遠距離潮位控制在萊州港5萬噸級航道疏浚工程中的應用

　　摘 要：利用岸邊設立的驗潮站得出的潮汐信息，運用天文潮加余水位訂正的方法推算滿足精度要求的在建萊州港5萬噸航道內任意點的瞬時潮高，以此來指導疏浚施工作業和應用于航道的水深測量。
　　關鍵詞：疏浚施工 水深測量 潮位控制 潮位推算
　　中圖分類號：U6文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0046-01
　　萊州港地處渤海萊州灣東岸，港口自然條件優越，岸線資源豐富，是萊州灣及黃河三角洲地區近千公里沿岸罕有的具備條件建設深水碼頭和打造億噸大港的港口。“煙臺港萊州港區5萬噸級航道疏浚工程”是擬在現有航道基礎上擴建成5萬噸級航道工程。工程設計航道長度26.4km。萊州港附近海域為不正規半日潮，。萊州港區受萊州灣半日潮波系統及蓬萊外海日潮波系統的綜合影響，潮汐性質比較復雜。
　　本工程疏浚航道長，屬于遠距離潮位控制。我部在天津海測大隊的技術支持下，基于天文潮位加余水位訂正的潮位推算方法，研究實施了本工程的遠距離潮位控制。現在本工程已完工，處于通過竣工驗收階段。本文就此次潮位控制的推算方法的原理和在本工程應用過程進行闡述。
　　1 潮位推算原理
　　潮位推算的基本原理是根據本區域的潮汐特征，計算測區內網格點主要分潮的調和常數。利用附近海域的長期驗潮站資料分析所有分潮的調和常數，對施工區內的數值計算結果進行修正，同時確定當地平均海面、驗潮記錄零點、1985國家高程基準以及理論最低潮面之間的關系，從而確定各點的理論最低潮面。然后利用各點上的數據內插計算施工區內的任意點主要分潮的調和常數和理論最低潮面，并利用長期驗潮站主要分潮與隨機分潮之間的差比關系，將任意點的調和常數加以擴展，據此推算該點的瞬時天文潮位。最后利用長期驗潮站實測潮位計算給定時刻的余水位，并據此推算該時刻測區內任意測點給定時刻的潮位。
　　2 基于余水位訂正潮位推算方法的公式
　　3 潮位數據的采集分析
　　本次潮位數據采集設置兩站。萊州港驗潮站位置為37-25N，119-57E；采集時間為2011-08-24～201-09-27。航道口26+400驗潮站位置為37-39N，120-00E；采集時間為2011-08-24～2011-09-27。岸上驗潮站采用壓力式潮位計，數據采集存儲間隔為10min，全天候觀測、記錄、存儲。航道疏浚海域外端口設立定點驗潮站，采用瑞士凱樂（KELLER）生產的DCX-22驗潮儀，標稱精度為0.1%FS（典型，FS為滿量程，50m），潮位采集存儲間隔均為10min。
　　（1）密度、氣壓改正。
　　由于水深測量精度要求較高，需考慮氣壓變化對水位測量精度的影響，使用（DCX-22 BARO 0.8...1.3bar絕壓）做氣壓補償，將DCX-22驗潮儀的壓力零點修正至瞬時海面。
　　壓力式驗潮儀測量的是海水密度為1.00×103kg/m3的壓力值，而實際測量時的海水密度并不完全等于1.00×103kg/m3，需要對觀測得到的潮汐數據進行海水密度改正。
　　（2）驗潮零點修正。
　　岸上驗潮站采用壓力式潮位計，受海洋環境腐蝕，壓阻片不可避免會產生變形，帶來驗潮零點飄移。為監測岸上驗潮站零點變動情況，在驗潮站附近設立人工水尺，通過人工記錄水位比對來監測、修正岸上驗潮站零點變動。海上驗潮站除儀器零點變動外、受安裝載體沉降影響，潮位記錄零點的變化更加復雜，計劃采用臨近驗潮站實測潮位數據，將潮汐影響剝離以判斷零點飄移量并修正。
　　（3）缺測水位插補。
　　對缺測數據的插補基于上述原理，采用余水位訂正天文潮位的方法插補。
　　（4）深度基準面、平均海面確定。
　　采用天津海測大隊《沿海港口潮汐分析處理系統》對采集的潮位數據進行調和分析，得到調和常數，并搜集相鄰已知驗潮站的長期資料對短期驗潮站調和常數進行優化從而得到較穩定的短期站調和常數，精確海上驗潮站的深度基準面，精度優于10cm。
　　按照國家三（四）等水準測量的技術要求引測萊州港平均海面，采用同步改正的方法傳算海上定點驗潮站的平均海面，精度優于5cm。
　　4 組織實施
　　由上述基礎資料分析，本次疏浚工程海域已超出岸上驗潮站的單站控制范圍，如要求潮位控制精度優于10cm（95%置信度），除在岸上設立驗潮站外，還要在疏浚海域設立自容式驗潮站。由于海上驗潮作業難度大、成本高，且數據質量和實時性也難以保證。
　　經過反復討論，制定了實測水位結合推算水位的潮位控制方案。利用現有潮位資料分析結果和附近海區潮汐數學模型，以萊州港驗潮站為基準站，推算航道口（26+400）位置的潮位，采用雙站直線分帶改正的方法來對整個施工區域進行潮位控制。根據驗潮結果確定分三帶控制施工區潮位符合精度要求。
　　5 結語
　　本潮位控制方法的應用，為萊州港5萬噸級航道工程成功解決了沿岸潮位站無法有效控制遠距離海域潮汐的難題。為本工程的實施節約了大量的人力、物力、財力。本方法對于萊州港5萬噸級航道工程的成功應用為我公司大航道疏浚工程的施工積累了寶貴的經驗，對于我公司的發展和港口疏浚乃至海洋工程都具有極為重要的意