1、遠(yuǎn)距離潮位控制在萊州港5萬噸級(jí)航道疏浚工程中的應(yīng)用摘要:利用岸邊設(shè)立的驗(yàn)潮站得出的潮汐信息，運(yùn)用天文潮加余水位訂正的方法推算滿足精度要求的在建萊州港5萬噸航道內(nèi)任意點(diǎn)的瞬時(shí)潮高，以此來指導(dǎo)疏浚施工作業(yè)和應(yīng)用于航道的水深測(cè)量。關(guān)鍵詞:疏浚施工水深測(cè)量潮位控制潮位推算萊州港地處渤海萊州灣東岸，港口自然條件優(yōu)越，岸線資源豐富是萊州灣及黃河三角洲地區(qū)近千公里沿岸罕有的具備條件建設(shè)深水碼頭和打造億噸大港的港口。煙臺(tái)港萊州港區(qū)5萬噸級(jí)航道疏浚工程”是擬在現(xiàn)有航道基礎(chǔ)上擴(kuò)建成5萬噸級(jí)航道工程。工程設(shè)計(jì)航道長(zhǎng)度26.4km。萊州港附近海域?yàn)椴徽?guī)半日潮，。萊州港區(qū)受萊州灣半日潮波系統(tǒng)及蓬萊外海日潮波系統(tǒng)的綜合

2、影響,潮汐性質(zhì)比較復(fù)雜。本工程疏浚航道長(zhǎng)，屬于遠(yuǎn)距離潮位控制。我部在天津海測(cè)大隊(duì)的技術(shù)支持下，基于天文潮位加余水位訂正的潮位推算方法，研究實(shí)施了本工程的遠(yuǎn)距離潮位控制。現(xiàn)在本工程已完工，處于通過竣工驗(yàn)收階段。本文就此次潮位控制的推算方法的原理和在本工程應(yīng)用過程進(jìn)行闡述。1潮位推算原理潮位推算的基本原理是根據(jù)本區(qū)域的潮汐特征，計(jì)算測(cè)區(qū)內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)主要分潮的調(diào)和常數(shù)。利用附近海域的長(zhǎng)期驗(yàn)潮站資料分析所有分潮的調(diào)和常數(shù)，對(duì)施工區(qū)內(nèi)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，同時(shí)確定當(dāng)?shù)仄骄Ｃ妗Ⅱ?yàn)潮記錄零點(diǎn)、1985國(guó)家高程基準(zhǔn)以及理論最低潮面之間的關(guān)系，從而確定各點(diǎn)的理論最低潮面。然后利用各點(diǎn)上的數(shù)據(jù)內(nèi)插計(jì)算施工區(qū)內(nèi)的任

3、意點(diǎn)主要分潮的調(diào)和常數(shù)和理論最低潮面，并利用長(zhǎng)期驗(yàn)潮站主要分潮與隨機(jī)分潮之間的差比關(guān)系，將任意點(diǎn)的調(diào)和常數(shù)加以擴(kuò)展，據(jù)此推算該點(diǎn)的瞬時(shí)天文潮位。最后利用長(zhǎng)期驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)潮位計(jì)算給定時(shí)刻的余水位，并據(jù)此推算該時(shí)刻測(cè)區(qū)內(nèi)任意測(cè)點(diǎn)給定時(shí)刻的潮位。2基于余水位訂正潮位推算方法的公式假定某地的潮汐調(diào)和參數(shù)已知，那么其潮高與時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式可通過調(diào)和參數(shù)來表達(dá)，表達(dá)式如式(1)式中：h(t)表示某地t時(shí)刻的潮高；Hi為調(diào)和分析參數(shù)第i個(gè)分潮的振幅；為調(diào)和分析參數(shù)第1個(gè)分潮的角速率；31為引力潮展開式第1分潮于to時(shí)刻的天文相角；gi為1分潮的遲角；t為當(dāng)?shù)啬硶r(shí)刻；1取值決定于潮汐調(diào)和分析時(shí)取得的分潮個(gè)數(shù)或參

4、與預(yù)報(bào)計(jì)算確定的分潮個(gè)數(shù)。當(dāng)某地可進(jìn)行潮汐預(yù)報(bào)并同時(shí)進(jìn)行潮位觀測(cè)時(shí)，我們可以對(duì)預(yù)報(bào)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。即可以求取預(yù)報(bào)值的實(shí)際偏差。我們把預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值不符的部分定義為余水位分析得出某地潮位推算誤差實(shí)際包含了調(diào)和分析參數(shù)誤差帶來的推算潮位誤差、非調(diào)和潮汐因素對(duì)推算潮位的實(shí)際影響值以及潮汐觀測(cè)誤差。通過上面分析，某地潮位的分析預(yù)報(bào)較準(zhǔn)確的表達(dá)式可以改成：式中：k（t）為由于潮汐調(diào)和參數(shù)誤差帶來的潮位修正項(xiàng)；為非潮汐因素對(duì)潮位的貢獻(xiàn)值。如果某地推算潮位已知，同時(shí)又進(jìn)行了潮位觀測(cè)得到實(shí)時(shí)潮位d（t）,那么根據(jù)式（2）可求得：3潮位數(shù)據(jù)的采集分析本次潮位數(shù)據(jù)采集設(shè)置兩站。萊州港驗(yàn)潮站位置為37-25N,11

