一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水文水利工程領(lǐng)域，特別是涉及一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 河口潮汐預(yù)報(bào)是對(duì)河口區(qū)潮位、潮差進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)河口沿程各斷面的潮差，正確 的預(yù)報(bào)對(duì)河口區(qū)防洪、通航、供水等生產(chǎn)、生活、工作情況具有重要的保障作用。目前對(duì)于河 口潮汐預(yù)報(bào)方法主要有2種方法:一、數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算預(yù)報(bào)，其主 要不足在于模型建模復(fù)雜，對(duì)專(zhuān)業(yè)性要求高，不易操作，且模型計(jì)算比較耗時(shí)，不利于實(shí)時(shí) 控制;二、水文統(tǒng)計(jì)方法，基于長(zhǎng)時(shí)間序列的水文資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后進(jìn)行預(yù)報(bào)，其主要 不足在于需要大量實(shí)測(cè)水文資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，操作繁瑣，效率低下?？偟膩?lái)說(shuō)，目前的河口潮 差預(yù)報(bào)方法存在操作繁瑣、效率低下或者計(jì)算復(fù)雜度高、準(zhǔn)確度低、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú) 法準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法，包括步驟：
[0006] S1、采集河口起點(diǎn)處的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)；
[0007] S2、結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)，擬合河床斷面與河口沿程距離之間的關(guān)系曲線，并構(gòu)建河 口潮差預(yù)報(bào)模型；
[0008] S3、將采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差預(yù)報(bào)模型后，計(jì)算獲 得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟S2,包括：
[0010] S21、收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面；
[0011] S22、建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，并擬合獲得沿程指數(shù)；
[0012] S23、建立潮波傳播的一維圣維南方程組，結(jié)合擬合獲得的沿程指數(shù)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化 后，構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟S21，其具體為：
[0014] 收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面，并記錄河床斷 面的斷面間距、離岸距離、斷面面積以及河口寬度作為河床斷面信息。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟S22,其具體為：
[0016] 根據(jù)下式建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，進(jìn)而根據(jù)剖分的河床斷面的信 息，擬合獲得沿程指數(shù)β:
[0018] 上式中，S表示河床斷面的斷面面積，Β表示河床斷面的河口寬度，So表示河口起點(diǎn) 處河床斷面的斷面面積，Bo表示河口起點(diǎn)處河床斷面的河口寬度，x表示沿程距離值。
[0019] 進(jìn)一步，所述步驟S23包括：
[0020] S231、基于一維圣維南方程組，建立潮波傳播的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0022]同時(shí)，建立潮波傳播的連續(xù)方程如下：
[0024] 其中，v表示X方向的沿程流速，g表示重力加速度，h表示水深，Ib表示河床斷面的 床面坡降，η為曼寧糙率，S表示河床斷面的斷面面積，Q表示河床斷面的斷面流量；
[0025] S232、結(jié)合擬合獲得的沿程指數(shù)將潮波傳播的連續(xù)方程簡(jiǎn)化如下：
[0027]其中，β表示擬合獲得的沿程指數(shù)；
[0028] S233、將步驟S231的歐拉形式的運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換為如下的拉格朗日形式的運(yùn)動(dòng)方 程：
[0030] 上式中，c表示波速，a表示振幅，ε表示相位，Η表示潮差；
[0031] S234、根據(jù)步驟S232中的公式對(duì)S233的公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，獲得高潮、低潮時(shí)刻潮波傳 播的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0034] S235、求解步驟S234的公式，獲得河口潮差預(yù)報(bào)模型如下：
[0036] 其中，y表示一無(wú)量綱參數(shù)，α表示河口灣的參數(shù)，γ表示河口地形沿程衰減的尺度 參數(shù)，Η0表示河口起點(diǎn)處的實(shí)測(cè)潮差值。
[0037] S23、建立潮波傳播的一維圣維南方程組，結(jié)合河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線對(duì) 其進(jìn)行簡(jiǎn)化后，構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型。
[0038]進(jìn)一步，所述步驟S3,其具體為：
[0039] 將擬合獲得的沿程指數(shù)和采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差 預(yù)報(bào)模型的公式中進(jìn)行求解，從而計(jì)算獲得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值。
[0040] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法，包括步驟:S1、采集 河口起點(diǎn)處的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù);S2、結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)，擬合河床斷面與河 口沿程距離之間的關(guān)系曲線，并構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型；S3、將采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平 均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差預(yù)報(bào)模型后，計(jì)算獲得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值。本發(fā)明計(jì) 算復(fù)雜度較低、計(jì)算效率高、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)單，可及時(shí)地進(jìn)行潮差預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確地進(jìn)行 預(yù)報(bào)。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042] 圖1是本發(fā)明的一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法的流程圖；
[0043]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例二中實(shí)測(cè)獲得的伶仃洋的河口斷面與沿程距離的指數(shù)曲線 圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例二中實(shí)測(cè)獲得的黃茅海的河口斷面與沿程距離的指數(shù)曲線 圖；
[0045] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例二中實(shí)測(cè)獲得的磨刀門(mén)的河口斷面與沿程距離的指數(shù)曲線 圖；
[0046] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例二中采用本發(fā)明的河口潮差預(yù)報(bào)模型進(jìn)行潮差預(yù)測(cè)所獲得 的預(yù)測(cè)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供了 一種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法，包括步驟：
[0048] S1、采集河口起點(diǎn)處的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)；
[0049] S2、結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)，擬合河床斷面與河口沿程距離之間的關(guān)系曲線，并構(gòu)建河 口潮差預(yù)報(bào)模型；
[0050] S3、將采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差預(yù)報(bào)模型后，計(jì)算獲 得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值。
[0051] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S2,包括：
[0052] S21、收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面；
[0053] S22、建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，并擬合獲得沿程指數(shù)；
[0054] S23、建立潮波傳播的一維圣維南方程組，結(jié)合擬合獲得的沿程指數(shù)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化 后，構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型。
[0055]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S21，其具體為：
[0056]收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面，并記錄河床斷 面的斷面間距、離岸距離、斷面面積以及河口寬度作為河床斷面信息。
[0057]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S22，其具體為：
[0058]根據(jù)下式建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，進(jìn)而根據(jù)剖分的河床斷面的信 息，擬合獲得沿程指數(shù)β:
[0060] 上式中，S表示河床斷面的斷面面積，Β表示河床斷面的河口寬度，So表示河口起點(diǎn) 處河床斷面的斷面面積，Bo表示河口起點(diǎn)處河床斷面的河口寬度，X表示沿程距離值。
[0061 ]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S23包括：
[0062] S231、基于一維圣維南方程組，建立潮波傳播的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0064]同時(shí)，建立潮波傳播的連續(xù)方程如下：
[0066] 其中，v表示X方向的沿程流速，g表示重力加速度，h表示水深，Ib表示河床斷面的 床面坡降，η為曼寧糙率，S表示河床斷面的斷面面積，Q表示河床斷面的斷面流量；
[0067] S232、結(jié)合擬合獲得的沿程指數(shù)將潮波傳播的連續(xù)方程簡(jiǎn)化如下：
[0069]其中，β表示擬合獲得的沿程指數(shù)；
[0070] S233、將步驟S231的歐拉形式的運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換為如下的拉格朗日形式的運(yùn)動(dòng)方 程：
[0072] 上式中，c表示波速，a表示振幅，ε表示相位，Η表示潮差；
[0073] S234、根據(jù)步驟S232中的公式對(duì)S233的公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，獲得高潮、低潮時(shí)刻潮波傳 播的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0076] S235、求解步驟S234的公式，獲得河口潮差預(yù)報(bào)模型如下：
[0078] 其中，y表示一無(wú)量綱參數(shù)，α表示河口灣的參數(shù)，γ表示河口地形沿程衰減的尺度 參數(shù)，Η0表示河口起點(diǎn)處的實(shí)測(cè)潮差值。
[0079] S23、建立潮波傳播的一維圣維南方程組，結(jié)合河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線對(duì) 其進(jìn)行簡(jiǎn)化后，構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型。
[0080] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S3，其具體為：
[0081] 將擬合獲得的沿程指數(shù)和采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差 預(yù)報(bào)模型的公式中進(jìn)行求解，從而計(jì)算獲得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值。
[0082]以下結(jié)合詳細(xì)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0083] 實(shí)施例一
[0084] -種河口潮差快速預(yù)報(bào)方法，包括步驟：
[0085] S1、采集河口起點(diǎn)處的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)；
[0086] S2、結(jié)合所采集的數(shù)據(jù)，擬合河床斷面與河口沿程距離之間的關(guān)系曲線，并構(gòu)建河 口潮差預(yù)報(bào)模型；
[0087] S3、將采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù)據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差預(yù)報(bào)模型后，計(jì)算獲 得河口沿程各斷面的潮差預(yù)測(cè)值，具體為:將擬合獲得的沿程指數(shù)和采集的實(shí)時(shí)的潮位數(shù) 據(jù)和平均水深數(shù)據(jù)代入河口潮差預(yù)報(bào)模型的公式中進(jìn)行求解，從而計(jì)算獲得河口沿程各斷 面的潮差預(yù)測(cè)值。
[0088] 本實(shí)施例中，步驟S2包括S21~S23:
[0089] S21、收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面，具體為： 收集河口河道地形圖，以河寬的兩倍距離作為間隔，剖分河床斷面，并記錄河床斷面的斷面 間距、離岸距離、斷面面積以及河口寬度作為河床斷面信息；
[0090] S22、建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，并擬合獲得沿程指數(shù)，具體為：
[0091] 根據(jù)下式建立河床斷面與沿程距離的指數(shù)曲線，進(jìn)而根據(jù)剖分的河床斷面的河床 斷面信息，擬合獲得沿程指數(shù)β:
[0093] 上式中，S表示河床斷面的斷面面積，Β表示河床斷面的河口寬度，So表示河口起點(diǎn) 處河床斷面的斷面面積，Bo表示河口起點(diǎn)處河床斷面的河口寬度，X表示沿程距離值。
[0094] S23、建立潮波傳播的一維圣維南方程組，結(jié)合擬合獲得的沿程指數(shù)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化 后，構(gòu)建河口潮差預(yù)報(bào)模型。
[0095] 詳細(xì)的，步驟S23包括步驟S231~S235: