潮汐性质弱相似性下临时潮位站的深度基准面确定方法研究

The precise determination of chart datum in temporary tide gauge is great significance to water level control, merits of ocean sounding, channel improvement and marine engineering construction. The commonly used datum transfer methods can solve the problem of chart datum determination in temporary tide gauge well. Nevertheless, in some waters whose shoreline twists and turns, terrain complex, the tidal range and wave propertise would had complex changes, also poor of tide kind comparability, that lead great influences to the accuracies of datum transfer methods, even unable to complete transfer. For this reason, based on the tidal range change rule inverted by numerical simulation of tidal wave movement, the chart datum determination method in temporary tide gauge had been studied. Firstly, built function model that measures tide kind comparability strength properties. And then in the situation of the tide kind week comparability, got tidal range change rule through simulation of tidal wave motion and seek the function relation between tidal range change rule and chart datum, in the end, calculated the chart datum of temporary tide gauge on this basis. The project research would provide guarantee for hydrographic, channel improvement, ship navigation safety and marine engineering construction activities.

临时潮位站深度基准面的精确确定对水位控制、海洋测深成果优劣、航道整治及海洋工程建设等具有重要意义。常用的深度基准面传递法可较好地解决临时潮位站的深度基准确定问题，但在岸线曲折、地形复杂水域，潮差和潮波性质都会发生复杂的变化，潮汐性质相似性也较差，这对深度基准面传递精度产生较大影响甚至无法传递。为此，本项目开展基于潮波传播数值模拟反演潮差变化规律的深度基准面确定方法研究。首先建立衡量潮汐性质相似性强弱的函数模型，其次当潮汐性质相似性较弱时，通过模拟潮波运动过程来反演潮差变化规律，并寻求潮差变化与深度基准面间的函数关系，继而求得临时潮位站的深度基准面。该项目的研究将对海道测量、航道整治、船舶航行安全以及海洋工程建设等活动提供基础保障。

针对岸线曲折、地形和水文特征变化复杂水域，本项目研究了基于潮波运动数值模拟的连续无缝深度基准面构建理论及方法研究。以无结构三角形网格架构、有限体积的海岸海洋三维潮波运动数值模式The Finite-Volume Coastal Ocean Model (FVCOM)，具有构建三角格网灵活方便，可精确的适用于不规则海岸边界，且在复杂地区还可以进行局部格网加密等优点。因此在本项目中，研究了采用FVCOM模式来进行潮波运动数值模拟，并选择了长江口南支这一极为典型的区域作为实验区。通过模拟得到了各格网点的潮差信息，该模拟结果符合长江口南支实际的潮差变化规律，即平均潮差在向海的沿程方向上，离河口越近，受潮汐动力作用相对越强，反之则弱，因此，平均潮差逐渐增大，这也体现了潮汐动力作用由内向外从弱变强的变化过程。基于潮波运动模拟结果，进一步研究了潮差与深度基准间函数关系，并建立了连续无缝深度基准面模型。同南支区域6个已知深度基准的长期验潮站相比，深度基准面最大差值为5.5cm，差值绝对值均值为2.6cm，模拟结果内符合精度较高；且整个模拟所得的南支深度基准面的变化规律更符合长江口南支的潮汐变化特征。同时，本项目在此基础上又进一步研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面三种手段联合连续无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型的建立方法，并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示：垂直基准转换模型中误差为8.9 cm，与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm，尽管大于模型中误差估值，但仍远满足于国际水道测量规范里对测深中垂向最大不确定度的要求。综上，本研究思想为海洋连续无缝深度基准面的建立及海陆不同垂直基准间转换关系研究提供了一种新的思路，相比较于传统的几何插值拟合法，本项目的研究方法更具合理性和可靠性。