海洋潮汐与水位控制：三角分区法带揭示效果

三角分区(带)法又分为两站分带法与三站分区法，其中两站分带法是基础。

5.2.1.1　两站分带法

两站分带法是带状水位改正模式，是由两个验潮站内插测区的水位改正数。其假设条件是:两站之间的水位传播均匀，潮差和潮时的变化与距离成比例。以A、B两站为例，首先应满足两站的水位变化相似，如图5.9所示为两站水位同步变化曲线，起算面为深度基准面，单位为厘米。

图5.9　两站水位同步变化曲线

如图5.9所示，两站的水位变化相似是指水位曲线的变化特征一致，A站的水位经放大(或缩小)以及平移后与B站水位应基本一致。其次，水位变化在两站之间是按距离均匀变化的。以图5.9为例，在A站至B站的方向上，水位按距离均匀放大且均匀平移，即为满足分带法的假设条件。

理论上，依水位按距离均匀变化的假设可内插出两站间任意一点处水位变化曲线，但早期手工作业模式下，只在两站间内插出数个点处的水位，称为虚拟站。以手工图解法为例，将A、B站基于深度基准面的水位绘制在毫米方格纸上，图5.10为在A、B两站间内插出4个虚拟站水位的示意图。

图5.10　两站间内插虚拟站水位的示意

参照图5.10，中间4个虚拟站的水位内插过程可描述为:在水位曲线的高(低)潮处，将两站高(低)潮连成直线，平分为5等份，如图中HA、HB之间等分内插出H1、H2、H3与H4；在高潮与低潮的中间，绘平行于深度基准面的短线，平分为5等份，如图中QA、QB之间等分内插出Q1、Q2、Q3与Q4；而在两短线的中间，等分线从与高(低)潮连线接近平行逐渐过渡至与深度基准面平行，如图中PA、PB之间等分内插出P1、P2、P3与P4。最后在保持水位曲线趋势相似的原则下，将各内插点分别连接为平滑的水位曲线。由毫米方格可读取出虚拟站在各时刻的水位值。

虚拟站均匀分布于A、B两站之间，与A、B两站一起计算任意点处的水位改正数。计算方法是每个站附近一定范围内视为一个分带，分带内采用单站模式计算水位改正数，即分带内任意点在同一时刻的水位值都与验潮站(或虚拟站)一致。图5.11为A、B两个验潮站与4个虚拟站的分带示意图。

以图5.11中的“3带”为例，按分带法的原理，以“虚拟站3”基于单站模式实施水位改正，该分带的水位改正中任意点处的水位被认为与“虚拟站3”的水位一致，或者说，同一分带内的水位值假设在同一时刻为同一值。因此，同一时刻水位在整个空间上不是连续分布的，分带之间呈阶梯状。

虚拟站的数目取决于分带数，图5.11中分带数为5，相应的虚拟站数为4。分带数取决于A、B两站水位间的差异以及测深精度要求，由下式计算

图5.11　两站分带的示意

式中，K为分带数；Δζ为A、B两站从深度基准面起算的同时刻水位间的最大差异，称为最大潮高差；δZ为测深精度指标。(www.xing528.com)

由式(5.1)计算的K向大值取整，以保证相邻分带间同时刻水位的最大差异不超过测深精度指标δZ。两站间内插出K－1个虚拟站的水位曲线。基于两站分带法的原理，实施步骤总结如下:

(1)A、B两站的水位经必要的预处理以及基准面确定后，将水位的起算面转换为深度基准面。

(2)由两站的同步水位数据，统计同步期间的最大潮高差Δζ。

(3)选取合适的测深精度指标δZ，按式(5.1)计算分带数K。

(4)按图5.10的原理，两站间内插出K－1个虚拟站的水位曲线。

(5)按图5.11的原理，确定出分带，分带的界线方向与水位传播方向垂直。

(6)按测深点的位置确定所在的分带，由分带内验潮站或虚拟站的水位拟合内插出测深时刻的水位值，即为水位改正数。

5.2.1.2　三站分区法

两站分带法是一种带状水位改正模式，假设分带界线方向上水位无传播变化。精度更高的做法是在界线方向增加验潮站，三个验潮站在空间上组成三角形，在两站间分带的基础上将三角形进行分区。三站分区法的假设条件是:相邻两站之间的水位传播均匀，潮差和潮时的变化与距离成比例。图5.12为三站分区法的示意，图中A、B、C为验潮站，其他站为虚拟站。

参照图5.12，三站分区法内插虚拟站以及分区的原理简述如下:

(1)在A与B、A与C、B与C之间，分别按两站分带法进行分带并内插出虚拟站水位。如图5.12所示:①A与B间的分带数为6，内插出5个虚拟站，分别为AB1、AB2、AB3、AB4与AB5；②A与C间的分带数为3，内插出2个虚拟站，分别为AC1、AC2；③B与C间的分带数为3，内插出2个虚拟站，分别为BC1、BC2。

(2)由ABC三角形各边上的验潮站与虚拟站，分别按分带数确定各分带的分界点。将相邻边上的分界点按顺序依次相连，如图5.12中三角形中的内实线。实线将三角形分为多个分区，每个分区两端是三角形边上的验潮站或虚拟站。

图5.12　三站分区法示意

(3)对实线切分出的每个分区，在两端验潮站或虚拟站间，进一步按两站分带法进行分带并内插出虚拟站水位。如图5.12中虚线将分区进一步分割为更小的分区。如AC1站与AB1站间分带数为1，则以两站中间为界分为两个分区；而C站与AB3站间分带数为2，则需进一步内插出虚拟站AB3C，分为三个分区。

(4)按测深点的位置确定所在的分区，由分区内验潮站或虚拟站的水位拟合内插出测深时刻的水位值，即为水位改正数。

与两站带状模式相类似，同一分区内的水位值假设在同一时刻为同一值。因此，同一时刻水位在整个空间上不是连续分布的，分区之间呈阶梯状。