江阴潮位分析及预报方案

江阴潮位分析及预报方案江苏省水文水资源勘测局无锡分局盛龙寿2005年12月目录前言 (1)1概况 (1)1.1位置及沿革 (1)1.2潮位特性 (1)2潮位分析 (3)2.1最高潮位分析 (3)2.2潮位涨落的成因分析 (4)2.2.1天文因素（潮汐） (4)2.2.2上游来水（洪水） (8)2.2.3天气因素（风向风力） (9)3预报方案 (10)3.1一般潮位（逐时过程）预报 (10)3.1.1模型及预报方法 (10)3.1.2预报实例 (11)3.1.3误差现时校正 (15)3.1.4预报精度平定 (15)3.2特殊潮位预报（高、低潮预报） (19)3.2.1状态方程Y i,j =K i,j x+B i,j的确定 (20)3.2.2状态修正值T i,j的计算 (20)3.2.3台风、高潮增水方程ZS j=b0j+b1j*F j +b2j*Q j的确定 (21)3.2.4预报实例 (22)3.2.5误差现时校正 (26)3.2.6预报精度平定 (27)4预报方案小结 (30)5资料和建议 (31)前言每当汛期，各级政府及沿江厂矿企业、居民都非常关注长江下游潮位的变化过程。

特别是台风季节，风暴潮引起的高潮位引人关注。

做好长江下游潮位预报工作，为政府科学决策防洪抢险意义十分重大。

为此，我局在长江下游江阴潮位站几十年水文资料的基础上，结合天文、台风等相关资料，编制长江江阴站潮位分析预报方案。

1概况1.1位置及沿革长江江阴潮位站位于江阴市东郊滨江开发区，长江干流南岸的肖山脚下。

东经120度18分，北纬31度57分。

该站于1915年2月由上海浚浦局设立，至1937年10月31日停测，1948年1月1日恢复，至1949年4月14日停测，1949年6月5日由上海港务管理局恢复为水位站，1956年1月1日改由长江水利委员会下游工程局领导，1962年1月1日移交江苏省水文总站领导。

长江江阴潮位站是长江入海口潮流界上的重要水情站，他每天向中央和各级地方政府发报高、低潮位和雨情。

为防汛减灾作出了重要贡献。

1.2潮位特性如图1所示江阴潮位站潮汐属不正规半日潮，日潮不等现象显著，每24小时50分（天文上称为一太阴日）出现两次涨水和落水过程。

一般午前高潮高于午后高潮，每月农历初二、十七左右潮差达到最大值，图1农历初十、二十五左右达到最小值。

汛期受上游洪水和台风影响，根据解放以来50多年资料统计，江阴站年最高潮位超过6.00以上的大潮有21次，其中主要有洪水造成的8次，台风造成的13次。

见下表。

表11997年出现的历史最高潮位7.22米就是大潮汛与强台风相遇共同影响的结果。

有资料以来还没有记录到大潮汛、特大洪水、强台风三者共同在长江口相遇的情况。

如果三者共同相遇，预计江阴潮位将会更高。

2潮位分析2.1最高潮位分析江阴潮水位站自1915年建站以来，实测最高潮位7.22米，出现在1997年8月19日3时38分（农历7月17日）。

当天长江大通水位为12.16米，前3日大通水位分别为12.15米、12.13米、12.10米。

均低于警戒水位14.50米以下2米多，应该说长江水情属正常平稳下降状态。

但由于9711号台风在8月8日于太平洋（北纬11.2度东经158.9度）生成后，向西北方向移动并逐渐加强，至10日加强成热带风暴，并于次日发展成台风。

该台风自始至终移向移速稳定少变，而强度加强迅速，从中心风速33米/秒很快地发展成60米/秒的特强台风，到8月13日5时增加到最强值，位置在北纬18.5度、东经143.5度，中心气压920百帕，最大风速60~72（米/秒），密蔽云区平均直径444~555公里，8级以上大风风圈半径500多公里，10级以上大风风圈半径200多公里。

