大范围海域实时水位解算方法

任务来源：

技术领域：防灾减灾

技术来源：自主研发。计算机软件著作权：软件名称：多站水位改正软件蓄V1.0。原始取得，登记号：2020SRO135642。软件名称：卫里测高海沙提取教件V1.0。原始取得，登记号：2018SR740459。

技术原理

该技术基于POM（princeton ocean model）模式与blending同化法、最小二乘拟合法等多种水位改正法，构建了基于精密潮汐模型和多站水位改正模型的大范围海域实时水位解算方法，研发了多站水位改正软件，实现大范围海域的实时水位控制，满足水位改正的精度要求，本方法可获得研究区任意位置、任意时刻的高精度水位数据，降低了人工水位观测的成本和风险，可为水下地形测量、航海的水位信息动态保障和枯水期水量调度及咸潮上溯研究等提供实时水位数据，并可推广应用于长江口、杭州湾等海域。

技术特色

（1）稀少验潮站控制下的大范围海域水位推算。该技术依托沿岸及部分海岛稀少验潮站，收集水深与验潮站等资料，构建精度更高的区域潮汐模型，并对该海域的余水位时空特征进行分析，结合固定验潮站点的分布情况，评估以稀少验潮站点实现大范围水位推算的精度，给出分区水位推算的方案，可实现稀少验潮站控制下的大范围海域水位推算。（2）大范围的低成本、高效率和高精度的多站水位改正。该技术针对当前四站及以上水位改正法需分区改正会引起邻区跳变的弊端，通过优化最小二乘法水位改正模型，构建多站水位改正模型实现了四站及以上四站及以上的多站水位无须分区即可水位改正，提高了水深测量成果的精度。（3）可复制性、可推广性、适用性强。该技术可推广至其他河口及邻近海域，且技术方法、模型构建、论证分析等具可复制性，适应性强。首先，都可采用基于潮汐模型与余水位监控的方法；其次，潮汐模型构建与方法适用性论证过程是一致的；最后，替换为相应海域的潮汐模型，即可运用水位推算软件。研究成果长期适用，能够持续节约成本，提高效率与安全性。

技术指标

通过大量实测数据统计计算和工程运用可知，该技术构建的精密潮汐模型精度为4.5cm，优于国际模型；水位解算成果误差在±5cm以内，水深测量数据水位改正成果中误差在±15cm以内，精度能够满足相应规范要求。

应用范围及前景

适用于水下地形测量和枯水期水量调度、咸潮上溯研究等领域。该方法已在部分水利部前期规划项目和水利水电工程项目得到成功运用，如《珠江河口四期水下地形测量》（GS1-ZW-SLQQ-2018-319）、《深圳至中山跨江通道水下地形测量项目》（SBY-G1-SLZT-2017-406）、《珠海市白龙河治理工程可行性研究》（20180510W2019-110）等，经济效果显著。典型案例：《珠江河口四期水下地形测量》（GS1-ZW-SLQQ-2018-319）。珠江河口四期水下地形测量项目是水利部前期规划项目，2017年11月，水利部下达《水利部关于珠江河口四期水下地形测量项目任务书的批复》，2018年6月中水珠江规划勘测设计有限公司投标并中标该项目，该项目时间紧、任务重，需要在1年半的时间内完成珠江口及延伸区2280k㎡的水下地形测量。水下地形测量需要高精度的水位观测数据，而珠江口10月至次年3月以东北向风浪为主，5—8月多南、西南向风浪，平均波高0.9～1.9m，较高和较频繁的风浪使得人工观测水位精度降低和安全风险加大。以珠江河口四期水下地形测量项目为例，如果采用传统的三站以上水位改正法需分区改正，需分8个区，布设18个水位站（见传统水位改正法水位观测布设图）产生8个跳变区，影响成果精度。而且分区改正只能一区测完测量另个一区，否则需要搬站，成本高效率低，因为有时可能这片海域风浪大不能测量，另外海域可以。基于精密潮汐模型推算水位结合多站不分区水位改正即可实现整个区域任意位置随便测。只布设了4个临时验潮站（其中SC15临时观测几天）进行精度校核（见本方法水位观测布设图），3个长期验潮站用于水位推算。节约11把水尺，平均1把尺平均50天观测，租船费换船4次×50×0.3万元=60万元；人工费11人约55万元；搬站8次，每次2.5万元成本，20万元。误工费每次5万元合计40万元，其他数据处理等25万元，合计节省成本200万元。项目比预期提前两个月完成，成本大幅降低，效率提升，经济效益显著。

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赵薛强

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