第四章海浪观测教材课件.ppt

1、第四章第四章 海浪观测与海浪谱海浪观测与海浪谱 2013/03/27?巨浪可引起海上船舶倾覆、折断和触礁，摧毁海上平台，对海上运输和施工、渔业捕捞、海上军事活动等带来很大的灾害。巨浪可摧毁沿海的堤岸、海塘、码头、海水养殖设施等各类海工建筑物。海浪对沿岸工程设施的破坏往往是毁灭性的，巨浪来袭可能会破坏整个港口的设施。据测量，近岸浪对海岸的压力，可达到每平方米3050吨。据记载，在一次大风暴中，巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了10米，20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。巨浪冲击海岸能激起60-70米高的水柱。此外，海浪有时还会携带大量泥沙进入海港、航道，造成淤塞等灾害。?海浪促进海水上

2、下层混合，使混合后水层富有氧气，满足海中鱼类和其他动植物需要；?波浪发电；?葡萄牙的“海蛇”海浪发电站 世界首座商用波浪能发电厂 预备知识 波动产生的条件：波动产生的条件：平衡状态、扰动力、恢复力平衡状态、扰动力、恢复力?波浪的扰动力、恢复力？?1965 年 Kinsman 根据波浪周期，结合主要扰动力与回复力来划分海洋波浪的类型，给出其能量的近似分布（如下图）。海洋工程考虑的主要荷载：周期处于 4 16s内的重力波。形成原因：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮。形成原因：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮。?风浪风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。由风直接作用

3、而引起的水面波动称为风浪。涌浪涌浪：由其他海区传来的波浪或由于当地的风力急剧减小、风向改由其他海区传来的波浪或由于当地的风力急剧减小、风向改变或风平息后遗留的波浪均称涌浪。变或风平息后遗留的波浪均称涌浪。近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响发生一系列近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响发生一系列变化。变化。内波：内波：不同密度的水层界面处而产生的波动。不同密度的水层界面处而产生的波动。潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。海啸：海啸：由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动。由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所

4、形成的波动。风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象。风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象。?风浪的产生：风浪的产生：共振理论共振理论、剪流理论剪流理论 所谓所谓共振理论共振理论，是指因自然界的风具有紊流特征，当风，是指因自然界的风具有紊流特征，当风吹行于水面时，后者受到的正压力不均匀，从而产生水吹行于水面时，后者受到的正压力不均匀，从而产生水面起伏，形成初始的水面波动。当压力和波动中同频率面起伏，形成初始的水面波动。当压力和波动中同频率的成分间发生共振时，该频率的波动成分随时间增大，的成分间发生共振时，该频率的波动成分随时间增大，此即风浪通过共振机

5、制生成的概念。此即风浪通过共振机制生成的概念。共振理论共振理论解释了波浪的最初形成和成长过程。解释了波浪的最初形成和成长过程。?剪流理论剪流理论是将风对水面的作用力分为两部分：风与水面是将风对水面的作用力分为两部分：风与水面间的间的切应力切应力?以及风作用在波浪迎风面上的法向以及风作用在波浪迎风面上的法向正压力正压力 N。切应力。切应力?与风速与风速 u 成正比，因为水质点主要在原地成正比，因为水质点主要在原地做振荡运动，波速做振荡运动，波速 C 是位相速度，故是位相速度，故?与与 C无关。无关。N 使使波浪的迎风面和背风面形成压力差，故其大小与（波浪的迎风面和背风面形成压力差，故其大小与（U

6、C）成正比。）成正比。风对水面的作用力风对水面的作用力?在在 U C 的整个期间，由于的整个期间，由于 和和 N 的作用，风将能量不的作用，风将能量不断传给水体，使断传给水体，使波浪不断发展波浪不断发展，波高和波长不断增大；，波高和波长不断增大；随着波浪尺度的增大，随着波浪尺度的增大，C 也相应加大，致使水体内的也相应加大，致使水体内的摩擦也不断加大。当摩擦也不断加大。当 C 接近接近 U 时，风仅在时，风仅在?的作用下继的作用下继续将能量传给水体，已不通过续将能量传给水体，已不通过 N 传给海水能量；传给海水能量；而当而当 C U 时，空气将时，空气将阻碍波形前进阻碍波形前进，反而要消耗波浪

