[发明专利]一种非高频潮位序列的涌潮高度计算方法

说明书

本发明公开了一种非高频潮位序列的涌潮高度计算方法，包括以下步骤：S1，确定第一非高频潮位序列的计算参数：时间间隔、潮数及逐潮水深湍流度；S2，获得研究区域的第一高频潮位序列；S3，统计第一高频潮位序列的逐潮涌潮高度；S4，对第一高频潮位序列再取样，得到第二非高频潮位序列；S5，计算第二非高频潮位序列的逐潮水深湍流度；S6，根据第一高频潮位序列的逐潮涌潮高度与第二非高频潮位序列的逐潮水深湍流度建立相关关系式；S7，将S1确定的水深湍流度，代入S6建立的相关关系，推算涌潮高度。本发明能反映局地水深不同导致涌潮强度的差异，能更准确推算研究区域的涌潮高度，更符合实际情况。

技术领域

本发明涉及治河工程领域，具体涉及海塘、围堰、丁坝、桥墩、水闸或其他涉水工程所在区域的涌潮强度确定方法。

背景技术

涌潮是潮波进入河口后的涨潮阶段，在几秒钟内和十几米范围上，水位骤然抬升的现象，属于特殊的浅水间断流运动。涌潮是一种宝贵的自然资源，同时也是一种蕴含巨大能量的特殊强非线性间断流运动，流速大、破坏力强、水流特性复杂，当涌潮经过时，两岸海塘、围堰、丁坝、桥墩、闸门等建筑物将受到涌潮拍击，瞬间产生的巨大作用力容易造成涉水工程失稳。涌潮高度是衡量涌潮强度的主要指标之一，高度越大，表明涌潮越强，对相关建筑物的安全威胁也越大。因此涌潮高度的获取具有十分重要的作用。

一般来说，涌潮高度指涌潮潮头前后的水位差，即潮头壅水顶面（水花不计）与潮端前趾低水位的高度差。因为强涌潮潮头过程一般只有几秒钟，目前涌潮高度一般需要通过高频潮位监测数据（时间间距1s左右）才能获取，传统上的潮位观测数据一般时间间距为几min～1h，均属于非高频潮位数据（时间间距1min及以上），一般无法直接读取得到涌潮高度数据。对于非高频潮位数据，目前主要是当地历史涌潮高度与对应潮差的简单线性相关关系进行换算，如某涌潮河段采用拟合涌潮高度与潮差的关系： 。但是该方法并没有考虑同一河段局地水深不同导致的潮头紊动效应差异；在同一河段，潮差基本不变，但岸边和江道主槽之间水深差异较大，潮头紊动效应差异明显，导致涌潮高度差异大。因此，对滩、槽都采用潮差推算涌潮高度往往相同，这就与实测资料存在明显差异，推算的涌潮高度往往在浅水区偏小，在深水区偏大。

发明内容

传统的非高频潮位的涌潮高度确定的经验公式法无法适用于同一河段局地水深差异导致的潮头紊动效应差异，计算结果在浅水区偏小，在深水区偏大。针对以上问题，本发明提出了一种考虑涌潮潮位紊动效应的涌潮高度计算方法，提高了根据非高频潮位序列推算涌潮高度的计算精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种非高频潮位序列的涌潮高度计算方法，包括如下步骤：

S1、定义该序列为第一非高频潮位序列，确定该序列的计算参数：时间间隔、潮数及逐潮水深湍流度；为潮位序列中相邻潮位数据的时间间隔，一般为1～10min；潮数为该序列中包含完整涨潮、落潮的潮位过程的总数目，；水深湍流度为脉动水深标准差与时均水深之比，计算公式如式（1）所示，用于定量表示水深波动的强弱：

      （1），

式中，为瞬时水深，，为瞬时潮位，为河床高程；

为时均水深，，为时均潮位；

为脉动水深，，为脉动潮位；

为潮位数据计数，为统计时距内的潮位数据总数，为水深湍流度；

S2、收集研究区域的历史高频潮位过程，或者重新测量该区域高频潮位过程，获得第一高频潮位序列；

S3、针对步骤S2收集的第一高频潮位序列，按照涌潮高度的定义统计每个潮过程的涌潮高度；

S4、针对步骤S2的第一高频潮位序列，按照第一非高频潮位序列的时间间隔再取样，形成第二非高频潮位序列；

S5、计算步骤S4的第二非高频潮位序列中每个潮的水深湍流度；

S6、根据步骤S3第一高频潮位序列的涌潮高度与步骤S4的第二非高频潮位序列的水深湍流度建立相关关系，得到水深湍流度推算涌潮高度的关系式：