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中华人民共和国行业标准J - 】r J ／T2 7 7 - 2 0 0 6 水运工程波浪观测和分析技术规程 T e c h n i c a lR e g u l a t i o n so nW a v eO b s e r v a t i o na n d A n a l y s i si n P o r ta n dW a t e r w a yE n g i n e e r i n g 2 0 0 6 1 2 2 0 发布2 0 0 7 0 5 0 1 实旌 中华人民共和国交通部发布 中华人民共和国行业标准 水运工程波浪观测和分析技术规程 J T J ／T2 7 7 2 0 0 6 主编单位南京水利科学研究院 批准部门中华人民共和国交通部 施行日期2 0 0 7 年5 月1 日 厶庆安通癣磁祀 2 0 0 6 北京 关于发布水运工程波浪观测和分析技术 规程 J T J ／T2 7 7 - - 2 0 0 6 的知 交水发[ z 0 0 6 3 7 2 3 号 各省、自治区、直辖市交通厅 委 ，上海市港口管理局，长江、珠江航务管理 局，长江口航道管理局，有关企事业单位 由我部组织南京水利科学研究院等单位制定完成的水运工程波浪观测 和分析技术规程，业经审查通过，已被批准为推荐性行业标准，编号为 j T j ／ T ”7 2 0 0 6 ．自2 0 0 7 年5 月1 日起施行。 本规范由我部水运司负责管理和解释，由人民交通出版社发行。 中华人民共和国交通部 二o o 六年十二月二十日 制定说明 本规程是在总结国内外水运工程波浪观测经验和分析技术的 基础上，通过调查研究，借鉴相关标准，广泛征求意见编制而成。 本规程主要包括观测站点布设、观测仪器、数据采集、波浪记录处 理和观测资料综合分析等技术内容。 几十年来，现行国家标准海滨观测规范 G B ／T1 4 9 1 4 和海 洋调查规范海洋水文观测 G B1 2 7 6 3 ．2 对水运工程波浪观测 起到了积极作用。随着水运工程建设事业的发展，为进一步总结 我国水运工程现场波浪观测的经验，提高波浪观测及分析技术水 平，交通部水运司组织南京水利科学研究院等单位制定水运工程 波浪观测和分析技术规程。 本规程主编单位为南京水利科学研究院，参加单位为大连理 工大学、中国科学院南海海洋研究所和国家海洋局第三海洋研 究所。 本规程共分8 章和5 个附录，并附条文说明。本规程编写人 员分工如下 1 总则左其华陈国平 2 术语左其华黄海龙 3 基本规定左其华陈国平周益人 4 观测站点布设陈国平王登婷张金善 5 观测仪器朱良生孙瀛蔡守允王登婷 6 数据采集王红川朱良生孙瀛潘军宁 7 波浪记录处理俞聿修 8 观测资料综合分析潘军宁王红川左其华 附录A ～附录D 俞聿修 1 附录E 王红川 附加说明王红川 本规程于2 0 0 6 年l o 月2 0 日通过部审，于2 0 0 6 年1 2 月2 0 日 发布，自2 0 0 7 年5 月1 日起实施。 本规程由交通部水运司负责管理和解释。请各有关单位在使 用过程中，将发现的问题和意见及时函告交通部水运司 地址北 京市建国门内大街1 1 号，交通部水运司工程技术处，邮政编码 1 0 0 7 3 6 和本规程管理组 地址南京市广州路2 2 3 号，南京水利科 学研究院，邮政编码2 1 0 0 2 9 ，以便修订时参考。 2 目次 l 总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 术语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 基本规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 4 观测站点布设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 41 观测站组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～ 42 观测基站⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 43 波浪观测点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 观测仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5 ．