秦莉真, 張蔚, 官明開, 趙晟, 程梁秋

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不同周期分潮簇對復(fù)雜河網(wǎng)潮位分布的影響*

秦莉真1, 2, 張蔚1, 2, 官明開3, 趙晟4, 程梁秋5

1. 河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210098; 2. 河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院, 江蘇 南京 210098; 3. 上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司福建分公司, 福建 福州 350001; 4. 東南大學(xué)土木工程學(xué)院, 江蘇 南京 211189; 5. 中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)院有限公司, 貴州 貴陽 550081

在不規(guī)則半日潮為主的河口, 半日和全日周期的分潮簇在很大程度上影響了潮位的振幅。但當(dāng)潮波向三角洲河網(wǎng)內(nèi)部傳播時(shí), 由于不同周期分潮簇的振幅沿程變化速率存在差異, 特別是半月周期分潮簇振幅作用得到增強(qiáng), 使得不同周期分潮簇對河網(wǎng)內(nèi)潮位分布的影響具有明顯的區(qū)域性特征。通過珠江三角洲河網(wǎng)一維水動(dòng)力模型得到研究區(qū)域內(nèi)高頻且長周期的潮位資料, 基于小波分解重構(gòu)出主要周期分潮簇的振幅, 采用譜聚類圖像分割算法, 通過像素分割計(jì)算確定綜合相似度, 從圖像學(xué)等角度論證了不同周期分潮簇與復(fù)雜河網(wǎng)潮位分布的空間關(guān)聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn), 半日和全日周期的分潮簇影響了復(fù)雜河網(wǎng)口門潮位振幅的量值, 但半月周期的分潮簇卻影響了復(fù)雜河網(wǎng)整體潮位分布的形態(tài)特征。

分潮簇振幅; 小波變換; 復(fù)雜河網(wǎng); 一維河網(wǎng)模型; 珠江三角洲

在全球氣候變化以及頻繁人類活動(dòng)干預(yù)的大背景下, 目前世界范圍內(nèi)的河口都面臨前所未有的挑戰(zhàn)。河口三角洲內(nèi)潮波運(yùn)動(dòng)與外海天文潮明顯不同, 在陸地徑流和淺水地形的影響下, 潮波會(huì)發(fā)生顯著變形, 從而對三角洲內(nèi)潮位分布產(chǎn)生影響。以往的潮位分布對海岸帶潮波運(yùn)動(dòng)的研究有兩個(gè)不足: 1) 基本聚焦在單一汊道或相鄰汊道間; 2) 主要聚焦在全潮或半潮周期內(nèi)。然而, 河網(wǎng)中各個(gè)河道的徑潮動(dòng)力格局的差異決定了河網(wǎng)內(nèi)潮位整體分布的復(fù)雜性。河口區(qū)潮波變形和潮汐不對稱可以看作天文分潮和它們倍潮的相互作用(常見的分潮簇、分潮種類及其周期如表1所示), 其發(fā)生源于質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程中存在的非線性物理機(jī)制, 而導(dǎo)致這些非線性存在的直接動(dòng)力因子則是河口平面形態(tài)、地形、底沙類型、潮汐、徑流和波浪等環(huán)境因素。因此, 不同周期潮波運(yùn)動(dòng)如何通過徑潮相互作用影響河網(wǎng)整體潮位分布是一個(gè)非常值得研究的科學(xué)問題。

表1 潮汐分潮簇及主要分潮

注:“cph”即cycle per hour (次/小時(shí)), 常用于表示天文潮汐學(xué)中的頻率。

對于大部分不規(guī)則半日潮型河口, M2分潮和其產(chǎn)生的第一個(gè)主要倍潮M4常被用來描述潮波變形的程度; 而事實(shí)上, 半日周期分潮簇(D2)中的M2和S2的相互作用可以產(chǎn)生四分之一日周期分潮MS4和半月周期分潮MSf。MSf是潮汐河口主要的低頻分潮(振幅大于0.1m), 會(huì)造成大小潮歷時(shí)和期間平均潮位的變化(Speer et al, 1985; Buschman et al, 2009; Sassi et al, 2013; Jay et al, 2015)——使小潮時(shí)的平均低潮位小于大潮時(shí)的平均低潮位。然而由于MSf振幅相對其他分潮較小、自身周期較長、在河口區(qū)域受到非穩(wěn)態(tài)徑流的影響從而存在解析的困難等原因, 以往分潮對潮位影響的研究往往忽略了半月周期分潮簇的影響。

