潮汐水文计算大纲.docx
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潮汐水文计算大纲
FCD11070FCD
水利水电工程初步设计阶段
潮汐水文计算大纲范本
水利水电勘测设计标准化信息网
1996年3月
水电站初步设计阶段
潮汐水文计算大纲
主编单位:
主编单位总工程师:
参编单位:
主要编写人员:
软件开发单位:
软件编写人员:
勘测设计研究院
年月
目次
1.引言4
2.设计依据文件和规范4
3.基本资料5
4.设计原则5
5.设计工作内容与方法6
6.专题研究11
7.应提供的设计成果12
附录A潮汐简介及其术语14
1引言
工程为开发型式。
水工建筑物级别为级，洪水按设计，校核；潮位按设计，校核。
工程位于省县村（镇）附近的湾。
流入湾的主要河流有河（江），，港湾总集水面积（高潮位时）约为km2，其中陆地面积为km2。
设计依据和参证站见表1。
表1设计依据和参证站名称表
观测站类型
观测站性质
依据站
参证站
备注
气象站
潮位站
径流洪水站
2设计依据文件和规范
2.1设计依据文件
可能包括的设计依据文件有：
（1）计划任务书；
（2）下序要求说明书；
（3）查勘报告；
（4）规划报告；
（5）预可行性研究报告。
本工程有其中的。
2.2设计规范
（1）SDJ217—87水利水电枢纽工程等级划分设计标准
（平原、滨海部份）；
（2）SDJ214—83水利水电工程水文计算规范；
（3）SL44—93水利水电工程设计洪水计算规范；
（4）DL5021—93水利水电工程初步设计报告编制规程；
（5）DL5020—93水利水电工程可行性研究报告编制规程；
（6）电力部电计（1993）567号文水电工程预可行性研究报告编制暂行规
定（试行）。
3基本资料
3.1实测资料
港湾流域内或邻近地区已有的实测气象、水位、流量、潮水位、潮流泥沙等资料，其观测系列情况如表2所示。
表2实测水文气象资料观测系列情况
资料项目
测站名称
观测年限，a
现已保存资料年限a
备注
气象
降水
水位
流量
泥沙
潮水位
潮流泥沙
3.2调查资料
调查资料可能包括：
（1）水资源调查报告；
（2）高潮位调查报告；
（3）泥沙淤积调查报告。
本工程的调查资料有。
3.3有关图集和地图
（1）水文图集（等值线图）；
（2）流域图（测站分布图）；
（3）行政区划图及交通图；
（4）大比例尺地形图。
4设计原则
4.1充分利用实测资料，视资料情况尽可能地采用多种计算方法，结合当地自然地理特性和工程特性，通过分析论证合理地确定采用设计值。
4.2组合遭遇均按略偏安全的原则作线性叠加计算。
4.3频率计算时根据适线确定参数。
适线准则：
主要考虑中、上部点据，适当照顾下部点据。
4.4代表潮位过程线选择原则：
代表潮位过程线的潮汐要素特征值要同多年潮汐特征值尽可能接近。
4.5各项要素系列长度不少于表3规定，否则应进行插补延长。
4.6有关潮汐的概念和术语，参见附录A潮汐简介及其术语。
表3各项系列长度允许最少年限表
项目
允许年限
备注
气象
20
其中降水年限应等于或多于30a。
径流
30
洪水
30
潮位
19
1.0~2.0长周期
5设计工作内容与方法
5.1对基本资料可靠性分析
基本资料可靠性分析包括：
（1）上下游一致性检查；
（2）地区合理性检查；
（3）历史过程合理性分析。
5.2港湾流域概况资料整理汇编