在海洋上维持9天之久后，8月18日晚在浙江省温岭登陆，登陆时中心风速仍有40米/秒，中心气压960百帕，江阴气象台测得江阴当地风速为东风9.7米/秒（5级），在强台风和天文大潮共同影响下，江阴潮位站8月19日凌晨3时38分出现历史最高潮位7.22米。

台风登陆后经安徽省沿江苏省西部省界北上，21日由徐州市进入山东省境内。

这次强台风影响时间长达3天之久。

影响范围几乎覆盖了江苏全境。

台风袭击我省期间，正值农历七月十七日天文大潮，形成大风、暴雨、高潮并袭。

全省普降暴雨和大暴雨，局部地区发生了特大暴雨。

江阴站测得日雨量58毫米。

长江干流常州魏村以下河段高潮位都突破历史最高记录。

2.2潮位涨落的成因分析 2.2.1天文因素（潮汐） 1、潮汐现象月亮引力离心力 月亮引潮力月球引潮力示意图宇宙中一切物体之间都是互相吸引的，引力的大小同这两个物体的质量的乘积成正比，同它们之间的距离的平方成反比。

月球对地球上不同地点引力的大小是随各点与月球中心的距离的不同而变化的，引力的方向指向月球的中心。

又地球不停地自转，绕太阳公转，同时还要绕地月公共质心转动而产生离心力。

离心力大小相等，方向相同。

由引力和离心力两矢量和产生合力，使海水发生运动形成潮汐现象，这合力称为引潮力。

在地球上，除地心没有引潮力外，其它地方都有大小不等、方向不同的引潮力，形成不同的潮汐现象。

地球表面任一点，在地球自转的过程中，都经过沿月球方向的直射点B和对蹠点D，形成引潮力向上，使海水向上运动即涨潮；当处于与月球相垂直的位置，如A、C点，引潮力向下，造成海水下降即落潮。

因此，在一个太阴日内，潮汐有两涨两落的现象，上中天和下中天各发生一次高潮。

宇宙中天体很多，但对地球能起巨大引潮力的不多。

综合考虑质量与距离两因素知：月球对地球的引潮力最大，约为太阳引潮力的2.2倍，太阳次之。

太阳、月球和地球三天体相对位置是随时变化的，月球和太阳对地球的引潮力的大小和方向也不断变化，所形成的潮汐大小也不同。

每逢朔望日，太阳、月球和地球三者几乎成一直线，月球和太阳的引潮力作用在同一方向，海水涨得最高，落得最低，潮差最大，形成“大潮”。

在上、下弦，三者位置呈直角，太阳潮最大程度削弱太阴潮，形成“小潮”，这就是潮汐半月周期变化的原因。

又因海底地形崎岖不平和海水有粘滞且深浅不一，使海水在水平引潮力作用下流动时受到很大的摩擦力，形成高潮迟到现象，即高潮不是在月中天而在月中天以后若干时间才发生。

同样的道理，一月中的两次大潮不是在塑望日，而是在初二、初三和十七、十八。

两次小潮不是在上弦和下弦而是在初九、初十和廿四、廿五。

2、江阴潮位统计分析长江江阴潮位站距长江入海口200多公里，俗称江尾海头，江面宽阔，潮汐现象与海洋一脉相连。

根据1996~2003年资料分析统计，江阴高潮位随阴历日期有如下变化规律。

阴历日期与高潮的增值统计表阴历日期与高潮的增值统计表2表图 23、潮汐表潮位的周期变化是由于各天体作周期运动所造成的，根据各天体运动的变化规律，对照相应的潮位变化过程，制作成《潮汐表》。

