吳春節(jié)，許建宣，王智明

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042)

1 引 言

隨著海洋科學(xué)的持續(xù)發(fā)展，人類逐漸向海洋索取更多的自然資源、空間資源、能源以及航運(yùn)的便利等等，為了合理規(guī)劃利用海洋資源，以防止對(duì)海洋資源的不合理的利用與開發(fā)，做到對(duì)海洋的可持續(xù)規(guī)劃利用，海洋地理信息服務(wù)必須跟進(jìn)。海洋基礎(chǔ)地理信息的建立是促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)性和公益性事業(yè)。海洋地理信息建立的基礎(chǔ)工作就是水深測(cè)量，海洋測(cè)量是在測(cè)量船上以瞬時(shí)海面作為參考面進(jìn)行的測(cè)量活動(dòng)，受到海洋潮汐的周期性影響，所以必須對(duì)測(cè)深值進(jìn)行潮汐改正。潮位改正的方法主要有單站改正、兩站改正和多站改正。

浙江沿海的潮汐振動(dòng)主要是由太平洋潮波引起的諧振動(dòng)。來自西北太平洋的潮波傳經(jīng)琉球群島島間水道，以幾乎平行的行波形式進(jìn)入東中國海，然后沿西北偏西方向進(jìn)入浙江沿海［1］。寧波南部海域的東側(cè)無影響潮波傳播的較大島嶼，潮汐類型為非正規(guī)半日潮，潮流基本呈往復(fù)流，潮波傳播較均勻。驗(yàn)潮站的布設(shè)與潮位控制比較易于操作。

2 驗(yàn)潮站布設(shè)

海道測(cè)量中驗(yàn)潮站有效距離為下式計(jì)算:

式中，d 為驗(yàn)潮站有效距離(km)，δ 為測(cè)深精度(cm)，S 為兩站之間的距離(km)，△hmax為兩站在同一時(shí)間的最大可能潮高差(cm)。一般海洋測(cè)繪項(xiàng)目中驗(yàn)潮站沿海岸線布設(shè)，本項(xiàng)目中外海也布設(shè)了驗(yàn)潮站，潮位改正采用外推與內(nèi)插相結(jié)合的方式［2～5］。

測(cè)區(qū)范圍如圖1 所示，測(cè)區(qū)東西長(zhǎng)約37 km，南北長(zhǎng)約31 km，整個(gè)測(cè)區(qū)較開闊，雖然測(cè)區(qū)內(nèi)外島嶼眾多，但是島嶼面積非常小，不足以對(duì)潮波傳播造成影響，測(cè)區(qū)水深較淺，從西部的灘涂到測(cè)區(qū)最東側(cè)最深處18 m。共布設(shè)了8 個(gè)驗(yàn)潮站，丟失一個(gè)，最終只收回了7 個(gè)。由于驗(yàn)潮站無人值守，在這7 個(gè)驗(yàn)潮站中其中一個(gè)驗(yàn)潮儀在測(cè)量施測(cè)期間被人為拉起過兩次，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能用于水深改正。最后只有6 個(gè)驗(yàn)潮站可以用。用于潮位改正的驗(yàn)潮站位置如圖2 所示。

水位改正由6 個(gè)臨時(shí)驗(yàn)潮站進(jìn)行改正，6 個(gè)驗(yàn)潮站共組成5 個(gè)三角分帶，東部超出3 號(hào)站與4 號(hào)站連線的區(qū)域，利用3 號(hào)站、4 號(hào)站和5 號(hào)站進(jìn)行三角分帶外推水位改正，其他區(qū)域利用5 個(gè)三角分帶進(jìn)行水位改正。

圖1 原計(jì)劃潮位站布設(shè)位置分布圖

圖2 最終潮位控制網(wǎng)圖

3 潮位控制分析驗(yàn)證

如表1 所示，三角分帶控制網(wǎng)中臨時(shí)潮位站間的最大潮高差為55 cm，最大潮時(shí)差為75 min，滿足《海道測(cè)量規(guī)范》(GB 12327－1998)關(guān)于驗(yàn)潮站布設(shè):“驗(yàn)潮站布設(shè)的密度應(yīng)能控制全測(cè)區(qū)的潮汐變化，相鄰驗(yàn)潮站之間的距離應(yīng)滿足最大潮高差不大于1 m，最大潮時(shí)差不大于2 h，潮汐性質(zhì)基本相同”的規(guī)定［6］。

臨時(shí)驗(yàn)潮站潮汐性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表 表1

(1)對(duì)三角分帶控制范圍區(qū)域的驗(yàn)證

從表1 中可以看出，1 站與2 站間最大潮高差為39 cm，最大潮時(shí)差為50 min，缺少7 號(hào)臨時(shí)驗(yàn)潮站的水位數(shù)據(jù)仍滿足要求。各三角分帶相鄰潮位站間最大潮高差為55 cm，最大潮時(shí)差為75 min，均滿足要求。

(2)對(duì)超出3 號(hào)臨時(shí)驗(yàn)潮站與4 號(hào)站連線的區(qū)域的驗(yàn)證

3 號(hào)臨時(shí)驗(yàn)潮站至4 號(hào)站的距離約為54 km，超出三角分帶控制區(qū)域至3 號(hào)與4 號(hào)兩個(gè)臨時(shí)驗(yàn)潮站連線的最大垂直距離約為10 km。作業(yè)期間3 號(hào)站與4 號(hào)站最大潮高差為42 cm，最大潮時(shí)差為45 min，兩站的潮汐性質(zhì)基本相同。

超出三角分帶控制區(qū)域利用不同驗(yàn)潮站不同改正方法進(jìn)行改正驗(yàn)證，利用3 號(hào)站—4 號(hào)站—5 號(hào)站三角分帶對(duì)超出區(qū)域進(jìn)行水位改正和利用3 號(hào)站與4 號(hào)站對(duì)超出區(qū)域進(jìn)行線性改正，對(duì)改正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行互差對(duì)比，統(tǒng)計(jì)如表2 所示:

超出三角分帶控制不同驗(yàn)潮站改正后水深值差值統(tǒng)計(jì)表 表2

(3)對(duì)鏡像區(qū)域利用不同驗(yàn)潮站不同改正方法進(jìn)行改正驗(yàn)證

用不同潮位站不同方法對(duì)超出區(qū)域的鏡像區(qū)域進(jìn)行水位改正，鏡像區(qū)域以3 號(hào)與4 號(hào)兩站連線為中心線，對(duì)超出區(qū)域所作的鏡像如圖3 所示:

圖3 鏡像區(qū)域示意圖

對(duì)鏡像區(qū)域分別利用3 號(hào)站—4 號(hào)站—5 號(hào)站進(jìn)行三角分帶改正和利用3 號(hào)站、4 號(hào)驗(yàn)潮站線性改正，對(duì)改正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行互差對(duì)比，統(tǒng)計(jì)如表3 所示:

鏡像區(qū)域不同驗(yàn)潮站改正后水深值差值統(tǒng)計(jì)表 表3

(4)利用檢查線進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證

利用3 號(hào)和4 號(hào)兩個(gè)臨時(shí)驗(yàn)潮站對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性改正，并將該數(shù)據(jù)與J3 檢查線、J4 檢查線的數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4 所示:

檢查線相同位置水深值差值統(tǒng)計(jì)表 表4

(5)對(duì)測(cè)區(qū)東北部驗(yàn)潮站連線外區(qū)域的驗(yàn)證

從對(duì)驗(yàn)潮站連線外區(qū)域利用不同潮位站不同方法改正，其差值最大值為12.2 cm，且98.64%的差值都小于10 cm，可知該海域潮汐性質(zhì)相同，潮位站能夠有效控制的范圍大;由鏡像區(qū)域利用不同潮位站不同方法改正的分析:其差值最大為15.6 cm，且96.88%的差值都小于10 cm，可知鏡像區(qū)域在驗(yàn)潮站3 號(hào)站和4號(hào)站的有效控制范圍之內(nèi)，且精度較好，驗(yàn)潮站連線外區(qū)域相對(duì)于鏡像區(qū)域，靠近外海，潮汐性質(zhì)更為簡(jiǎn)單，所以超出區(qū)域也在驗(yàn)潮站3 號(hào)站和4 號(hào)站的有效控制范圍之內(nèi)。利用驗(yàn)潮站3 號(hào)站和4 號(hào)站對(duì)測(cè)區(qū)線性改正的數(shù)據(jù)與檢查線J3、J4 的數(shù)據(jù)對(duì)比，得出中誤差分別為 ±13.4 cm 和 ±14.0 cm，均小于規(guī)定的±20 cm。

為了提高水位改正的精度，我們利用3 號(hào)站—4號(hào)站—5 號(hào)站三角分帶外推方法對(duì)測(cè)區(qū)東部驗(yàn)潮站連線外區(qū)域進(jìn)行水位改正，并利用3 號(hào)站—4 號(hào)站—6 號(hào)站三角分帶外推方法進(jìn)行驗(yàn)證，分別利用兩三角分帶外推方法對(duì)測(cè)區(qū)東部驗(yàn)潮站連線外區(qū)域的數(shù)據(jù)處理并對(duì)比，統(tǒng)計(jì)如表5 所示。

不同三角分帶改正后水深值差值統(tǒng)計(jì)表 表5

從表5 的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出分別利用兩個(gè)三角分帶外推方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，二者改正后水深數(shù)據(jù)較吻合，可以滿足潮位改正精度要求，最終數(shù)據(jù)利用3 號(hào)站—4 號(hào)站—5 號(hào)站三角分帶外推方法進(jìn)行處理。

4 結(jié) 語

隨著海洋測(cè)繪中驗(yàn)潮儀器的發(fā)展，外海布設(shè)驗(yàn)潮儀也變得方便易行。在沿海岸線易于布設(shè)驗(yàn)潮儀的位置布設(shè)驗(yàn)潮儀的同時(shí)也應(yīng)對(duì)外海潮汐進(jìn)行觀測(cè)，采用外推與內(nèi)插相結(jié)合的潮位改正模式提高潮位改正精度。

［1］陳倩．浙江近海潮汐潮流的三維數(shù)值模擬［D］．杭州:浙江大學(xué)，2002．

［2］王征，桑金，王驥．海洋潮位推算在水深測(cè)量中的應(yīng)用［J］．海洋測(cè)繪，20121，22(2):3～8．

［3］許軍，劉雁春，暴景陽等．基于余水位的水位粗差探測(cè)與數(shù)據(jù)修復(fù)［A］．中國測(cè)繪學(xué)會(huì)海洋測(cè)繪專業(yè)委員會(huì)第二十一屆海洋測(cè)繪綜合性學(xué)術(shù)研究討論會(huì)論文集［C］．2009:87～89．

［4］方國洪，鄭文振，陳宗鏞等．潮汐和潮流的分析和預(yù)報(bào)［M］．北京:海洋出版社，1986．

［5］吳昊，田春和．基于余水位的潮位實(shí)時(shí)推算系統(tǒng)［J］．水道港口，2011，32(6):445～448．

［6］GB 12327－1998．海道測(cè)量規(guī)范［S］．