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设计潮位过程线新型计算方法在防洪排涝中的应用研究仲维政;张超凡;张军【摘要】外江(海)潮水位过程对河口滨海地区的防洪排涝影响较大,在该类规划设计中,需要确定承泄区合适的设计潮位过程.介绍了1种关于设计潮位过程线的计算方法,并在浙江省鳌江下游平原地区排涝规划得到应用.设计表明,该方法简洁高效,计算的设计潮位过程线有较好的实用性,达到预期效果,满足防洪排涝设计的要求.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】5页(P3-7)【关键词】防洪排涝;潮型;潮位过程线;计算方法【作者】仲维政;张超凡;张军【作者单位】浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州 310002;浙江大学港口海岸与近海工程研究所,浙江杭州 310002;无锡市环境科学与工程研究中心,江苏无锡214001【正文语种】中文【中图分类】TV131.4近几十年来，由于极端气候不断加剧，台风暴雨等往往会造成地区涝灾，骨干河道超过警戒水位，这种情况下尽快排水是解决内涝问题的主要方法与手段。
河口滨海地区的承泄区多为外海或感潮河段，其潮水位过程是完成排涝水的必要条件之一。
在我国，河口滨海地区多位沿海经济发达地区，一旦形成涝灾将造成社会与经济巨大损失。
在感潮河段或承泄区为外海的防洪排涝规划及相关工程设计中，结合当地水文形势，一般考虑在设计的偏不利的潮水位过程等边界条件下进行相关的工程规划设计。
目前设计潮位过程的分析研究开展还不充分，工程设计中常用的几种方法还存在不同程度的缺陷[1]，为此，分析研究一种较为可靠的设计潮位过程计算方法很有必要。
设计潮位过程线是具有一定设防标准（频率）的潮位过程，一般作为设计条件下河口滨海地区河流、泥沙等水动力模型的下边界。
一般防洪防潮工程主要采用高潮位作为控制性因素，排涝工程则根据设计的排涝工程类型选择低潮位或者高潮位作为控制性条件。
潮差反映出了潮汐动力的强弱的信息，不同的潮差对泥沙运动和建筑物附近的冲刷也会产生不同的影响[2]。
第25卷第4期水利水电科技进展2005年8月Vol.25No.4Advances in Science and Technology of Water Resour ces Aug.2005作者简介:吴玲莉(1978 ),女,安徽无为人,博士研究生,从事港口航道及海岸工程研究.长江下游感潮河段设计通航水位计算方法比较吴玲莉,张 玮,高龙琨,潘晓峰,谢凤一,王卫琴,薛 伟(河海大学交通与海洋工程学院,江苏南京 210098)摘要:用JTJ214 2000 内河航道与港口水文规范 和JTJ213 98 海港水文规范 这两种不同规范的方法分别计算长江下游感潮河段设计最高和最低通航水位,并对计算结果进行了对比分析,发现南京和江阴是设计通航水位选择规范方法时两个重要的分界点.同时还对感潮河段在计算设计通航水位时所需样本年限问题进行了探讨.研究结果表明,感潮河段设计通航水位方法的选取以及所需样本年限的长短与其距河口的距离有密切关系.关键词:感潮河段;通航水位;样本年限;长江下游中图分类号:U612.32 文献标识码:A 文章编号:1006 7647(2005)04 0036 03Com parison of calculation methods for navigable stage design of tidal reach of the lower Yangtze River//WU Ling -li,ZHANG Wei,GAO Long -kun,PAN Xiao -fen g ,XIE Feng -yi,WANG We-i qin,XUE Wei (College o f Tra ff ic &Ocean Engineering ,Hohai University ,N an jing 210098,China)Abstract :The highest design navigable stage and lowest design navigable s tage of the tidal reach