8 5 2 ， ( 2 0 1 o ) 0 3 — 0 0 6 5 — 0 31 潮流漲 落 變化及 常 規(guī)判定 方 法 在 潮汐 河 口 ． 由于 受 潮 汐 與徑 流 的雙 向作 用 ， 水 流 呈 周期 性 往

4、 復(fù) 流 動(dòng) ， 形 成 漲 潮 流 與 落潮 流 。如 在 我 國 的長 江 口 ， 潮 汐屬 不 正規(guī)半 日潮 ，即一個(gè) 潮周期 內(nèi)有兩 次漲潮 和落潮 ，總歷時(shí) 約 2 5 h 。在 潮 汐 河 口的 不 同 區(qū)位 ， 由于 潮 汐 與 徑 流 作 用 的 相 對 強(qiáng) 弱 不同 ， 其潮流變化也各具 特征 。當(dāng)潮汐與徑流作用相 當(dāng)時(shí) ， 潮 流 呈明顯 的周期性 往復(fù)變化 ，且漲 、落潮流分布較集 中 ( 見 圖 1( a ) )

5、 。 當(dāng)潮 汐作用 占主導(dǎo)時(shí) ， 潮流呈周期性旋轉(zhuǎn)變化 ， 且漲 、 落潮 流 分布 較 散 ( 見 圖 1 ( b ) ) 。漲 潮 漲潮 落潮 落潮 ( b)圖 1 潮 流 流 速 矢 量 圖 F i g ． 1V e l o c i t yv e c t o ro ft h et i d e在 潮 汐 河 口水 文 資 料 的 整 編過 程 中 ， 潮 流 的 漲 、 落 特 性 判 定 是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。只有將一個(gè)潮周期

6、 內(nèi)各時(shí)刻 的流速 按漲潮 、 落潮進(jìn)行劃分后 ， 才能進(jìn)行其 他潮流特征值 的計(jì)算 ， 如 單寬流量 、 漲潮量 、 凈泄量等。目前常規(guī)的潮 流漲 、落特性判定方法主要是依據(jù)最大漲潮 和最大落潮 ( 也稱漲 、 落) 急流速來判定 。具體為從單 個(gè)潮周期 內(nèi) ， 找 出漲 、 落 急流速 ， 計(jì)算 兩個(gè) 流速方 向的平均值 ， 得 到一 個(gè) 新的方 向作 為漲 、 落潮 流 的分 界 ， 在水文術(shù) 語 中稱 之為單 寬斷 面方向。若位

7、于該方 向一側(cè) 的流速均為漲潮 流 ， 則位 于另一側(cè) 的均 為落潮流 。一 般來說 ， 在潮 汐與徑 流對 比作 用較 強(qiáng) ， 潮流 流路較順 的 情 況 下 ， 該 方 法 比較 實(shí) 用 。 如 圖 1 ( a ) 所 示 ， 漲 、 落 潮 流 速 各 自分 布均較集 中 ， 漲 、 落急 流速 代表 性較好 ( 能反 映 潮周期 內(nèi)流 速 的分 布特征 ) 。 但 在有些情況 下 ， 如圖 1 ( b ) 所示 的旋轉(zhuǎn) 流 ，

8、流速 分 布 較 散 ， 且 流 速 大 小 相 差 不 大 ， 漲 、 落 急 流 速 的 代 表 性 也 有 限 ， 此 時(shí)該方法 較難適用 ， 或是計(jì)算 結(jié)果 的可靠性較 差 。在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 往 往 需 要 參 照 流 速 矢 量 圖 ， 大 致 判 斷 漲 、 落 急 流 速 的代 表性 。 如代表性 明顯較 差 ， 則需對計(jì) 算 的單 寬斷 面方向進(jìn) 行人工 經(jīng)驗(yàn)修正 。從 以上 可以看 出 ， 潮流漲 、 落特

9、 性 的常規(guī)判定 方法 存在一 定的局限性。一方 面 ， 判定 的可靠性依賴于漲 、 落急流速 的代表 性。但潮流變化情況異 常復(fù)雜 ， 若僅依 據(jù)漲 、 落急流速 ． 終究難 以反映潮周期 內(nèi)所有 流速的分布與變化特征 。另一方面 ． 由于 判定 過程 中時(shí)有人工修正 ．因而帶有一定 的經(jīng)驗(yàn)性 與隨機(jī)性 。從 這 兩個(gè) 方 面 可 以說 ， 常規(guī) 判 定 方 法 還 只 能 做 到 定 性 判 定 ， 難 以達(dá) 到定 量 判 定 。2