7、，反而要消耗波浪的能量，所以总的输入能量是随的能量，所以总的输入能量是随C的逐步增大而逐渐减的逐步增大而逐渐减小的。小的。当能量的输入等于能量的消耗当能量的输入等于能量的消耗时，波浪不再发展而趋于时，波浪不再发展而趋于稳定，形成在某风速条件下所能形成的稳定，形成在某风速条件下所能形成的最大波浪最大波浪。这种。这种理论解释了初始波浪形成后的发展过程。理论解释了初始波浪形成后的发展过程。风停止风停止后，海水无新能量输入，一部分波能向后，海水无新能量输入，一部分波能向四周传播扩散，另一部分波能不断消耗于水体四周传播扩散，另一部分波能不断消耗于水体内部的分子粘滞性和紊动粘滞性。此外，空气内部的分子粘滞

8、性和紊动粘滞性。此外，空气阻力、海底摩擦和渗透也消耗了部分的波浪能阻力、海底摩擦和渗透也消耗了部分的波浪能量，使波浪逐渐量，使波浪逐渐衰减衰减，直至最后消亡。，直至最后消亡。?总之，波浪的生成、发展和衰减取决于水体能总之，波浪的生成、发展和衰减取决于水体能量的摄取和消耗之间的数量关系，当能量输入量的摄取和消耗之间的数量关系，当能量输入大于输出时，风浪将成长发展；反之，波浪将大于输出时，风浪将成长发展；反之，波浪将趋于衰减直至消亡。趋于衰减直至消亡。?影响风浪成长的因素影响风浪成长的因素：?风速、风时、风距风速、风时、风距、（风场三要素）（风场三要素）?地形、水深、海流地形、水深、海流?从从深水

9、深水的风区到风区外的风区到风区外浅水岸边浅水岸边工程所在地，工程所在地，波浪的传播和变化过程可分为波浪的传播和变化过程可分为 3 个阶段：个阶段：风区中风浪的产生和发展；风区中风浪的产生和发展；风区外风浪（深水波）转变成涌浪继续传播，风区外风浪（深水波）转变成涌浪继续传播，波浪将逐渐衰减；波浪将逐渐衰减；涌浪进入近岸浅水区发生波浪变形。涌浪进入近岸浅水区发生波浪变形。?风浪发展的三种状态风浪发展的三种状态 风浪的风浪的过渡状态过渡状态：风速很大而且风场宽阔，风浪的风速很大而且风场宽阔，风浪的成长取决于风时的长短成长取决于风时的长短 风浪的风浪的定常状态定常状态：风速很大但风场范围很小，一定时风

10、速很大但风场范围很小，一定时间后，海域范围内波浪要素趋于定常，不再随时间变间后，海域范围内波浪要素趋于定常，不再随时间变化。但海域各点的波浪要素并不相同，而取决于各点化。但海域各点的波浪要素并不相同，而取决于各点的位置或风距，风距越大，风浪也越大，这种风浪处的位置或风距，风距越大，风浪也越大，这种风浪处于定常状态。于定常状态。风浪的风浪的充分成长状态充分成长状态：风时和风距都足够大，在一定：风时和风距都足够大，在一定的风速条件下，风浪不再增大而达到该风速条件下的的风速条件下，风浪不再增大而达到该风速条件下的极限状态，常称为风浪的充分成长状态极限状态，常称为风浪的充分成长状态。?判断风浪状态的标

11、准：判断风浪状态的标准：最小风时最小风时、最小最小风距风距 最小风时最小风时:在一定风速在一定风速 U 下，在给定的风区长度下，在给定的风区长度 F 处处出现最大波浪，即达到定常状态，所需的最短时间称出现最大波浪，即达到定常状态，所需的最短时间称为最小风时，记为为最小风时，记为tmin。若实际风时若实际风时 t tmin，则风浪随风时变化处于过渡状，则风浪随风时变化处于过渡状态，在风浪推算时取实际风时态，在风浪推算时取实际风时 t 作为计算风时。作为计算风时。若若 t tmin，由于风距的限制，风浪不能继续增大而，由于风距的限制，风浪不能继续增大而处于定常状态，风浪推算时取处于定常状态，风浪推