of the lower Yangtze River were calculated by use of the two methods according to Code of Hydrology for Inlan d Waterway and Harbor (J T J214-2000)and Code o f Hydrology f or Sea Harbor (JTJ213-98).T he comparison of the calculated results shows that Nanjing and Jiangyin are two i mportant separation points in selection of reasonable design codes for navigable stage design.Meanwhile,the age of data for calculation of desi gn navigable stage was discussed.It is indicated that the dis tance from the tidal reach to the estuary should be highly concerned in determination of data age and selection of methods for navigable stage design.Key words :tidal reach;navi gable stage;data age;lower Yangtze River内陆河流主要受径流的影响,其设计通航水位可按现行JTJ214 2000 内河航道与港口水文规范 和GBJ139 90 内河通航标准 (以下将这两个规范统称为内河规范)中的有关规定确定[1,2];沿海地区主要受海洋潮汐和气象因素的影响,其设计通航水位可按照现行的JTJ213 98 海港水文规范 和J TJ311 97 通航海轮桥梁通航标准 (以下将这两个规范统称为海港规范)中的有关规定确定[3,4].至于感潮河段,其水位变化既受径流影响,又与海洋潮汐有关,影响因素复杂,在确定设计通航水位时究竟应采用何种方法,确实是一个值得探讨的问题.尽管上述4个规范对感潮河段设计通航水位的计算方法也有所论及,但对于两类规范选择的依据以及两者的差距没有明确说明,使得设计人员在使用时无所适从.对此,已有学者对感潮河段设计通航水位确定问题做过相关研究[5,6],然而,研究工作主要涉及设计最高通航水位.为分析比较内河规范和海港规范中的各种方法,本文以径流和潮流作用都较强的长江[7]感潮河段为研究对象,在长江大通以下沿程选取芜湖、南京、江阴以及高桥等4个站点1968~1987年共计20年的水文资料,分别采用内河规范和海港规范中的方法计算比较各站的设计最高通航水位及设计最低通航水位,并对计算结果进行比较分析,同时,对于感潮河段在计算设计通航水位时所需样本年限进行深入探讨.1 设计最高通航水位计算方法比较海港规范中主要采用多年高潮累计频率10%的潮位作为设计最高通航水位,简称高潮累计频率法.内河规范中推荐使用频率分析法计算设计最高通航水位,主要根据多年的年最高水位值进行频率分析,由此求出设计最高通航水位.由于长江感潮河段是一级航道,故以20年一遇为准,分析计算设计最高通航水位,同时将10年一遇最高通航水位也一并列入,以便于对比.一般来说,使用内河规范时,水位值通常是指日平均水位,但是,对于感潮河段来说,究竟应取日36 水利水电科技进展,2005,25(4) Tel:025 ******** E -mail:jz @ http ://平均水位还是瞬时高潮位还有待探讨.各种方法计算所得设计最高通航水位结果见图1.计算结果主要呈现出以下特点: 各种方法中,按年最高瞬时潮位频率分析法(简称高潮频率法)所得的设计最高通航水位值要比其他方法高.以20年一遇为例,该法比按年最高日均水位频率分析法(简称日均水位频率法)所确定的设计最高通航水位要高0 07~2 07m,比高潮累计频率法高1 57~2 80m.究其原因,关键在于高潮频率法中取年最高瞬时潮位进行计算,并且20年才出现一次(20年一遇),所以其值较高. 