理論最低低潮面

理論最低低潮面是指13 個分潮組合下理論上可能的潮水位最低值，若某地平均低潮位越低，則理論最低潮面相應越低，由此可得，平均低潮位這一統計量與理論最低潮面的定義具有對應性。

基本介紹

• 中文名：理論最低低潮面
• 外文名：The lowest low water theory
• 學科：測繪學
• 定義：理論上可能的潮水位最低值
• 對應：平均低潮位
• 領域：海洋測繪

簡介

海圖深度基準面的確定是海洋測繪、海道測量、海洋工程設計施工等各項生產活動的基礎，也是航海保證部門編制海圖的重要依據，同時歷史海圖深度基準面也是研究河口海岸演變的重要參考資料。合理的海圖深度基準面既要保證船舶航行的安全，同時又要儘量提高航道的利用率，海圖深度基準面的過高或者過低都會對通航安全或航道利用產生不利影響。對於海圖深度基準面的選取，世界各國根據本國沿海不同的潮汐特徵而選取不同的海圖深度基準面。我國在1956 年以前採用過略最低低潮面、平均大潮低潮面、可能最低低潮面、特大潮低潮面等多達十幾種的海圖深度基準面，後因為保證率不足，同時為了統一我國沿海的海圖深度基準面，1956 年以後統一採用理論深度基準面作為海圖深度的基準面。根據最新的《海道測量規範》中的規定，我國的海圖深度基準面採用13 個分潮組合的理論最低潮面，它們包括：M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1 8 個天文分潮，M4、MS4、M6 3 個淺水分潮以及Sa、SSa2 個長周期分潮。

儘管《海道測量規範》中對理論最低潮面的計算公式進行了說明，但是由於公式中涉及分潮調和常數（振幅H 及遲角g）的計算，8 個天文分潮的調和常數利用1 個月的實測資料即可求得，而對於3 個淺水分潮及2個長周期分潮至少需要1 a 的實測資料才可將其分離出來。針對這一問題，眾多學者提出了不同的算法及模型，LI、暴景陽等從理論最低潮面的定義出發，對理論最低潮面模型的算法進行了研究及改進；汪家君提出了“改正數”的概念，即建立理論最低潮面與其他深度基準面的線性回歸關係，得到了較好的結果，但是用上述兩種方法計算至少需要1 a 的逐時實測潮位資料。耿鳳奎對海南環島理論最低潮面形態曲線模型方法進行了研究，初步提出一種有效的理論方法，但此研究還處於理論的階段，實際操作中對相鄰驗潮站之間的距離有一定的要求，需要加設臨時驗潮站，短期內難以實現。並且當前對理論最低潮面的研究往往是局限於某個工程海域，對於附近無常設驗潮站海域，理論最低潮面的推算仍是一個難題。

我國現階段沿海常設驗潮站數目相當有限，且受資料保密、工期等各方面因素的制約，1 a 以上的實測潮位資料難以獲取，往往只能通過科研報告或論文獲得平均高、低潮位或平均潮差等潮汐特徵值，但是海洋工程中往往需要快速、準確地確定當地理論最低潮面。由此，利用我國東部沿海17 個驗潮站實測潮位資料進行調和分析，得到各驗潮站的理論最低潮面，並對理論最低潮面與統計得到的平均低潮位之間的關係進行回歸分析，探討理論最低潮面與平均低潮位之間的相關性。

原理與方法

現行《海道測量規範》中對理論最低潮面的定義為13 個分潮組合下理論上可能的潮水位最低值，若某地平均低潮位越低，則理論最低潮面相應越低，由此可得，平均低潮位這一統計量與理論最低潮面的定義具有對應性。

利用我國東部沿海地區17 個驗潮站連續369 d 的實測潮位資料進行調和分析，得到13 個分潮的調和常數（振幅H 及遲角g），根據《海道測量規範》中的方法，計算相應各站的理論最低潮面；並由實測資料統計各站的年平均低潮位及月平均低潮位。由此，對理論最低潮面與年平均低潮位及月平均低潮位之間的關係進行回歸分析，得到相應的擬合公式，並對擬合公式的適用性行了檢驗。

為檢驗所用調和分析方法的合理性，利用浙江長塗驗潮站369 d 的實測潮位資料進行調和分析，預報長塗驗潮站1974 年7 月29 日到1974 年8 月12 日的逐時潮位，然後與實測值進行對比。長塗驗潮站潮位實測值與預報值相當吻合，說明利用該程式對潮位進行調和分析是合理的。

理論最低潮面與平均低潮位的關係

利用我國東部沿海17 個驗潮站連續369 d 的實測資料，運用調和分析的方法得到相應的13 個分潮的調和常數，然後計算當地平均海平面以下的理論最低潮面；利用實測資料統計分析得到相應驗潮站的年平均低潮位及月平均低潮位，統計結果均以當地平均海平面為基準。

理論最低潮面與3 月份平均低潮位的相關性最高，相關係數達0.969。但理論最低潮面與其餘各月平均低潮位的相關性皆低於與年平均低潮位，總體來說理論最低潮面與年平均低潮位相關性較好。分析原因，主要是因為理論最低潮面是一個長期內相對較為穩定的面，短期潮位資料容易受到氣象、氣壓等因素的影響，難以真實地反映理論最低潮面的位置，並且建立的模型範圍較廣，覆蓋整箇中國東部沿海地區，余水位的變化較為劇烈，亦或單個站的變化對整個模型產生影響。