12、算时取tmin作为计算风时。作为计算风时。?最小风距最小风距在一定风速在一定风速 U 下，在给定的风时下，在给定的风时 t 时产生时产生 最大波浪所需的最短风距，记为最大波浪所需的最短风距，记为Fmin。1）当实际风距）当实际风距 F Fmin 时，则风浪受制于风时而处于过渡状态，时，则风浪受制于风时而处于过渡状态，风浪推算时取风浪推算时取Fmin作为计算风距。作为计算风距。?如风区足够大，在给定时刻，风区内可能有两种风浪状如风区足够大，在给定时刻，风区内可能有两种风浪状态同时存在。态同时存在。?在在 F Fmin 的位置，风浪处于过渡状态，的位置，风浪处于过渡状态，在在 F 4.8H4.8

13、4.8H4.4H4.4 4.4H4.0H4.0 4.0H3.5H3.5 3.5H3.1H3.1 3.1H2.6H2.6 2.6H2.2H2.2 2.2H1.8H1.8 1.8H1.3H1.3 1.3H0.9H0.9 0.9H0.4H0.4 0.4H0.0H0.0 3 2 1 3 5 9 10 9 18 23 14 4 2 100 4 0.02 0.01 0.03 0.05 0.09 0.10 0.09 0.18 0.23 0.14 0.04 0.02 1.0 5 0.10 0.05 0.15 0.25 0.45 0.50 0.45 0.90 1.15 0.70 0.20 0.10 7 2 3

14、6 11 20 30 39 57 80 94 98 100 （4）频率直方图）频率直方图 以模比系数为纵坐标，平均频率为横坐标，绘以模比系数为纵坐标，平均频率为横坐标，绘制波高平均频率直方图（见图制波高平均频率直方图（见图.1）。图上各个）。图上各个矩形的面积正是各组的区间频率，其面积之和矩形的面积正是各组的区间频率，其面积之和为为1.0。当组距趋于无限小时，直方图趋于曲线，。当组距趋于无限小时，直方图趋于曲线，该曲线与纵轴包围的面积就是该曲线与纵轴包围的面积就是 1.0，此时横坐标，此时横坐标转化为频率密度，而曲线即频率密度曲线。该转化为频率密度，而曲线即频率密度曲线。该曲线的特点是曲线的特

15、点是“中间大、两头小中间大、两头小”，即平均值，即平均值附近的波高出现机会最多。附近的波高出现机会最多。（5）累积频率图）累积频率图 工程设计通常要求知道波列中某一波高的累积频率，工程设计通常要求知道波列中某一波高的累积频率，或要求知道给定某一累积频率的波高值。可按表或要求知道给定某一累积频率的波高值。可按表 2中第中第 6 栏求出累积频率。栏求出累积频率。ni?Fi?100%N 按表按表2中第中第 1 及第及第 7 栏则可绘出波高的经验累积频率图，栏则可绘出波高的经验累积频率图，当组距趋于无限小时，得累积频率曲线，见图当组距趋于无限小时，得累积频率曲线，见图2。图图 1 波高平均频率直方图波

16、高平均频率直方图 图图2波高累积频率图波高累积频率图 3 波高的理论分布函数波高的理论分布函数 海上某固定点的波面方程可写为海上某固定点的波面方程可写为?(t)?n?an(?nt?n)n?1n?1?波面服从正态分布，其概率密度函数为波面服从正态分布，其概率密度函数为 1?f(?)?exp(?2)2?2?2Longuet-Higgins利用包络线理论，推导出利用包络线理论，推导出深水波高深水波高符合符合Rayleigh分布分布 f(H)?H2H2exp?H4 H()2令令 df(H)/dH?0，可得最大概率密度所对应的波高为，可得最大概率密度所对应的波高为 Hm?2?H?0.798H 深水波高累