5.2.1流域及河流主要特征值量算
（1）流域面积量求
提示:
（1）地形图比例尺宜根据流域面积大小选定，一般可选用1/50000地形图按各条河流勾绘出其流域分界线，用求积仪量算其面积。
（2）流域面积单位以km2计，以100km2以上取整数，在100km2及以下取三位有效数字。
（2）河道长度量求
提示:
自出口断面沿河至分水岭依1/50000地形图用量线仪量求河道长度。
（3）计算河道平均坡降
（1）
式中：
Z0、Z1……Zn——自出口断面起沿流程各特征地面点高程，m；
L0、L1……Ln——各特征点间距离，m；
Jcp——河道平均坡降，‰。
5.2.2流域概况资料整理汇编
（1）流域内地形、地势；
（2）流域植被情况（包括平原、山地、森林、耕地、水面等面积）；
（3）流域内人类活动情况（包括流域内修建的闸坝水库及其控制流域面积、库容等对径流洪水影响；修建公路、铁路、港口码头和森林采伐等对水土流失的影响）。
5.3气象要素整编
5.3.1气象要素的统计
对工程地点或厂坝区统计以下各项气象要素并编制其特征值表，特征值表格形式参照常规电站气象各要素特征表。
（1）气温：
历年各月平均、最高、最低气温；
（2）相对湿度：
历年各月平均、最小相对湿度；
（3）风速风向：
历年各月平均、最大风速与相应风向及最多风向；
（4）降水：
历年平均月、年降水量，以及平均、最多、最少之月、年降水日数；
（5）蒸发量：
历年平均、最大、最小之月、年蒸发量。
5.3.2气候特性描述
提示:
根据气象要素统计结果及收集的有关资料描述本工程地区一年四季气候特性。
5.4陆地水文分析计算
提示:
参照常规电站水文分析计算。
5.4.1径流
径流可通过下述两种途径计算：
（1）根据流量资料计算
由实测流量资料统计年、月平均流量系列（如系列长度不满足表3规定，则需通过参证站插补延长），然后计算：
年内分配；设计年径流；丰、平、枯代表年逐日平均流量。
（2）根据降水资料计算
统计流域内年、月雨量系列（如系列长度不满足表3规定，则需通过参证站插补延长）并计算流域的面雨量。
再借用该地区降雨径流关系推求出年、月径流系列，然后计算：
年内分配；设计年径流；丰、平、枯代表年逐日平均流量。
本工程采用种途径计算。
对计算成果应作合理性检查。
5.4.2洪水
洪水可通过下述两种途径计算：
（1）根据流量资料计算
由实测流量资料统计最大洪峰流量以及最大1日、3日洪量系列（如系列长度不满足表3规定,则需通过参证站插补延长）。
对调查历史洪水经过考证分析确定其峰、量值,再通过文献记载考证分析估算，确定其重现期。
根据洪水连续系列再加入历史洪水进行频率计算，并将其成果按面积比n次方换算到设计断面。
选择典型洪水过程进行放大计算，绘制设计洪水过程线。
（2）根据降水资料计算
根据降水资料，统计最大1日、3日暴雨系列（如系列长度不满足表3规定，则需通过参证站插补延长）并换算成面雨然后加入历史特大暴雨进行频率计算。
再借用该地区降水径流关系，采用扣损法作产流计算，采用法作汇流计算。
计绘设计洪水过程线。
本工程采用种途径计算。
对计算成果应作合理性检查。
5.4.3泥沙
5.4.3.1悬沙计算
悬沙计算有两种方法可供选择：
（1）由实测资料计算
根据实测悬沙资料，统计年、月输沙量及年、月平均含沙量。
选择代表性的颗粒分析成果，计绘颗粒级配曲线。
（2）由等值线图估算
根据侵蚀模数等值线图查算出侵蚀模数求出年输沙量；根据与径流的关系计算年内分配；借用颗粒分析成果，计绘颗粒级配曲线。
本工程选用法计算。
5.4.3.2推沙计算
根据经验公式估算推移质年输沙量，依据河床质颗粒分析成果，计绘颗粒级配曲线。
5.5潮汐
下文涉及的术语参见附录A。
5.5.1潮汐特征值
5.5.1.1潮位
（1）历年平均高潮位，m;
（2）历年最高高潮位，m;
（3）历年最低高潮位，m;
（4）历年平均低潮位，m;
（5）历年最低低潮位，m;
（6）历年最高低潮位，m;
（7）历年平均海平面，m;
（8）历年半潮位高，m。
5.5.1.2潮差
（1）历年平均涨潮潮差，m;
（2）历年最大涨潮潮差，m;
（3）历年最小涨潮潮差，m;
（4）历年平均落潮潮差，m;
（5）历年最大落潮潮差，m;
（6）历年最小落潮潮差，m。
5.5.1.3潮历时
（1）历年平均涨潮历时，h；
（2）历年最长涨潮历时，h；
（3）历年最短涨潮历时，h；
（4）历年平均落潮历时，h；
（5）历年最长落潮历时，h；
（6）历年最短落潮历时，h。
5.5.1.4潮间隙
（1）历年平均高潮间隙，h；
（2）历年最大高潮间隙，h；
（3）历年最小高潮间隙，h；
（4）历年平均低潮间隙，h；
（5）历年最大低潮间隙，h；
（6）历年最小低潮间隙，h。
5.5.2设计潮位
5.5.2.1设计高潮位
设计高潮位有两种计算方法：
（1）理论频率法
理论频率计算的线型应采用耿贝尔线型。
根据实测潮位资料，按年最大值法统计高潮位系列，通过相关途径将系列插补延长。
对历史高潮位，经考证分析，确定其重现期。
将历史高潮位加入高潮位系列，作频率计算，求得各频率设计高潮位。
（2）组成法
根据潮位观测资料作调和分析，求得各分潮天文参数，取其极值计算理论天文潮最高潮位；由观测高潮位减去以天文参数计算的同期高潮位。
每年挑选一个最大值（负值时取零）进行频率计算，求得各频率气象增水。
由天文最高潮位加上气象增水求得各频率设计潮位。
组成法一般仅在特别重要工程中采用，本工程采用计算。
在分析计算的基础上，根据资料情况，计算环节处理的可靠程度以及水工建筑物对潮波反射影响等方面，分析确定设计高潮位。
5.5.2.2设计最低潮位
根据观测潮位资料，按年最小值法统计低潮位系列，再通过相关途径插补延长系列作频率计算，按其计算结果再考虑水工建筑物对潮波反射影响，确定最低潮位。
5.5.3设计潮位过程线
（1）代表潮型潮位过程线的选择
根据代表潮型的选择原则和设计要求选取周期的潮型潮位过程线。
（2）设计潮位过程线放大，按设计高潮位及设计低潮位放大或缩小代表潮潮位过程线。
5.5.4潮位、潮差保证率计算
（1）计绘高潮位保证率曲线
选取连续19年高潮位资料按式
（2）作保证率计算。
（2）
式中：
m——高潮位出现大于、等于它的次数；
n——统计期内总次数。
点绘高潮位Hmax—P的关系线。
（2）计绘低潮位保证率曲线
选取连续19年低潮位资料，按式
（2）作保证率P计算，此时
m——低潮位出现小于、等于它的次数；
n——统计期内总次数。
点绘低潮位Hmin~P的关系曲线。
（3）计绘涨潮潮差保证率曲线
选取连续19年潮差资料，按式
（2）作保证率p计算，此时
m——为涨潮潮差出现小于、等于它的次数；
n——统计期内总次数。
点绘涨潮潮差保证率曲线。
5.5.5潮流量及潮流速
关于潮流测验代表潮选择，可按江苏省水文总站编写的《潮水河水文测验及潮水位分析》中介绍的方法，选择代表潮。
（1）统计实测代表潮涨、落潮平均、最大、最小潮量；
（2）统计实测代表潮涨落潮平均、最大流速，并绘计设计横断面
流速分布图。
5.5.6潮流泥沙
下述工作内容为泥沙专题研究报告中主要内容。
（1）代表潮流泥沙含量。
统计计算实测代表潮涨、落潮流含沙量及输沙量。
（2）泥沙颗粒级配。
选择代表潮，按涨落潮分别取样，进行颗粒分析，并统计计算其分析成果。
（3）泥沙沉降速度。
与颗粒分析取样方法一致，进行不同含盐度、不同水温情况下的泥沙沉降速度试验，然后，统计分析其试验成果。
6专题研究
可能要做的专题研究包括：
（1）潮汐调和分析和预报
调和分析就是（将复杂的潮汐运动，视为许多作简单的等速运动的假想天体所引起的潮汐合成运动，每一假想天体所引起的潮汐称为分潮）根据实际观测一年（365天或366天）逐时潮位资料，求出各分潮天文参数，应用分析确定的各分潮天文参数，计算出未来时间潮位（一般称潮汐表）就叫预报。
（2）水工建筑物对潮位影响分析报告
港湾内修建了水工建筑物，阻挡了潮流坡的前进。
本报告主要研究水工建筑物对潮流波的反射作用影响，它使高潮位升高、低潮位降低。
研究采用理论计算和对实测资料的分析。
（3）泥沙专题报告
主要包含如下内容：
1）泥沙特性及泥沙特征值；
2）沙量平衡计算；
3）工程泥沙计算；
4）结论意见。
本工程应选择的研究专题有：
。
7应提供的设计成果
7.1计算成果图表
（1）港湾流域图；
（2）气象要素特征值表；
（3）潮汐要素特征值表；
（4）径流特征值表；
（5）设计洪水过程线图；
（6）设计潮位过程线图；
（7）设计最高、最低潮位成果表；
（8）潮位、潮差保证率曲线图；
（9）潮流速（横纵断面）分布图；
（10）潮流泥沙计算成果表（特征值表、颗粒级配表）；
（11）含盐度统计成果表；
（12）水温度统计成果表。
7.2文字报告
（1）潮汐水文分析报告
附件：
1）潮汐调和分析和预报；
2）水工建筑物对潮位的影响专题报告；
3）泥沙专题报告。
（2）计算书
1）流域特征值量求计算书；
2）气象要素统计书；
3）径流洪水计算书；
4）潮汐水文分析计算书；
5）泥沙计算书。
附录A潮汐简介及其术语
A1潮汐简介
潮汐涨落现象的原因，最主要是地球上各处海水质点受日、月的引力作用不同而造成。
气象条件（如风和气压条件变化）虽有一定影响，但一般都不是主要的，只有在特大风暴或台风持续时间较长的情况下，气象潮才会突出地显示出来。
A1.1天文潮
天文潮是因月球和太阳对地球表面各部分海水质点的引力（即引潮力）而产生的。
而其中以月球的引潮力最大（因月、地间距离远比日、地间距离为小）。
由于地球和月球的自转和公转，日、月、地三者相对位置不断地变化，当月球处在月（上、下）中天时，引潮力最大，出现高潮（由于受摩擦力的影响，推后若干时间才发生），因地球自转一周（对月球而言）平均需24h50min，大此期间内出现两个潮期，所以半日潮周期平均为12h25min，平均每天潮时要推迟50min；月球相对太阳旋转一周需要29d12h44min，因白道为椭园形，在朔、望期接近地球，产生引潮力较大，因此每月初一（朔）、十五（望）（一般要推迟2~3（4））出现两次，平均半月潮周期为14d18h22min；地球沿椭园形黄道绕太阳旋转一周，需要365d5h49min，一年内也有两个潮周期，平均半年潮周期为182d17h55min；白道与黄道平面交角为509`，与赤道平面的交角则变化于1818`~2836`之间，使日、月、地相对位置变化以18.6a为周期，所以潮汐的长周期为18.6a。