在河口附近的高桥站,由日均水位频率法所确定的设计最高通航水位要低于高潮累计频率法0 50m,随着距河口距离的增加,前者确定的设计最高通航水位逐渐高出,到芜湖站前者要高出后者2 73m,两者的交点在江阴附近,江阴是一个较为重要的临界点.就这两种方法来说,在江阴以下的河口段,由高潮累计频率法确定的设计最高通航水位略高,从偏于安全的角度考虑,海港规范较为适宜;而在江阴以上的感潮河段,由日均水位频率法确定的设计最高通航水位要高,从偏于安全的角度考虑,内河规范较为适宜. 由高潮频率法所确定的设计最高通航水位始终高于日均水位频率法,但两者的差值随距河口距离的增加而逐渐减少,由高桥站的2 07m 减少至芜湖站的0 07m,说明潮汐的影响逐渐减少.图1 长江下游感潮河段设计最高通航水位计算值比较2 设计最低通航水位计算方法比较海港规范中主要采用多年低潮累计频率90%的潮位作为设计最低通航水位,简称低潮累计频率法.内河规范中主要使用综合历时曲线法推求设计最低通航水位,也就是对多年日均水位作保证率计算,然后按给定的保证率确定设计最低通航水位.由于长江感潮河段为一级航道,根据GBJ139 90 内河通航标准 ,使用综合历时曲线法确定设计最低通航水位时保证率应大于或等于98%,因此,分别就保证率为98%,99%,100%3种情况进行了计算,并将其与低潮累计频率法进行比较,结果见图2.图2 长江下游感潮河段设计最低通航水位计算值比较计算结果表明: 综合历时曲线法中,保证率越高,设计最低通航水位越低,如保证率为100%的设计最低通航水位分别较98%和99%的低0 28~0 48m 和0 20~0 37m.此外,保证率98%与99%的设计水位较为接近,两者仅相差0 08~0 13m. 在河口附近河段,按低潮累计频率法计算的设计最低通航水位比其他计算结果要低,如在高桥站,其结果较保证率为98%,99%和100%时的综合历时曲线法计算值分别低1 09m,1 00m 和0 77m,说明在河口附近潮汐影响明显的河段使用海港规范较为适宜. 随着距河口距离的增加,潮汐影响逐渐减弱,径流影响渐渐趋强,海港规范已不再适宜,按低潮累计频率法计算的设计最低通航水位比其他方法计算结果要高,如在芜湖站,其结果较保证率为98%,99%和100%时的综合历时曲线法计算值分别高0 23m,0 33m 和0 70m,此时内河规范较为适宜. 如果仅仅考虑保证率为98%和99%的综合历时曲线法计算结果,则按海港规范方法与内河规范方法计算所得设计最低通航水位的交点位于南京附近,说明南京是一个非常重要的临界点.在确定设计最低通航水位时,南京以下河段受潮汐影响较大,采用海港规范较为适宜;而南京以上河段受径流影响较大,采用内河规范较为适宜;至于南京附近河段,应两种方法同时使用,取水位较低者为宜.3 所需样本年限探讨在进行设计通航水位计算时,所需资料的年份随地点不同而有所区别,沿海地区具有完整的1a 潮位实测资料即可,而内陆河流则需20a 以上的连续系列资料,至于既受潮汐影响,又受径流影响的感潮河段,所需资料系列究竟多长为宜,有待进一步深入探讨.以下将通过长江感潮河段芜湖、南京、江阴、高桥等4站,分析研究在计算确定设计最低通航水位时所需要的样本基本年限.计算时选用4站1968~1987年的系列潮位资料,考虑到计算设计最低通航水位时,南京是海港规范法与内河规范法的交点,所以,在南京及其以下河段采用低潮累计频率法,而在37 水利水电科技进展,2005,25(4) Tel:025 ******** E -mail:jz @ http ://表1 长江下游各站不同样本年限设计最低通航水位m样本年限/a综合历时曲线法低潮累计频率法芜湖南京南京江阴高桥计算值差值计算值差值计算值差值计算值差值计算值差值11 16-0 140 940 080 66-0 20-0 36-0 07-1 140 00 21 27-0 030 940 080 72-0 14-0 36-0 07-1 18-0 04 31 320 020 870 010 81-0 05-0 31-0 02-1 18-0 04 41 360 060 910 050 85-0 01-0 30-0 01-1 17-0 03 51 400 100 940 080 920 06-0 290 00-1 