17、计频率深水波高累计频率 F(H)?f(H)dH?exp?H?H4 H()2由此可得指定累积频率由此可得指定累积频率F的波高为的波高为 1HF/H?(ln)?F412前苏联格鲁霍夫斯基（前苏联格鲁霍夫斯基（）提出了与水深有关）提出了与水深有关的经验累积率公式，给出了的经验累积率公式，给出了适用于浅水区适用于浅水区的波高分布的波高分布 H1?H*F(H)?exp?()*4(1?H/2?H?2H?H/d*由此可得指定累积频率由此可得指定累积频率F的波高为的波高为 1HF/H?(1?H/2?)ln?F?41?H?24.两种特征波高的换算关系两种特征波高的换算关系 若波高服从一定的分布规律，已知波列中任

18、一累积频率若波高服从一定的分布规律，已知波列中任一累积频率的波高，就可换算成所要求的累积频率波高。平均波高的波高，就可换算成所要求的累积频率波高。平均波高是累积频率波高间的换算桥梁，它是一种最常用的特征是累积频率波高间的换算桥梁，它是一种最常用的特征波高。部分大波的平均波高与累积频率波高一样，是海波高。部分大波的平均波高与累积频率波高一样，是海洋工程设计中经常使用的特征波高。洋工程设计中经常使用的特征波高。H1/10?H4%H1/100?H0.4%H1/3?H13%H?F/%0.5 1 2 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 0(深水)2.597 2.421 2.2

19、32 1.953 1.712 1.432 1.238 1.080 0.939 0.806 0.674 0.533 0.366 0.256 0.1 2.403 2.256 2.096 1.859 1.651 1.406 1.233 1.091 0.962 0.839 0.713 0.578 0.412 0.298 0.2 2.213 2.092 1.960 1.762 1.586 1.374 1.223 1.097 0.981 0.868 0.752 0.623 0.462 0.346 0.3 2.029 1.932 1.825 1.662 1.516 1.337 1.208 1.098 0.9

20、96 0.895 0.789 0.670 0.515 0.400 0.4 1.854 1.777 1.692 1.562 1.444 1.296 1.188 1.095 1.007 0.919 0.825 0.717 0.572 0.461 0.5（破碎）1.687 1.628 1.563 1.463 1.369 1.252 1.164 1.088 1.014 0.940 0.859 0.764 0.633 0.529 H?P 1/100 1/50 1/20 1/10 1/5 3/10 1/3 2/5 1/2 3/5 7/10 4/5 9/10 100/100 0(深水)2.662 2.490

21、 2.241 2.031 1.795 1.641 1.598 1.520 1.418 1.327 1.243 1.163 1.084 1.0 0.1 2.444 2.301 2.092 1.915 1.713 1.578 1.540 1.473 1.382 1.302 1.226 1.153 1.080 1.0 0.2 2.239 2.121 1.949 1.801 1.630 1.515 1.483 1.424 1.346 1.274 1.207 1.141 1.075 1.0 0.3 2.045 1.950 1.811 1.690 1.548 1.452 1.424 1.375 1.307

22、 1.246 1.186 1.129 1.069 1.0 0.4 1.864 1.789 1.679 1.582 1.467 1.388 1.366 1.323 1.269 1.215 1.165 1.115 1.063 1.0 0.5（破碎）1.693 1.636 1.552 1.477 1.386 1.324 1.306 1.272 1.227 1.184 1.142 1.101 1.056 1.0 5.周期的统计分布周期的统计分布 1平均周期平均周期 T?TN?nii?1实测结果显示，波浪由深水进入浅水后，实测结果显示，波浪由深水进入浅水后，平均周平均周期几乎不变期几乎不变。格鲁霍夫斯基

23、提出格鲁霍夫斯基提出 f(T)?T1.2 T34exp?()4.8T?T4F(T)?exp?()44.8T?T6.波长的统计分布波长的统计分布 实测波长资料较少实测波长资料较少?格鲁霍夫斯基导出深水波长分布函数与深水波格鲁霍夫斯基导出深水波长分布函数与深水波高分布相同高分布相同?L?F(L)?exp?()2?4L?浅水波长分布浅水波长分布?F(L)?exp?L2L2?22?d L?()()tanh()?L1LL?4.8 L?6.波高和周期的联合分布波高和周期的联合分布 波高与周期的联合概率分布的意义波高与周期的联合概率分布的意义：对建筑物的作用对建筑物的作用力、共振、研究波浪破碎、爬高、越浪等

