【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及極值波浪推算方法，尤其是一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法。
技術介紹
1、波浪是海洋工程結構物最重要的環境載荷，由于其變化大、隨機性強，一般采用隨機過程來描述。其中最經典的數學工具就是波浪譜和波高與波周期聯合分布。前者描述了波浪的短期能量特征，后者描述了波浪的長期統計行為。
2、波浪從深遠海區域傳播到近岸淺水海域時，往往因近岸復雜的地形影響，引起波浪破碎和底質摩擦現象，波浪衰減特征明顯，因此該區域的波高和波周期聯合分布特性與深遠海有很大區別。不同形態的海床底質，如泥沙、淤泥、砂石或珊瑚礁等，導致波浪衰減特征也存在較大的差異性，進而影響復雜地形淺水海域波浪的極值特征。
3、在極值波浪分析中，現有技術中常用的方法有極值(gev)分布模型、韋布爾(weibull)分布模型、皮爾遜(perison)iii型分布模型和對數正態分布模型。這幾種方法都是通過對波高概率分布進行擬合，再推算不同重現期的波高極值。然而波周期極值的選擇沒有較為確切的模型來進行描述，特別是波高極值和波周期極值的評估相對獨立。
4、因此，如何建立波高和波周期聯合關系的模型以及利用該模型進行波高極值和波周期極值聯合分布的有效推算方法，以定量評估復雜地形淺水海域的波浪極值條件(即波高極值和波周期極值的聯合分布)，是近岸工程和海洋工程領域中急需解決的問題。
技術實現思路
1、本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，從而以波浪實地測量
2、本專利技術所采用的技術方案如下：
3、一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，包括如下操作步驟：
4、s1：以復雜地形淺水海域選定點為對象，通過實地測量或數值后報獲得到長周期時間序列的波高和波周期變化值，統計處理得到波高和波周期聯合分布的結果；
5、s2：采用韋布爾模型進行波高分布的擬合，通過最小二乘法求解擬合經驗參數，獲得波高的概率分布表達式；
6、s3：采用對數正態分布模型，通過最小二乘法求解擬合經驗參數，獲得給定波高下的波周期的條件概率分布表達式；
7、s4：基于s2和s3，將波高的概率分布表達式與波周期的條件概率分布表達式相乘，獲得波高和波周期聯合分布的概率密度表達式；
8、s5：給定波陡系數，確定波陡限界線；
9、s6：基于s4采用環境輪廓線法獲得不同重現期的極值波高和波周期聯合分布輪廓線；基于s5的波陡限界線，識別輪廓線中大波陡系數對應的波高和波周期組合值，判定這些組合值為不合理，最終獲得合理的波高周期聯合分布輪廓線。
10、其進一步技術方案在于：
11、s2中，波高概率表達式為：
12、
13、其中，h表示波高，α、β和γ為分布參數。
14、s3中，波周期條件概率密度表達式為：
15、
16、其中的參數μ和σ，需要通過實測數據資料得到，其擬合式如下：
17、
18、其中a0,a1,a2,b0,b1和b2是擬合參數，采用非線性最小二乘法曲線擬合得到。
19、s4中，聯合概率分布可以表示為：
20、
21、其中，參數μ和σ是波高h的函數。
22、s5中，波陡系數定義為：
23、α＝(h/l)b·tanhkd?????(6)
24、其中的(h/l)b表示為破碎波高和波長比值，k為波數，d為水深。
25、s6中，在聯合概率分布表達式確定后，將波高概率分布和波周期條件概率
26、分布分別轉換為標準正態u參數空間：
27、
28、其中，φ(u1)是轉換后的波高分布，φ(u2)是轉換后的給定波高條件下的周期分布，這兩個分布都是標準正態分布，u1和u2則是u形參數空間對應的波高和周期；
29、接著在u形參數空間中建立規定重現期的圓；以每3小時記錄的觀測值為
30、例的話，對應重現期100年等高線的圓半徑為：
31、
32、最后將圓形轉換為環境參數空間對應的波高和波周期輪廓線：
33、
34、其中，hs是有義波高，tz是平均跨零周期，tp是譜峰周期，fhs是式(7)中的轉換關系，ftz?or?tp|hs是式(8)中的轉換關系。
35、本專利技術的有益效果如下：
36、本專利技術首先通過采用bitner-gregersen模型對波高和波周期聯合分布進行擬合計算，以達到擬合結果與波浪實地測量結果或波浪數值后報結果總體趨勢吻合，能夠精確描述復雜地形淺水海域波浪長期分布特征；其次采用iform模型對波浪輪廓線進行評估，可給出復雜地形淺水海域不同重現期的波高極值，可精細描述不同重現期的波高和波周期聯合分布特性。由此為復雜地形淺水海域波高極值和波周期極值的聯合分布特性的描述奠定基礎，對近岸工程和海洋工程的設計、建設及安全作業提供指導建議。
37、本專利技術建立了一種在復雜地形淺水海域，基于環境輪廓線推算波浪極值條件的方法，以波浪實地測量結果或波浪數值后報結果為輸入，獲取不同重現期的波高和周期聯合分布，適合于近岸工程和海洋工程領域中涉及極值波浪要素的定量評估。
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1.一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：包括如下操作步驟：
2.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：S2中，波高概率表達式為：
3.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：S3中，波周期條件概率密度表達式為：
4.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：S4中，聯合概率分布可以表示為：
5.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：S5中，波陡系數定義為：
6.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：S6中，在聯合概率分布表達式確定后，將波高概率分布和波周期條件概率分布分別轉換為標準正態U參數空間：
【技術特征摘要】
1.一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：包括如下操作步驟：
2.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：s2中，波高概率表達式為：
3.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海域的極值波浪推算方法，其特征在于：s3中，波周期條件概率密度表達式為：
4.如權利要求1所述的一種復雜地形淺水海...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳文煒，蔡志文，孫澤，陳天宇，張旭，韓用濤，趙傳亮，張海華，徐力，薛潮，
申請(專利權)人：中國船舶科學研究中心，
類型：發明
國別省市：
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