东中国海波浪分布特征研究*

以美国国家环境预报中心(NCEP)再分析气象资料作为驱动风场条件,运用第三代海浪模式WAM的第四版本(WAMC4)在西北太平洋海域建立二级嵌套波浪模型,利用连云港、冷家沙现场观测波浪资料对模型进行了验证,检验了该模型在东中国海波浪研究中的适用性.针对东中国海进行了连续60年(1950-2009)的波浪后报模拟,在此基础上开展了东中国海波浪时空分布特征研究.结果表明:四季的平均有效波高等值线与岸线形状基本保持一致,且由南向北逐渐递减;有效波高分布的季节差异显著,冬季浪高最大,其次为秋季,春季、夏季最小.通过对比分析平均波浪要素和5％累积频率波浪要素的定量关系发现,在渤海范围内,5％累积频率有效波高与平均有效波高之比约为2.75,黄海与东海大部该比值则分别约为2.50和2.35,而5％累积频率平均周期与平均周期的比值在整个东中国海范围内约为1.45.     

东中国海波浪分布特征研究

以美国国家环境预报中心(NCEP)再分析气象资料作为驱动风场条件,运用第三代海浪模式WAM的第四版本(WAMC4)在西北太平洋海域建立二级嵌套波浪模型,利用连云港、冷家沙现场观测波浪资料对模型进行了验证,检验了该模型在东中国海波浪研究中的适用性针对东中国海进行了连续60年(1950—2909)的波浪后报模拟,在此基础上开展了东中国海波浪时空分布特征研究.结果表明:四季的平均有效波高等值线与岸线形状基本保持一致,且由南向北逐渐递减;有效波高分布的季节差异显著,冬季浪高最大,其次为秋季,春季、夏季最小。通过对比分析平均波浪要素和5%累积频率波浪要素的定量关系发现,在渤海范围内,5%累积频率有效波高与平均有效波高之比约为2.75,黄海与东海大部该比值则分别约为2.50和2.35,而5%累积频率平均周期与平均周期的比值在整个东中国海范围内约为1.45。     

大连港大窑湾港区设计波浪

介绍大连港大窑湾港区设计波的计算和分析，并对常规采用实浊年最大波高系列进行频率分析推算设计波高的计算方法提出看法。     

透空式防波堤断面波浪模型试验研究

对广东海安新港荔枝湾码头拟建的桩基透空式防波堤进行了断面波浪模型试验研究,结果显示:透波系数大小与水位、波浪重现期、波高累积频率、波周期和透空堤结构尺度有关;在不同工况和组合条件下,透空堤堤后波高均小于0.6m,满足设计要求;最好采用优化后的挡浪式透空防波堤。     

海上结构物周围波高的数值模拟

边界元法作为一种高效的数值方法,凭借其自身的优势,已经在土木工程和海洋工程等许多领域得到了广泛的应用.在对海上结构物的设计过程中,可以采用边界元法对同一结构物的不同设计方案进行数值模拟,对所得的计算结果进行比较、分析,根据工程的实际要求最终选择一个合理的结构型式.在波浪高度的模拟中,由于积分方程的准奇异性,直接计算往往产生很大的计算误差.本文应用单元细分方法解决了准奇异积分的问题,对物体周围的波高计算,可以得到高精度的计算结果.应用该方法本文计算了固定在水中的均匀直立圆柱周围的波高分布,与解析解吻合得很好,验证了计算程序的正确性.接着计算了不同截面型式圆柱周围的波高分布,比较了相同特征尺度、不同型式的柱状结构物对附近波高分布的影响.     