不同周期的分潮在三角洲內(nèi)部傳播的過程中, 在地形和徑流的作用下, 振幅的衰減速率并不一致。一般頻率高的分潮簇振幅(如全日周期分潮簇D1和半日周期分潮簇D2)衰減較快, 而低頻的分潮簇(如半月周期分潮簇D1/14)由于其頻率較低, 沿程衰減較慢, 甚至在徑潮非線性作用下會(huì)一定范圍內(nèi)沿程增強(qiáng)(Godin, 1999; Guo et al, 2015), 這導(dǎo)致了D1/14在三角洲上游對潮位的影響增強(qiáng)。我國的珠江三角洲是世界上最為復(fù)雜的河網(wǎng)型三角洲(Zhang et al, 2009), 西、北江河網(wǎng)密度平均0.81km·km-2。衡量徑流與潮流相對強(qiáng)弱時(shí)常用的參數(shù)是山潮比(珠江水利科學(xué)研究院等, 2013), 其值為凈泄量與漲潮量的比值。若其值小于1, 說明此處潮流作用大于徑流作用, 以潮流作用為主; 若其值大于1, 則說明此處以徑流作用為主。珠江三角洲中, 西江是主要的徑流通道, 枯水期磨刀門山潮比為3.11; 而北江是主要的潮流通道, 枯水期洪奇門山潮比為0.76(珠江水利科學(xué)研究院等, 2013)。在一個(gè)河網(wǎng)系統(tǒng)中兩江不同的徑潮動(dòng)力格局, 給我們提供了一個(gè)很好的例子去認(rèn)識(shí)不同周期分潮簇對河網(wǎng)內(nèi)潮位影響的區(qū)域性特征。

1 研究方法

1.1 一維河網(wǎng)動(dòng)力模型

為了獲得珠江三角洲河網(wǎng)內(nèi)高頻且長周期的潮位數(shù)據(jù), 通過已建立的珠江河網(wǎng)一維水動(dòng)力模型(Zhang et al, 2013; 官明開等, 2016)復(fù)演了三角洲的動(dòng)力過程。該模型涵蓋了整個(gè)珠江三角洲河網(wǎng)區(qū), 其河網(wǎng)區(qū)被概化為113條河流(邊界河流13條), 模擬的河流總長度大約1600km, 河網(wǎng)斷面總共有5563個(gè)。上游流量邊界自東向西依次選取為東江的博羅、流溪河的老鴉崗、北江的石角、西江的梧州以及潭江的石咀; 下游潮位邊界自東向西分別定于八大口門處的大虎、南沙、馮馬廟、橫門、燈籠山、黃金、西炮臺(tái)及黃沖, 模型范圍示意圖如圖1所示。本次研究利用實(shí)測的水文數(shù)據(jù)對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了率定與驗(yàn)證, 驗(yàn)證結(jié)果良好。由于篇幅所限, 模型具體理論以及率定和驗(yàn)證工作見參考文獻(xiàn)(Zhang et al, 2013; 官明開等, 2016), 不再贅述。