17-0 03 61 390 090 940 080 930 07-0 290 00-1 16-0 02 71 430 130 950 090 930 07-0 30-0 01-1 15-0 01 81 390 090 920 060 900 04-0 33-0 04-1 15-0 01 91 26-0 040 84-0 020 83-0 03-0 34-0 05-1 15-0 01 101 28-0 020 85-0 010 82-0 04-0 34-0 05-1 15-0 01 111 29-0 010 860 000 81-0 05-0 32-0 03-1 15-0 01 121 300 000 870 010 82-0 04-0 31-0 02-1 140 00 131 320 020 880 020 84-0 02-0 30-0 01-1 140 00 141 320 020 890 030 84-0 02-0 290 00-1 130 01 151 330 030 900 040 860 00-0 290 00-1 130 01 161 310 010 880 020 85-0 01-0 290 00-1 130 01 171 310 010 880 020 85-0 01-0 290 00-1 130 01 181 300 000 860 000 84-0 02-1 120 02 190 870 010 85-0 01-1 130 01 200 860 000 860 00-1 140 00南京及其以上河段采用综合历时曲线法,保证率取98%.具体计算时,先根据1987年的资料计算样本年限为1a的设计最低通航水位,然后,根据1986年和1987年两年的资料进行计算,以此类推,分别计算样本年限为2a,3a, ,20a的设计最低通航水位,各站不同样本年限的计算结果列于表1.表1中除给出设计最低通航水位计算结果之外,还列出了不同样本年限计算结果与最终计算结果之间的差值,由此判断计算精度.此处,最终计算结果是指由最长系列资料推求的设计最低通航水位.由此可见,受潮汐影响较大的高桥站和江阴站,差值随样本年限的变幅相对较小,而受径流影响较大的南京站和芜湖站,其差值随样本年限的变幅相对较大.如果以差值不大于2 0cm为满足精度要求,也就是说水位变幅控制在5 0c m以内的话,则高桥样本年限6a即可满足精度要求,江阴需12a,南京和芜湖则需要16a.显然,越靠近河口,样本年限越短,越远离河口,样本年限越长.4 结 论a.用内河规范和海港规范中的方法确定感潮河段的设计通航水位时,同一站点的设计水位存在着较大差异.以长江下游感潮河段为例,两种方法确定的设计最高通航水位相差可达2 80m,设计最低通航水位相差可达1 09m,因此需要慎重选择设计通航水位计算方法.b.感潮河段设计通航水位计算方法的选择与河段到河口的距离有关.从偏于安全的角度考虑,距离河口较近的感潮河段采用海港规范较为适宜,而距离河口较远的感潮河段采用内河规范较为适宜.c.分析结果表明,江阴和南京是长江下游感潮河段设计通航水位计算方法选择中较为重要的两个分界点.对于设计最高通航水位,江阴以下河段采用海港规范偏于安全,江阴以上河段采用内河规范偏于安全;对于设计最低通航水位,南京以下河段采用海港规范偏于安全,南京以上河段采用内河规范偏于安全.d.长江下游感潮河段各站所需资料年限的分析结果表明,距河口越近的河段,所需样本年限越短,而远离河口的河段,所需样本年限则较长.本文得到了南京水利科学研究院张幸农教授的热情帮助,提出了许多建设性的意见和建议,在此表示衷心的感谢!参考文献:[1]J T J214 2000,内河航道与港口水文规范[S].[2]GBJ139 90,内河通航标准[S].[3]J T J213 98,海港水文规范[S].[4]J T J311 97,通航海轮桥梁通航标准[S].[5]常征,尹光荣,王志云.感潮河段设计水位标准的选用[J].港工技术,1997(1):12 14.[6]陈俊鸿.三角洲感潮河段洪潮水位频率分析方法的初步研究[J].热带地理,2001(12):342 345.[7]黄胜.中国河口治理[M].北京:海洋出版社,1992.1 4.(收稿日期:2004 04 28 编辑:熊水斌)38水利水电科技进展,2005,25(4) Tel:025 ******** E-mail:jz@ 。