1 一般规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 52 观测仪器选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 5 ．3 观测仪器安装和调试⋯⋯⋯⋯ 6 数据采集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 7 波浪记录处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 71 一般规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72 渡浪要素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 73 波浪频率谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 74 波浪方向谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7 ．5 资料整理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 8 观测赍料综合分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 81 一般规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 8 ．2 波浪特征综合分析⋯⋯⋯⋯⋯ 83 特征波浪谱综合分析⋯⋯⋯⋯ 84 观测资料综合分析报告⋯⋯⋯⋯- 附录A 随机数据时间序列的谱分析 }；；} n 但o o o∞∞∞∞∞o㈤㈣㈣㈤㈤㈤㈣㈨㈣Ⅲ㈤㈤， 附录B 贝叶斯法分析波浪方向谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附录c 随机数据时间序列的互谱分析⋯⋯⋯⋯⋯ 附录D 波浪观测月报表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附录E 本规程用词用语说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附加说明本规程主编单位、参加单位、主要起草人、 总校人员和管理组人员名单⋯⋯⋯⋯⋯ 附条文说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 2 1 2 4 2 6 2 8 2 9 3 1 1 总则 1 ．0 ．1 为统一水运工程波浪观测和分析的要求，提高观测成果的 可靠性，为水运工程建设提供科学数据，制定本规程。 1 ．0 ．2 本规程适用于海岸、近海和内陆等水域波浪的观测和分 析。 1 ．0 ．3 水运工程的波浪观测和分析除应符合本规程的规定外，尚 应符合国家现行有关标准的规定。 2 术语 2 ．0 ．1 波向 波浪传来的方向。 2 ．0 ．2 波高 波面上相邻两个下跨或上跨零点问波谷底至波峰顶之间的垂 直距离。 2 ．0 ．3 波周期 波面上相邻两个下跨或上跨零点问的时间间隔。 2 ．0 ．4 波浪要素 表征一定水域和特定时段波浪状况的变量，如波向、波高、波 周期和波长等。 2 ．0 ．5 波群 波列中大于某一波高的若干个连续出现的波浪。 2 ．0 ．6 连长 波群内的波浪个数。 2 ．0 ．7 频率谱 波浪能量随频率变化的分布。 2 ．0 ．8 方向分布函数 波浪能量沿方向分布的函数。 2 ．0 ．9 方向谱 波浪能量随频率和方向变化的分布。 2 ．0 ．1 0 波动参数 描述波浪运动的参数，如波面、水质点速度、水质点加速度和 波动压力等。 2 3 基本规定 3 ．0 ．1 波浪观测应确保对大浪的观测。波浪观测资料应反映水 运工程所在水域波浪的基本特征和变化。 3 ．0 ．2 波浪观测仪器和观测方法应合适、可靠。波浪观测资料应 具有完整性和连续性。 3 ．0 ．3 波浪观测应包括波高、波周期和波向的观测，宜同时观测 风和水位，必要时应进行水流观测。 