圖1 模型范圍示意圖

1.2 連續(xù)小波變換

潮汐分析方法包括調(diào)和分析(傳統(tǒng)的調(diào)和分析、非穩(wěn)態(tài)調(diào)和分析)和連續(xù)小波變換(continuous wavelet transforms, 簡稱CWT)等方法(Hoitink et al, 2016)。調(diào)和分析的求解是基于其假定而成立的: 潮汐信號(hào)是靜態(tài)穩(wěn)定的并且各分潮是相互獨(dú)立的。由于時(shí)變徑流的影響, 三角洲內(nèi)潮汐信號(hào)呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)特征, 調(diào)和分析方法得到的調(diào)和常數(shù)只是潮汐分潮屬性的近似值, 不能反映潮汐分潮隨時(shí)間演變特征及其潛在的動(dòng)力過程, 從而導(dǎo)致了傳統(tǒng)的調(diào)和分析難以準(zhǔn)確地分解河口三角洲內(nèi)不同頻率的分潮(Jay et al, 1999)。

CWT通過縮放和平移母小波來對信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析, 得到信號(hào)隨時(shí)間和頻率變化的過程。其特點(diǎn)在于可以得到較為準(zhǔn)確的不同周期的分潮簇(而非分潮)(Flinchem et al, 2000; Hoitink et al, 2016)。由于潮汐頻帶具有非幾何變化間隔的特點(diǎn), 故CWT適合用于潮汐分析并可以相對準(zhǔn)確地分析和預(yù)報(bào)非穩(wěn)態(tài)潮汐過程。其局限性在于, CWT對數(shù)據(jù)的時(shí)間長度有要求。比如, 對于半日潮族D2, 如果數(shù)據(jù)長度小于49h時(shí), CWT將不再適用; 另外, CWT分析的好壞對小波的選擇具有較強(qiáng)的依賴性, 因而選擇合適的母小波就顯得至關(guān)重要。

由于本文的研究時(shí)間較長(見2.1節(jié)), 因此CWT適用于本次研究。本次需處理的數(shù)據(jù)為具有水文變化規(guī)律的水文時(shí)間序列數(shù)據(jù), 因而選擇了與其變化規(guī)律更為相似近的Morlet小波作為母小波(康玲等, 2009)。Morlet小波是通過高斯函數(shù)平滑處理而得到的諧波, 在時(shí)域以及頻域均具有良好的局部適應(yīng)性。其定義(Guo et al, 2015; Hoitink et al, 2016)為:

Morlet小波伸縮尺度與周期存在以下對應(yīng)關(guān)系:

表2 CWT方法中分潮簇的頻率范圍

Tab.2 Frequency range of main tidal species used in CWT

1.3 像素分割法

同時(shí)為了論證不同周期分潮簇對珠江河網(wǎng)三角洲潮位分布的影響, 借鑒圖像學(xué)的譜聚類圖像分割算法(Jain et al, 1996; 納躍躍等, 2013), 通過比對計(jì)算兩幅圖每個(gè)像素點(diǎn)的色素值確定兩幅圖的綜合相似度(詳見2.1節(jié)), 創(chuàng)新性地從圖像學(xué)角度論證了不同周期分潮簇與復(fù)雜河網(wǎng)潮位空間分布的關(guān)聯(lián)性。

2 研究結(jié)果

2.1 不同周期分潮簇振幅空間分布特征

由于研究主要關(guān)心潮波運(yùn)動(dòng)對河網(wǎng)潮位分布的影響, 為了盡可能凸顯潮動(dòng)力的影響, 模擬時(shí)段選擇在枯季(2005年2月11日—2005年4月10日)連續(xù)兩個(gè)月。圖2為模擬時(shí)段內(nèi)的平均潮位空間分布圖, 而圖3為通過CWT方法分解得到的D4、D2、D1以及D1/14振幅空間分布圖。