基于统计过程控制理论的张力腿平台有效上浪波高分析

文章以统计过程控制理论(Statistical Process Control,SPC)为基础提出了一种张力腿平台甲板有效上浪高度计算模型,针对海浪波高是随机过程这一不确定因素导致的上浪波高没有确定解的情况,分析计算了波浪谱下的张力腿平台相对运动和有效上浪波高,计算得到了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值、上管制限值和相应发生概率。由相同波浪参数下不同波浪谱计算得到的有效上浪波高控制中心均值相同这一结论,发现波浪能量在不同谱之间的分布是相同的,说明波浪能量在时间维度、空间维度和频率维度的分布是一致的。在求解有效上浪波高控制中心均值时,提出了能更好刻画波高在波浪参数下的分布形式的面积均值法,并由此方法计算控制中心均值和上管制限值。以一型张力腿平台为例,针对波浪谱中超过某一发生概率的情况,运用统计过程控制理论和SPC控制图,计算了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值和上管制限值,判断随机有效上浪波高是否处于统计控制状态,发现了波浪谱中的发生概率越大,随机有效上浪波高越可控这一规律。比较不同波浪入射角的有效上浪波高控制中心均值,发现了不同波浪入射角对有效上浪波高影响不大、发生概率对有效上浪波高影响较大的规律。最后基于统计过程控制理论计算得到整个有效上浪波高均值、发生概率、下管制限值和上管制限值。提出了在有效上浪波高均值和上管制限值之间结构物会受到交变载荷的作用容易疲劳损伤和腐蚀损伤的建议。结果表明该方法可以对张力腿平台有效上浪波高进行计算,并可推广应用于其它海上结构物的有效上浪波高计算。     

江苏近岸海域波浪的分布特征

利用2009年1—6月的实测波浪资料,研究位于江苏北部辐射沙洲南部沿海测站的波浪特征。通过统计计算和研究分析,获得其波高特征值,并探讨各特征波高与平均波高(有效波高)之间的关系;筛选出25组有效波高出现极值时刻的波面资料,运用概率统计的方法计算了波高、周期及两者之间的联合概率密度分布,并与其对应的理论公式结果进行对比。结果表明:Gluhovski分布较适用于本地区的波高分布规律;当谱宽度较小时,Longuet-Higgins理论周期分布与实测分布比较符合;实测波高与周期联合概率分布对于大波高小周期的情况与各理论分布均吻合较好。     

浮箱运动与液舱晃荡的变波幅耦合试验

为研究入射波对船舶运动的非线性影响和非线性规律,针对不同波高不同频率的规则波作用下的空箱和装液浮箱的运动响应进行试验研究。研究结果表明：固定频率下不同入射波高引起的浮箱运动响应具有一定的非线性特征,入射波高越大,其非线性效果越强;低频入射波高越大,浮箱运动响应幅值与波高的比值越小;高频入射波高越大,浮箱运动响应幅值与波高的比值越大。     

不同方法对南黄海重现波高计算值的影响

采用SWAN波浪模型对江苏南黄海地区1979~2018年共40 a的波况进行模拟及验证,将模拟结果与实测资料进行比对,吻合良好。百年重现波高分布通过基于年极值和月极值的广义极值分布函数(GEV)和超阈值取值方法(POT)的广义帕累托分布模型(GP)计算得出。计算结果表明,不同方法的计算结果在辐射沙洲北部地区差别最大,采用月极值所得重现波高偏小,采用年极值计算的重现波高在辐射沙洲南北外围地区最大,其余地区则以POT方法为大值。在分别采用不同数据长度计算重现波高的试验中得出,取月极值的GEV分布计算结果对时间跨度的改变不敏感,而取年极值受之影响最大,POT方法介于两者之间。     

二维极值分布在防波堤工程中的应用

本文对极值分布理论进行了介绍,对斜坡堤护面块石重量的计算方法进行了阐述。介绍了Hudson公式和Van der Meer公式,并对Hudson公式和Van der Meer公式的特点进行了叙述。通过建立波高与周期的二维联合分布模型,对不同波高和周期的联合重现期特征值进行了计算,并将波高和周期参数应用到Hudson公式和Van der Meer公式。经过对比,采用波高和周期的联合分布,可以使护面块石重量的计算值降低,对块石护面的设计具有借鉴意义。     

不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

台风波高重现值的泊松最大熵分布估计

以日本中城湾观测站实测台风过程出现的最大波高序列为例,提出了泊松-最大熵复合极值分布,并将其用于计算台风海浪的重现值波高.采用年极值法与过阈法对台风波高进行长期统计分析.计算结果表明:观测时段相同,阈值的选取对重现值的估计影响不大.而阈值相同,抽样时段的长度对重现值估计的影响较大;若样本时段较短,但极值波高的最大值包含于其中,则估计得到的重现值偏大,该结果对于结构设计是偏安全的.     