3 ．0 ．4 波浪观测点的布设和观测仪器的选型应根据工程的需要 和工程所在水域的环境确定。 3 ．0 ．5 波浪观测前应编制观测大纲，观测大纲应包括下列内容 1 观测项目概况、观测目的、内容和要求； 2 采用的技术标准； 3 观测仪器和观测方法； 4 数据采集和处理方法； 5 实施方案； 6 预期成果； 7 质量保证体系。 3 ．0 ．6 波浪观测实施时应建立波浪观测工作大事记，并应记人观 测实施期间的仪器安装、调试，观测设备异常、观测站点位置变更 及灾害天气过程等情况。 3 ．0 ．7 波浪观测期问应观察工程所在水域的环境变化，并应分析 其对观测结果的影响。 3 ．0 ．8 波浪观测工作结束后应编写波浪观测报告。 3 ．0 ．9 根据工程建设项目的要求应对波浪观测资料进行综合分 析，并应编写综合分析报告。 ’ 3 ．0 ．1 0 波浪观测期间有关风、水位、水流等的观测和分析应符合 国家现行有关标准的规定。 4 4 观测站点布设 4 ．1 观测站组成 4 ．1 ．1 观测站宜包括观测基站和波浪观测点、潮位观测点、风观 测点，必要时应包括水流观测点。 4 ．2 观测基站 4 ．2 ．1 观测基站宜布设在视野开阔，易于观测测波点的岸边。 4 ．2 ．2 观测基站应布设在测波信号易接收处，并应避开强磁场和 电讯信号的干扰。 4 ．3 波浪观测点 4 ．3 ．1 波浪观测点布设应保证对工程有重要影响波向的大浪观 测。 4 ．3 ．2 水下的波浪观测点应布设在底床较为平坦、冲淤相对较小 的水域。 4 ．3 ．3 浮式测波仪的观测点应便于锚系的投放及固定，水域的最 大水流速度宜小于2 m ／s ，最小水深宜大于5 m 。 4 ．3 ．4 声学测波仪可安装在固定结构物上，并应考虑结构物对波 浪反射的不利影响。 4 ．3 ．5 测波杆或测波线可安装在固定结构物上，必要时应根据水 位变化及时调整测波杆或测波线的位置。 4 ．3 ．6 当结构物对波浪有反射影响时，宜考虑增设波浪观测点。 5 5 观测仪器 5 ．1 一般规定 5 ．1 ．1 观测仪器的量测范围应根据工程需要和观测点的波浪尺 度确定。 5 ．1 ．2 观测仪器量测波高、波周期、波向的允许偏差应符合表 5 ．1 ．2 的规定。 仪器量测允许偏差表5 ．12 量测项目 允许偏差 H ≤10 01 波高且 m H lO 1 0 ％量测值 渡周期r s O5 渡向日 。 5 ．1 ．3 观测仪器的安装应按各仪器的使用要求进行。 5 ．1 ．4 波浪观测期间应及时维护和检查观测仪器。 5 ．2 观测仪器选型 5 ．2 ．1 波浪观测应采用性能可靠的观测仪器，可选用浮式、声学 式、压力式观测仪器和测波杆或测波线。采用新型的波浪观测仪 器时，其性能应能满足水运工程的需要。 5 ．2 ．2 同一水域同时多点观测波浪时，宜采用相同类型的观测仪 器。选用不同类型的观测仪器时，应对比分析不同类型仪器量测 精度和结果的一致性。 5 ．2 ．3 方向谱的波浪观测宜选用能得到方向谱的观测仪器或选 用由其他波浪观测仪器组成的阵列式观测系统。 6 5 ．2 ．4 传感器入水深度大于工程要求量测的最小波周期对应波 长的1 ／3 时，不宜采用压力式观测仪器。 5 ．2 ．5 采用水上声学测波仪时，应考虑破波和雨水对量测精度的 影响。 5 ．2 ．6 测波杆和测波线宜用于湖泊、水库等水域的波浪观测；有 安装条件时也可用于海域的波浪观测。 5 ．3 观测仪器安装和调试 5 ．3 ．1 浮式观测仪器安装和调试应符合下列规定。 5 ．3 ．1 ．1 锚碇系统应根据观测仪器使用要求，结合观测点水 深、水流最大流速和水底底质条件配置，并能承受恶劣条件下浪、 流的冲击。 5 ．3 ．1 ．2 浮标投放前，应对传感器等设备的性能进行调试，通 过模拟传感器在波浪中的运动，分析量测结果与模拟结果吻合程 度。 5 ．3 ．1 ．3 仪器处理系统应使用已有的观测资料进行检验。 5 ．3 ．1 ．4 浮标和锚系投放应满足下列要求 1 浮标投放前，检查浮筒和锚碇系统的完整性、部件联接的 正确性和牢固性； 2 在流速小和波况较平静时投放浮标； 3 浮标投放后及时准确定位并量测观测点水深； 4 投放浮标和锚碇系统至少2h 后开始正式观测。 5 ．3 ．2 声学观测仪器安装应符合下列规定。 5 ．3 ．2 ．1 传感器的安装应牢固可靠。 5 ．3 ．2 ．2 传感器的安装应与结构物边缘保持一定距离，传感器 发射波束的覆盖范围内必须无任何障碍物。 5 ．3 ．2 ．3 通信设备天线应安装在结构物最高处，必要时应设置 中转站。 5 ．3 ．3 压力式观测仪器安装前应进行校准检查。传感器应安装 在固定结构物上。 7 5 ．3 ．4 测波杆和测波线安装调试应符合下列规定。 5 ．3 ．4 ．1 测波杆和测波线应保持铅直，必要时应根据水位变化 及时调整其入水深度。 5 ．3 ．4 ．2 测波杆和测波线安装前应对传感器进行率定。使用 过程中宜对传感器定期率定，并应适时清洗传感器表面。 8 6 数据采集 6 ．0 ．1 波浪观测数据采集应每3h 进行1 次，观测时刻应分别为 当地时间的0 2 、0 5 、0 8 、1 1 、1 4 、1 7 、2 0 、2 3 时整，采样的时间问隔不宜 大于0 ．2 5s 。在大浪出现和工程需要时应增加波浪观测的次数或 连续观测，观测时间间隔不应大于lh 。 6 ．0 ．2 大浪观测数据宜及时回收。 6 ．0 ．3 每次观测连续记录波浪个数不应少于1 0 0 个，且连续记录 的时间不应少于1 7v a i n 。需要分析方向谱或波群时，连续记录的 波浪个数不宜少于2 0 0 个。 6 ．0 ．4 采用阵列式仪器采集波浪数据时应符合下列规定。 6 ．0 ．4 ．1 测波向时，应至少采集3 个波动参数的同步资料。 6 ．0 ．4 ．2 测波浪方向谱时，应至少采集4 个波动参数的同步资 料。 6 ．0 ．4 ．3 仪器的阵列形式和仪器间的间距应根据当地波浪实 际情况确定。 9 7 波浪记录处理 7 ．1 一般规定 7 ．1 ．1 进行波浪频谱分析和波浪统计特征分析时，处理的波浪记 录长度不应少于1 0 0 个波，分析方向谱和波群时处理的波浪记录 长度不宜少于2 0 0 个波。 7 ．1 ．2 处理量测数据前应进行数据可靠性分析，剔除明显错误的 数据，并应进行合理处理。 7 ．1 ．3 量测数据受到噪声干扰时，处理量测数据前应进行光滑或 采用滤波方法消除噪声。 7 ．1 ．4 处理量测数据前应消除量测数据中的零点漂移影响。 7 ．1 ．s 波浪记录处理应给出波浪要素，根据工程需要尚应对大浪 记录分析频率谱，必要时应分析波浪方向谱和波群特性。 7 ．1 ．6 根据工程需要应对大浪过程及时进行处理。 7 ．2 波浪要素分析 7 ．2 ．1 分析波浪要素可采用跨零点法，并设置阈值，逐个计算出 每个波的波高和相应的周期。阈值应根据实测波高和仪器的精度 确定，也可取实测最大波高的2 ％一4 ％。 7 ．2 ．2 分析特征波要素时应将每个波的波高及相应的周期按波 高从大到小排列成序列，得出最大波高和对应的最大波周期。其 他特征波浪要素可按下列公式计算 H r 譬㈦譬Hm 一Ⅳm 一Ⅳ I | f f O m ‰ K O H s 素荟皿 72 2 3 N ／3 T s 寺毛t 7 2 2 - 4 百 亩荟H - 7 2 2 5 1 N T 寺荟t 7 2 2 - 6 式中H m o 、靠。。分别为1 ／1 0 大波波高 m 和1 ／i 0 大波波周 期 s ； Ⅳ波浪个数； H 。、t 分别为排在第i 位的波高 I n 及其对应波 周期 s ； 日。、B 分别为有效波高 m 和有效波周期 s ； 日、r 分别为平均波高 m 和平均波周期 s 。 7 ．2 ．3 波群特征可用波群高度特征和波群长度特征表示，并符合 下列规定。 7 ．2 ．3 ．1 波群高度特征可用群高因子表示，可按下式计算 G F H 垫 7 ．2 ．3 1 A 式中e F H 波群的群高因子，其变化范围为0 ～1 ； d 渡包线A ￡ 的标准差 m ； j 波包线A t 的均值 m 。 7 ．2 ．3 ．2 波包线可按下式计算 A t [ 口2 t ；2 f P 7 ．2 ．3 - 2 式中A t 波包线 m ； f 时间 s ； 目 f 波面 m ； ； t 波面_ t 的H i l b e r t 变换 Ⅱ1 。 7 ．2 ．3 ．3 波群长度特征可用平均连长表示，可按下式计算 1 1 式中j 平均连长； n 波列中大于平均波高的波群个数； 波列中大于平均波高的第i 个波群的连长。 7 ．3 波浪频率谱分析 7 ．3 ．1 分析波浪频率谱宜采用快速傅里叶变换法，谱密度、谱峰 频率、谱密度峰值、谱矩和谱尖度等可按附录A 计算。 