圖2 平均潮位(單位: m)空間分布圖

珠江河口的主要潮汐動(dòng)力來源于南海, 而來自南海的潮汐屬于半日潮、全日潮的混合潮型, 因此D2、D1為此處潮位振幅的主要組成部分(圖3中口門處D2、D1振幅的量值明顯比D4、D1/14更大)。與其他口門相比, D2、D1在虎門與蕉門附近振幅最大, 分別為0.4m和0.3m, 這是由于口外伶仃洋獨(dú)特的內(nèi)聚地形影響。D4振幅在量值上為4種分潮中的最小, 在河網(wǎng)中部區(qū)域, D4達(dá)到最大振幅(0.06m); D4最大能量集中于河道水深較小的區(qū)域或淺灘區(qū), 比如橫門水道、洪奇門水道、桂洲水道、黃圃水道、潭江上游區(qū)以及東江河網(wǎng)等區(qū)域, 這是由于河床地形變化及底摩阻的影響產(chǎn)生非線性作用, 在中上游淺水區(qū)D2的能量會(huì)轉(zhuǎn)移生成D4。由于摩擦力、徑流等作用大部分分潮簇的振幅都會(huì)衰減, 因此在河網(wǎng)區(qū)的上部區(qū)域D4、D2、D1能量逐漸耗散直至為零; D1/14振幅雖然在口門處較小, 但由于其頻率較低、波長較長, 地形變化等非線性作用對其振幅的增加強(qiáng)于底摩阻對其振幅的衰減, 因此D1/14的振幅沿程增加, 在上游區(qū)域振幅甚至可以超過0.3m, 與口門處的D2、D1振幅相當(dāng), 可見不容忽視?？梢宰⒁獾? 由于D1/14振幅沿程增加, 而D2、D1振幅沿程減小, 因此珠江三角洲平均潮位空間分布(圖2)與圖3中的D1/14非常相似。

圖3 D4、D2、D1和D1/14振幅(單位: m)空間分布圖

為更精確地論證D1/14振幅空間分布和平均潮位空間分布之間的相似度, 采用了圖像學(xué)的方法, 將圖2設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)圖, 將相同圖幅的4種分潮簇振幅空間分布圖設(shè)置為對比圖, 對二者進(jìn)行像素分割后對每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行比對計(jì)算。最終得到D1/14振幅空間分布圖和圖2的顏色綜合相似度為84.29%, 而D4、D2以及D1振幅空間分布圖和圖1的顏色相似度分別為33.61%、58.07%及40.12%; 即D1/14振幅空間分布與平均潮位空間分布最為相似, 其次分別是D2、D1和D4。傳統(tǒng)上我們認(rèn)為在一個(gè)半日、全日或混合潮河口, D2和D1主導(dǎo)了潮位在三角洲口門處量值上的變化, 但這一發(fā)現(xiàn)表明D1/14主導(dǎo)了潮位在整個(gè)珠江河口三角洲空間形態(tài)分布特征, 這與Sassi等人(2012)對馬哈坎三角洲河網(wǎng)的研究發(fā)現(xiàn)是一致的。

圖3中D1/14與圖2的相似是有物理關(guān)聯(lián)性的。由于半月周期的分潮簇波長較長, 在河網(wǎng)內(nèi)影響面積較大, D1/14可視為徑潮相互作用程度的指標(biāo)(Buschman et al, 2009), 而上游潮位的穩(wěn)定抬升也源于徑潮相互作用(Godin, 1999)。

2.2 潮位沿程變化

為了分析潮位在復(fù)雜河網(wǎng)內(nèi)沿程的變化情況, 選取西江干流和北江干流作為潮波傳播路線來分析潮波的演變過程。

圖4a為2005年枯季高要站流量, 圖4c為2005年枯季石角站流量; 圖4b為2005年枯季西江干流6個(gè)測站的潮位時(shí)間序列, 圖4d為2005年枯季北江干流6個(gè)測站的潮位時(shí)間序列, 實(shí)線為這12個(gè)測站的日均潮位。為了更清晰地表現(xiàn)出潮位的沿程變化, 馬口站、高明站、天河站、竹銀站和燈籠山站的潮位基面分別抬升了1、2、3.5、5和7m; 三水站、紫洞站、三善滘站、板沙尾站和馮馬廟站的潮位基面分別抬升了1、2、3.5、5和6m。