响水海域双峰谱型海浪的统计分析

对收集到的响水海域实测双峰谱型海浪资料进行谱分析和统计分析,探讨了双峰谱型海浪的波高分布、周期分布以及波高与周期的联合分布,认为用单峰谱型海浪的研究成果来描述双峰谱型海浪已不再适宜,并根据响水海域实测波浪资料,提出了双峰谱型海浪的波高、周期的经验分布式。通过对双峰谱型海浪资料进行谱分析,计算了若干与谱宽有关的波谱参量,并与合田良实的实测结果进行对比。最后还对双峰谱型海浪的谱特征值与跨零特征值进行了比较,认为对于双峰谱型海浪,由谱法计算的有效波高与由跨零法计算的有效波高相差不大;而对于平均周期,谱法要略小于跨零法。     

港池开挖对施工期波浪条件的影响

在港口建设中,往往需要开挖港池和航道以达到使用要求。而港池和航道开挖将对波浪的传播产生显著影响。文章结合TEMA港物理模型试验,验证BW数值模型的合理性,二者结果吻合良好。分析了模型对潮位、波高和周期的敏感性,并对比分析了施工期港池开挖前后,不同入射波高和周期以及不同开挖深度和宽度下港池和回旋水域波高分布的大小关系,具体结论如下:入射波高、周期和潮位均对计算结果产生影响,且受掩护程度越好的区域对波高和周期的敏感性越强;波浪进入开挖港池后波高持续衰减,越靠近泊位折减幅度越大,因此港池开挖可改善后方泊位施工作业条件;港池开挖深度、宽度、入射波周期和波向角均对港池内波高的折减幅度有影响。     

联合极值分布在码头顶高程计算中的应用

介绍国际工程中常用的码头顶高程计算方法和二维极值分布，指出码头顶高程计算中主要考虑的变量是波高和水位。以几内亚铝矾土出口码头项目为例，提出波峰面高度重现期的概念。采用极值分布理论对水位和波高分别进行拟合，选择了合适的水位和波高联合极值分布模型。从案例计算结果对比分析发现，引入波峰面高度重现期的概念，采用水位和波高联合极值分布所计算的码头顶高程比采用二者单独一维极值分布计算的码头顶高程低。在波浪较小区域，该计算结论对EPC承包商控制成本、提高履约能力有积极作用。     

漩门湾水域波浪计算分析

对漩门湾水域的波浪进行分析研究,利用波浪传播变形数值计算模式对该水域的波浪场作了推算,得出工程水域的波高分布,同时得出了防波堤的设计波浪,为围垦工程围堤设计提出科学依据。     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

外海深水航道设计及应考虑的几个因素

结合漳州港后石电厂10万吨级航道工程设计,全面介绍外海深水航道勘察设计工作情况,并就外海深水航道设计中的乘潮累积频率、设计波高、导标设立等几个重要问题进行探讨。     

广西北海近岸海域波浪的分布特征*

通过对广西北海近岸测站1 a实测波浪资料,分析该海域的波浪特征,得出:海域不分方向H1/10年平均值为0.6 m,常浪向为WSW向,出现的频率为15.48%,强浪向为ESE向,观测期间最大波高出现在201409号“威马逊”台风期间,Hmax最大值为8.23 m,对应H1/10值为6.26 m;波高与周期的联合分布基本呈类似斜三角形分布。运用最小二乘法进行回归分析,建立了该海域各特征波高与平均波高的相关关系。