10、 潮 流漲 落特 性定 量判 定 潮 流 之 所 以有 漲 、 落 潮 之 分 ， 必 然 客 觀 存 在 一 個(gè) 漲 、 落 潮 流 的分 界 ， 而這個(gè)分 界如何 存在 ， 也必 然 由潮周 期 內(nèi)各個(gè) 流速 的 變化來共 同決定 。也就 是說 ， 這個(gè) 分界 的存在與 變化有其 自身 的客觀規(guī)律 ， 因此應(yīng)是 可唯一確定 的?；?于這點(diǎn)認(rèn)識 ． 以下探討 了潮流漲 、 落特性 的定量判定方法 。收稿 日期 ： 2 0 0 8 —

11、1 2 — 0 5作者簡介 ： 徐志揚(yáng)( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 安徽東至人 ， 碩士 ， 工程師 ， 曾從事河 口海岸科學(xué)及河床演變分析研究 ， 現(xiàn)主要從事環(huán)境科學(xué) 、 環(huán)境信息研究工作。第3 期 徐 志揚(yáng)等 ： 潮汐河 口潮 流漲 、 落特性定量判定方法 6 7測線的單寬流量 。計(jì)算結(jié)果顯示 ， 單寬流量數(shù)值范圍在 0 - 2 5 mz ， s 。以常規(guī)方法為“ 真值” ， 計(jì)算本 文方法和常規(guī) 方法計(jì)算 的單 寬流

12、 量 結(jié) 果 之 間 的 相 對 誤 差 ， 得 到 圖 4 ( a ) 。 進(jìn) 一 步 剔 除 單 寬 流 量 小 于 2 m 2 ， s 的數(shù)值 后得 到圖 4 ( b ) 。4 o3 0堡冀 2 0羹 1 00( b )圖 4 兩種方法計(jì)算單寬流量結(jié)果之間的相對誤差 Fi g ． 4Re l a t i v ee r r o ro ft h ec o mp u t i n gd i s c h a r g eb e t we e

13、nt wome t h o d s注： 由于 5 條測線的測量時(shí)間不完全 同步 ， 故橫軸用 自然序 號代 替時(shí)間序 列 由圖 4可知 ， 多數(shù) 相對誤 差值 均在 1 0 ％以內(nèi) 。 這說 明用兩 種 方 法 計(jì) 算 的 結(jié) 果 總 體上 是相 一 致 的 。R F S測 線 的 相 對 誤 差 最 小 ， N G N1 、 C B 1 測 線 的 相 對誤 差較 大 ，這 與前 文 分 析 結(jié) 果 一 致 。但 圖 4 ( a )

14、中存 在少數(shù)相對誤差超過 5 0 ％的點(diǎn) 。在剔 除小值后 ，圖 4 ( b ) 顯 示 相 對 誤 差 均 在 3 O ％以 內(nèi) 。 這 說 明相 對 誤 差 較 大 的點(diǎn) 是 由單寬流量較小的值所 引起 的， 這與實(shí)際情況 相符 。 單寬流量 小 ，說明流速小 。在潮流 的轉(zhuǎn)流時(shí)期 ( 漲潮轉(zhuǎn)落潮或落潮轉(zhuǎn)漲 潮 ) ， 流速較小 ， 且流速方向與單寬斷面方向的夾角也 較小 ( 見圖 3 ) 。 此時(shí)單寬斷面方 向?qū)α魉偻队坝?jì)算 的影

15、響較大 ， 即使對單寬 斷面方向做較小 的調(diào)整 ， 所得到的單寬流量值也變化較大。通過 以上分析 可知 ， 在漲 、 落 急流速 具有一 定代表 性 的情 況下 ． 兩種方法 的計(jì)算結(jié)果之 間是一致 的。漲 、 落急流速的代表 性越好 ， 兩種方法 的結(jié)果越接 近。雖然存在小 流速造成大誤差 的情況 ． 但 在整個(gè) 潮周期 中 ， 小流速是數(shù) 值小 ， 數(shù)量 也少 ， 因此 其整體影 響力有 限。因此 ， 本 文方法的計(jì)算結(jié) 果在實(shí)際應(yīng)

16、用 中 也是可靠的 ， 該方法是實(shí)用 的。4 結(jié) 語 綜上所 述 ， 本文所 研究 的潮 流漲 、 落 特性定 量判定 方法在 在實(shí)際應(yīng)用 中是實(shí)用的。并且該方法解決了常規(guī)方法所存在 的 不足 。 計(jì)算過程更加合理 ， 計(jì)算結(jié)果更為可靠 。判定過程和結(jié)果 只受潮周期 內(nèi)流速的分布特征的影響 ，不 帶人工干 預(yù)因素 ， 因 而該方 法更加 通用 。尤 其是將 整個(gè)判定 過程描 述成數(shù) 學(xué)公式 后 ， 具 有 邏 輯 性 與 確 定 性

