CN107577885B - 基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 - Google Patents
基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107577885B CN107577885B CN201710831894.2A CN201710831894A CN107577885B CN 107577885 B CN107577885 B CN 107577885B CN 201710831894 A CN201710831894 A CN 201710831894A CN 107577885 B CN107577885 B CN 107577885B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- observation point
- formula
- depth
- preventing seabed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法，包括如下步骤：(Ⅰ)选取海面为海床基观测点的参考基面，建立海床基观测点到海面的沉降高程式：Δh(t)＝hd(t)‑hd(0)‑Δhd(t)；(Ⅱ)通过分潮模型建立静水水深与实时水深的关系模型；(Ⅲ)由于参考基面——海面的高度是随潮汐变化的，其与就近封闭海域岸基观测站的岸基观测点的潮汐动态幅值、角频率变化量相同，通过步骤(Ⅱ)所建立的分潮模型，建立海床基观测点静水水深变化量△hd(t)与岸基观测点静水水深变化量的关系；(Ⅳ)将步骤(Ⅱ)中，步骤(Ⅲ)中的各式代入步骤(Ⅰ)中，得到动态沉降高程随时间的变化函数值：结合岸基观测站公开的部分观测资料，可大大节约海床基沉降观测成本，并且结果准确可靠，对于研究海床固结及其在波浪动力作用下的响应具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种还床基沉降的计算方法，具体涉及基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法。
背景技术
海床基观测平台在原位观测过程中，不可避免的会发生沉降，从而对海床基的稳定性、安全性、测量准确性、回收可能性等造成严重影响。
海床基沉降从诱因上可分为重力沉降和侵蚀沉降两大类，而在海床基沉降的观察过程中经常发生误判，对原位观测工作会产生极为严重的影响，不仅导致数据偏差、错误、无法测量，还会因一系列安全问题带来严重的经济损失。
从目前已研制完成的海床基观测平台来看，大、中型海床基设备基本都带有完善的状态监测系统和视频系统，而国内该方面研究起步较晚。中山大学通过在底边界层三脚架上安装简易的实时通讯姿态监测仪，对设备的原位工作姿态进行实时监测，并通过现场观测实验验证该方法的可行性；厦门大学研制的ZTY—1型海床基水下系统状态监测仪，能够实时监测海床基设备的全方位角与二维倾角。但以上监测方法以倾角、姿态监测为主，仍未未能考虑包括位移、沉降等情况的发生。
因此，如何对海床基沉降量进行计算，进而监控沉降过程，对原位观测的数据可靠性、海洋工程的开展都有重要的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法，并可通过海底边界层原位观测系统的实时观测数据，获得海床基观测平台沉降量的动态变化过程。
本发明所采取的技术方案如下：
基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法，包括如下步骤：
(Ⅰ)选取海面为海床基观测点的参考基面，建立海床基观测点到海面的沉降高程式：
Δh(t)＝hd(t)-hd(0)-Δhd(t) (1)
式中：hd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深，hd(0)为t＝0时刻的海床基观测点静水水深，Δhd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深变化量；
(Ⅱ)通过分潮模型建立静水水深与实时水深的关系模型，具体步骤如下：
(a)选取分潮模型：
上式中，A(t)为潮汐的振幅随时间的变化函数，ω为角频率，为初相位；
(b)建立观测点的实时水深Y(t)模型：
上式中，Yd(t)为观测点的静态水深；为初相位；
在t＝0时刻，根据式(3)可求得初相位
其中，Y(0)为t＝0时刻，观测点的实时水深；A(0)为第一个高潮(或低潮)潮位；Yd(0)可通过实时水深在第一个潮周期的积分获得：
上式中，潮周期T＝2π/ω，实时水深通过传感器可以测得；
得：岸基观测点的初相位为：
海床基观测点的初相位为：
(c)根据步骤(b)中的(3)式建立t时刻的海床基观测点静水水深方程hd(t)：
(d)根据步骤(b)中的(5)式建立t＝0时刻的海床基观测点静水水深方程hd(0):
其中：潮周期
(Ⅲ)由于参考基面——海面的高度是随潮汐变化的，其与就近封闭海域岸基观测站的岸基观测点的潮汐动态幅值、角频率变化量相同，通过步骤(Ⅱ)所建立的分潮模型，建立海床基观测点静水水深变化量△hd(t)与岸基观测点静水水深变化量的关系，具体步骤如下：
由于处于同一海区岸基观测站不会发生沉降，则有Δhd(t)＝ΔHd(t)；而ΔHd(t)＝Hd(t)-Hd(0)；令Y(t)＝H(t)、Yd(t)＝Hd(t)＝Hd(0)+ΔHd(t)代入式(3)，可得：
其中，H(t)为岸基观测点在t时刻的观测值；Hd(0)可通过式(5)求得；A(t)为距离t时刻最近的高潮(或低潮)潮位绝对值；ω＝2π/T，T为潮周期；可通过式(5)求得；
(Ⅳ)将步骤(Ⅱ)中的式(6)、式(7)，步骤(Ⅲ)中的式(8)代入步骤(Ⅰ)的式(1)中，得到动态沉降高程随时间的变化函数值：
其中：
有益效果
与现有的技术相比，本发明可以将原位观测点的数值通过潮汐周期相位差的变换与就近的国内各大海区、港口、码头遍布的岸基观测站的观测点建立对应关系，在原位沉降观测中利用岸基观测站公开的部分观测资料，可大大节约海床基沉降的过程的观测成本，整体费用低廉，并且结果准确可靠，对于研究海床固结及其在波浪动力作用下的响应具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
