本發(fā)明屬于水利水運工程技術領域，具體的說是一種河口徑流、潮汐控制河段的判定方法及其應用方法。

背景技術：

河口區(qū)域是徑流、潮汐交互作用的區(qū)域，由于徑流、潮汐的不同周期性以及作用特點，造成徑流控制河段與潮汐控制河段水沙輸移、鹽分擴散以及地貌變化特征的差異性變化。這種差異決定了在興建航道整治、防洪控制以及水庫取水工程中，徑流控制河段與潮汐控制河段的關注重點差異。已有研究認識到了這一問題，往往利用數(shù)學模型，基于鹽度擴散情況，計算出鹽度為0的分解界面，這一方法雖然判斷較為直觀，但存在數(shù)據(jù)收集困難、計算過程復雜的缺點，在工程實踐中應用模式極為不便。而且由于潮汐、鹽度的變化周期較短，用于長周期的工程運行考慮會產(chǎn)生一定的錯疏，不利于工程的實施，也會增大經(jīng)濟成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種河口徑流、潮汐控制河段的判別方法，根據(jù)潮區(qū)界附近水文站測量入海徑流數(shù)據(jù)以及河口沿程各潮位站月均高、低潮位數(shù)據(jù)，借助manner-kendall秩檢驗方法，能夠較為快速、便捷的判斷徑流、潮汐控制河段以及二者轉換的臨界界面，可為河口工程項目提供理論支撐。

河口為入海徑流與外海潮汐作用交匯場所，存在徑流控制河段與潮汐控制河段兩種河段。由于徑流、潮汐的動力特性、周期性等規(guī)律存在較為明顯的差異，兩類河段的水沙動力、鹽度擴散、演變規(guī)律等均存在不同的規(guī)律。徑流控制河段存在洪枯季差異，變化周期為一年，一般存在鹽度擴散，洲灘、河槽存在洪沖枯淤、洪淤枯沖等年內(nèi)變化規(guī)律以及大小水年的年際周期性變化等。而潮汐控制河段變化周期一般為12小時或24小時，隨月、日、地之間引力發(fā)生明顯變化，鹽度隨漲潮增大，隨落潮降低，洲灘、河槽存在漲沖落淤或漲淤落沖等演變規(guī)律，在河口開展航道整治、防洪規(guī)劃、取水水庫等工程時，針對徑流控制、潮汐控制不同河段，需進行針對性設計。

本發(fā)明提供一種河口徑流、潮汐控制河段的判別方法，包括以下步驟：

一種河口徑流、潮汐控制河段的判別方法，包括以下步驟：

(1)選取位于潮流界上游且無負向流速干擾處的徑流測站的月均徑流流量數(shù)據(jù)作為徑流表征指標，選取沿程不同位置潮位測站的月均潮差數(shù)據(jù)作為潮汐表征指標；

(2)以各潮差測站分別作為目標測站進行一次判別，判別常年徑流控制河段和非常年徑流控制河段，實現(xiàn)如下：

基于目標潮差測站的年內(nèi)月均潮差數(shù)據(jù)，以及對應時段徑流測站的年內(nèi)月均徑流流量數(shù)據(jù)，利用manner-kendall秩檢驗方法，計算統(tǒng)計參數(shù)uf、ub，繪制檢驗圖像：

當徑流測站徑流流量大于某一流量級，且該流量級在對應徑流測站的水文p型曲線中出現(xiàn)的頻率超過90%時，始終存在uf或ub超出α=0.95置信區(qū)間，則將目標潮差測站所處河段稱為常年徑流控制河段；

當徑流測站徑流流量大于某一流量級，且該流量級在對應徑流測站的水文p型曲線中出現(xiàn)的頻率超過90%時，始終存在uf或ub未超出α=0.95置信區(qū)間，則將目標潮差測站所處河段稱為非常年徑流控制河段；

(3)對非常年徑流控制河段的目標潮差測站進行二次判別，判別季節(jié)性徑流控制河段和常年潮汐控制河段，實現(xiàn)如下：

以年內(nèi)徑流流量峰值月份為洪季，基于洪季徑流流量以及各站月均潮差資料，利用manner-kendall秩檢驗方法，計算統(tǒng)計參數(shù)uf、ub，繪制檢驗圖像，或者，

以年內(nèi)徑流流量谷值月份為枯季，基于枯季徑流流量以及各站月均潮差資料，利用manner-kendall秩檢驗方法，計算統(tǒng)計參數(shù)uf、ub，繪制檢驗圖像；

當徑流測站徑流流量大于某一流量級，且該流量級在對應徑流測站的水文p型曲線中出現(xiàn)的頻率超過90%時，始終存在uf或ub超出α=0.95置信區(qū)間，則將目標潮差測站所處河段稱為季節(jié)性徑流控制河段；

當徑流測站徑流流量大于某一流量級，且該流量級在對應徑流測站的水文p型曲線中出現(xiàn)的頻率超過90%時，始終存在uf或ub未超出α=0.95置信區(qū)間，則將目標潮差測站所處河段稱為常年潮汐控制河段。

上述步驟(1)中，先將河口區(qū)域劃分為感潮河段、徑潮交互河段以及潮汐河段，然后選取位于潮流界上游且無負向流速干擾處的徑流測站的月均徑流流量數(shù)據(jù)作為徑流表征指標。

一種上述河口徑流、潮汐控制河段的判別方法的應用方法：

對于常年徑流控制河段：取水工程設于此區(qū)間無需考慮鹽水上溯影響，航道整治、防洪工程主要考慮近年來水流次飽和對工程的沖蝕影響，對工程區(qū)域增強守護力度，增大糙率；

對于季節(jié)性徑流控制河段：取水工程夏季無需考慮鹽水上溯影響，航道整治工程主要考慮水流次飽和對工程的沖蝕影響，對工程區(qū)域增強守護力度，增大糙率；而枯季取水工程需考慮鹽水上溯影響，考慮汛末蓄水，枯季用水的方案；航道整治、守護工程則由于漲潮流挾沙影響，受水流沖蝕力度減弱，能適當降低維護成本；

對于常年潮汐控制河段：設置取水工程難度大，常年受咸潮影響，需考慮更改選址；對于航道整治及防洪工程，主要考慮存在泥沙大量落淤堵塞航槽的問題以及潮汐抬高水位的影響。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術相比，其有益效果在于：

本發(fā)明針對河口段徑流、潮汐交互作用影響水動力、懸沙輸移、鹽分擴散、河床演變的現(xiàn)象，將徑流控制河段與潮汐控制河段的判別簡化為判別徑流增強對當?shù)爻辈钍欠翊嬖谮厔菪杂绊懀⒏鶕?jù)徑流的季節(jié)性差異，提出了判別徑流、潮汐控制河段的方法，將河口區(qū)域劃分為三種不同類型的河段：常年徑流控制河段，季節(jié)性徑流控制河段以及常年潮汐控制河段，該判別方法對河口水利工程的建設提供理論支撐，從而使得河口區(qū)域相關工程的實施針對徑流、潮汐的控制情況有更好的針對性。本發(fā)明方法具有資料收集難度小，判別方法快速、直觀、簡便，判別結果為宏觀結果，不會實時變化的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例徑流、潮汐控制河段判別方法生成的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例某常年徑流控制河段manner-kendall秩檢驗方法檢驗結果；

圖3為本發(fā)明實施例某常年徑流控制河段水文pⅲ型曲線；

圖4為本發(fā)明實施例某非常年徑流控制河段manner-kendall秩檢驗方法檢驗結果；

圖5為本發(fā)明實施例某季節(jié)性徑流控制河段洪季manner-kendall秩檢驗方法檢驗結果；

圖6為本發(fā)明實施例某季節(jié)性徑流控制河段水文pⅲ型曲線；

圖7為本發(fā)明實施例季節(jié)性徑流控制河段洪季manner-kendall秩檢驗方法檢驗結果；

圖8為本發(fā)明實施例長江口的徑流、潮汐控制河段劃分結果圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術方案。

參見圖1，本發(fā)明提供一種河口徑流、潮汐控制河段的判定方法，利用簡單實測資料，對河口水動力特性受徑流控制或受潮汐控制進行判定，并對河口水利工程的建設提供理論支撐，判定方法及其應用方法包括以下步驟：

(1)河段劃分與資料篩選，具體方法為：

a.廣義的河口區(qū)域一般以潮位波動可以上溯傳遞的最遠位置潮區(qū)界為起始點，以大陸架-20m等高線為終點（陸海交接處位于海平面以下，有一段陸地稱之為大陸架，一般以黃海高程-20m為河口下邊界范圍），在河口區(qū)域內(nèi)，由潮位波動上溯的最遠距離潮區(qū)界以及漲潮流速可以上溯的最遠距離潮流界為界面可以劃分為感潮河段、徑潮交互河段以及潮汐河段；

b.為分析徑流、潮汐相互作用的情況，需選取合適的徑流、潮汐表征指標；為確保所測徑流流量不受潮汐干擾，徑流流量測站需位于潮流界上游，無負向流速干擾處；潮汐參數(shù)選取沿程不同位置潮位測站數(shù)據(jù)；且考慮到徑流流量沿程傳播存在一定的滯后性，且潮汐隨著月球與地球之間距離和引力的變化，存在月內(nèi)大小潮，為削弱徑流滯后性以及潮汐的月內(nèi)變化，因此，選取月均徑流流量以及月均潮差資料作為徑流、潮汐的表征指標；

(2)判別常年徑流控制河段，具體方法為：基于沿程各潮汐測站的潮差數(shù)據(jù)以及徑流流量資料，利用manner-kendall秩檢驗方法，計算統(tǒng)計參數(shù)uf、ub；繪制檢驗圖像，利用α=0.95的置信區(qū)間對結果進行檢驗，當徑流流量大于某一流量級時，存在uf或ub的曲線始終超出置信區(qū)間的現(xiàn)象時，則利用水文p型曲線，判斷上述流量級出現(xiàn)頻率，當該頻率超過90%時，稱之為潮差隨徑流存在趨勢性變化，當該趨勢為減小趨勢時，稱該測站所處河段為常年徑流控制河段；

(3)判別季節(jié)性徑流控制河段，具體方法為：

a.由于徑流存在明顯的洪枯季差異，部分季節(jié)性河流洪季流量會達到枯季的10倍甚至更多，因此在河口局部河段存在過渡河段，在過渡河段中存在徑流、潮汐相對強弱有著較為明顯的季節(jié)性差異，洪季表現(xiàn)為徑流控制河段，枯季表現(xiàn)為潮汐控制河段，因此，需針對這一區(qū)域，分洪、枯季分別判斷其徑流、潮汐控制河段的節(jié)點位置；

b.以年內(nèi)徑流流量最大的四個月份為洪季，年內(nèi)徑流流量最小的四個月份為枯季；基于洪、枯季徑流流量以及各站月均潮差資料，利用manner-kendall秩檢驗方法，重復步驟（2），當該趨勢為減小趨勢時，稱該測站所處河段為季節(jié)性徑流控制河段，反之則稱之為潮汐控制河段；

本發(fā)明還提供上述河口徑流、潮汐控制河段的判定方法的應用，基于徑流、潮汐控制河段判別結果，調(diào)節(jié)工程應用情況，具體為：

對于常年徑流控制河段：取水工程設于此區(qū)間無需考慮鹽水上溯影響，航道整治、防洪工程主要考慮近年來水流次飽和對工程的沖蝕影響，對工程區(qū)域增強守護力度，增大糙率；

對于季節(jié)性交替變化徑流、潮汐控制河段：取水工程夏季無需考慮鹽水上溯影響，航道整治工程主要考慮水流次飽和對工程的沖蝕影響，對工程區(qū)域增強守護力度，增大糙率；