基于牛顿迭代法的潮汐模型高低潮时计算方法王如云;周鹏;周钧;刘鹏【摘要】在由调和分析方法建立了潮汐潮位预报模型后,利用牛顿迭代法给出了一种快速求解潮汐潮位预报模型的高低潮时方法.利用连云港的潮汐潮位预报模型,分别通过不同的求解高低潮时的方法,对潮汐高低潮时进行了预报.计算结果表明,在满足同等精度条件下,求解高低潮时的牛顿迭代法具有计算量小、收敛速度快等优势.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P27-30)【关键词】牛顿迭代法;高低潮时;预报;潮汐;调和分析【作者】王如云;周鹏;周钧;刘鹏【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京,210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京,210098;河海大学水文水资源学院,江苏南京,210098;中交第三航务工程局有限公司江苏分公司,江苏连云港,222042【正文语种】中文【中图分类】P731.23不少港口和航道不能够满足某些大型船舶全天候进港和通航的要求，对于这些港口和航道，采取乘一定的较大潮位进港和通过航道浅段，亦即乘潮进港或乘潮通航是必要的。
另外，在近岸水深较浅的地方施工往往也需要乘潮作业。
而这些工作的调度安排，需要掌握未来的高低潮时变化规律。
除此之外，天文潮的高低潮时的准确预报，对风暴潮可能造成灾害的预报存在很大影响。
因此，对天文潮高低潮时的准确预报具有重要的实际应用价值。
在已经由调和分析方法求出调和常数的前提下，求解高低潮时的近似算法目前主要有“二分法”、“优选法”、“插值法”和“二分-插值法”等[1-3]。
用这些算法求解高低潮时时，首先都要选出连续的3个呈非单调变化的正点潮位置（因为在这样的正点潮位置对应的时间区间内一定存在局部的极值潮位，而这种极值潮位对应的时间就是所要求的高低潮时），然后进一步采取不同的算法进行求解。
二分法是在选出上述3个正点潮位置及其所夹的两个区间的基础上，算出这两个区间各自中点的潮高。
潮位统计方法1. 概述潮位统计方法是一种用于分析和描述海洋和沿海地区潮汐现象的统计学方法。
通过对潮位数据的收集、处理和分析，可以得到潮汐的周期、振幅、相位等相关信息，从而更好地了解和预测海洋潮汐的变化规律。
潮汐是由引力相互作用引起的海洋表面的周期性升降现象。
它是地球自转和月球、太阳的引力相互作用的结果。
潮汐现象对于海洋工程、航海、渔业等领域具有重要的影响，因此潮位统计方法的研究和应用具有重要的意义。
2. 潮位数据的收集潮位数据的收集是进行潮位统计方法的第一步。
通常，可以通过以下几种方式来收集潮位数据：2.1. 潮位观测站潮位观测站是专门用于测量和记录潮汐变化的设备。
在观测站中，通常会安装潮汐计和测高仪等仪器，用于测量和记录海洋表面的变化。
观测站的位置应选择在海岸线附近，以便准确地观测到潮汐的变化。
2.2. 卫星遥感卫星遥感是一种利用卫星传感器获取地球表面信息的技术。
通过卫星遥感可以获取到海洋表面的变化信息，包括潮汐的变化。
这种方式可以覆盖较大的范围，并且可以实现连续观测，但精度相对较低。
2.3. 模拟和数值模型模拟和数值模型是一种通过计算机模拟和数值计算来获取潮位数据的方法。
通过建立适当的模型，可以模拟和计算出海洋表面的变化情况，从而得到潮位数据。
这种方法可以在较短的时间内获取大量的数据，并且可以进行不同条件下的模拟和预测。
3. 潮位数据的处理和分析潮位数据的处理和分析是进行潮位统计方法的关键步骤。
在这一步骤中，需要对潮位数据进行预处理和分析，以提取出有用的信息。
3.1. 数据的预处理在进行数据的预处理时，需要对潮位数据进行质量控制和校正。
质量控制的目的是排除异常值和错误数据，以保证数据的准确性和可靠性。
校正的目的是消除仪器误差和环境影响，以得到真实的潮位数据。
3.2. 数据的分析在进行数据的分析时，可以采用多种统计学方法来描述和分析潮汐现象。
常用的方法包括频谱分析、周期分析、统计分布等。
频谱分析是一种将时间序列数据转换为频率域数据的方法。