目前，国内各大海区、港口、码头遍布岸基观测站，并公开部分观测资料，可就近选取岸基观测点，设该点实时水深函数为H(t)、静水水深为Hd(t)、潮汐动态幅值为A(t)、角频率为ω、初相位为与之对应，设相同海区内的海床基的实时水深(即海床基水位计到动态海面的距离)函数为h(t)、静态水深为hd(t)、初相位为显然，海床基观测点的潮汐动态幅值、角频率与岸基观测点相同。因此采用以下方法进行原位海床基沉降量计算。
基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法，包括如下步骤：
(Ⅰ)原位长期观测过程中，由于大风、降雨、日地距离、人类工程活动等各方面因素影响，观测海域的静水水深基准并非确定常量，而呈现出伴随时间的变化过程，如图1所示。选取海面为海床基观测点的参考基面，建立海床基观测点到海面的沉降高程式：
Δh(t)＝hd(t)-hd(0)-Δhd(t) (1)
式中：hd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深，hd(0)为t＝0时刻的海床基观测点静水水深，Δhd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深变化量；
(Ⅱ)通过分潮模型建立静水水深与实时水深的关系模型，具体步骤如下：
(a)选取分潮模型：
上式中，A(t)为潮汐的振幅随时间的变化函数，ω为角频率，为初相位；
(b)建立观测点的实时水深Y(t)模型：
上式中，Yd(t)为观测点的静态水深；为初相位；
在t＝0时刻，根据式(3)可求得初相位
其中，Y(0)为t＝0时刻，观测点的实时水深；A(0)为第一个高潮(或低潮)潮位；Yd(0)可通过实时水深在第一个潮周期的积分获得：
上式中，潮周期T＝2π/ω，实时水深通过传感器可以测得；
得：岸基观测点的初相位为：
海床基观测点的初相位为：
相位周期差为：
(c)根据步骤(b)中的(3)式建立t时刻的海床基观测点静水水深方程hd(t)：
(d)根据步骤(b)中的(5)式建立t＝0时刻的海床基观测点静水水深方程hd(0):
其中：潮周期
(Ⅲ)由于参考基面——海面的高度是随潮汐变化的，其与就近封闭海域岸基观测站的岸基观测点的潮汐动态幅值、角频率变化量相同，通过步骤(Ⅱ)所建立的分潮模型，建立海床基观测点静水水深变化量△hd(t)与岸基观测点静水水深变化量的关系，具体步骤如下：
由于处于同一海区岸基观测站不会发生沉降，则有Δhd(t)＝ΔHd(t)；而ΔHd(t)＝Hd(t)-Hd(0)；令Y(t)＝H(t)、Yd(t)＝Hd(t)＝Hd(0)+ΔHd(t)代入式(3)，可得：
其中，H(t)为岸基观测点在t时刻的观测值；Hd(0)可通过式(5)求得；A(t)为距离t时刻最近的高潮(或低潮)潮位绝对值；ω＝2π/T，T为潮周期；可通过式(5)求得；
(Ⅳ)将步骤(Ⅱ)中的式(6)、式(7)，步骤(Ⅲ)中的式(8)代入步骤(Ⅰ)的式(1)中，得到动态沉降高程随时间的变化函数值：
其中：
如图2所示，在本发明中，主要是通过分潮模型，建立实时水深和静水水深的关系，以及静水水深变化与就近港口观测基站的数据关系，节约海床基沉降的过程的观测成本，整体费用低廉，并且结果准确可靠，对于研究海床固结及其在波浪动力作用下的响应具有重要意义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(Ⅰ)选取海面为海床基观测点的参考基面，建立海床基观测点到海面的沉降高程式：
Δh(t)＝hd(t)-hd(0)-Δhd(t) (1)
式中：hd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深，hd(0)为t＝0时刻的海床基观测点静水水深，Δhd(t)为t时刻的海床基观测点静水水深变化量；
(Ⅱ)通过分潮模型建立静水水深与实时水深的关系模型，具体步骤如下：
(a)选取分潮模型：
上式中，A(t)为潮汐的振幅随时间的变化函数，ω为角频率，为初相位；
(b)建立观测点的实时水深Y(t)模型：
上式中，Yd(t)为观测点的静态水深；为初相位；
在t＝0时刻，根据式(3)可求得初相位
其中，Y(0)为t＝0时刻，观测点的实时水深；A(0)为第一个高潮(或低潮)潮位；Yd(0)可通过实时水深在第一个潮周期的积分获得：
上式中，潮周期T＝2π/ω，实时水深通过传感器可以测得；
得：岸基观测点的初相位为：
海床基观测点的初相位为：
(c)根据步骤(b)中的(3)式建立t时刻的海床基观测点静水水深方程hd(t)：
(d)根据步骤(b)中的(5)式建立t＝0时刻的海床基观测点静水水深方程hd(0):
其中：潮周期
(Ⅲ)由于参考基面——海面的高度是随潮汐变化的，其与就近封闭海域岸基观测站的岸基观测点的潮汐动态幅值、角频率变化量相同，通过步骤(Ⅱ)所建立的分潮模型，建立海床基观测点静水水深变化量△hd(t)与岸基观测点静水水深变化量的关系，具体步骤如下：
由于处于同一海区岸基观测站不会发生沉降，则有Δhd(t)＝ΔHd(t)；而ΔHd(t)＝Hd(t)-Hd(0)；令Y(t)＝H(t)、Yd(t)＝Hd(t)＝Hd(0)+ΔHd(t)代入式(3)，可得：
其中，H(t)为岸基观测点在t时刻的观测值；Hd(0)可通过式(5)求得；A(t)为距离t时刻最近的高潮(或低潮)潮位绝对值；ω＝2π/T，T为潮周期；可通过式(5)求得；
(Ⅳ)将步骤(Ⅱ)中的式(6)、式(7)，步骤(Ⅲ)中的式(8)代入步骤(Ⅰ)的式(1)中，得到动态沉降高程随时间的变化函数值：
其中：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710831894.2A CN107577885B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710831894.2A CN107577885B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107577885A CN107577885A (zh) | 2018-01-12 |
| CN107577885B true CN107577885B (zh) | 2018-11-27 |
Family