24、。力、共振、研究波浪破碎、爬高、越浪等。20 世纪世纪 50 年代，苏联学者假定波高与周期是相互独立年代，苏联学者假定波高与周期是相互独立的，其联合概率密度函数由各自的概率密度函数相乘而的，其联合概率密度函数由各自的概率密度函数相乘而得。得。?6.波高和周期的联合分布波高和周期的联合分布 Longuet-Higgins 于于 1975 年首次提出了波高与周期的联合分布模年首次提出了波高与周期的联合分布模式式，二者的联合概率密度函数为二者的联合概率密度函数为?2?h?2(t?1)?f(h,t)?exp?h 1?24?4?2Goda（合田良实）（合田良实）（1978）利用日本海沿岸观测资料，结论）

25、利用日本海沿岸观测资料，结论 （1）对于超过某一界限的波高，其周期与波高无关，为一常值。）对于超过某一界限的波高，其周期与波高无关，为一常值。（2）相关系数越大，联合概率密度曲线对）相关系数越大，联合概率密度曲线对t的不对称越明显。的不对称越明显。（3）Longuet-Higgius（1975）模式的分布仅波高较大时与实测）模式的分布仅波高较大时与实测结果吻合，波高较小时出入较大。结果吻合，波高较小时出入较大。?Louguet-Higgins（1983）提出了改进模式，克服）提出了改进模式，克服1975模式的缺点，但由此联合分布推出的波高分布，模式的缺点，但由此联合分布推出的波高分布，不是瑞利

26、分布，与公认的观点矛盾。不是瑞利分布，与公认的观点矛盾。孙孚（孙孚（1988）依据线性海浪模型和射线理论，也导出）依据线性海浪模型和射线理论，也导出了一种分布函数。赵猛（了一种分布函数。赵猛（1991）利用）利用Hilbert变换导出变换导出了相同的结果。了相同的结果。除了上面介绍的成果，其他学者也对波高与周期联合分除了上面介绍的成果，其他学者也对波高与周期联合分布进行了探讨，由于得出的联合概率密度函数都有明显布进行了探讨，由于得出的联合概率密度函数都有明显的的地区局限性地区局限性，无法推广使用，因此，推导出普遍适用，无法推广使用，因此，推导出普遍适用的联合分布模式，尚待进一步的探索研究。的联

27、合分布模式，尚待进一步的探索研究。4.2 海浪谱理论基础海浪谱理论基础 研究海浪，可从两方面入手：研究海浪，可从两方面入手：外观特征外观特征：海浪的：海浪的统计规律统计规律 内部结构内部结构：海浪谱海浪谱 自自20世纪世纪50年代初，人们把海浪看作为平稳正年代初，人们把海浪看作为平稳正态过程，且具有各态历经性，并利用海浪谱态过程，且具有各态历经性，并利用海浪谱（wave spectrum）描述波面，研究波况特征）描述波面，研究波况特征及海浪能量的分布。及海浪能量的分布。一、海浪谱的引入一、海浪谱的引入 海面上某一固定点的波面方程为：海面上某一固定点的波面方程为：?(t)?aicos(wit?i

28、)i?1 由于组成波的初相位其概率密度函数由于组成波的初相位其概率密度函数?i是随机变量，其变是随机变量，其变化范围为化范围为 02?，且均匀分布，故其概率密度函数为，且均匀分布，故其概率密度函数为 1f(?)?2?不同组成波的能量不同组成波的能量 12Ei?gai2S(?)为单位频率间隔的平均波能量为单位频率间隔的平均波能量 设函数设函数 波浪总能量波浪总能量 1?2S(?)?ai?2?E?g?S(?)d?0?）内各组成波）内各组成波S(?)正比于间隔（正比于间隔（函数函数 所提供的平均能量，亦即它代表了波浪能量相所提供的平均能量，亦即它代表了波浪能量相S(?)?1，则，则 对于组成波频率的

29、分布。若取对于组成波频率的分布。若取 正比于单位频率间隔内的能量，即能量密度正比于单位频率间隔内的能量，即能量密度,被被称为波谱。由于它反映能量密度，又称为能谱，称为波谱。由于它反映能量密度，又称为能谱，同时它给出了能量相对于频率的分布，也称为同时它给出了能量相对于频率的分布，也称为频谱。频谱。频谱频谱S()的特点：的特点：（1）0附近，附近，S()很小；很小；（2）随）随增加，增加，S()先急剧增加再减小；先急剧增加再减小；（3），S()0；谱峰频率谱峰频率?max 谱曲线与横坐标包围的面积谱曲线与横坐标包围的面积正比于波浪总能量正比于波浪总能量 风速增大风速增大,谱的显著部分由高频向低频方

30、向推移谱的显著部分由高频向低频方向推移 海浪谱的带宽海浪谱的带宽?理论上，S()分布于=0-整个频率带内?但显著部分却集中于一段狭窄的频带内?风浪谱宽带谱?涌浪谱窄带谱?方向谱 频谱仅与组成波的频率有关，与组成波的传播方向无关?实际上某定点的海面波动为来自不同方向组成波迭加的结果（主波向其它方向组成波）二、几种海浪频谱模式二、几种海浪频谱模式 一般形式一般形式 S(?)?A?pexp?B?qA,B:包含风要素或波浪要素的参量包含风要素或波浪要素的参量 p,q:指数指数,p的取值的取值46,q取取24 1.Neumann 谱谱?12gS(?)?Cexp?2262?uu为海面上为海面上 7.5m

31、高度处的平均风速高度处的平均风速 系数系数C为为3.05m2s-5 22.Pierson-Moscowitz 谱谱 1.225 0.783.11S(?)?5exp?24?5exp?24?H?Hs?0.78 第第15届届ITTC会议修改会议修改 S(?)?A?exp(?B?)A?173 HsTB?691T?40.12?40.1?5?43.Bretschneider-光易谱光易谱 S(f)?0.257 H T(Tsf)exp?1.03(Tsf)2ss?5?4Hs2114S(?)?400.5(2)5exp1605()Ts?Ts?ISSC谱谱?Hs?S(f)?0.1107?T2?0.1?2?11?ex

32、p?0.44275?Tff?0.1?4?4.JONSWAP 谱谱 0.78exp3.11S(?)?5exp?24?Hs?(?max)22?22?max式中，式中，?称为谱峰升高因子，称为谱峰升高因子，取值范围为取值范围为 1.56，?max表示谱峰频率；表示谱峰频率；?一般取一般取 3.3；用；用 为峰形系为峰形系 数，按下式选取：数，按下式选取：?0.07,?0.09,当?max当?max5.文氏谱文氏谱 考虑风浪成长阶段和水深的影响考虑风浪成长阶段和水深的影响,引入尖度因子引入尖度因子P和浅水和浅水因子因子 H*?H/d?0.626 Hs/d（1）对于深水水域，）对于深水水域，?H?0.6

33、26 Hs/d?0.1的条件时，的条件时，当水域深度满足当水域深度满足 令令 yd?1.522?0.245 P?0.00292P20?f?1.05/Ts时时 当当?PS(f)?0.0687H TP exp?95ln?(1.1 Tsf?1)?yd?2ss125f?1.05/Ts时时 当当 S(f)?0.0824H Tydf2?3ss?4尖度因子尖度因子 1.352.7P?95.3 Hs/Ts （2）对于浅水水域，）对于浅水水域，?0.5?H?0.1时时 当当 令令 ys?(6.77?1.088 P?0.013P)(1.037?1.426H)/(5.813?5.137 H)2?0?f?1.05/T

34、s时时 当当?PS(f)?0.0687H TP exp?95ln?(1.1 Tsf?1)?ys?2ss125f?1.05/Ts时时 当当 1.05mS(f)?0.0687H T ys()Tsf2ss*m?2(2?H)其中其中 尖度因子尖度因子P满足满足 1.27?P?6.77?谱与海浪要素的关系谱与海浪要素的关系 将波浪的特征值如有效波高、有效波周期或平将波浪的特征值如有效波高、有效波周期或平均波高、平均周期代入上述谱公式，可求得海均波高、平均周期代入上述谱公式，可求得海浪谱。另一方面，由谱也可以推算出特征波高浪谱。另一方面，由谱也可以推算出特征波高和周期和周期?将谱对全方位、整个频率积分（谱

