天津海事測(cè)繪中心水文站網(wǎng) 數(shù)據(jù)的應(yīng)用探究

姜楠

摘? 要：水文氣象數(shù)據(jù)是海洋測(cè)繪、海事監(jiān)管、航海保障及港口設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為交通航運(yùn)、海洋環(huán)境保護(hù)、國(guó)防建設(shè)等提供科學(xué)支持。通過(guò)多年的建設(shè)與維護(hù)，天津海事測(cè)繪中心已初步建成了覆蓋整個(gè)北方海區(qū)的水文站網(wǎng)。本文從水文氣象數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用方面進(jìn)行了探索與研究，對(duì)今后水文站網(wǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用拓展具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水文站;潮汐;氣象;應(yīng)用

0 引 言

水文氣象要素是航海保障、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的參考依據(jù)，對(duì)于船舶安全通航、港口資源的開(kāi)發(fā)、航運(yùn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。國(guó)家不斷推進(jìn)的“一帶一路”倡議和“海洋強(qiáng)國(guó)”發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)如何積累以及有效利用水文氣象數(shù)據(jù)提出了更高的要求。這就使得航海保障單位順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，不斷提升水文信息服務(wù)水平。交通運(yùn)輸部下屬的北海航海保障中心、南海航海保障中心和東海航海保障中心分別按照中華人民共和國(guó)現(xiàn)行海區(qū)責(zé)任劃分，承擔(dān)著我國(guó)的航海保障任務(wù)。3家航保單位下屬的海事測(cè)繪中心水文隊(duì)分別負(fù)責(zé)各海區(qū)水文站網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)，水文氣象要素的采集、分析和整理等工作。

1 水文站網(wǎng)概況

北海航海保障中心天津海事測(cè)繪中心負(fù)責(zé)遼寧、河北、山東和天津三省一市沿海海區(qū)共計(jì)52個(gè)港口、航道的周期性測(cè)量及142幅海圖的出版發(fā)行工作。天津海事測(cè)繪中心水文隊(duì)負(fù)責(zé)北方海區(qū)水文信息的觀測(cè)、采集與預(yù)報(bào)研究工作。水文數(shù)據(jù)不僅能夠?yàn)楹５罍y(cè)量、海圖編繪提供數(shù)據(jù)支持，更能為航海保障、海洋開(kāi)發(fā)與監(jiān)測(cè)、海洋科學(xué)領(lǐng)域提供研究依據(jù)。為了完成交通部海事局下達(dá)的港口航道圖測(cè)量任務(wù)以及應(yīng)急搶險(xiǎn)任務(wù)，也為了更好地提高天津海事測(cè)繪中心水文信息服務(wù)水平，海測(cè)中心開(kāi)展了北方海區(qū)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的建設(shè)工作。

天津海事測(cè)繪中心前身為天津海事局海測(cè)大隊(duì)，從2001年開(kāi)始建設(shè)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站，起初驗(yàn)潮站只能觀測(cè)水文潮汐數(shù)據(jù)，稱之為簡(jiǎn)易水文站。簡(jiǎn)易水文站將潮汐觀測(cè)設(shè)備放置于箱體內(nèi)，固定于港口碼頭面，由傳感器記錄水位升降變化，進(jìn)而掌握潮汐數(shù)據(jù)，為北方海區(qū)港口航道圖測(cè)量任務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨著海事測(cè)繪業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展以及航海保障工作的要求，僅潮汐數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足工作需要，近幾年，在交通部海事局的大力支持下，天津海事測(cè)繪中心通過(guò)航測(cè)專項(xiàng)資金開(kāi)展了《北方海區(qū)重點(diǎn)港口水文信息服務(wù)系統(tǒng)（一期）》《北方海區(qū)重點(diǎn)港口水文信息服務(wù)系統(tǒng)（二期）》《北方港口水文信息服務(wù)系統(tǒng)》《山東沿海水文站網(wǎng)建設(shè)》項(xiàng)目，新建能夠采集潮汐、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、能見(jiàn)度、溫濕度的標(biāo)準(zhǔn)水文站，以及改造原有簡(jiǎn)易水文站。截至2018年底，天津海事測(cè)繪中心共建設(shè)有水文站33座，其中標(biāo)準(zhǔn)水文站17座，簡(jiǎn)易水文站16座。水文站分布均勻，其中天津6座，遼寧9座，河北4座，山東14座，基本形成了覆蓋整個(gè)北方海區(qū)的水文站網(wǎng)，在支持港口航道圖測(cè)繪、通航尺度核定、應(yīng)急搶險(xiǎn)測(cè)量、深度基準(zhǔn)面校核等方面起到了重要的推動(dòng)作用。各水文站位置示意圖見(jiàn)圖1，標(biāo)準(zhǔn)水文站及簡(jiǎn)易水文站分別見(jiàn)圖2和圖3。