ID=61036183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710831894.2A Active CN107577885B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107577885B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110332923B (zh) * | 2019-07-12 | 2021-07-23 | 中国海洋大学 | 一种海床面沉降观测装置及测量方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105116165A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-02 | 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 | 一种跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统 |
| CN106768187A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局 | 一种多潮位站海道地形测量潮位控制方法和水位自记仪固定装置 |
| CN107145688A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-09-08 | 中交第四航务工程勘察设计院有限公司 | 一种海上大型沉管基床回淤多因素复合型预警预报方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101191944B1 (ko) * | 2012-03-27 | 2012-10-17 | 대한민국(국토해양부 국립해양조사원장) | 이안류 경보 발생방법 |
-
2017
- 2017-09-15 CN CN201710831894.2A patent/CN107577885B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105116165A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-02 | 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 | 一种跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统 |
| CN106768187A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局 | 一种多潮位站海道地形测量潮位控制方法和水位自记仪固定装置 |
| CN107145688A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-09-08 | 中交第四航务工程勘察设计院有限公司 | 一种海上大型沉管基床回淤多因素复合型预警预报方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107577885A (zh) | 2018-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109238229A (zh) | 一种基于静力水准仪监测的地表沉降值的温度补偿方法 | |
| CN103643668B (zh) | 一种建筑工程基坑监测的方法 | |
| CN115392098B (zh) | 基于水沙数值仿真的海上风电海缆裸露预测方法和系统 | |
| CN110514179A (zh) | 一种测量风电机组塔筒倾斜度方法 | |
| CN102518161B (zh) | 挖泥船直接高程控制挖泥方法 | |
| CN104697493A (zh) | 水下堆载预压沉降监测系统 | |
| CN103852041B (zh) | 一种尾矿库干滩长度在线监测的方法 | |
| CN107577885B (zh) | 基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法 | |
| CN104344811B (zh) | 一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统及方法 | |
| CN105804041A (zh) | 大面积超软弱地基沉降监测装置及监测方法 | |
| CN105509710A (zh) | 一种地表沉降的检测方法 | |
| CN106768187A (zh) | 一种多潮位站海道地形测量潮位控制方法和水位自记仪固定装置 | |
| CN204027551U (zh) | 一种用于钻井的动态旋转姿态测量装置 | |
| CN209512835U (zh) | 一种静力水准仪大量程多级串联系统 | |
| CN115203945A (zh) | 一种水文地质参数估计方法、装置、设备和存储介质 | |
| CN107229811B (zh) | 一种饱和软土自重固结过程的预测方法 | |
| CN107386341A (zh) | 一种基于视准线法的水平位移测量系统 | |
| CN104775456A (zh) | 一种港口工程载荷试验沉降测量系统 | |
| CN206428698U (zh) | 一种导管架基础精定位及临时锁定装置 | |
| CN109359373A (zh) | 一种预测承压含水层减压降水引发地表沉降的方法 | |
| CN103741726B (zh) | 一种沉井沉降量测量方法 | |
| CN105178367A (zh) | 一种基础最终沉降量的三维可视化方法 | |
| Masselink et al. | BARDEX II: Bringing the beach to the laboratory–again! | |
| CN204882904U (zh) | 一种基于容栅式位移传感器的自动蒸发测量系统 | |
| CN104808262A (zh) | 一种长期森林生态水文水量自动化动态测量方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |