长期潮位数据不足条件下不同重现期的极端高水位计算方法技术

本发明专利技术公开了一种长期潮位数据不足条件下不同重现期的极端高水位计算方法，包括：1）获取地形数据，气象数据以及实测水位数据、2）建立ADCIRC模型并验证模型的可靠性、3）获得研究区域长期的台风数据，运用Monte Carlo模型，考虑各个因素的联合分布，界定每一个参数的历史发生范围，然后在界定范围内重新产生每个参数生成一个新的风暴潮驱动要素组、4）运用ADCIRC模型模拟各风暴潮要素组，生成极端水位，计算相应重现期。本发明专利技术形成的一套全面的结合Monte Carlo模型模拟历史所需重现期的风暴潮要素，结合水动力模型ADCIRC进行极端水位预测的计算方法可以准确的确定出长期潮位数据不足条件下不同重现期的极端高水位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种专门适用于特定应用的数字计算或数据处理方法，具体涉及一种 在长期潮位数据不足条件下，利用水动力数学模型方法计算百年及更高重现期的极端高水 位的方法。
技术介绍
我国沿海地区经济发展迅速，特别是沿海大开发等工程使得海岸带经济权重进一 步增加。但是因为地理位置的特殊性，海岸带区域需要面对可怕的海洋灾害，其中风暴潮灾 害频繁。近年来风暴潮灾害的发生频率和引起的经济损失都呈明显上升趋势。如果计算中 低估了极端高水位值将危及到人民的生命财产安全，如果过高的估计极端高水位将会提高 工程造价。因此，如何准确的确定不同重现期的极端高水位对于工程建设和人民的生命财 产安全起到极其重要的作用。传统的频率分析方法在拥有较长潮位系列的区域推求100年 一遇为代表的极端水位有很好的效果，而我国大部分区域的实测潮位数据少于50年甚至 不足30年，传统方法尚难在这些区域适用，利用较短数据很可能会低估100年一遇及更高 重现期极端水位，具有很大的不确定性。然而，目前国内外对于百年一遇的极端高水位的预 测和分析方法都存在各种各样的问题，这里综述之。 (1)利用已有站点的长期年最高值水位进行频率分析后"外延"推求不同重现期的 极端高水位。这种方法的优点在于计算量小，比较容易通过已有的长期数据进行验证。然 而我国目前存在的问题是潮位测量站大多建立时间较短，所以极少有长期完整潮位系列， 建国前年份数据更少，即使可以获得的也是间断不连续的，很难用来进行科学研宄。随着近 年来对人口密集经济量大的城市堤防标准的提高，利用较短潮位系列来估计100年一遇为 代表的高重现期极端水位可能有很大误差。 (2)数值模拟方法，这种方法往往在不具有长期历史观测潮位数据的情况下使用。 在这种情况下，利用气象和天文潮（以及其他可能驱动因素，例如海啸）作为水动力数值模 拟的驱动因素来进行数值模拟。这种数值模拟的方法的优点在于其利用风暴潮的气象物理 成因直接进行数学模型的大范围计算，可以得到整个数学模型计算区域的百年一遇的极端 高水位，此外，该方法不需要历史潮位数据，可以通过不同组合来增加研宄样本，因此可以 用来解决历史水位数据不足的问题。数值模拟方法的不利因素在于其计算量大，因为无论 用哪种统计方法推求的气象因素，这些统计模型产生的不同重现期的气象因素都要进行水 动力数学模型计算，计算次数多，计算量大。这种方法存在的问题是尚难确定各种组合所得 高水位的重现期，也就是如何确定计算出的最高水位是多少年一遇的极端水位。 总的来说，我国现阶段研宄主要存在两个问题：1)水位站点潮位系列大多较短， 做频率分析外延预测极端水位不确定性较强；2)风暴潮水动力模型计算对特定台风增水 过程及最高水位模拟较好，尚难反应其对应重现期。开发一种能够解决上述问题的计算方 法已成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种建立一整套预测和 分析风暴潮极端高水位的方法。拟建立一整套结合Monte Carlo统计方法和水动力计算模 型ADCIRC的计算方法用以预测和分析风暴潮引起的不同重现期的极端水位。 