基于基站水位观测的海床基沉降量差分计算方法与流程

文档序号：13446577阅读：241来源：国知局

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。

技术实现要素：

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)为潮汐随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。