3.9: Аналіз припливів та прогнозування
- Page ID
- 1517
Оскільки приплив викликаний регулярними астрономічними явищами, його можна точно передбачити на довгий час вперед (хоча не включаючи метеорологічні ефекти як штормові сплески). Метод, який використовується для прогнозування припливів, - це гармонічний аналіз. Аналогічно обробці вітровими хвилями рівень води в певному місці як функція часу виражається наступною формулою:
\[\eta (t) = a_0 + \sum_{n = 1}^{N} a_n \cos (\omega_n t - \alpha_n)\label{eq3.9.1}\]
де
| \(\eta_t\) | виміряний (або прогнозований) приливний рівень з прив'язкою до зафіксованого рівня | \(m\) |
| \(a_0\) | середній рівень | \(m\) |
| \(a_n\) | амплітуда номера компонента\(n\) | \(m\) |
| \(\omega_n\) | кутова швидкість числа компонента\(n\) | \(1/h\) |
| \(a_n\) | фазовий кут числа компонента\(n\) | - |
| \(t\) | час | \(h\) |
| \(N\) | кількість гармонійних складових | - |
На відміну від традиційного гармонійного аналізу, тут\(\omega_n\) відомі частоти, отримані з астрономічних міркувань. Фазові кути\(\alpha_n\) повинні бути отримані з спостережень, оскільки вони надзвичайно специфічні для ділянки. Це стосується і амплітуд\(a_n\). Отже, аналіз припливів для певного місця - це визначення амплітуд і фаз. Зверніть увагу, що фазові кути є функцією прийнятого часу походження.
Довжина аналізованого запису рівня води визначає кількість складових, які можуть бути визначені. Довжину року можна розплутати основні складові, крім складових з періодом 18,6 року. Ефект цього може бути введений шляхом регулювання амплітуд і фаз відповідно до положення в цьому довгостроковому циклі. Замість Eq. \(\ref{eq3.9.1}\)ми потім отримуємо:
\[\eta (t) = a_0 + \sum_{n = 1}^{N} f_n a_n \cos (\omega_n t - \alpha_n + \beta_n)\]
Ось так\(f_n\) званий вузловий фактор, який фіксує вплив циклу 18.6 рік на приливні амплітуди. Корекція до фази дається шляхом\(\beta_n\). Вузлова модуляція також може бути використана для зменшення кількості складових при припливному аналізі; оскільки приливні складові зібрані в групи з подібними частотами (див. Рис. 3.27) вплив менших амплітудних складових в групі може бути врахований за допомогою поправок на амплітуду та фазу основної, більшої амплітудної складової групи.
Коли приливні складові відомі певним місцем розташування, їх можна використовувати для прогнозування майбутніх припливів. Для багатьох портів у світі приливні складові відомі та опубліковані та можуть бути використані. Якщо для проекту місцеві приливні складові невідомі, можна вибрати два рішення. Перший - зібрати локальні дані за короткий період (наприклад, місяць), з якого можна визначити найважливіші складові. Інша можливість - використовувати дані з сусідньої станції та використовувати модель для поширення припливів для визначення амплітуд і фаз для ділянки проекту.
Приклад результату гармонічного аналізу для деяких портів уздовж голландського узбережжя представлений в таблиці 3.6. У цій таблиці наведені основні гармонічні складові, що використовуються для прогнозування астрономічного припливу. Кожен компонент має міжнародно узгоджену абревіатуру. Найважливіші складові вже обговорювалися в секті. 3.7.6. Окрім цих основних складових, кожна складова може також мати вищі гармоніки, породжені нелінійностями. Компоненти вищого порядку несуть індекс 3, 4 або вище. З таблиці видно, що співвідношення впливу сонця і Місяця становить приблизно 1 до 4 уздовж голландського узбережжя (співвідношення\(S2/M2 \approx 1/4\)).
Примітка: в таблиці 3.6 середній рівень позначається\(A_0\) і дає середню різницю між Normal Amsterdams Peil голландською мовою (NAP) (фіксований опорний рівень) і MSL. MSL - це середній рівень, який визначається за результатами вимірювань і є рівнем без припливів і усереднених метеорологічних ефектів. Близько до узбережжя цією різницею можна знехтувати; але якщо дивитися на річку далі вгору за течією, градієнт річки впливає на середній рівень моря. Різниця між NAP і MSL трохи змінюється протягом року, як видно з невеликої амплітуди компонента SA. Кутова швидкість цієї складової (0,041) призводить до періоду 365 д.
На відміну від голландських таблиць припливів, в інших таких таблицях\(A_0\) являє собою різницю між датумом діаграми та MSL. Діаграма Datum потім визначається як низький рівень, який перевищується рідко, наприклад, найнижчий астрономічний приплив (LAT) або середній нижній низький рівень води (MLLW). LAT визначається як найнижчий рівень припливу, який можна передбачити при середніх метеорологічних умовах та за будь-якої комбінації астрономічних умов. MLLW - середня висота нижньої з двох щоденних низьких вод протягом тривалого періоду часу. Коли в день відбувається лише одна низька вода, це приймається як нижня низька вода.
Через це визначення рівня Datum для конкретного місця, площина Datum не обов'язково є горизонтальною. При виконанні гідравлічних розрахунків в даному випадку потрібна гранична обережність (див. Також додаток. В). Рівень бази, що використовується різними країнами для одного і того ж водного шляху, також може бути різним, що призводить до різних показників глибини для одного і того ж місця. Це стосується Західної Шельди, де голландські та бельгійські чарти показують такі відмінності.
Рівні припливів, такі як MLLW, є довгостроковими усередненими приливними рівнями на основі вимірювань і тому включають усереднені метеорологічні впливи на рівень води. Період усереднення переважно 18,6 року, щоб приливна складова при такій тривалості враховувалася належним чином. Зазвичай використовуються довгострокові усереднені рівні припливів, наприклад, середня низька вода (MLW) та середня висока вода (MHW). Інші рівні припливів визначаються в додатку. С.
Приливний діапазон можна визначити за допомогою різних рівнів припливів. Нормальний приливний діапазон визначається як MHW — MLW. Але також може бути використаний весняний приливний діапазон (Середнє джерело високої води (MHWS) - Середнє джерело низької води (MLWS)) або приливний діапазон (середній високий рівень води (MHWN) - середній низький рівень води (MLWN)).
При морфодинамічному моделюванні переважно враховується повний припливний цикл весняного припливу. Однак це вимогливо до обчислень. Для зниження обчислювальних витрат може використовуватися так званий морфологічний представник припливу. Це єдиний приливний цикл, який, як очікується, матиме подібний вплив на морфологію, як загальний весняно-приливний цикл.