[發明專利]一種基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法

有效

• 申請號: 202011230987.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112326194B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 劉小龍;蔡志文;孫澤;陳文煒;俞俊;丁軍;葉永林
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G06F30/20;G06F17/14;G06F17/11;G06F111/10
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

1.一種基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述測量分析方法包括：

選擇近岸為平坦或坡度較緩的淺水區域作為測試區域；

在所述測試區域進行測點布局，且至少布置兩個測點；

在各個所述測點部署方向波潮儀；

進行測量，持續測量時間涵蓋一天的漲落潮；

測量完畢后，回收所述方向波潮儀；

讀取實測數據并進行有效性分析；

基于波能通量模型推算海底摩擦導致的波浪摩擦系數，包括：

采用沿測量線方向的波能通量方程如下：

其中F_x為波能通量，表達式為：

其中，S(f)為由測量時程波高通過FFT換算得到的能量譜；C_gx是由測量結果推算得到的測量線方向的波浪群速度，波浪相速度c＝L/T，L為波長，T為周期，h為直接測量得到的水深，波數k＝2π/L；ρ為海水密度，重力加速度g＝9.81m/s²；

式(1)中，ε_f為海底摩擦引起的波浪衰減量，表達式為：

其中，f_w是無量綱波浪摩擦系數，U_rms為近海底波浪水質點速度，表達式為：

其中σ為滿足以下色散關系的圓頻率：

σ²＝gktanh(kh) (5)

對于計算過程中公式(2)和公式(4)的積分項，這里采用梯形積分進行計算，公式(1)的微分項則采用差分法進行計算，即：

其中Δx為測點間距在波浪傳播方向上的投影。

2.根據權利要求1所述的基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述讀取實測數據并進行有效性分析，包括：

所述方向波潮儀獲取的實測數據包括各個測點的水深、波長和周期；

通過分析所述測點的方向譜以判定測點的主浪向，若各個所述測點的主浪向基本一致，則判定所述測點布局合理，推算的所述波浪摩擦系數有效，否則重新進行所述在所述測試區域進行測點布局的步驟。

3.根據權利要求2所述的基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述方向譜通過所述方向波潮儀實測得到，或者通過數值模擬得到，所述數值模擬包括動譜平衡方程、Boussinesq方程或緩坡方程波浪傳播模型。

4.根據權利要求1所述的基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述測點布局采用垂直于岸線的直線排布形式，測點間距至少大于一倍波長，波浪傳播方向與測量線方向的角度偏差小于等于22.5°，測點水深與波長的關系滿足

5.根據權利要求1所述的基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述方向波潮儀采用自容式測量，內置干電池，整體安裝于金屬支架上。

6.根據權利要求1所述的基于波能通量推算實測波浪摩擦系數的測量分析方法，其特征在于，所述方向波潮儀的采樣頻率范圍在1～8Hz，每組波流參數持續測量時間滿足大于100個波周期的條件。