[理学]04海洋工程环境学.ppt

波浪分布资料来源 当地观测点资料 遥感资料 波浪推算 (wave calculation)资料根据适当的气象资料及波浪资料，建立风与波浪之关系公式，以利与在实用上可以根据风资料计算出波浪特性。若由过去风的资料记录，推算过去发生的波浪特性，称为波浪后报(wave hindcasting) 。 1.5 设计波 海洋结构物设计寿命记作 TL(年)，一般为10，20，30年不等。 海洋结构物一生遭遇的极端海况的重现周期记作 TC (年)，规范规定。 在海洋结构物设计中将这个Tc年一遇的波称作设计波。 问题是：如何根据海洋结构物工作海域的波浪长期分布资料确定设计波的具体参数？ 波浪长期分布的依据是： 1. 海洋环境因素分析计算 * 《海洋工程环境学》 Environmental Mechanics of Ocean Engineering 海浪的短期分布 1. 复习 波高 H 过零周期 Tz 采样： 三一平均波高 海浪模型 窄带假定 瑞利分布 特征波高： 1.4 海浪统计特征的长期分布分析 长期分布分析是以实测资料为依据，并以统计方法外推概率曲线来预估未来可能发生的事件。以确定船舶和海洋结构物在生存期内遭遇的极端海洋环境条件参数，作为设计的依据。 船舶设计中通常取20年一遇的环境载荷作为设计标准。 海洋结构物同运输船舶相比，就遭遇的海洋环境而论更加恶劣。海洋结构物是长期工作在预设的海洋位置上，几乎无法规避所有的恶劣海况。海洋结构物所关注的是其一生中将遭遇的最恶劣的海况。鉴于海洋环境，诸如风、浪、流的出现及其强度是随机的，所谓最恶劣的，或所谓极端的事件，从数学上而论是一些具有小概率的事件。 1. 海洋环境因素分析计算 目前，有关海洋结构物的设计建造规范明确规定了这一极端事件的概率，即百年一遇或五十年一遇。如，百年一遇的波浪 (波高与相应的周期)，即该波浪的重现期为100年。 通常，这一事件的出现概率仅为 10-8，十亿分之一，然而，计算表明，对于一个设计寿命为20年的结构物，遭遇百年一遇的极端海况的概率竟达18%. 极端海况条件对结构响应和强度设计十分必要。 因此，讨论波浪运动短期统计特征的长期分布律，以期确定小概率事件的参数，对于船舶与海洋结构物的设计是十分必要的。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 海上波浪统计分析过程： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 海浪的长期分布参数 波浪短期统计值累积子样 [Hsi，Tzi] 设计海况 Hs, Tz 设计波条件 某海域波浪观测数据 多年累积 外推概率密度函数 确定重现期（规范或船东指定） 直接指定设计海况 短期概率（瑞利分布）或规范规定 结构性能分析 海上定点有义波高的长期累计子样： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 ISSC给出的全球海域编号： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 ISSC给出的8，9，15，16号海域波浪有义波高和平均过零周期统计分布： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 1. 有义波高的概率密度函数 海上定点波浪观测短期子样的统计特征，有义波高的长期累计子样为： 大量观测分析表明，子样代表的随机过程仍然是一个平稳的随机过程，可以寻求适当的概率密度函数来拟合观测结果。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 1. 有义波高的概率密度函数 龚贝尔分布函数 皮尔洛III型分布函数 对数正态分布函数 泊松－龚贝尔分布函数 韦布尔分布函数 可用来拟合波浪长期分布的概率密度函数有 1.4 海浪统计特征的长期分布律 采取什么样的概率函数，只取决于对于子样的拟合精度和 置信度。并没有一个确定的分布函数。 为 三参数的 Weibull 函数。其中 H0 为最小阈限水平，HC 为尺度因子，为形状因子 1.4 海浪统计特征的长期分布律 采用三参数的Weibull概率密度函数表达有效波高 长期分布的概率特征 相应的累计概率函数为： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 2. Weibull函数三参数的确定 对 Weibull 累计概率函数线性化，移项，取对数： 移动负号，再取对数： 1.4 海浪统计特征的长期分布律 做变量置换： 则有： ? 为截距 B 和斜率 的直线方程。 1.4 海浪统计特征的长期分布律 给定子样： 考虑到直线方程只能解两个未知数，对第三个未知数必须假定。 通常，取 H0=0 (第一次近似)。可以用作图法和最小二乘法计算得到另外两个参数： 和 1.4 海浪统计特征的长期分布律 同时， 可以得到本次近似计算的拟合误差平方和： 根据不