4-2海洋工程环境波浪详解课件.ppt

1、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；不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征 波谷：相邻上下跨零点之间的曲线最低点；波高 Hi：相邻上跨零点之间的波峰顶与波谷底的垂直距离；周期 Ti：相邻上跨零点（或下跨零点）之间的时间间隔；波长i：相邻上（下）跨零点之间的水平距离。平均周期:所有周期的平均值NiiTNT11不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征 加权平均波高 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

2、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Nii 11HHN 平均波高：连续观测的各个波高求平均值，反映波列总体大小波列总体大小Niii 1H nHNni为Hi的对应记录次数Kiii 1Nn不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征有义波高：N3S1 3ij 13HHHN表示波动的可视平均水平，与目测波高值相近。表示波动的可视平均水平，与目测波高值相近。设有一系列观测波高，将其按由大到小排列，设有一系列观测波高，将其按由大到小排列，其中最高的前其中最高的前N/3部分求平均，称之为部分求平均，称之为1/31/3大波大波平均波高，又称之为有效波高。平均波高，又称之为有效波高。有

3、义周期：对应前N/3个波浪周期 取平均值。不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征1/10大波大波波高：N101 10ij 110HHN设有一系列观测波高，将其按设有一系列观测波高，将其按由大到小由大到小排列，排列，其中最高的其中最高的N/10部分求平均，亦称显著波高。部分求平均，亦称显著波高。1/10大波大波周期：对应前N/10个波浪周期 取平均值。不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征累积率累积率波高HF：nFN设有设有1000个波高，将其按由大到小排列，若第个波高，将其按由大到小排列，若第10个（个（F=10/1000=1%）最大波高为）最大波高为5m，则称，则

4、称累积率累积率1%的波高为的波高为5m,记做记做 累积率累积率F对应的波高。对应的波高。n为波高值大于等于为波高值大于等于HF 的出现次数。的出现次数。m1%H5大于等于大于等于HF 的波高值的出现概率为的波高值的出现概率为F 反映某给定波高值在波列中的出现概率反映某给定波高值在波列中的出现概率不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征FFHH()Xfx最大最大波高Hmax：记录中的最大波高值记录中的最大波高值,或重现期为或重现期为5050年或年或100100年年的最大波高值。的最大波高值。对应最大波高的周期。最大最大周期Thmax: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

5、将海浪分为10个等级，P91表53不规则波不规则波海浪要素海浪要素：统计特征：统计特征 复杂海浪由很多简谐波叠加而成，波面方程：复杂海浪由很多简谐波叠加而成，波面方程：波高服从瑞利（波高服从瑞利（Rayleigh）分布，其概率密度函数：）分布，其概率密度函数：深水波特征波高换算深水波特征波高换算11()nnnnnn(t)at22exp24HHf(H)HH 利用海浪要素分布函数，利用海浪要素分布函数，了解一个波系中波高和周期的分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布关系，进而换算各种特征值 服从瑞利（服从瑞利（Rayleigh）分布的深水波特征波高的换算关系）分布的深水波特征波

6、高的换算关系深水波特征波高换算深水波特征波高换算 表表5 51 1，相应的各累积率波高，相应的各累积率波高H HF F 可相互换算可相互换算(1)平均平均波高波高 与累积率波高与累积率波高H HF F 的换算的换算 ：41ln()FHHFHExample 4.1A 1.24 B 2.571%50%?HH 误差函数误差函数(2)平均波高平均波高 与部分大波平均波高与部分大波平均波高H1/n的换算的换算：2ln(1 erfln)1/nHnnnHH 表表5 52 2，相应的各，相应的各部分大波平均波高部分大波平均波高可相互换算可相互换算(3)根据以上两式，得到根据以上两式，得到累积率波高累积率波高与

7、部分大波平均波高与部分大波平均波高H1/n的的换算换算Example 4.2A 1.272 B 2.032 C 1.5981101 3?HHA 1.272 B 1.0 C 1.18811010%?HH 欧拉常数欧拉常数 0.57720.5772(4)最大最大波高为随机变量，当波高为随机变量，当N N很大时很大时 ：100.706(ln)1.07 lg2 lnmax1/3HNNHN海上固定平台入级与建造规范海上固定平台入级与建造规范：东海、南海的可能最大东海、南海的可能最大波高：波高：2.0(2000)max1/3HHN相应波数合田推荐的最大合田推荐的最大波高：波高：黄海、渤海的可能最大黄海、渤

8、海的可能最大波高：波高：(1.53 2.0)(100 2000)max1/3HHN相应波数(1.6 2.0)max1/3HH海洋工程结构物多采用上述系数最大值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形式给出换算关系合田推荐合田推荐：波长、周期波长、周期：半经验半理论方法计算、海浪观测记录统计：半经验半理论方法计算、海浪观测记录统计(1.11.3)1/101/3HmaxHHTTTT我国经验公式我国经验公式各特征周期和各特征波高没有对应关系各特征周期和各特征波高没有对应关系,最大波

9、高的波其周期不最大波高的波其周期不一定最大一定最大各特征周期没有统一换算公式各特征周期没有统一换算公式(1.12 1.14)1/3HTTA 2.2m B 2.6m C 2.18m D 1.83m E 2.0m Example 4.3A 2.35m B 1.85m C 2.80m D 1.88m 4.1.3 海浪观测、预报海浪观测、预报 风浪波向与风向一致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、观测内容：波高、波长、周期、波速、波型、波向、海况海况 观测形式：目测（白天）；仪器（波高、周期、波向）观测形式：目测（白天）；仪器（波高、周期、波向）观测时间，每隔观测时间，每

10、隔3小时一次：小时一次：2，5，8，11，14，17，20，23时时 每次一般每次一般1720min，连续记录单波个数不少于，连续记录单波个数不少于100个，个，同时测风速、风向和水深同时测风速、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，海浪玫瑰图：一定时期的波向、波高大小和出现频率，图图54海浪预报海浪预报 综合分析海浪状况和影响因子绘制海浪预报图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，利用风况资料推确定风区、风时、风速等风场要素，利用风况资料推测海浪测海浪 风区：风的状态达到相对稳定的海域，风速、风向大风区：风的状态达到相对稳定的海域，风

11、速、风向大致一致，边界处风速、风向有较明显改变致一致，边界处风速、风向有较明显改变 风时：风持续作用时间风时：风持续作用时间 风速标准值：海面上风速标准值：海面上10m高风速值高风速值 风场要素推算深水风浪特征波高：公式风场要素推算深水风浪特征波高：公式511518中国近海海浪特征中国近海海浪特征 大陆季节性气候的影响，海浪表现出季节性。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，春秋浪浪向取决于风向，冬季偏北浪，夏季偏南浪，春秋浪向不稳定向不稳定 冬春多出现寒潮、温带气旋，夏秋多出现台风和热带冬春多出现寒潮、温带气旋，夏秋多出现台风和热带风暴风暴 浪高季节性变化。冬季风速浪高季节性变化。冬季风速夏季，冬季平均浪高夏季，冬季平均浪高夏夏季，冬季风浪周期季，冬季风浪周期夏季夏季 南方平均浪高南方平均浪高北方，南海出现大浪次数最多北方，南海出现大浪次数最多 冬季：渤海最大波高达冬季：渤海最大波高达7m，黄海，黄海9m，东海，东海11m，南海，南海10m 各地波浪平均周期各地波浪平均周期46s