17、， 這 樣 就 可 以被 計(jì) 算 機(jī) 識 別 并 程 序 化 。這對潮汐河 口水 文資料整編工作來說 ， 將是效 率上的一個(gè)非常 大的提升。而難 以被程序化恰恰是常規(guī)方法 的先天不足。常規(guī) 方法依賴漲 、 落急流速 的代表性 。 若代表性不好 ， 就 需要人工修 正 ． 這點(diǎn)是無法被計(jì)算機(jī)識別的 。充分利用信息技術(shù) ， 將繁瑣的 數(shù) 據(jù) 資 料 處 理 工 作 交 由計(jì) 算 機(jī) 去 處 理 ， 而 更 多 地 關(guān) 注 于 數(shù) 據(jù) 背 后

18、 規(guī)律的科學(xué)研究 。 真正體現(xiàn)科研信息化 對科研工作 的推動(dòng)作 用 ， 這也是本文的初衷。參 考 文 獻(xiàn) ：[ 1 】水利 電力部水 文司． 水文測 驗(yàn)手冊【 M 】 ． 北京 ： 水 利電力 出版 社 ， 1 9 8 0 ．( H y d r o l o g yDe p a r t m e n t ，Mi n i s t r yo f Wa t e rC o n s e r v a n c ya ndE l e c -t r i c

19、P o w e r ．Hy d r om e t r yMa n u M[ M] ．B e r i n g ： Wa t e rC o n s e r va nc ya ndE l e c t r i cP o w e rP r e s s ，1 9 8 0 ． ( i nC h i n e s e ) )[ 2 】陳宗鏞 ． 潮汐學(xué) 【 M 】 ． 北 京 ：科 學(xué)出版社 ， 1 9 8 0 ． ( C H E NZ o n g -

20、y o n g ．T i d o l o g y[ M ] ． B e r i n g ： S c i e n c eP r e s s ， 1 9 8 0 ． ( i nC h i n e s e ) )【 3 ]邵學(xué)軍 ， 王興 奎． 河 流動(dòng)力學(xué) 概論【 M】 ． 北 京 ： 清華 大學(xué) 出版社 ， 2 0 0 5 ．( S H A OX u e - j n i l ， WA N GX i n g - k u i ． I n t

21、r o d u c t i o nt oR i v e rD y n a m i c s【 M ] ． B e r i n g ： T s i n g h u aU n i v e r s i t yP r e s s ， 2 0 0 5 ． ( i nC h i n e s e ) )【 4 】黃勝 ， 盧啟苗． 河 I ： 1 動(dòng)力 學(xué)【 M 】 ． 北京 ： 水利 電力 出版社 ， 1 9 9 5 ． ( H U A N GS h

22、 e n g , L UQ i — m i a o ． E s t u a r i n eD y n a m i c s [ M ] ． B e r i n g ： Wa t e rC o n s e r -v a nc ya ndE l e c t r i cP o w e rP r e s s ， 1 9 9 5 ． ( i nC h i n e s e ) )A Qu a n t i t a t i v eMe t h o df

23、 o rJ u d g i n gR i s ea n dF a l lo fT i d ei nE s t u a r yX UZ h i - y a n g，ME IJ i n - j u a n，HEJ i e( 1 ． S u z h o uE n v i r o n m e n t a lMo n i t o rC e n t e r ， S u z h o u2 1 5 0 0 4 ， C h i n a ； 2 ． J i

24、 a n g y i nB a i q uHa r b o rHy d r a u l i cE n g i n e e r i n gMa n a g e m e n tc e ，J i a n g y i n2 1 4 4 3 4 ， C hi n a ； 3 ． N a n j i n gH y d r a ul i cR e s e a r c hI n s t h u t e ， N a n j i n g2 1 0 0 9

25、8 ， C h i n a )A b s t r a c t ：T h i sp a p e rs t u d i e dt h eq u a n t i t a t i v em e t h o dt oj u d g et h er i s ea n df a l lo ft i d ei ne s t u a r y ，a n dg a v et h ep r i n c i p l eo fj u d g me n t ，t h

26、 ec o mp u t i n gf o r mu l aa n dt hef o r m u l as o l u t i o n ．A n dc o m b i n e dw i t h a ne x a m p l e ，a na l y s i sw a sma d eo nt hed i f e r e n c eb e t w e e nt h i sme t h o da n dt h ec o n v e n t i

27、 o n a l me t h o d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt hi sme t h o di sn o to n l yu s e f u li np r a c t i c e ， b u ta ls oa v o i d st hep r o b l e msi nc o n v e n t i o n a lme t h o d ， a n di ti smo r er a t i

28、 o n a la n dmo r er e l i a b l e ． I np a r t i c u l a r ， t hi sme t ho dc a nb ep r o g r a mme d ，S Oi t ' smo r ee f ic i e n ti nh y d r o l o g i c a l d a t ap r oc e s s i n gwo r k ．Ke ywo r d s ： r i s