圖4 2015年枯季西江干流、北江干流流量及12個(gè)測站的潮位時(shí)間序列

a. 高要站流量; b. 石角站流量; c. 西江干流潮位; d. 北江干流潮位

Fig. 4 River discharges and tidal levels along the main streams of the West River and the North River in dry seasons of 2005, respectively. a) River discharge at Gaoyao; b) river discharge at Shijiao; c) tidal levels at six hydrologic stations of the West River; and d) tidal levels at six hydrologic stations of the North River

在口門處, 馮馬廟站與燈籠山站的潮位振幅相當(dāng)。在潮波上溯約24km時(shí)(分別傳播到竹銀站和板沙尾站), 竹銀站的潮位振幅明顯小于板沙尾站。這段區(qū)域內(nèi)潮波在洪奇門水道上溯的阻力比磨刀門小, 這是因?yàn)槟サ堕T下泄的徑流量遠(yuǎn)大于洪奇門的徑流量; 隨后由于洪奇門水道眾多支流、河道束窄、水深變淺等原因, 潮波上溯的阻力增大。兩條河道經(jīng)過三水站、馬口站后在崗根附近匯合時(shí), 潮位變化趨于一致。

通常說來, 當(dāng)日平均潮位恒定時(shí), 一個(gè)潮周期中的最低潮應(yīng)出現(xiàn)在大潮期間。然而值得注意的是, 從竹銀到高明河段和板沙尾到紫洞河段內(nèi), 小潮期間的日平均潮位比大潮期間低; 最高潮都出現(xiàn)在大潮期間, 最低潮反而更多地出現(xiàn)在小潮期間。比如在圖4a中天河站第4天(處于小潮期間)的日平均潮位反而比第10天(處于大潮期間)的日平均潮位小。這個(gè)現(xiàn)象與三角洲上游區(qū)域D1/14對潮位增幅起到的主導(dǎo)作用密切相關(guān)。

2.3 分潮簇振幅的沿程變化

為了進(jìn)一步分析不同周期分潮簇在復(fù)雜河網(wǎng)內(nèi)沿程的變化情況, 以西江干流和北江干流為潮波傳播路線來細(xì)化潮波的演變過程。

圖5a為不同周期分潮簇振幅沿著西江干流的演變過程, 從圖中可以看出在口門處由于外海潮汐的影響, D2、D1在量值上占據(jù)了主導(dǎo)地位, 但當(dāng)潮波往上游傳播的過程中, 在河床摩阻和上游徑流的作用下D2、D1振幅快速衰減, 其中D2振幅的衰減速率比D1更快, 甚至在某些河段接近其兩倍, 這與Godin (1999)指出的頻率越高的分潮衰減速度越快的結(jié)論相一致。在河道斷面收縮、對流和摩阻的共同作用下, D2的能量向高頻的D4轉(zhuǎn)化, 在磨刀門門到竹銀段, D4振幅達(dá)到最大, 而后摩擦力作用增強(qiáng)導(dǎo)致振幅衰減, 但在天河以上又略有增加, 這應(yīng)該是復(fù)雜地形或徑流作用導(dǎo)致非線性作用增強(qiáng)的結(jié)果。D1/14振幅在西江干流始終沿程增加, 高明站D1/14與D1振幅相當(dāng), 高明上游的西江上游區(qū)域, D1/14振幅超過D4、D2和D1, 成為主導(dǎo)潮型。高要站D1/14振幅約為0.13m, 為D1和D2振幅之和的兩倍(分別為0.04m和0.02m)。

圖5b為不同周期分潮簇振幅沿著北江干流的演變過程, 其總體變化規(guī)律和圖5a類似, 在口門處D2、D1振幅為潮位占主導(dǎo)潮型, 但在摩擦耗散作用下, 沿程迅速衰減, 同樣, 高頻的D2振幅衰減速率較D1快。在三善滘站附近D2、D1的衰減出現(xiàn)了突變, 這與該區(qū)域河網(wǎng)眾多、支流錯(cuò)綜復(fù)雜以及水深變化有關(guān)。傳至三水站后, D2、D1沿程衰減變緩。在口門處由于強(qiáng)烈的徑潮非線性作用, D4振幅沿程增加, 但在摩擦耗散下又逐漸衰減。D1/14振幅由口門處沿程增加, 在紫洞上游成為主導(dǎo)潮型。

