短期潮位数据调和分析方法研究

论文摘要

长江感潮河段从安徽境内大通水文站开始,直至江苏徐六泾水位站,总长度约600公里。位于该感潮河段地带的长江三角洲区域,社会经济活动活跃,为国家经济发展提供了强大的助力。该区域地势平坦,平均海拔较低,在遭遇台风、暴雨等天气时,水位急速上涨,极易发生严重的洪涝灾害。因此,对感潮河段水位变化进行分析探索、规律总结,成为诸多地理学和水文学方面专家学者多年来一直关注和研究的热点问题。调和分析方法作为潮汐和潮流预报的主要方法,被应用于各个海域的潮汐研究中。根据观测数据的时间长度,可以将调和分析方法分为长期、中期和短期三类,目前大多数研究主要侧重于分析长期和中期数据,对短期数据的分析较少。感潮河段水位同时受到上游径流(尤其是洪水波)和外海潮汐的作用,水位过程受径流影响大,变化复杂。径流量(尤其是在洪季)每天都有变化,且无短期规律可言,利用感潮河段水位长期数据进行调和分析,难以反映径流量的影响,预报精度不佳。为此,本文面向研究感潮河段水位预报方法的需求,以短期数据为切入点,研究其调和分析方法,利用该方法分析感潮河段水位站点数据,探索调和常数与上游径流量之间的相关关系,构建感潮河段水位预报模型。本文首先应用傅里叶分析方法对潮位数据(逐时)进行插值加密,在实测数据不失真的前提下,保证插值数据的质量。其次,为克服分析时短期资料数据量少的不足,从数据长度、潮型及起点分别进行潮位数据选取规则的研究,最终明确从中潮平均潮位开始的120～135h以内的潮位数据,较适宜于短期调和分析。接着,针对短期潮位数据调和分析中可能出现的分潮混淆问题,研究了基于岭回归分析的解决方案,考虑到该方法为有偏估计,进一步提出了对预测结果的修正方法。最后,利用本文的潮位数据选取规则和基于岭回归的调和分析方法,结合傅里叶分析方法,以长江感潮河段白茆水位站点数据为例进行短期调和分析,建立所得调和常数与大通径流量之间的定量关系,构建白茆站水位预报模型,并验证结果的合理性。本文通过分析外海潮位站点数据,明确了用于调和分析的短期潮位数据选取规则,提出了基于岭回归的短期潮位数据调和分析方法,将感潮河段白茆水位站作为实验站点,探索调和常数与上游径流之间的相关关系,并在此基础上构建感潮河段水位预报模型,实验结果整体符合水位变化趋势,验证了本文研究方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题背景及研究意义
•     1.1.1 选题背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 潮汐调和分析
•     1.2.2 感潮河段水位预报
•     1.2.3 总结与分析
•   1.3 研究目标及内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•   1.4 研究方法与技术路线
•     1.4.1 研究方法
•     1.4.2 技术路线
•   1.5 论文组织
• 第2章 感潮河段水位预报理论及方法概述
•   2.1 潮汐学基本概念
•     2.1.1 潮汐现象
•     2.1.2 潮汐特征
•     2.1.3 潮汐类型
•   2.2 水文学基本概念
•     2.2.1 水位
•     2.2.2 流量
•     2.2.3 感潮河段及其特性
•   2.3 水位预报方法
•     2.3.1 水动力学模拟方法
•     2.3.2 水位演算法
•   2.4 调和分析方法
•   2.5 数据插值加密方法
•     2.5.1 插值方法简介
•     2.5.2 傅里叶分析介绍
•     2.5.3 插值思路
•     2.5.4 插值修正方法
•   2.6 岭回归分析方法
•   2.7 本章小结
• 第3章 短期水位数据选取规则
•   3.1 研究站点概况
•   3.2 基本原理
•   3.3 数据的获取与预处理
•   3.4 数据长度选取分析
•     3.4.1 径流量数据分析
•     3.4.2 长度选取分析
•   3.5 潮型选取分析
•   3.6 起点选取分析
•   3.7 本章小结
• 第4章 短期潮位数据调和分析
•   4.1 基本原理
•     4.1.1 引入岭回归的调和分析
•     4.1.2 潮位修正方法
•   4.2 基于岭回归的调和分析方法
•   4.3 潮位修正
•   4.4 本章小结
• 第5章 感潮河段水位预报模型
•   5.1 基本原理
•     5.1.1 统一时间原点
•     5.1.2 引入修正关系
•     5.1.3 调和常数与径流间关系
•   5.2 实验站点概况
•   5.3 调和常数与径流间关系探索
•     5.3.1 数据选取及调和分析
•     5.3.2 调和常数与径流关系探索
•   5.4 水位预报应用
•     5.4.1 白茆站水位预报应用
•     5.4.2 结果分析与讨论
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 研究结论
•   6.2 研究中存在的不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈坤

导师: 宋志尧

关键词: 短期数据,调和分析,岭回归分析,傅里叶分析,感潮河段

来源: 南京师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 南京师范大学

基金: 国家重点研发计划项目“城镇公共安全立体化网络构建与应急响应示范”中课题二“突发自然灾害和事故灾难事件监测与风险评估”的资助(批准号 2018YFB0505500,2018YFB0505502),国家自然科学基金优秀青年项目“地理建模与模拟”(41622108),国家自然科学基金青年项目“面向分布式地理模型集成应用的数据服务总线研究”(41701441)

分类号: P714

DOI: 10.27245/d.cnki.gnjsu.2019.000038

总页数: 89

文件大小: 5813K

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