[發(fā)明專利]一種基于波能通量推算實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的測量分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011230987.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112326194B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小龍;蔡志文;孫澤;陳文煒;俞俊;丁軍;葉永林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶科學(xué)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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發(fā)明公開了一種基于波能通量推算實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的測量分析方法，涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：選擇近岸為平坦或坡度較緩的淺水區(qū)域作為測試區(qū)域；在測試區(qū)域進(jìn)行測點(diǎn)布局，且至少布置兩個(gè)測點(diǎn)；在各個(gè)測點(diǎn)部署方向波潮儀；進(jìn)行測量，持續(xù)測量時(shí)間涵蓋一天的漲落潮；測量完畢后，回收方向波潮儀；讀取實(shí)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效性分析；基于波能通量模型推算海底摩擦導(dǎo)致的波浪摩擦系數(shù)。該測量分析方法簡單明了、實(shí)用有效，適合于淺水區(qū)域不同海底底質(zhì)類型的波浪摩擦系數(shù)的計(jì)算分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于波能通量推算實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的測量分析方法。

背景技術(shù)

波浪從深水或有限區(qū)域傳播到淺水區(qū)域時(shí)，由于海床底質(zhì)摩擦(包括滲透)的影響，會引起波浪衰減。而不同形態(tài)的海床底質(zhì)，如泥沙、淤泥、砂石或珊瑚礁等，會造成波浪衰減特征，如波浪譜衰減斜率、譜寬和譜峰分布等都會有較大的差異性，總體反映在底摩擦導(dǎo)致波浪摩擦系數(shù)的差別。以往推算波浪摩擦系數(shù)常用于模型試驗(yàn)中，尚未應(yīng)用于實(shí)地測量中，因此需要建立由海底摩擦導(dǎo)致的實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種基于波能通量推算實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的測量分析方法，利用方向波潮儀同步測量波浪、海流和潮位參數(shù)以及波浪譜信息，該測量分析方法簡單明了、實(shí)用有效，適合于淺水區(qū)域不同海底底質(zhì)類型的波浪摩擦系數(shù)的計(jì)算分析。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于波能通量推算實(shí)測波浪摩擦系數(shù)的測量分析方法，包括如下步驟：

選擇近岸為平坦或坡度較緩的淺水區(qū)域作為測試區(qū)域；

在測試區(qū)域進(jìn)行測點(diǎn)布局，且至少布置兩個(gè)測點(diǎn)；

在各個(gè)測點(diǎn)部署方向波潮儀；

進(jìn)行測量，持續(xù)測量時(shí)間涵蓋一天的漲落潮；

測量完畢后，回收方向波潮儀；

讀取實(shí)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效性分析；

基于波能通量模型推算海底摩擦導(dǎo)致的波浪摩擦系數(shù)。

其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，基于波能通量模型推算海底摩擦導(dǎo)致的波浪摩擦系數(shù)，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(dá)式為：

其中，S(f)為能量譜(由測量時(shí)程波高通過FFT換算得到)；C_gx是測量線方向的波浪群速度(由測量結(jié)果推算得到)，波浪相速度c＝L/T，L為波長，T為周期，h為水深(直接測量得到)，波數(shù)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(dá)式為：

其中，f_w是波浪摩擦系數(shù)(無量綱值)，U_rms為近海底波浪水質(zhì)點(diǎn)速度，表達(dá)式為：

其中σ為滿足以下色散關(guān)系的圓頻率：

σ²＝gktanh(kh) (5)

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