圖5 西江干流、北江干流主要分潮簇振幅的沿程變化

a. 西江干流; b. 北江干流

Fig. 5 Amplitudes of four main tidal species along the main streams of the West River and the North River, respectively. a) The main streams of the West River, and b) the main streams of the North River

在磨刀門和洪奇門的口門處, D1振幅約為0.19m, D2振幅分別約為0.25m和0.28m, 這與D1、D2的能量在外海的分布有關(guān), D1能量在八大口門處分布均勻, 而D2振幅在東四口門處更大(圖3)。洪奇門口門附近(馮馬廟站至板沙尾站)D2、D1振幅分別減小了0.30cm·km-1和0.15cm·km-1, 磨刀門(燈籠山站至竹銀站)為0.50cm·km-1和0.25cm·km-1, 這是因?yàn)槟サ堕T是西江徑流的主要下泄出口, 徑流下泄量巨大, 潮汐動(dòng)力受徑流動(dòng)力壓制而難以向上游區(qū)域推進(jìn), 因此磨刀門通道潮差較小; 而洪奇門徑流動(dòng)力遠(yuǎn)沒有磨刀門強(qiáng)烈, 潮汐動(dòng)力上溯的阻力比磨刀門小。

3 討論

在黏性不可壓縮流體動(dòng)量守恒N-S方程和質(zhì)量守恒方程的基礎(chǔ)上, 考慮淺水假定和狹窄河道假定的情況下, 得到無限長狹窄河道中潮波傳播的一維淺水方程:

式中:為河道斷面平均流速;為平均海平面以上的水面高程;為矩形河道斷面的寬度;為平均海平面以下的河道斷面水深;為重力加速度;f為摩擦系數(shù);為時(shí)間;為沿河道上游方向的距離坐標(biāo)。

將水流流速和水面波動(dòng)定義為:

式中:0為徑流流速部分;為時(shí)間;表示不同分潮;為流速分潮振幅;為分潮頻率;d為流速分潮相位;a為潮位分潮振幅;c為潮位分潮相位。

演示實(shí)驗(yàn)不僅是高中物理的重要教學(xué)內(nèi)容，而且是測試中的?？贾R(shí)點(diǎn).但研究發(fā)現(xiàn)，部分教師開展演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)存在一些問題，影響教學(xué)效率的提升.這些問題主要體現(xiàn)在以下方面：

式中:=0.3395;=0.6791;、、分別表示不同分潮。

引入三角函數(shù)倍角公式計(jì)算可得:

可見當(dāng)一個(gè)分潮單獨(dú)上溯時(shí), 它的振幅衰減速率與振幅的平方成正比。

其次, 徑流產(chǎn)生的潮位波動(dòng)定義為:

式中:0為平均水深。

對式(3)、(11)、(12)聯(lián)合求解二階偏微分方程時(shí), 根據(jù)Godin (1999)提供的方法和思路可解得:

式中:為分潮頻率。

在中上游河網(wǎng)區(qū), D1/14的波長(約400km)比河口區(qū)域大部分分潮的波長長得多(Guo et al, 2015), 當(dāng)潮汐間的非線性作用生成的主要高頻分潮逐漸衰減至消失后, 低頻分潮對的影響占據(jù)主導(dǎo)地位。D1/14振幅甚至可以達(dá)到口門處D2分潮簇一樣的量級(jí), 使得小潮期間的低潮位低于大潮期間的低潮位。以往的研究很多忽視了低頻分潮的影響, 但其對潮位的整體分布影響很大。另外, 低頻分潮的研究對潮汐相關(guān)的防洪航運(yùn)等方面具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)論