5、9-57E采集時(shí)間為2011-08-24201-09-27。航道口26+400驗(yàn)潮站位置為37-39N,120-00E采集時(shí)間為2011-08-242011-09-27。岸上驗(yàn)潮站采用壓力式潮位計(jì)，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)間隔為10min,全天候觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)。航道疏浚海域外端口設(shè)立定點(diǎn)驗(yàn)潮站，采用瑞士凱樂（KELLER）生產(chǎn)的DCX-22驗(yàn)潮儀，標(biāo)稱精度為0.1%FS（典型,FS為滿量程,50m)，潮位采集存儲(chǔ)間隔均為10min。密度、氣壓改正。由于水深測(cè)量精度要求較高，需考慮氣壓變化對(duì)水位測(cè)量精度的影響，使用(DCX-22BARO0.81.3bar絕壓)做氣壓補(bǔ)償，將DCX-22驗(yàn)潮儀的壓力零點(diǎn)修正

6、至瞬時(shí)海面。壓力式驗(yàn)潮儀測(cè)量的是海水密度為1.00X03kg/m3的壓力值，而實(shí)際測(cè)量時(shí)的海水密度并不完全等于1.00X03kg/m3,需要對(duì)觀測(cè)得到的潮汐數(shù)據(jù)進(jìn)行海水密度改正。驗(yàn)潮零點(diǎn)修正。岸上驗(yàn)潮站采用壓力式潮位計(jì)，受海洋環(huán)境腐蝕，壓阻片不可避免會(huì)產(chǎn)生變形，帶來驗(yàn)潮零點(diǎn)飄移。為監(jiān)測(cè)岸上驗(yàn)潮站零點(diǎn)變動(dòng)情況，在驗(yàn)潮站附近設(shè)立人工水尺，通過人工記錄水位比對(duì)來監(jiān)測(cè)、修正岸上驗(yàn)潮站零點(diǎn)變動(dòng)。海上驗(yàn)潮站除儀器零點(diǎn)變動(dòng)外、受安裝載體沉降影響，潮位記錄零點(diǎn)的變化更加復(fù)雜，計(jì)劃采用臨近驗(yàn)潮站實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)將潮汐影響剝離以判斷零點(diǎn)飄移量并修正。缺測(cè)水位插補(bǔ)。對(duì)缺測(cè)數(shù)據(jù)的插補(bǔ)基于上述原理，采用余水位訂正天文潮位的

7、方法插補(bǔ)。（4）深度基準(zhǔn)面、平均海面確定采用天津海測(cè)大隊(duì)沿海港口潮汐分析處理系統(tǒng)對(duì)采集的潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，得到調(diào)和常數(shù)，并搜集相鄰已知驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期資料對(duì)短期驗(yàn)潮站調(diào)和常數(shù)進(jìn)行優(yōu)化從而得到較穩(wěn)定的短期站調(diào)和常數(shù)精確海上驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面，精度優(yōu)于10cm。按照國(guó)家三（四）等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求引測(cè)萊州港平均海面采用同步改正的方法傳算海上定點(diǎn)驗(yàn)潮站的平均海面，精度優(yōu)于5cm4組織實(shí)施由上述基礎(chǔ)資料分析，本次疏浚工程海域已超出岸上驗(yàn)潮站的單站控制范圍，如要求潮位控制精度優(yōu)于10cm（95%置信度），除在岸上設(shè)立驗(yàn)潮站外，還要在疏浚海域設(shè)立自容式驗(yàn)潮站。由于海上驗(yàn)潮作業(yè)難度大、成本高，且數(shù)據(jù)質(zhì)量和實(shí)時(shí)性也難以保證。經(jīng)過反復(fù)討論，制定了實(shí)測(cè)水位結(jié)合推算水位的潮位控制方案。利用現(xiàn)有潮位資料分析結(jié)果和附近海區(qū)潮汐數(shù)學(xué)模型，以萊州港驗(yàn)潮站為基準(zhǔn)站，推算航道口（26+400）位置的潮位，采用雙站直線分帶改正的方法來對(duì)整個(gè)施工區(qū)域進(jìn)行潮位控制。根據(jù)驗(yàn)潮結(jié)果確定分三帶控制施工區(qū)潮位符合精度要求。5結(jié)語本潮位控制方法的應(yīng)用，為萊州港5萬噸級(jí)航道工程成功解決