而枯季取水工程需考慮鹽水上溯影響，考慮汛末蓄水，枯季用水的方案；航道整治、守護工程則由于漲潮流挾沙影響，受水流沖蝕力度減弱，應適當降低維護成本；

對于常年潮汐控制河段：設置取水工程難度大，常年受咸潮影響，需考慮更改選址，對于航道整治及防洪工程，主要考慮存在泥沙大量落淤堵塞航槽的問題以及潮汐抬高水位的影響。

實施例

參見圖1，本發(fā)明實施例是以長江河口為例開展，選取的徑流測站為大通水文站，潮位測站為南京站、江陰站以及高橋站，選取水文測量年份為1954年~2013年。結合水文資料按照以下步驟判別三個測站分別隸屬于徑流控制河段或潮汐控制河段。

一、采用manner-kendall秩檢驗方法判別常年徑流控制河段和非常年徑流控制河段（一次判別）。

收集研究目標測站的月均潮差資料及對應時段的徑流測站月均徑流流量資料。通過manner-kendall秩檢驗方法（m-k方法），求解目標測站月均潮差隨著徑流流量增大的判別指標uf與ub。當徑流流量超過某一流量級后，始終存在uf<0或ub<0時，認為目標測站月均潮差隨徑流流量增大存在減小趨勢。當徑流流量超過某一流量級q1后，始終存在uf<-1.96或ub<-1.96（uf或ub超出α=0.95置信區(qū)間）且q1在徑流水文站水文過程的p型曲線中出現(xiàn)頻率超過90%，則認為目標測站月均潮差隨徑流流量存在明顯減小趨勢，此時，我們將目標測站所處河段稱為常年徑流控制河段，參見圖2和圖3。當徑流流量超過某一流量級q2后，始終存在uf>1.96或ub>1.96（uf或ub未超出α=0.95置信區(qū)間）且q2在徑流水文站水文過程的p型曲線中出現(xiàn)頻率超過90%，則認為目標測站月均潮差隨徑流流量存在明顯減小趨勢，此時，我們將目標測站所處河段稱為非常年徑流控制河段，參見圖4。

二、采用manner-kendall秩檢驗方法判別季節(jié)性徑流控制河段和常年潮汐控制河段（二次判別）。

將通過一次判別分出的非常年徑流控制河段的目標測站的資料區(qū)分洪枯季，進行二次判別。這里的二次判別，可采用非常年徑流控制河段的目標測站的洪季數(shù)據(jù)進行判別，也可采用非常年徑流控制河段的目標測站的枯季數(shù)據(jù)進行判別。本實施例中采用洪季數(shù)據(jù)。將資料中6月，7月，8月，9月的月均潮差資料以及對應時段徑流水文站月均徑流流量資料劃分為洪季數(shù)據(jù)。

對洪季同樣采用manner-kendall秩檢驗方法進行檢驗，得到判別指標uf與ub，當徑流流量超過某一流量級后，始終存在uf<0或ub<0時，認為目標測站月均潮差隨徑流流量增大存在減小趨勢。當徑流流量超過某一流量級q3后，始終存在uf<-1.96或ub<-1.96且q3在對應徑流控制站水文過程的p型曲線中出現(xiàn)頻率超過90%，認為月均潮差月均潮差隨徑流流量存在明顯減小趨勢，此時，我們將目標測站所處河段稱為季節(jié)性徑流控制河段，參見圖5和圖6。當超過某一流量級后，始終存在uf>0或ub>0時，認為目標測站月均潮差隨徑流流量增大存在增大趨勢，當超過某一流量級q4后，始終存在uf>1.96或ub>1.96且q3在對應徑流控制站水文過程的p型曲線中出現(xiàn)頻率超過90%時，認為月均潮差月均潮差隨徑流流量存在明顯增大趨勢，此時，我們將目標測站所處河段稱為常年潮汐控制河段，參見圖7。

根據(jù)上述步驟一和步驟二，長江口的徑流、潮汐控制河段劃分結果如圖8所示。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，并不會偏離本發(fā)明的精神或者超過所附權利要求書所定義的范圍。