技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供的长期潮位数据不足条件下不同重 现期的极端高水位计算方法，包括以下步骤： 步骤1，获取地形数据，气象数据以及实测水位数据； 步骤2,建立ADCIRC模型并验证模型的可靠性； 步骤3,获得研宄区域长期的台风数据，考虑各个因素的联合分布，界定每一个参 数的历史发生范围，然后在界定范围内重新产生每个参数生成一个新的风暴潮驱动要素 组； 步骤4,运用ADCIRC模型模拟各风暴潮要素组，生成极端水位，计算相应重现期。 具体地，所述步骤1所获取的地形数据是ADCIRC水动力模型区域内的地形数据， 所述气象数据包括研宄区域台风期间实测气压值、风速值，所述水位数据包括相关站点实 测增水值以及潮汐值。 具体地，所述步骤2中所建立的ADCIRC水动力模型用于计算不同台风要素、径流 要素下引起的增水值。 具体地，所述步骤3中：研宄区域长期的台风数据包括台风要素中心气压差、最大 影响半径、登陆地点、风暴潮移动速度、角度、径流量、潮汐这7个要素；使用Monte Carlo模 型将7个要素重新随机组合产生所需重现期情况下的风暴潮驱动要素，为水动力模型计算 提供边界条件。 具体地，所述Monte Carlo模型将风暴潮驱动的7个因素独立考虑，考虑各个因 素的联合分布，界定每一个参数的历史发生范围，然后在界定范围内重新产生每个参数"生 成"一个新的风暴潮驱动要素组。 具体地，所述步骤4中通过对各模拟所得最高水位进行排序得出不同重现期的极 端水位，运用公式TR = D/M，其中TR是重现期，D为目标重现期，M是最高水位的从高到低 的排序，从而获得相应重现期的极值水位。 使用时，具体的步骤如下： 步骤1 :收集整理相关资料，包括ADCIRC水动力模型区域内的地形数据；研宄区域 台风期间实测气压值、风速值，相关站点实测增水值以及潮汐值。 步骤2:建立ADCIRC水动力模型，该模型用于计算不同风暴潮因素（台风要素、径 流要素）下引起的增水值。以某号台风为例，验证模型的可靠性。 步骤3 :获取研宄区域较长时间的各台风数据，将台风要素中心气压差（ΛΡ = 1013-台风中心气压），最大影响半径（R)，登陆地点（s)，风暴潮移动速度（V)以及角度 (Θ )，径流量（J)及潮汐（T)作为风暴潮驱动要素，分析各要素自身的概率分布关系。最终 生成模拟风暴潮条件，利用ADCIRC水动力模型进行数值模拟得出研宄区域的增水过程线， 得到最高水位。Monte Carlo统计方法的思想在于将风暴潮驱动的7个因素独立考虑，考虑 各个因素的联合分布，界定每一个参数的历史发生范围，然后在界定范围内重新产生每个 参数"生成"一个新的风暴潮驱动要素组。 步骤4 :将生成的风暴潮驱动要素利用ADCIRC水动力模型进行计算，获得每次水 动力数值模拟条件下研宄区域的风暴潮最高水位。通过对各模拟所得最高水位进行排序得 出不同重现期的极端水位，运用公式TR = D/M，其中TR是重现期，D为目标重现期，M是最 高水位的从高到低的排序，从而获得相应重现期的极值水位。 上述方法中，历史风暴潮驱动要素的重组方法为利用联合概率模型重组求得，确 定不同重现期的极端水位的方法为通过对各模拟所得最高水位进行排序得出不同重现期 的极端水位。 本专利技术针对现有方法存在的上述不足，从风暴潮的物理驱动因素出发，采用 MonteCarlo台风随机模型主要为台风风场和气压场模型计算提供不同的台风要素，以计 算出不同路径、中心气压、风速等条件下的风场与气压场并将其作为ADCIRC风暴潮模型的 驱动因素当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长期潮位数据不足条件下不同重现期的极端高水位计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，获取地形数据，气象数据以及实测水位数据；步骤2，建立ADCIRC模型并验证模型的可靠性；步骤3，获得研究区域长期的台风数据，考虑各个因素的联合分布，界定每一个参数的历史发生范围，然后在界定范围内重新产生每个参数生成一个新的风暴潮驱动要素组；步骤4，运用ADCIRC模型模拟各风暴潮要素组，生成极端水位，计算相应重现期。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢洋，徐宿东，殷锴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32