一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法技术

本发明专利技术公开了一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法。该推算方法包括波高与周期的联合分布函数和波高与周期的概率密度函数；1)波高与周期的联合分布函数： F ( H , T ) = e - [ ( - l n ∫ 0 H αh γ e - βh n d h ) θ + ( - l n ∫ 0 T at b e - ct d d t ) θ ] 1 / θ - - - ( 1 ) ]]>2)波高与周期的概率密度函数： f ( H , T ) = e - [ ( - l n ∫ 0 H αh γ e - βh n d h ) θ + ( - l n ∫ 0 T at b e - ct d d t ) θ ] 1 / θ ln θ - 1 ( ∫ 0 H αh γ e - βh n d h + ∫ 0 T at b e - ct d d t ) ∫ 0 H αh γ e - βh n d h · ∫ 0 T at b e - ct d d t · [ ( - ln ∫ 0 H αh γ e - βh n d h ) θ + ( - ln ∫ 0 T at b e - ct d d t ) θ ] 2 / θ - 2 + [ ( - ln ∫ 0 H αh γ e - βh n d h ) θ + ( - ln ∫ 0 T at b e - ct d d t ) θ ] 1 / θ - 2 · αH γ e - βH n · aT b e - cT d - - - ( 2 ) ]]>本发明专利技术的波高周期的联合分布函数与实测数据拟合较好，且应用此分布函数推算的联合设计值更合理，能更广泛的应用描述一般的海浪波高和周期，为海洋工程提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法。
技术介绍
海浪是发生在海洋中的一种十分复杂而重要波动现象，研究海浪对海洋工程建设、海洋开发、交通航运、海洋捕捞与养殖等活动具有重大意义。而从四十年代以来对海浪的研究已取得了较大的发展。也取得了众多的成果，并且这些成果已经成为了动力海洋学的一部分，与海洋遥感、海洋工程和上层海洋动力学等诸多领域都有密切关系。另外，随着经济技术的发展和国际形势的变化，海浪研究成果对海上军事活动和海上经济的应用价值也越来越重要。目前对海浪的研究内容非常广泛，包括海浪的生成、成长、消衰的过程，以及这些过程中的因素的相互关系。并通过这些过程中的主要因素建立海洋统计学模型和海洋动力学模型来对海浪进行模拟和预报。目前，我国学者在很多方面都都取得了丰硕的成果。包括海浪谱、海浪要素统计分布、海浪预报方法和近岸海浪等方面。海浪研究一般分为两种方法统计学和动力学。在实际研究中往往将两种方法结合。由于海浪具有随机性，所以在实际研究中可以看作随机过程，既可以从海浪的内部结构进行研究也就是海浪谱，也可以从海浪对外表现特征进行研究也就是波要素统计分布。而随机海浪研究的核心问题是对海浪要素的统计分布的研究。对海浪要素的统计分布的研究是从外观方面来研究海浪的随机性质，因此它在海浪的工程应用方面有非常重要的意义，也受到了极大的关注。海浪要素是用来描述海浪的外观随机性质的一些重要的量，如波长、波高、周期等。五十年代以来很多学者开始研究它的统计分布，其研究方法主要可以分为三种，第一种方法是观测实际海浪获得海浪要素数据并对实测数据进行分析，从中找出有关的统计规律。第二种方法是利用实验室设备或电子计算机对海浪进行模拟。第三种方法就是依据海浪理论来寻求海浪要素分布的规律。Longuet-Higgins在1975年首次推导出海浪要素分布函数，此结果是在波面位移为平稳均匀的正态过程和窄谱假定条件下推导的，其结论是海浪要素分布为Rayleigh。由于早期海洋观测技术和观测手段比较落后，使得观测资料不够充分，观测数据不够精确。不能准确的判断实际的海浪要素是否较好地符合这一分布。而随着海洋观测技术的不断发展，通过大量的外海观测和实验室实验反复证明Rayleigh在波面位移是正态过程的假定下对一些问题是良好的近似，如对于深水海浪的描述等。但由于此分布的推导是在假设海浪是正态过程的条件下，因此这就限制了其在一些方面的应用，如对海洋微波遥感和现代海洋军事技术等问题，这就需要对非正态海浪进行研究。由于Longuet-Higgins(1975)导出的海浪分布函数有两个明显的缺点：一是当周期为0时函数值不为0，二是函数关于周期的均值是对称的。而实际海浪要素分布关于周期的均值是非对称的。为了克服上述缺点Longuet-Higgins(1983)通过数学处理又给出了一种关于周期非对称的海浪要素分布。孙孚(1988)根据海浪线性模型和波动的射线理论导出一种新的海浪要素的分布。最近，Stansell等(2004)和Zheng等(2004)对海浪统计理论进行了改进。通过对统计理论作离散化修正的方法推得的分布函数克服了原有理论的一些缺陷。一直以来，虽然对海浪要素分布函数进行不断的改进，但大多数推导结果是以海浪波面位移为正态过程的假定条件下导出的，其结果都是一致的，即海浪要素分布为Rayleigh分布。虽然作此假设使得理论分析和推导大为简化，但是大量的外海观测和实验室实验已经反复证明，实际海浪要素并非都服从Rayleigh分布。Zhang、Xu(2004)基于最大熵原理，通过坐标变换和解一变分问题，导出一种新的海浪波面位移的最大熵概率密度函数，这种密度函数有四个待定参量与以往提出的相比，可以更细致的拟合观测数据和更广泛地适用各种情况下的非线性海浪。而且此函数形式简单，没有弱非线性的限制，从而便于理论和实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法，包括波高与周期的联合分布函数和波高与周期的概率密度函数；1)波高与周期的联合分布函数：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高与周期的概率密度函数：f(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θlnθ-1(∫0Hαhγe-βhndh+∫0Tatbe-ctddt)∫0Hαhγe-βhndh·∫0Tatbe-ctddt·[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]2/θ-2+[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ-2·αHγe-βHn·aTbe-cTd---(2)]]>在式(1)和式(2)中：H：海浪波高T：海浪周期α：待定常数β：待定常数γ：待定常数θ：1≤θ＜+∞n：待定常数a：待定常数b：待定常数c：待定常数d：待定常数h：海浪波高变量t：海浪周期变量。本专利技术的有益效果是：波高周期的联合分布函数是一种新的非线性的，不是以正态过程和窄谱为条件导出的分布，在一定的物理意义下反映了海浪要素的不确定性。并利用实测数据对联合分布进行验证，并与以往的波高与周期联合分布加以比较。然后应用新的波高周期联合分布推算联合设计值并与传统的联合分布进行比较。结果表明，新的分布函数与实测数据拟合较好，且应用此分布函数推算的联合设计值较安全，能更广泛的应用描述一般的海浪波高和周期，为海洋工程提供理论依据。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例的实测波高与周期的散点图。图2是本专利技术实施例的无因次波高的概率密度函数。图3是本专利技术实施例的无因次周期的概率密度函数。图4是本专利技术实施例的波高正态检验的概率图。图5是本专利技术实施例的周期正态检验的概率图。图6是本专利技术实施例的波高和周期的联合分布图。图7是本专利技术实施例的波高和周期的联合分布的等值线图。图8是本专利技术实施例的不同周期条件下海浪波高的条件分布图。图9是本专利技术实施例的不同海浪波高条件下周期的条件分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法，其特征在于，包括波高与周期的联合分布函数和波高与周期的概率密度函数；1)波高与周期的联合分布函数：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高与周期的概率密度函数：f(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θlnθ-1(∫0Hαhγe-βhndh+∫0Tatbe-ctddt)∫0Hαhγe-βhndh·∫0Tatbe-ctddt·[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]2/θ-2+[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ-2·αHγe-βHn·aTbe-cTd---(2)]]>在式(1)和式(2)中：H：海浪波高；T：海浪周期；α：待定常数；β：待定常数；γ：待定常数；θ：1≤θ＜+∞；n：待定常数；a：待定常数；b：待定常数；c：待定常数；d：待定常数；h：海浪波高变量；t：海浪周期变量。...

【技术特征摘要】
1.一种无窄谱约束条件下海浪设计波高的推算方法，其特征在于，包括波高与周期的联合分布函数和波高与周期的概率密度函数；1)波高与周期的联合分布函数：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高与周期的概率密度函数：f(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θlnθ-1(∫0Hαhγe-βhndh+∫0Tatbe-ctddt)∫0Hαhγe-β...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柏宇，刘桂林，孙效光，
申请(专利权)人：陈柏宇，
类型：发明
国别省市：山东;37