4-2海洋工程环境 波浪解析

1 H N
加权平均波高
H
i 1
N
i
H i ni H i 1 N N ni
i 1 Ki
N
ni为Hi的对应记录次数
不规则波海浪要素：统计特征
有义波高： 设有wk.baidu.com系列观测波高，将其按由大到小排列， 其中最高的前N/3部分求平均，称之为1/3大波 平均波高，又称之为有效波高。
N 3
H S H1 3
《海上固定平台入级与建造规范》： 东海、南海的可能最大波高：
Hmax 2.0H1/3 (相应波数N 2000)
黄海、渤海的可能最大波高：
Hmax (1.53 ~ 2.0) H1/3 (相应波数N 100 ~ 2000)
合田推荐的最大波高：
Hmax (1.6 ~ 2.0) H1/3
A 1.24 B 2.57
(2) 平均波高 H 与部分大波平均波高H1/n的换算 ：
H 1/n 2 H
误差函数
ln n n(1 erf ln n )
表5－2，相应的各部分大波平均波高可相互换算
(3) 根据以上两式，得到 累积率波高与部分大波平均波高H1/n的换算
Example 4.2
H 1 10 H1 3
?
A 1.272
B 2.032
C 1.598
H1 10 H10%
?
A 1.272
B 1.0
C 1.188
(4) 最大波高为随机变量，当N很大时 ：
H max 0.706( ln N ) 1.07 lg10 N H 1/3 2 ln N
欧拉常数＝0.5772
TH1/3 (1.12 ~1.14)T
Example 4.3
A 2.2m B 2.6m C 2.18m D 1.83m E 2.0m
A 2.35m B 1.85m C 2.80m D 1.88m
4.1.3 海浪观测、预报
• 风浪波向与风向一致 • 观测内容：波高、波长、周期、波速、波型、波向、 海况 • 观测形式：目测（白天）；仪器（波高、周期、波向） • 观测时间，每隔3小时一次：2，5，8，11，14，17， 20，23时 • 每次一般17～20min，连续记录单波个数不少于100个， 同时测风速、风向和水深 • 海浪玫瑰图：一定时期的波向、波高大小和出现频率， 图5－4
深水波特征波高换算
• 复杂海浪由很多简谐波叠加而成，波面方程：
(t) n an (nt n )
n 1 n 1


• 波高服从瑞利（Rayleigh）分布，其概率密度函数：
f (H)
H
exp[ ] 2H 4H
2
H
2
深水波特征波高换算
反映某给定波高值在波列中的出现概率
f X ( x)
F
HF
H
不规则波海浪要素：统计特征
最大波高Hmax： 记录中的最大波高值,或重现期为50年或100年 的最大波高值。
最大周期Thmax:
对应最大波高的周期 。
•各种特征波都用于描述海面波动情况
•我国以十分之一大波将海浪分为10个等级 ，P91表5－3
3 Hi N j 1
表示波动的可视平均水平，与目测波高值相近。 有义周期：对应前N/3个波浪周期 取平均值。
不规则波海浪要素：统计特征
1/10大波波高：
设有一系列观测波高，将其按由大到小排列，
其中最高的N/10部分求平均，亦称显著波高。
N 10
H1 10
10 Hi N j 1
1/10大波周期：对应前N/10个波浪周期 取平均值。
中国近海海浪特征
• 大陆季节性气候的影响，海浪表现出季节性。 • 浪向取决于风向，冬季偏北浪，夏季偏南浪，春秋浪 向不稳定 • 冬春多出现寒潮、温带气旋，夏秋多出现台风和热带 风暴 • 浪高季节性变化。冬季风速>夏季，冬季平均浪高>夏 季，冬季风浪周期>夏季 • 南方平均浪高>北方，南海出现大浪次数最多 • 冬季：渤海最大波高达7m，黄海9m，东海11m，南海 10m • 各地波浪平均周期4～6s
1 T N
T
i 1
N
i
波高 Hi：相邻上跨零点之间的波峰顶与波谷底的垂直距离； 波长λi：相邻上（下）跨零点之间的水平距离。
不规则波海浪要素：统计特征
波高 ：波高代表海浪能量，自由波动海面具有各种不同波高 不同定义的波高代表不同的波系特征，称为特征波波高 平均波高：连续观测的各个波高求平均值，反映波列总体大小
海浪预报
• 综合分析海浪状况和影响因子绘制海浪预报图 • 确定风区、风时、风速等风场要素，利用风况资料推 测海浪 • 风区：风的状态达到相对稳定的海域，风速、风向大 致一致，边界处风速、风向有较明显改变 • 风时：风持续作用时间 • 风速标准值：海面上10m高风速值 • 风场要素推算深水风浪特征波高：公式5－11～5－18
海洋工程结构物多采用上述系数最大值
•浅水波波高分布复杂，多采用拟合对实测资料进行分析、表格 形式给出换算关系 •波长、周期：半经验半理论方法计算、海浪观测记录统计 •各特征周期和各特征波高没有对应关系,最大波高的波其周期不 一定最大 •各特征周期没有统一换算公式 合田推荐： THmax TH1/10 TH1/3 (1.1~1.3)T 我国经验公式
不规则波海浪要素：统计特征 波剖面：随时间变化的波动过程曲线 横轴代表时间t，称为零线 上跨零点：向上与零线的交点 下跨零点：向下与零线的交点
波峰： 相邻上下跨零点之间的曲线最高点； 波谷：相邻上下跨零点之间的曲线最低点；
不规则波海浪要素：统计特征
周期 Ti： 相邻上跨零点（或下跨零点）之间的时间间隔； 平均周期: 所有周期的平均值
• 利用海浪要素分布函数， 了解一个波系中波高和周期的分 布关系，进而换算各种特征值
• 服从瑞利（Rayleigh）分布的深水波特征波高的换算关系
(1) 平均波高 H 与累积率波高HF 的换算 ：
HF 4 1 ln( ) H F
表5－1，相应的各累积率波高HF 可相互换算 H1% Example 4.1 ? H 50%
不规则波海浪要素：统计特征
累积率波高HF： 累积率F对应的波高。 大于等于HF 的波高值的出现概率为F
n F N
n为波高值大于等于HF 的出现次数。 设有1000个波高，将其按由大到小排列，若第 10个（F=10/1000=1%）最大波高为5m，则称 累积率1%的波高为5m,记做 H1% 5m