由於受地形、潮波系統和潮差等各方面因素的影響，我國沿海各地理論最低潮面差異比較大。從實測資料分析得到，理論最低潮面與平均海平面的距離總體分布基本呈現“南大北小”的規律，各統計時段內平均低潮位的分布呈現南部低、北部高的態勢，與理論最低潮面的分布相一致。還可看出，秦皇島、龍口、煙臺平均低潮位相對較高，這主要是受到渤海半封閉型態以及分潮無潮點的影響。

1 理論最低潮面與年平均低潮位的關係

得到的理論最低潮面與年平均低潮位的值，對我國東部沿海17 個驗潮站的理論最低潮面與年平均低潮位進行線性回歸分析。

由此，得到理論最低潮面與年平均低潮位的關係為L0=1.617 L-0.055 R=0.959 （1）式中：L0 為理論最低潮面，m；L 為年平均低潮位，m；R 為相關係數。

理論最低潮面與年平均低潮位的擬合關係非常好，相關係數達0.959，因此在實際工程中，若無1 a 實測潮位資料，可以利用年平均低潮位近似估算當地理論最低潮面的位置。

2 理論最低潮面與月平均低潮位的關係

海洋工程中，1 a 以上的潮位資料獲取較為困難，1 個月的資料則相對較為容易獲得，由此，便可以統計各月平均低潮位。然後對理論最低潮面與各月平均低潮位之間的關係進行回歸分析，給出了理論最低潮面與各月平均低潮位的擬合公式、對應相關係數。

雖然理論最低潮面與月平均低潮位的相關性較低，可知，各公式的相關係數皆在0.930 以上。因此，實際工程中，在缺少1 a 以上實測潮位資料的前提下，利用上述關係式作為推算理論最低潮面的依據仍不失為一個有效的方法。

在秦皇島驗潮站，7 月份與8 月份的月平均低潮位為正值，即此時月平均低潮位位於當地平均海平面之上，產生這種現象的原因主要在於秦皇島站附近存在M2 分潮無潮點。結合秦皇島驗潮站1974 年8 月份潮位過程線可知，該站潮位過程呈現不規則變化的型態，高低潮位過程存在不規則變動，並且潮位過程基本位於平均海平面以上，高低潮存在明顯的不對稱現象。渤海大部分區域為正規和不正規半日潮類型，但是通過計算得出秦皇島的潮型係數F=（HK1+HO1）/HM2=4.95，即受半日分潮無潮點的影響，秦皇島潮汐已變為正規全日潮類型，因此月平均低潮位的變化規律與其餘站點相比存在較大差異。

實測資料檢驗擬合關係合理性

上述採用的17 個驗潮站較為均勻地分布於我國東部沿海，因此上述各擬合關係均可以用來估算我國東部沿海地區的理論最低潮面，但是由各公式的相關係數可知，各公式間依然存在差異。

因此，為檢驗得到的擬合公式的合理性，利用如東、老虎灘兩個驗潮站連續369 d 的逐時實測資料進行調和分析，得到相應當地平均海平面以下的理論最低潮面；根據實測資料統計分析得到兩個驗潮站的年平均低潮位及月平均低潮位，然後利用公式結合統計得到的平均低潮位分別計算出兩站的理論最低潮面在平均海平面以下高度，並就兩者之間的差異進行分析。根據如東、老虎灘驗潮站369 d 實測資料調和分析得到的以當地平均海平面為基準的理論最低潮面分別為-2.953 m、-1.805 m。潮位等於平均海平面）極少發生，在實際套用中一般不考慮此種情況。

老虎灘驗潮站理論最低潮面與年平均低潮位的擬合結果也非常好。但對於理論最低潮面與月平均低潮位的擬合關係，1 月、6 月、8 月以及10～12 月的差值都超過了0.1 m，1 月的偏差甚至超過了0.3 m，誤差相對較大。分析原因，主要是因為老虎灘驗潮站位於渤海與黃海的交界處，同時受到2 個海域潮波系統的影響，並且還受到海灣振動等非潮汐因素的作用，部分時間段內潮汐呈現不規則變化的型態，這種現象在1 月、10～12 月尤為明顯。此外，由於月平均低潮位易受氣壓、氣溫、風暴過程等外界因素的影響，因此冬季及夏季月平均低潮位與年平均低潮位往往存在較大差異，這偏離了理論最低潮面長期、穩定的內涵，進而導致了冬季及夏季部分月份的公式計算結果與調和分析的結果存在較大偏差。

此外，利用公式推算理論最低潮面時，雖然不同站位、不同時間尺度和不同月份的計算精度高低不同，但如東及老虎灘12 個月的平均偏差僅為0.036 m、0.047 m，誤差均保持在厘米級以內，用本文擬合的公式計算我國東部沿海理論最低潮面依然是一個有效的方法。

另外，利用此關係估算理論最低潮面時需要注意，分析採用的驗潮站基本是分布於我國東部近海地區，對於外海理論最低潮面的計算，因此本方法主要用於無實測潮位資料近海地區理論最低潮面的估算。

總結

通過統計分析可以得出，理論最低潮面與年平均低潮位的關係較好，而各月平均低潮位由於受到氣壓、氣溫變化以及風暴過程等因素的影響，其與理論最低潮面之間的關係相對較弱。

同時，利用我國東部沿海近20 個驗潮站平均低潮位與理論最低潮位之間的關係，提出的快速推算我國東部沿海地區理論最低潮面的方法，避免了以往需要1 a 以上實測資料來進行調和分析計算的麻煩，只要根據當地的年平均低潮位或者月平均低潮位的數值，便可利用上述給出的理論最低潮面和平均低潮位之間的函式關係，方便地推算出理論最低潮面的位置，為工程的設計、實施提供及時的參考。同時，驗潮站的分布範圍較廣，且根據如東及老虎灘的實測資料對比分析表明，本文給出的各擬合公式在我國東部沿海各海區均具有普遍的適用性。