低頻周期分潮簇振幅對河口三角洲潮位的影響在以往的研究中經(jīng)常被忽略。本文通過建立珠江三角洲河網(wǎng)的一維水動(dòng)力模型獲得了長周期且高頻的潮位數(shù)據(jù), 通過連續(xù)小波變換獲得不同周期分潮簇作用下的振幅, 通過借鑒圖像學(xué)的方法論證了不同周期分潮簇對和復(fù)雜河網(wǎng)內(nèi)平均潮位分布的時(shí)空關(guān)聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn), 在河網(wǎng)的口門處潮位振幅的量值由高頻分潮簇(D1和D2)所主導(dǎo), 但在摩阻效應(yīng)的作用下, 高頻分潮簇沿程迅速衰減, 且D2振幅衰減比D1快, 表明頻率高的分潮簇衰減速度更快。D4在河段斷面收縮、對流和摩擦阻力的共同作用下, 在口門初段會(huì)沿程增加, 隨后在摩阻耗散的作用下開始衰減。

最值得注意的是半月周期分潮簇D1/14振幅的變化, 其在西江和北江都表現(xiàn)出沿程增加的趨勢, 且在河網(wǎng)上游部分其量值都可超過高頻分潮簇(D1和D2), 從而對潮位分布起到主導(dǎo)作用。D1/14可以在很大程度上解釋河網(wǎng)區(qū)上游區(qū)域的潮位的變化(3.2節(jié)), 表明半月周期的分潮簇影響了河網(wǎng)整體潮位分布的空間特征。

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Relationship of tidal level and different tidal species in complex river networks

QIN Lizhen1, 2, ZHANG Wei1, 2, GUAN Mingkai3, ZHAO Sheng4, CHENG Liangqiu5

1. Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence (Hohai University), Ministry of Education, Nanjing 210098, China; 2. College of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Shanghai Investigation Design & Research InstituteCo., Ltd. Fujian Branch, Fuzhou 350001, China; 4. Department of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China; 5. Guiyang Investigation and Design Institute of Power Construction Corporation of China, Guiyang 550081, China

The surface level variation greatly depends on semidiurnal and diurnal tidal species in the estuaries of irregularly semidiurnal tides. However, fortnightly tidal species have a great impact on the mean water surface topography upriver due to substantial difference in damping of the main different tidal species. Therefore, the effect of different tidal species on tidal level distribution has obviously regional characteristics when tides propagate into deltaic river networks. In this paper, a one-dimensional flow model of the Pearl River networks was used to obtain a series of high-frequency and long-period tidal levels. Then, spatial distributions of the four main tidal species in the study area were obtained for further study by continuous wavelet transformation (CWT) and reconstruction. Finally, a new pixel affinity for spectral image segmentation was employed to compare the similarity between two figures, which implied a spatial correlation of tidal species and tidal level distribution in the complex river network. The results showed that surface level variation is influenced by semi-diurnal and diurnal tidal species near the outlets, while mean water surface topography is influenced by fortnightly tidal species in the complex river network.

amplitude of tidal species; continuous wavelet transport; complex river network; a one-dimensional flow model of river network; the Pearl River delta

2018-04-18;

2018-06-29. Editor: SUN Shujie

National Key Research Program of China (2017YFC0405900); National Natural Science Foundation of China (41676078)

P731.23

A

1009-5470(2019)01-0027-08

10.11978/2018044

2018-04-18;

2018-06-29。孫淑杰編輯

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC0405900); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41676078)

秦莉真(1994—), 女, 江蘇省宜興市人, 碩士研究生, 主要從事河口海岸水動(dòng)力學(xué)研究。E-mail: qlz112358@163.com

張蔚。E-mail: zhangweihhu@126.com

*謝謝4位匿名審稿人提出的寶貴意見！

ZHANG Wei. E-mail: zhangweihhu@126.com