6第六章 海浪

10
波高H
4 3 2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
第1年
H1
10
6 5
第2年
波高H
4 3 2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
H1
10
……
H 1 K 1 10 m H1 10 m
10
第m年
选线（P-III曲线），求三参数。
适线，求某一重现期的设计波高。
重现期50年一遇（部分大波平均波高的设计波高）
H 1 2.53 1.817 4.6m
10
记为
H 1 10 2%
1 H 2
H max
2．周期的理论分布函数 周期的概率密度函数：
4 4 5 T 4 5 T f T 4 4 exp 4T 4 T 3
周期的分布函数：
4 5 T 4 F T exp 4 T
3 2
0.635
密度最大处对应的波高：
Hm
2

H 0.8H
累积频率函数（分布函数）：
F (H )

H
H 2 f ( H )dH exp பைடு நூலகம் ( ) 4 H
对应于指定累积频率F%的波高：
HF
4 1 H ln F
1 2
浅水区波高的分布函数：
H1
10
H 1 K 1 10 2 H1 10 2
10
……
6 5
……
波高H
4 3 2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
……
H

为浅水系数， H
H d
深水及浅水中各种累积频率所对应的波高模比系数：
当波由深水处移向浅水处时，平均波高将发生变化，波列的 分布规律也发生变化。
HF H
H* F%
0.5 1
0 (深水)
2.597 2.421
0.1
2.403 2.256
0.2
2.213 2.092
0.3
2.029 1.932
波速
二、海浪分类 1．强制波、自由波和混合浪
2．毛细浪、重力波和长周期波
3．不规则波和规则波
4．长峰波和短峰波
5．前进波和驻波 6．深水前进波和浅水前进波 7．震荡波和推移波
第二节 风况基础知识
一、风的形成及类型
空气的水平运动
大气压
标准气压
地面天气图
1．气压梯度力
G 1 dp 1 p dn n
H1% 2.197 H , K s1 0.9181, K s 2 0.9133 ）
10
10
偶尔放纵自己一下
有空找朋友聊聊
最后，不要财迷
最最后，别忘了多休息！
最最最后，不开心的时候想想下面的话
累积频 率F% 2 3 6
100
问：绘制累积频率图时， 为什么用波高的模比系数？
• 对于海洋中同一点， 不同场次的波浪， 尽管其波高的分布 规律差异很大，但 他们的波高的模比 系数的统计规律是 近似一样的。
二、固定点波高和周期的理论分布函数
1．波高与波长的理论分布函数
(t ) n
1 m
1
工程寿命内出现指定风险所需要的波浪重现期 失事的容 许危险率 0.10 0.25 期望的工程寿命（年） 10 95 35 25 238 87 50 475 174 100 950 348
0.5
0.75
15
8
37
19
73
37
145
73
0.99
2.7
6
11
22
二、利用长期观测资料推算设计波浪
H H0
n0 C 0 nC
n0 L0 Ks nL
例
二、波浪折射
1．波浪折射原理
sin 1 sin 2 C1 C2
H H0
n0 L0 b0 Ks Kr nL b 或H H 0 K s K r
折射系数
P点的波高：
b1 K sp H H1 b K s1
0.4
1.854 1.777
0.5 (破碎)
1.687 1.628
2
5 … 90 95
2.232
1.953 0.336 0.256
2.096
1.859 0.412 0.298
1.960
1.762 0.462 0.346
1.825
1.662 0.515 0.400
1.692
1.562 0.572 0.461
70 80 90 95
0.85 0.76 0.62 0.52
3．波高与周期
的联合分布
三、两种特征波及其相互关系
特征波
特征波高 特征周期
1．特征波高的两种表示方法
a, 在波列中选取某一累积频率 对应的波高作为特征波高（HF） b, 以所谓部分大波的 平均波高作为特征波高（HP） 部分大波的特征波高为： 显著波高（
H 2 f H exp ( ) 2 2H 4 H
H
离差系数为：
Cv H
H
M
1 2 2
4 1 0.522 H
1 2
偏态系数为：
Cs
M3 M
3 2 2
6 2 4 1
2.53
重现期50年一遇 （累积频率为1%的设计波高）
H 1% 2.421 2.26 5.5m
利用长期资料推算设计波浪步骤
• 1、选取若干年某方向上每年出现的最大一场波浪系列； 1） • 2、求若干年每年最大一场波浪系列的特征波高（如 H 10 组成系列。 • 3、求特征波高的模比系数（Ki）。 m P • 4、求特征波高的模比系数对应的累积频率（ n 1 100%）。 • 5、选线（P-III曲线），求三参数（特征波高的平均值， 变差系数，偏态系数），适线。 • 6、求某一重现期对应的设计波高。如：
上式改写为：
1 1 TF T ln 5 F 4 4
1 4
F%
T T
F%
T T
1.25 1.16 1.08 1.01 0.94
F%
T T
0.5 1 2 5 10
1.67 1.62 1.56 1.46 1.36
20 30 40 50 60
H1
10
）
有效波高（ H 1 ）
3
1 NP HP Hi NP i 1
2．两种特征波高的相互关系 深水中，部分大波的平均波高的模比系数为：
HP 1 F 4 1 1 F ln dF xdF F 0 F F 0 H
上式最终变为：
1 2 HP HF 1 1 1 erf ln H H F F
第六章 海浪
本章重点：
1、了解风的形成及类型和风况观测并掌握风资料的整理；
2、了解海浪观测方法并掌握海浪观测资料的整理； 3、掌握固定点波高和周期的统计分布及理论分布函数； 4、掌握海浪要素的统计规律和海浪谱的基本知识。
第一节 海浪要素和分类
一、海浪要素
波峰 波谷 波峰线 波向线 波高
波长
周期
波陡
2．地转偏向力（科氏力）
A 2U sin
3．离心力
U2 C r
4．摩擦力
U s (0.01T 0.7)U g
△p=2.5hPa, △n=4, F=10°, △T=5℃,
Us=13.5 m/s, Ug=18 m/s
二、我国近海风况的特点
1．季风
2．寒潮大风 3．台风
台风（12级及以上） 强热带风暴（10~11级） 热带风暴（8~9级） 热带低压（8级以下）
指设计波浪要素在实际海面上不规则波列中的 出现概率
设计波浪的 波列标准
H 1 10 2%
设计波浪的 重现期标准
一、我国海港工程设计波浪的重现期标准
工程的安全率为：
F 1 P
危险率为：
m
q 1 1 P
m
设计波浪的重现期为：
T 1 P 1 1 q
2．遥测重力测波仪
3．压力式测波仪
二、海浪资料的整理
第四节 海浪要素统计规律
一、固定点波高和周期的统计分布
上跨零点 周期 平均周期 T 波峰顶
波高
平均波高 H 下跨零点 波谷底
• 不规则波的平均周期与平均波长之关系：
gT 2 L k 2
k2

3
波高模比 波高分组 出现次 区间频 平均频 累积次 系数ki Hi 数ni 率fi 率 数 2.4—2.2 5.3—4.8 2 0.02 0.10 2 2.2—2.0 4.8—4.4 1 2.0—1.8 4.4—4.0 3 … 0.2—0.0 0.4—0.0 2 100 0.02 1.0 0.10 100 0.01 0.03 0.05 0.15 3 6
F ( H ) exp 4 1 H 或H F
1 H 4 2 H 1 ln H 1 F 2