海洋工程中极值水位估计的一种条件分部联合概率方法

在海洋工程建设(如港口建设、沿岸工程和海上平台建筑等)中,必须对正常条件(即作业条件)和极端条件(即恶劣环境条件)下的海洋环境参数作出估计。对于海洋水位而言,如《港口工程规范》(以下简称《规范》)中的设计水位和乘潮水位等即属于前者,校核水位即属于后者。正常条件下的水位参数比较容易确定,因为这种条件下的观测数据比较容易获得,有比较丰富的已知资料。极值水位是指若干年内オ有可能出现的高水位或低水位,例如在《规范》中要求50年一遇的水位作为校核水位。所以如依靠直接观测,必须具备至少几十年的观测资料,这一要求只有在有长期验潮站的港口オ能达到。如资料系列不够长,则必须采用一定的方法对它们的数值作出估计。 在有相当长期观测资料的情况下,常常采用极值分布的方法,即每年取一个最高(或最低)水位,然后拟合某种理论或经验的分布曲线,从而得出不同重现期的极高(或极低)水位。这种方法所得结果比较可靠(但也不是没有问题,详见第五节),但对资料要求高，特别在新建港口或海上工程,常常不能采用。 在有数年观测资料的情况下,可以采用同步差比法(见《规范》)。当拟建港和主港潮汐性质和风暴潮特性相近,特别是两地距离较近时,这种方法常常能给出良好的结果,不失为一种有效的方法,但其应用受到一定的条件限制 近年来,国外提出了一种“联合概率法”(Pugh and Vassie,1978,1980)。这种方法把水位中的潮汐水位(这里指的是可用调和方法预报的潮位,其中也包括周期性的气象潮)和余水位(即实测水位减去预报水位)分开,分别求其分布,然后再用联合概率法回过来求合成水位的分布,从而得出极值水位高度。这种方法的优点是能够充分利用水位观测资料,因而可以在观测时间较短的情况下得出比传统方法更稳定的结果。在Pugh和Vassie所提出的方法中,潮汐和余水位被看作是互相独立的。这一假定在深水海区较接 近实际,但在某些浅海区则与实际有较大出入。例如Pugh和Vassie发现,对位于泰晤士河的绍森德港,由联合概率法按上述假定得出的百年一遇的高水位比由传统极值分布方法得出的数值大约高60cm;而传统方法的结果与49年期间观测到的最高水位较接近。Pugh和Vassie在后来的文章中对绍森徳港的问题作了专门处理,得出较合理的结果,但基本上是采用经验的方法,在一般实际中使用是困难的。 为了考虑潮汐和余水位的这种相关性,我们曾将联合概率法予以推广,提出了条件分布联合概率法(方国洪、王骥,1987)。这种方法不论潮汐和余水位是否相互独立均可应用,具有更强的适应性。本文根据该文的基本想法,选择了我国沿海资料较长,并具有较好代表性的10个长期验潮站共286年的潮汐逐时记录,进行了分析研究,对该文提出的方法作了修改和补充。     

海道测量中跳变水位和缺失水位的补救方法

基于余水位的配置模型,通过潮汐调和分析,利用已知长期验潮站余水位结合临近短期验潮站天文潮位来恢复短期站的实际水位,并对其进行误差分析,证明基于余水位进行推算未知验潮站潮位的可行性与实用性。为了保证验潮仪采集数据的精确度,基于日(月)平均海面在较大的空间尺度内有较强的相关性这一原理,对短期验潮站验潮仪零点漂移进行检测,并对其进行误差分析。     

广利河口及沿岸的工程水位

随着海岸带和滩涂资源的综合调查及开发利用,海上航运事业的不断发展,新建和扩建港口的逐渐增多,潮位的频率分布和不同重现期的极值水位等已成为港口和航道工程中十分重要的参考数据,我国已确定在港工建设中取对应保证率1％的潮位为设计高水位,对应保证率98％的潮位为设计低水位,50年一遇的高(低)水位作为校核高(低)水位,此外,乘潮水位的频率分布在航道、港工及岸边工程中也有着重要用途。按“港口     

