一种河口潮差快速预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水文水利工程领域，特别是涉及一种河口潮差快速预报方法。
【背景技术】
[0002] 河口潮汐预报是对河口区潮位、潮差进行预报，预报河口沿程各断面的潮差，正确 的预报对河口区防洪、通航、供水等生产、生活、工作情况具有重要的保障作用。目前对于河 口潮汐预报方法主要有2种方法:一、数值计算方法，通过建立数学模型进行计算预报，其主 要不足在于模型建模复杂，对专业性要求高，不易操作，且模型计算比较耗时，不利于实时 控制;二、水文统计方法，基于长时间序列的水文资料进行统计分析，然后进行预报，其主要 不足在于需要大量实测水文资料进行统计，操作繁琐，效率低下。总的来说，目前的河口潮 差预报方法存在操作繁琐、效率低下或者计算复杂度高、准确度低、耗时长等问题，导致无 法准确地进行预报。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种河口潮差快速预报方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种河口潮差快速预报方法，包括步骤：
[0006] S1、采集河口起点处的实时的潮位数据和平均水深数据；
[0007] S2、结合所采集的数据，拟合河床断面与河口沿程距离之间的关系曲线，并构建河 口潮差预报模型；
[0008] S3、将采集的实时的潮位数据和平均水深数据代入河口潮差预报模型后，计算获 得河口沿程各断面的潮差预测值。
[0009] 进一步，所述步骤S2,包括：
[0010] S21、收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面；
[0011] S22、建立河床断面与沿程距离的指数曲线，并拟合获得沿程指数；
[0012] S23、建立潮波传播的一维圣维南方程组，结合拟合获得的沿程指数对其进行简化 后，构建河口潮差预报模型。
[0013] 进一步，所述步骤S21，其具体为：
[0014] 收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面，并记录河床断 面的断面间距、离岸距离、断面面积以及河口宽度作为河床断面信息。
[0015] 进一步，所述步骤S22,其具体为：
[0016] 根据下式建立河床断面与沿程距离的指数曲线，进而根据剖分的河床断面的信 息，拟合获得沿程指数β:
[0018] 上式中，S表示河床断面的断面面积，Β表示河床断面的河口宽度，So表示河口起点 处河床断面的断面面积，Bo表示河口起点处河床断面的河口宽度，x表示沿程距离值。
[0019] 进一步，所述步骤S23包括：
[0020] S231、基于一维圣维南方程组，建立潮波传播的运动方程如下：
[0022]同时，建立潮波传播的连续方程如下：
[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表示河床断面的 床面坡降，η为曼宁糙率，S表示河床断面的断面面积，Q表示河床断面的断面流量；
[0025] S232、结合拟合获得的沿程指数将潮波传播的连续方程简化如下：
[0027]其中，β表示拟合获得的沿程指数；
[0028] S233、将步骤S231的欧拉形式的运动方程转换为如下的拉格朗日形式的运动方 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、根据步骤S232中的公式对S233的公式进行简化，获得高潮、低潮时刻潮波传 播的运动方程如下：
[0034] S235、求解步骤S234的公式，获得河口潮差预报模型如下：
[0036] 其中，y表示一无量纲参数，α表示河口湾的参数，γ表示河口地形沿程衰减的尺度 参数，Η0表示河口起点处的实测潮差值。
[0037] S23、建立潮波传播的一维圣维南方程组，结合河床断面与沿程距离的指数曲线对 其进行简化后，构建河口潮差预报模型。
[0038]进一步，所述步骤S3,其具体为：
[0039] 将拟合获得的沿程指数和采集的实时的潮位数据和平均水深数据代入河口潮差 预报模型的公式中进行求解，从而计算获得河口沿程各断面的潮差预测值。
[0040] 本发明的有益效果是:本发明的一种河口潮差快速预报方法，包括步骤:S1、采集 河口起点处的实时的潮位数据和平均水深数据;S2、结合所采集的数据，拟合河床断面与河 口沿程距离之间的关系曲线，并构建河口潮差预报模型；S3、将采集的实时的潮位数据和平 均水深数据代入河口潮差预报模型后，计算获得河口沿程各断面的潮差预测值。本发明计 算复杂度较低、计算效率高、预测准确度高，操作简单，可及时地进行潮差预测，准确地进行 预报。
【附图说明】
[0041] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0042] 图1是本发明的一种河口潮差快速预报方法的流程图；
[0043]图2是本发明的实施例二中实测获得的伶仃洋的河口断面与沿程距离的指数曲线 图；
[0044] 图3是本发明的实施例二中实测获得的黄茅海的河口断面与沿程距离的指数曲线 图；
[0045] 图4是本发明的实施例二中实测获得的磨刀门的河口断面与沿程距离的指数曲线 图；
[0046] 图5是本发明的实施例二中采用本发明的河口潮差预报模型进行潮差预测所获得 的预测曲线。