2 數(shù)據(jù)應(yīng)用探究

近年來(lái)，交通部海事局投資近2 000萬(wàn)元在北方海區(qū)建設(shè)水文信息服務(wù)系統(tǒng)，已初步建成了軟硬件設(shè)施完善、布局合理的水文站網(wǎng)，積累了龐大的水文信息數(shù)據(jù)。但是我們也應(yīng)該看到，水文站網(wǎng)數(shù)據(jù)主要被運(yùn)用到的還是潮汐數(shù)據(jù)，應(yīng)用于天津海事測(cè)繪中心港口航道圖測(cè)繪任務(wù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)任務(wù)，對(duì)少數(shù)港方提供潮位數(shù)據(jù)等，標(biāo)準(zhǔn)水文站采集的氣象數(shù)據(jù)被運(yùn)用到的微乎其微。如何更充分地利用水文站網(wǎng)的氣象數(shù)據(jù)，如何更好地進(jìn)行航海保障，如何運(yùn)用大量的水文氣象數(shù)據(jù)促進(jìn)港口資源開(kāi)發(fā)，如何創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，已經(jīng)成為我們亟待解決的問(wèn)題。我們可以從以下幾方面入手：

（1）搭建數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)

潮汐指海水在天體（主要是月球和太陽(yáng)）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)，習(xí)慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐，而海水在水平方向的流動(dòng)稱為潮流。目前，天津海事測(cè)繪中心水文站網(wǎng)采集的只有垂直方向的潮汐數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)單一，建議結(jié)合海測(cè)中心2015年航測(cè)專項(xiàng)《北方海區(qū)潮流預(yù)報(bào)系統(tǒng)》中的潮流數(shù)據(jù)，形成各港口動(dòng)態(tài)的水文數(shù)據(jù)圖像，生成矢量數(shù)據(jù)，繪制可視化圖表。運(yùn)用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)及圖像處理技術(shù)，提高水文數(shù)據(jù)在查詢、制圖、數(shù)據(jù)分析方面的便利，能夠更好地為港口建設(shè)、應(yīng)急搶險(xiǎn)任務(wù)等提供數(shù)據(jù)支持。

（2）水文數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

天津海事測(cè)繪中心水文采集儀器有壓力式驗(yàn)潮儀、浮子式驗(yàn)潮儀和雷達(dá)式驗(yàn)潮儀。壓力式驗(yàn)潮儀采集間隔為5分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，浮子式和雷達(dá)式儀器1分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，因此水文數(shù)據(jù)數(shù)量龐大，管理難度大。目前，天津海事測(cè)繪中心水文數(shù)據(jù)面向海事用戶、航海保障用戶以及港方用戶。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式儲(chǔ)存容量有限，也不利用信息交流與共享。搭建水文數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，一方面可以更加高效地存儲(chǔ)、分析、處理潮位數(shù)據(jù)，進(jìn)行潮位推算模型的搭建以及理論深度基準(zhǔn)面的核算等工作;另一方面，可以更加快捷地對(duì)外提供水文信息服務(wù)，提升航海保障工作效率。

（3）港口氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

港口環(huán)境特殊，一旦遇到強(qiáng)降雨、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、大霧等惡劣天氣，會(huì)對(duì)港口生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、船舶進(jìn)出港、港口機(jī)械設(shè)備作業(yè)安全、港區(qū)作業(yè)人員生命安全等造成嚴(yán)重威脅。大風(fēng)天氣影響機(jī)械設(shè)備的正常操作，嚴(yán)重的會(huì)引起大面積停電，設(shè)備毀損;大霧引起的能見(jiàn)度過(guò)低會(huì)影響船舶航行及海上作業(yè)，造成船舶碰撞，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致沉船事故;強(qiáng)降雨也會(huì)給港口生產(chǎn)及人員安全帶來(lái)隱患。因此，氣象要素是港口正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、涉海人員作業(yè)安全的重要保障。充分利用17座已建成的標(biāo)準(zhǔn)水文站，將采集到的風(fēng)速風(fēng)向、能見(jiàn)度、溫濕度、降雨量等數(shù)據(jù)整合分析，搭建港口氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等惡劣天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)，能夠有效減少人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，完善航海保障服務(wù)職能。在港口氣象服務(wù)模式方面進(jìn)行更多的探索，可以為港口碼頭開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，推動(dòng)港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)航海保障工作以及港口生產(chǎn)精細(xì)化管理等方面具有重要作用。

3 結(jié) 語(yǔ)

天津海事測(cè)繪中心水文站網(wǎng)形成的海量數(shù)據(jù)是推動(dòng)北方海區(qū)航海保障、港口發(fā)展、海洋經(jīng)濟(jì)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。在實(shí)際應(yīng)用中，水文數(shù)據(jù)數(shù)量巨大，管理難度高，本文從搭建可視化平臺(tái)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了研究與探索，對(duì)今后水文數(shù)據(jù)的高效管理提供了參考;截至目前，潮汐數(shù)據(jù)是運(yùn)用最廣的，風(fēng)速、風(fēng)向、溫、濕、降雨量等氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用較少，本文提出整合數(shù)據(jù)在各港口水文站建設(shè)港口氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，最大挖掘北方海區(qū)各個(gè)水文站的內(nèi)在價(jià)值，提升天津海事測(cè)繪中心水文站網(wǎng)的社會(huì)影響力。

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