35、的零阶矩），将谱对全方位、整个频率积分（谱的零阶矩），可得可得 m0?0?S(f,?)d?df H?2.506m0Hmax?2.828H1/3?4.004H1/10?5.091H1%?6.069?m0?m0?m0?m0?0?0m1?m0S(?)d?S(?)d?m0T?2?()?T0.1?m12?补:海洋石油工程建筑物的设计波浪标准 设计波浪是指设计海洋工程建筑物时所选设计波浪是指设计海洋工程建筑物时所选用的波浪要素。其标准包括两个方面：用的波浪要素。其标准包括两个方面：设计波浪的重现期标准；设计波浪的重现期标准；设计波浪设计波浪的波列累积频率标准。的波列累积频率标准。我国我国 海港水文规范海港

36、水文规范 给出的波高设计标准给出的波高设计标准 表表1 波高累积频率标准波高累积频率标准 波高累积频率波高累积频率F/%1 5 1 13 13 建筑物型式建筑物型式 部位部位 上部结构、墙身或桩基上部结构、墙身或桩基 计算内容计算内容 强度和稳定性强度和稳定性 稳定性稳定性 强度和稳定性强度和稳定性 稳定性稳定性 稳定性稳定性 直墙式和墩柱式直墙式和墩柱式 基床和护地块石基床和护地块石 胸墙或堤坝方块胸墙或堤坝方块 斜坡式斜坡式 护面块石或块体护面块石或块体 护底块石护底块石 表表2 波高重现期标准波高重现期标准 建筑物类型建筑物类型 直墙式直墙式 墩柱式墩柱式 斜坡式斜坡式 建筑物等级建筑物

37、等级 I I、IIII、III III I I、IIII、III III I I、II II III III 重现期重现期/a/a 50 50 50 50 50 50 25 25 对于设计波浪波列累积率的选定，应该从不同对于设计波浪波列累积率的选定，应该从不同类型的建筑物对于波浪反应不同的角度来考虑。类型的建筑物对于波浪反应不同的角度来考虑。例如，孤立式和直立式建筑物对波浪的反应较例如，孤立式和直立式建筑物对波浪的反应较灵敏，波列中个别的大浪，即可影响建筑物的灵敏，波列中个别的大浪，即可影响建筑物的安全，所以应当采用较高的波列累积率作为设安全，所以应当采用较高的波列累积率作为设计波浪。对于斜坡

38、堤一类的建筑物，经验表明，计波浪。对于斜坡堤一类的建筑物，经验表明，破坏是逐步造成的，个别大浪并不起决定性的破坏是逐步造成的，个别大浪并不起决定性的作用，而且局部的损坏修复也较容易，所以，作用，而且局部的损坏修复也较容易，所以，可采用较低的波列累积率。可采用较低的波列累积率。对于重要建筑物，如灯塔等遭到破坏将产对于重要建筑物，如灯塔等遭到破坏将产生特别严重后果的建筑物，可适当提高设生特别严重后果的建筑物，可适当提高设计标准。当历史上观测到的最大波高大于计标准。当历史上观测到的最大波高大于 50 年一遇的大浪时，可考虑以观测到的年一遇的大浪时，可考虑以观测到的最大波高进行校核。对于校核港口水域内

39、最大波高进行校核。对于校核港口水域内泊稳度的设计波高，其重现期可根据使用泊稳度的设计波高，其重现期可根据使用要求确定，但不宜大于要求确定，但不宜大于2年一遇。年一遇。设计波高推算设计波高推算 基于长期测波资料基于长期测波资料:经验极值概率分布和理经验极值概率分布和理 论概率分布拟合论概率分布拟合 基于短期测波资料基于短期测波资料:运用现有资料进行频率分析运用现有资料进行频率分析 多多 年一遇的波高的累积频率年一遇的波高的累积频率 aapb?pab?nb复习 1.上跨零点，下跨零点 2.1/p大波的平均波高，累计频率波高 3.波浪观测内容 4.波浪玫瑰图 5.海浪谱的物理意义，表达式 6.设计波浪标准的两个方面