[發明專利]一種基于環境輪廓線的島礁海域極值波浪推算方法

在審

• 申請號: 202011418288.6
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112417705A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳文煒;劉小龍;蔡志文;孫澤;葉永林;張海華;許凱瑋;宋志勛;郭靜
• 申請（專利權）人: 南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江）;中國船舶科學研究中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/08
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 千帆

本發明公開了一種基于環境輪廓線的島礁海域極值波浪推算方法，包括選定島礁海域目標位置，通過實地測量或數值后報獲得長周期時間序列的波高和周期變化值，統計處理得到波高周期聯合分布的結果，推算波高極值和周期極值的聯合分布結果。本發明評估的數據結果適合于近岸工程、海洋工程和近島礁工程領域中涉及極值波浪要素確定的工作，推算方法方便有效。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，尤其是一種基于環境輪廓線的島礁海域極值波浪推算方法。

背景技術

當波浪從深水或有限水深區域傳播到島礁海域時，由于島礁地形的影響，引起波浪破碎和底質摩擦(包括滲透)，波浪衰減特征明顯，不同形態的海床底質，如泥沙、淤泥、砂石或珊瑚礁等，導致波浪衰減特征具有較大的差異性，進而影響島礁海域波浪的極值特征。

現有的在極值波浪分析中，常用的方法有極值分布模型，韋布爾分布模型，皮爾遜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，特別是波高極值和周期極值的評估相對獨立，如何建立波高和周期聯合關系的模型以及利用該模型進行波高極值和周期極值聯合分布的推算方法是一個關鍵問題，因此，如何定量評估島礁海域的波浪極值條件，即波高極值和周期極值的聯合分布，是近岸工程、海洋工程和近島礁工程領域中急需解決的問題。

發明內容

本發明針對背景技術中的不足，提供了一種基于環境輪廓線的島礁海域極值波浪推算方法。

本發明為解決上述現象，采用以下技術方案，一種基于環境輪廓線的島礁海域極值波浪推算方法，推算方法包括如下：

S1，選定對象：以島礁海域選定點為對象，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周期變化值，統計處理得到波高周期聯合分布的結果；

S2，計算波高概率分布表達式：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；

S3，計算給定波高下周期的條件概率分布表達式：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，獲得給定波高下周期的條件概率分布表達式；

S4，計算波高和周期聯合分布的概率密度表達式：基于S1和S2，將波高的概率分布表達式與周期的條件概率分布表達式相乘，獲得波高和周期聯合分布的概率密度表達式；

S5，確定界線：給定波陡系數，確定波陡限界線；

S6，計算波高周期聯合分布輪廓線：基于S4采用環境輪廓線法獲得不同重現期的極值波高和周期聯合分布輪廓線；基于S5的波陡限界線，識別輪廓線中波陡限界線對應的波高和周期組合值：大波高和小周期的組合值，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。

作為本發明的進一步優選方式，步驟S2中，波高概率服從韋布爾分布，周期條件概率密度函數服從對數正態分布，波高周期聯合分布概率為波高概率和周期條件概率的乘積，波高概率表達式如下

式(1)中，h表示波高，α、β和γ為分布參數，(1)式為三參數韋布爾分布，若γ＝0，則變為二參數韋布爾分布，這里采用二參數韋布爾分布。

作為本發明的進一步優選方式，步驟S3中，周期條件概率密度表達式如下

式(2)中的μ和σ，需要通過實測數據資料或數值后報結果得到，其擬合式如下