我国沿海港湾大部分属于非正规半日浅海潮港，日潮不等现象比较显著，在朔、望前后更为突出。
在一个太阴月中，潮汐作两次周期变化，大约14d为一周期，最高高潮位出现在朔、望以后的1~3d内，此时潮差最大；最低高潮位发生在上、下弦后1~3d内，此时潮差最小。
在一年中，潮高大致夏季半年高，冬季半年低，年最高高潮位一般发生在8~10月，最低高潮位出现在12~2月。
一般涨落潮历时较接近，有的港湾涨潮历时大于落潮历时，亦有港湾落潮历时大于涨潮历时的。
A1.2气象潮
产生气象潮的主要因素是风和气压。
气压对潮位的影响，是由于静水压力作用，使潮位增高或减低。
大约气压变化100Pa（1mbar，即1毫巴），水位随之变化1cm左右。
但气压变化对潮位影响比起风暴增水是微小的。
风暴增水尤其是强台风在本地区登陆则增水是显著的。
对于强台风过境如持续时间长将引起潮波变形，影响亦很显著。
当大潮汛与强台风遭遇时，气象增水非常明显，如1972年8月乌沙门站台风增水达1.21m，坎门达1.60m。
潮汐是天文、气象及港湾地理位置、浅海地形等成因的综合产物。
潮汐要素潮位、潮差、历时、潮间隙可反映出该地区潮汐特性。
潮汐要素如图A1所示。
A2潮汐术语
海水一般每日涨落升降两次，通常把白天的一次升降叫做潮，晚上一次叫做汐，合称为潮汐。
在潮汐升降变化过程中，水位上升的过程叫做涨潮，下降的过程叫做落潮。
涨潮至高最水位称为高潮，落潮至最低水位称为低潮；在高潮和低潮时，水面有极短时间停止涨落，称为平潮。
每日的两次高潮和两次低潮中，较高的一次称为高高潮，较低的一次低潮称为低高潮；较高的一次低潮为高低潮，较低的一次低潮称为低低潮。
相邻的高潮与低潮的较差称为潮差，从高潮至前一个相邻低潮的较差称涨潮潮差，高潮至下一个相邻低潮的较差称落潮潮差。
前后连续两次高潮或低潮的间隔时距称为潮期，从高潮至前一相邻低潮的间隔时距称涨潮历时，高潮至下一个相邻低潮的间隔时距称为落潮历时。
从月中天后至出现第一次高潮时间间隔叫做高潮间隔；从月中天后至出现第一次低潮的时间间隔，叫做低潮间隙。
某一定时间（一月、一年或数年）内海面等时距的潮水位平均值，称为该时期的平均海平面；高潮潮水位和低潮潮水位的平均值，叫做平均半潮面。
随着潮汐升降引起的海水水平方向移动，称为潮流。
潮水自海洋流向内陆时称为涨潮流，自内陆流向海洋时称为落潮流。
潮水河内，涨落潮流交替，水流转换方向，有一极短时间停止流动称为憩流。
自落潮流转为涨潮流之间的短暂停流时间称为落潮憩流，自涨潮流转为落潮流之间的短暂停流时间称为涨潮憩流。
沿海及河口低潮后有一段时间内水位虽已上涨，但水流仍继续流向海口，此时称为涨潮落潮流；以后水位继续上涨，水流开始逐渐流向内陆，此时称为涨潮涨潮流。
涨潮至高潮后亦有一段时间水位虽已逐渐下降，但水流仍继续流向内陆，此时称为落潮涨潮流；以后水位继续下降，水流开始逐渐流向海口，此时称为落潮涨潮流。
前后连续两次落潮憩流的间隔时距，称为潮流期。
从落潮憩流至下一涨潮憩流的间隔时距，称涨潮流历时；从涨潮憩流至下一落潮憩流的间隔时距，称落潮流历时。
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