【具体实施方式】
[0047] 参照图1，本发明提供了 一种河口潮差快速预报方法，包括步骤：
[0048] S1、采集河口起点处的实时的潮位数据和平均水深数据；
[0049] S2、结合所采集的数据，拟合河床断面与河口沿程距离之间的关系曲线，并构建河 口潮差预报模型；
[0050] S3、将采集的实时的潮位数据和平均水深数据代入河口潮差预报模型后，计算获 得河口沿程各断面的潮差预测值。
[0051] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2,包括：
[0052] S21、收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面；
[0053] S22、建立河床断面与沿程距离的指数曲线，并拟合获得沿程指数；
[0054] S23、建立潮波传播的一维圣维南方程组，结合拟合获得的沿程指数对其进行简化 后，构建河口潮差预报模型。
[0055]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S21，其具体为：
[0056]收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面，并记录河床断 面的断面间距、离岸距离、断面面积以及河口宽度作为河床断面信息。
[0057]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S22，其具体为：
[0058]根据下式建立河床断面与沿程距离的指数曲线，进而根据剖分的河床断面的信 息，拟合获得沿程指数β:
[0060] 上式中，S表示河床断面的断面面积，Β表示河床断面的河口宽度，So表示河口起点 处河床断面的断面面积，Bo表示河口起点处河床断面的河口宽度，X表示沿程距离值。
[0061 ]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S23包括：
[0062] S231、基于一维圣维南方程组，建立潮波传播的运动方程如下：
[0064]同时，建立潮波传播的连续方程如下：
[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表示河床断面的 床面坡降，η为曼宁糙率，S表示河床断面的断面面积，Q表示河床断面的断面流量；
[0067] S232、结合拟合获得的沿程指数将潮波传播的连续方程简化如下：
[0069]其中，β表示拟合获得的沿程指数；
[0070] S233、将步骤S231的欧拉形式的运动方程转换为如下的拉格朗日形式的运动方 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、根据步骤S232中的公式对S233的公式进行简化，获得高潮、低潮时刻潮波传 播的运动方程如下：
[0076] S235、求解步骤S234的公式，获得河口潮差预报模型如下：
[0078] 其中，y表示一无量纲参数，α表示河口湾的参数，γ表示河口地形沿程衰减的尺度 参数，Η0表示河口起点处的实测潮差值。
[0079] S23、建立潮波传播的一维圣维南方程组，结合河床断面与沿程距离的指数曲线对 其进行简化后，构建河口潮差预报模型。
[0080] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3，其具体为：
[0081] 将拟合获得的沿程指数和采集的实时的潮位数据和平均水深数据代入河口潮差 预报模型的公式中进行求解，从而计算获得河口沿程各断面的潮差预测值。
[0082]以下结合详细实施例对本发明做进一步说明。
[0083] 实施例一
[0084] -种河口潮差快速预报方法，包括步骤：
[0085] S1、采集河口起点处的实时的潮位数据和平均水深数据；
[0086] S2、结合所采集的数据，拟合河床断面与河口沿程距离之间的关系曲线，并构建河 口潮差预报模型；
[0087] S3、将采集的实时的潮位数据和平均水深数据代入河口潮差预报模型后，计算获 得河口沿程各断面的潮差预测值，具体为:将拟合获得的沿程指数和采集的实时的潮位数 据和平均水深数据代入河口潮差预报模型的公式中进行求解，从而计算获得河口沿程各断 面的潮差预测值。
[0088] 本实施例中，步骤S2包括S21~S23:
[0089] S21、收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面，具体为： 收集河口河道地形图，以河宽的两倍距离作为间隔，剖分河床断面，并记录河床断面的断面 间距、离岸距离、断面面积以及河口宽度作为河床断面信息；
[0090] S22、建立河床断面与沿程距离的指数曲线，并拟合获得沿程指数，具体为：
[0091] 根据下式建立河床断面与沿程距离的指数曲线，进而根据剖分的河床断面的河床 断面信息，拟合获得沿程指数β:
[0093] 上式中，S表示河床断面的断面面积，Β表示河床断面的河口宽度，So表示河口起点 处河床断面的断面面积，Bo表示河口起点处河床断面的河口宽度，X表示沿程距离值。
[0094] S23、建立潮波传播的一维圣维南方程组，结合拟合获得的沿程指数对其进行简化 后，构建河口潮差预报模型。
[0095] 详细的，步骤S23包括步骤S231~S235: