本發明專利技術公開了一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法。該推算方法包括波高與周期的聯合分布函數和波高與周期的概率密度函數；1)波高與周期的聯合分布函數： 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)波高與周期的概率密度函數： 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 ) ]]>本發明專利技術的波高周期的聯合分布函數與實測數據擬合較好，且應用此分布函數推算的聯合設計值更合理，能更廣泛的應用描述一般的海浪波高和周期，為海洋工程提供理論依據。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法。
技術介紹
海浪是發生在海洋中的一種十分復雜而重要波動現象，研究海浪對海洋工程建設、海洋開發、交通航運、海洋捕撈與養殖等活動具有重大意義。而從四十年代以來對海浪的研究已取得了較大的發展。也取得了眾多的成果，并且這些成果已經成為了動力海洋學的一部分，與海洋遙感、海洋工程和上層海洋動力學等諸多領域都有密切關系。另外，隨著經濟技術的發展和國際形勢的變化，海浪研究成果對海上軍事活動和海上經濟的應用價值也越來越重要。目前對海浪的研究內容非常廣泛，包括海浪的生成、成長、消衰的過程，以及這些過程中的因素的相互關系。并通過這些過程中的主要因素建立海洋統計學模型和海洋動力學模型來對海浪進行模擬和預報。目前，我國學者在很多方面都都取得了豐碩的成果。包括海浪譜、海浪要素統計分布、海浪預報方法和近岸海浪等方面。海浪研究一般分為兩種方法統計學和動力學。在實際研究中往往將兩種方法結合。由于海浪具有隨機性，所以在實際研究中可以看作隨機過程，既可以從海浪的內部結構進行研究也就是海浪譜，也可以從海浪對外表現特征進行研究也就是波要素統計分布。而隨機海浪研究的核心問題是對海浪要素的統計分布的研究。對海浪要素的統計分布的研究是從外觀方面來研究海浪的隨機性質，因此它在海浪的工程應用方面有非常重要的意義，也受到了極大的關注。海浪要素是用來描述海浪的外觀隨機性質的一些重要的量，如波長、波高、周期等。五十年代以來很多學者開始研究它的統計分布，其研究方法主要可以分為三種，第一種方法是觀測實際海浪獲得海浪要素數據并對實測數據進行分析，從中找出有關的統計規律。第二種方法是利用實驗室設備或電子計算機對海浪進行模擬。第三種方法就是依據海浪理論來尋求海浪要素分布的規律。Longuet-Higgins在1975年首次推導出海浪要素分布函數，此結果是在波面位移為平穩均勻的正態過程和窄譜假定條件下推導的，其結論是海浪要素分布為Rayleigh。由于早期海洋觀測技術和觀測手段比較落后，使得觀測資料不夠充分，觀測數據不夠精確。不能準確的判斷實際的海浪要素是否較好地符合這一分布。而隨著海洋觀測技術的不斷發展，通過大量的外海觀測和實驗室實驗反復證明Rayleigh在波面位移是正態過程的假定下對一些問題是良好的近似，如對于深水海浪的描述等。但由于此分布的推導是在假設海浪是正態過程的條件下，因此這就限制了其在一些方面的應用，如對海洋微波遙感和現代海洋軍事技術等問題，這就需要對非正態海浪進行研究。由于Longuet-Higgins(1975)導出的海浪分布函數有兩個明顯的缺點：一是當周期為0時函數值不為0，二是函數關于周期的均值是對稱的。而實際海浪要素分布關于周期的均值是非對稱的。為了克服上述缺點Longuet-Higgins(1983)通過數學處理又給出了一種關于周期非對稱的海浪要素分布。孫孚(1988)根據海浪線性模型和波動的射線理論導出一種新的海浪要素的分布。最近，Stansell等(2004)和Zheng等(2004)對海浪統計理論進行了改進。通過對統計理論作離散化修正的方法推得的分布函數克服了原有理論的一些缺陷。一直以來，雖然對海浪要素分布函數進行不斷的改進，但大多數推導結果是以海浪波面位移為正態過程的假定條件下導出的，其結果都是一致的，即海浪要素分布為Rayleigh分布。雖然作此假設使得理論分析和推導大為簡化，但是大量的外海觀測和實驗室實驗已經反復證明，實際海浪要素并非都服從Rayleigh分布。Zhang、Xu(2004)基于最大熵原理，通過坐標變換和解一變分問題，導出一種新的海浪波面位移的最大熵概率密度函數，這種密度函數有四個待定參量與以往提出的相比，可以更細致的擬合觀測數據和更廣泛地適用各種情況下的非線性海浪。而且此函數形式簡單，沒有弱非線性的限制，從而便于理論和實際應用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是，一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法，包括波高與周期的聯合分布函數和波高與周期的概率密度函數；1)波高與周期的聯合分布函數：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高與周期的概率密度函數：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：待定常數β：待定常數γ：待定常數θ：1≤θ＜+∞n：待定常數a：待定常數b：待定常數c：待定常數d：待定常數h：海浪波高變量t：海浪周期變量。本專利技術的有益效果是：波高周期的聯合分布函數是一種新的非線性的，不是以正態過程和窄譜為條件導出的分布，在一定的物理意義下反映了海浪要素的不確定性。并利用實測數據對聯合分布進行驗證，并與以往的波高與周期聯合分布加以比較。然后應用新的波高周期聯合分布推算聯合設計值并與傳統的聯合分布進行比較。結果表明，新的分布函數與實測數據擬合較好，且應用此分布函數推算的聯合設計值較安全，能更廣泛的應用描述一般的海浪波高和周期，為海洋工程提供理論依據。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1是本專利技術實施例的實測波高與周期的散點圖。圖2是本專利技術實施例的無因次波高的概率密度函數。圖3是本專利技術實施例的無因次周期的概率密度函數。圖4是本專利技術實施例的波高正態檢驗的概率圖。圖5是本專利技術實施例的周期正態檢驗的概率圖。圖6是本專利技術實施例的波高和周期的聯合分布圖。圖7是本專利技術實施例的波高和周期的聯合分布的等值線圖。圖8是本專利技術實施例的不同周期條件下海浪波高的條件分布圖。圖9是本專利技術實施例的不同海浪波高條件下周期的條件分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法，其特征在于，包括波高與周期的聯合分布函數和波高與周期的概率密度函數；1)波高與周期的聯合分布函數：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高與周期的概率密度函數：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：待定常數；β：待定常數；γ：待定常數；θ：1≤θ＜+∞；n：待定常數；a：待定常數；b：待定常數；c：待定常數；d：待定常數；h：海浪波高變量；t：海浪周期變量。...
【技術特征摘要】
1.一種無窄譜約束條件下海浪設計波高的推算方法，其特征在于，包括波高與周期的聯合分布函數和波高與周期的概率密度函數；1)波高與周期的聯合分布函數：F(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θ---(1)]]>2)波高與周期的概率密度函數：f(H,T)=e-[(-ln∫0Hαhγe-βhndh)θ+(-ln∫0Tatbe-ctddt)θ]1/θlnθ-1(∫0Hαhγe-βhndh+∫0Tatbe-ctddt)∫0Hαhγe-β...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳柏宇，劉桂林，孫效光，
申請(專利權)人：陳柏宇，
類型：發明
國別省市：山東;37
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