传统水位改正法的实施条件与评价指标

在总结各传统水位改正法基本原理及假设条件的基础上,分析了现行的GB 12327-1998《海道测量规范》中关于验潮站布设的条目:潮汐类型相似及最大潮高差与最大潮时差的量化指标要求不能保证站间的水位关系满足传统水位改正方法的假设条件。基于假设条件,提出了评价指标与方法:(1)对于站间水位相似性,提出由同步水位曲线定性判断和最小二乘拟合法推算的中误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法;(2)对于站间水位均匀变化,提出由站间是否存在阻挡以及潮波图定性判断、中间站点处水位内插误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法。     

基于逐时潮位推求设计水位的统计分布选型研究

基于沿海长期观测的历时潮位资料,提出了推求设计高(低)水位的传统最大熵分布模型。该分布能够拟合逐时潮位具有双峰的概率密度曲线,计算所得设计高(低)水位,与修改的最大熵分布高潮10%和低潮90%的水位值相比,误差较小。选型的历时潮位曲线分布为港口工程设计水位推算提供了更多的选择,计算精度高,克服了手工方法推算历时潮位设计值的不足,有理论和工程意义。     

秦皇岛港施工水位的确定

施工水位是有潮港水工设计和施工的重要参数,作者根据秦皇岛港多年建设的经验和资料分析。认为该港施工水位为1.00m最合理。     

港外水域虚拟验潮站水位推算研究

港口航道图测绘期间出于潮位控制的需要,除了利用长期验潮站外需要另设其他短期/临时验潮站。如何深入利用常设短期验潮站积累的历史水位资料以有效减少验潮工作量,已成为海洋测绘实践需解决的现实课题。基于港口长期验潮站与常设短期验潮站的历史同步实测水位资料,采用潮汐差分订正与余水位传递技术,实现了一种精度可靠的港外水域虚拟验潮站水位恢复方法。归纳了港口短期验潮站进行潮汐差分订正的适用条件,列出了采用该种虚拟水位技术恢复水位方法的计算步骤。实例验证及精度评估表明,经潮汐差分订正后的虚拟验潮站采用“天文潮位+邻近验潮站传递余水位法”恢复水位的推算精度,可以满足相关技术规范要求。     

月平均海平面变化对设计水位的影响——推荐一种计算设计水位的方法

利用2种高(低)潮序列统计了高(低)潮累积频率,一是从记录原点起算的高(低)潮序列Ⅰ,一是从月平均海平面起算的高(低)潮序列Ⅱ。可以发现:不同年份的高(低)潮序列Ⅰ的累积频率10%(90%)对应的潮位之间存在明显的差异,这主要是由于不同年份月平均海平面变化之间的差异引起的。同时也发现:不同年份高(低)潮序列Ⅱ的累积频率10%(90%)对应的潮位彼此比较一致,表明用不同年份的高(低)潮序列Ⅱ获得的结果在统计意义上是稳定的。为了得到安全稳定的设计高(低)水位,引人了月平均海平面特征极大(小)值。本文建议,设计高(低)水位取为月平均海平面特征极大(小)值与高(低)潮序列II累积频率10%(90%)对应的潮位之和。     

余水位时变统计规律分析及水位预报方法改进

论证了余水位提取对选用潮高模型的依赖性,以验潮站实测数据分析计算了余水位的时域统计规律和空间统计规律。实验结果表明,以协因数为技术指标,余水位具有较明显的时空相似性或一致性特征。基于余水位统计特性和配置原理,设计了未来时段水位预报的改进方法,并以实验数据验证了方法的有效性。     

三种验潮方法水位观测性能比较与统计分析

水尺、压力式验潮仪与验潮井验潮仪是海道测量水位控制和水位观测的主要手段。通过6日6个时间段的同步比对试验，计算了三种方法获取水位观测数据之间的潮时差和潮高差，分析了三种观测手段的水位观测性能以及产生差值的可能原因，提出了使用方法的建议。     

渤海天文-风暴潮数值模拟和一种多年一遇极值水位的计算方法

在渤海选用了82个强天气过程,利用三维模式模拟了海区的天文-风暴潮,模式经实测资料检验,获得了较满意的模拟结果。根据渤海沿岸主要验潮站观测年极值高(低)水位和年极值风增(减)水所得到的多年一遇高(低)水位和多年一遇风增(减)水,以及天文最高(最低)潮位,建立了由多年一遇风增(减)水和天文最高(最低)潮位的线性组合计算多年一遇高(低)水位的计算公式,并以此公式推算了渤海海区5个典型地区的多年一遇高(低)水位,供海洋工程设计时使用。     

黄骅港潮汐推算及精度分析

针对黄骅港验潮系统在工程应用中出现的数据缺测，研究了利用潮汐性质相似性判断指标和基于余水位配置的潮汐推算恢复缺测数据的可行性，分析了推算精度。结果表明，使用以上技术黄骅港缺测时刻水位数据的推算精度优于10cm，可满足实际生产作业需要。     

湄洲湾25万吨级航道设计乘潮水位的选取

拟建湄洲弯２５万吨级航道所处海域水下地形、水位条件等十分复杂,部分航段水深不足,如采取工程措施疏浚至设计深度要花费巨额投资。湄洲湾属于强潮海湾,利用潮位乘潮通航可大大降低工程造价。本文采用三套不同的程序计算乘潮水位并绫珞段具体情况提出乘潮最佳方案,既确保了超级油轮的航行安全,又降低了工程造价。     

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。     

鳌山湾水域水文设计参数分析

根据青岛大港验潮站的长期实测资料和鳌山湾连续一年的历时潮住资料，利用PearsonⅢ型曲线法和同步相关方法分析获得了鳌山湾极值水位及鳌山湾水域的设计水位。在此基础上，计算得到了深水和近岸波要素。所得水文设计参数为鳌山湾的后续开发提供了科学依据。     

基于余水位配置的海洋潮汐推算研究

基于余水位的配置模型,利用长期验潮站实测水位结合临近短期验潮站天文潮位来恢复短期站的实际水位,并对其进行误差分析,证明基于余水位配置的海洋潮汐推算的可行性与实用性.     

考虑潮流影响的航道乘潮水位计算方法研究与应用

乘潮水位是沿海航道设计的重要参数之一,然而现有乘潮水位的计算方法只考虑了潮汐这一因素,往往忽视潮流因素。随着船舶大型化和航道建设条件复杂化,潮流也成为部分航道乘潮水位计算必须考虑的要素之一。在分析潮位、流速相关关系的基础上,基于乘潮水位计算的典型潮曲线法,提出了考虑"潮流窗口"后乘潮水位的计算方法,以舟山岛礁海域的鱼山10万吨级进港航道为例进行了实例分析,进一步说明了本方法的实用可行。     

秦皇岛港设计水位和校核水位推算

鉴于秦皇岛港工程开发的需要，本文根据该港多年实测潮汐资料，推算了该港的设计水位和校核水全。推算得出秦皇岛港的设计，低水位分别为１．６３ｍ和０．０２ｍ；校核高，低水位分别为２．６１ｍ和－１．７２ｍ。     

上海国际航运中心洋山深水港区一期工程起步位置的探讨

通过对拟建港址处工程前后流场的分析 ,提出整治设想 ,探讨在具有多岛屿、多通道、中强潮、高含沙量特征的外海建港如何起步     

珠江三角洲的水位变化趋势及其本征模型

根据一元线性回归分析的正则方程计算了高频扰动对确定海平面变化趋势的确切影响。结果表明 ,在验潮记录较短的客观条件下 ,高频扰动对趋势项的影响是显著的 ,其中影响最显著的高频带是 f≥ 0 .0 2 0 8cpm ( circle per month) ,即对应的周期 T≤ 4 a的高频扰动。探讨用最平滤波器对月均验潮序列进行低通数字滤波预消除高频扰动的影响 ,由低通序列一元线性回归分析来估算珠江三角洲各站近 30 a来的水位变化率。应用经验正交函数( EOF)分析珠江三角洲水位变化的时空特征及计算其区域水位变化趋势 ,EOF分解表明 ,珠江三角洲水位变化总体呈上升趋势 ,区域水位的平均变化率为 2 .3mm/ a。