《潮汐表》由上海海事局每年提前半年编制出版。

我们可以直接运用它来作简单预报，尤其是潮时预报可以达到很高的精度。

如下图。

但用它作江阴潮位预报还须做修正，不然会有很大的误差。

图 42.2.2上游来水（洪水）上游来水的大小对下游水位有直接影响，特别是洪水过境时，将潮位过程整体抬高。

长江径流量巨大，以长江干流大通水文站作为上游来水的代表站，大通站距河口680多公里，距江阴站420公里，其洪峰传播到江阴的时间一般为2天左右。

在相同的天文因素条件下，江阴潮位随大通水位的变化关系如下图所示。

阴历十七江阴潮位与大通水位关系图（附图十七）012345678024681012141618二天前大通水位（米）江阴潮位（米）图 5大通洪峰流量最大达92600立方米/秒、最高水位16.64米（1954年），它决定了长江下游河段的底水流量及水位总体变化趋势，是影响江阴河段潮位变化的重要因素。

由于长江河槽巨大的调蓄能力，其流量在时间变化上比较缓慢，有较长的时间过程，因此总会遇到天文大潮。

如1998年长江大水，7、8、9连续3个月6次大潮前后有22个高潮超过6米。

2.2.3天气因素（风向风力）长江下游江面宽广，靠近海洋，海洋上的风向风力对江阴潮位影响颇大，特别是台风。

当台风中心位置介于北纬20度~32度、东经117度~132度之间的洋面上，并逐渐向长江口靠近时，长江口附近的海面上长时间吹向岸风（东风），沿海岸线包括长江口以内增水现象非常显著。

根据1996年~2003年8年资料分析统计，引起江阴潮位站有较强增水的台风见下表：表 32005年9号“麦沙”台风引起的增水为1.25米，是近几年台风增水最大的一次。

3预报方案3.1一般潮位（逐时过程）预报 3.1.1模型及预报方法一般潮位预报是利用《潮汐表》进行预报。

1、模型为：r t r r t r B X A Y +=,,式中：t r Y , 预报日（r ）、t 时刻潮位，t ＝9,10,11,…,8（日分界为8时）； t r X , 预报日（r ）、t 时刻潮汐表值；r A 预报日（r ）的乘常数； r B 预报日（r ）的加常数。

2、r A 、r B 的确定：采用预报日（r ）前15天的实测逐时数据与对应的潮汐表值建立直线相关关系。

得到的乘常数A 和加常数B 。

即作为r A 、r B 。

3、每确定一组A 、B 仅限于预报1~3天的潮位过程。

如须预报下一天（r ＋1）的潮位过程，或一天接一天连续预报（r ＋1，r ＋2，……），则重复上述方法。

建立关系的有关实测资料由遥测网或自记水位计获取。

3.1.2预报实例例如：预报2004年5月17日9：00～5月18日8：00的逐时潮位过程。

即预报日为5月17日（r ＝17）1、确定r t r r t r B X A Y +=,, 中的乘常数17A 和加常数17B（1）把预报日5月17日（r ＝17）前15天（5月2日9：00～5月17日8：00）的《潮汐表》逐时数值与已经出现的相应的实测逐时潮位（由遥测网或自记水位计获取）输入到电子表格，如下表。

表 4（2）由电子表的图表功能建立潮汐表值与实测潮位值的直线相关关系式3291.01028.1+=x y 。

如下图。

图 6即得 A=1.1028B=0.32912、把A=1.1028、B=0.3291作为r A 、r B 代入关系公式rt r r t r B X A Y +=,,（r ＝17，t ＝9,10,11,…,8）计算5月17日9：00～5月20日8：00的逐时值作为预报潮位过程。

3、预报过程填入表内与实测值对比并计算误差（见下表）。

表 5 4、绘制预报过程线图。

如下图。

图73.1.3误差现时校正用上述方法连续预报时，有系统误差出现。

克服这种系统误差可以采用现时校正的办法。

即把当天的误差均值（误差=计算值—实测值）作为下一天预报的改正数，减去这值后再预报精度将有所提高。