7 ．4 波浪方向谱分析 7 ．4 ．1 波浪方向谱可采用贝叶斯方法按附录B 和附录C 计算。 7 ．4 ．2 多向不规则波的平均波向、综合平均波向、方向分布宽度 和综合方向分布宽度，可按下列公式计算 r h] IG f ，日 s i n o d 日l J0 ⋯。 Ii“Gf,0cosSd00 jJ 百⋯s 【f 等唧㈤埘】 。。 ， [ r “G 厂，日 口一目。 2 d 日] 1 7 2 i t 鼍警Ⅳ 式中0 。 ， 频率为f 的平均波向 t a d ； G f ，口 方向分布函数 r a d “ ； ，_ 一频率 比 ； 目波向 r a a ； 百综合平均波向 t a d ； s ， 频率谱密度 m 2 ／H z ； ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．L a毛言 ，％ 粥 4 4 7 7 m 。波浪频率谱的零阶矩 m 2 ； ，1 、，2 波能分布的频率范围 H z ； 印 ．厂 频率为，的方向分布宽度 m d 面综合方向分布宽度 t a d 。 7 ．5 资料整理 7 ．5 ．1 波浪观测资料整理应符合下列规定。 7 ．5 ．1 ．1 波浪观测资料整理应逐月进行，并应编制波浪观测月 报表。波浪观测月报表格式应符合附录D 的规定。 7 ．5 ．1 ．2 编制月报表前，应审查波浪观测资料和处理的数据， 不得随意修改或涂抹原始数据。 7 ．5 ．1 ．3 月报表备注栏内应详细记载异常波浪状况、迟测和缺 测的原因、补测的时间和观测使用仪器设备的变更等情况。 7 ．5 ．2 波浪观测报告应包括下列内容 1 观测目的、内容和要求； 2 观测站位置、观测仪器和观测方法； 3 原始记录和存储方法说明； 4 观测记录处理方法、成果和存储方法； 5 波浪观测资料月报表； 6 其他相关观测资料； 7 观测质量的评价； 8 观测单位和人员。 1 3 8 观测资料综合分析 8 ．1 一般规定 8 ．1 ．1 根据工程需要，在波浪记录处理的基础上应对特征波浪要 素和特征波谱进行观测资料综合分析。 8 ．1 ．2 观测资料综合分析时，宜根据完整的一年或多年资料给出 年统计结果，必要时应按季或月统计结果。 8 ．2 波浪特征综合分析 8 ．2 ．1 波浪特征综合分析应包括波高和波周期分级统计、波高和 波周期相关分析、波高统计分布分析等，必要时应进行风与浪相关 分析和重现期波浪推算。 8 ．2 ．2 波高和波周期分级统计应符合下列规定。 8 ．2 ．2 ．1 波高和波周期分级统计宜按1 6 个方位进行。分级统 计时，波高可采用有效波高，也可采用1 ／1 0 大波波高，波周期宜采 用平均波周期。 8 ．2 ．2 ．2 波高分级统计应给出各方位各级波高出现频率及各 方位波高的平均值和最大值，并应绘制波高玫瑰图确定常浪向和 强浪向。根据需要，可统计各级波高对应的平均波周期及各级波 高出现的持续时问。 8 ．2 ．2 ．3 波周期分级统计应给出各方位各级波周期出现频率 及各方位波周期的平均值和最大值，绘制波周期玫瑰图。根据需 要，可统计各级波周期对应的波高平均值。 8 ．2 ．3 波高和波周期相关分析应给出波高和波周期的联合出现 频率，必要时应给出联合概率分布。当地风与浪相关性较好时，宜 】4 分方向拟合波高和波周期相关公式。 8 ．2 ．4 波高统计分布分析宜选择多个较大波浪记录，绘制实测波 高频率分布图，并拟合理论分布曲线，确定不同累积频率波高。 8 ．2 ．5 风与浪相关分析应根据风速仪的高度和周边环境进行风 速订正。波向与风向、波高与风速相关性较好时，应拟合出波高与 风速关系的经验公式。 8 ．2 ．6 当有不少于2 0 年完整的波浪观测资料时，可采用波浪年 极值频率分析方法推算不同重现期波浪要素，推算方法应符合现 行行业标准海港水文规范 J T J2 1 3 的有关规定。 8 ．2 ．7 由短期资料推算测点附近不同重现期波浪要素时，应符合 下列规定。 8 ．2 ．7 ．1 当有完整一年或数年短期波浪资料时，可按现行行业 标准海港水文规范 脚2 1 3 的有关规定推算不分方向的重现期 波浪要素。 8 ．2 ．7 ．2 当测点附近有长期波浪观测站，且两者的波浪资料相 关性较好时，可借助长期波浪观测站资料推算测点附近不同重现 期波浪要素。 8 ．3 特征波浪谱综合分析 8 ．3 ．1 特征波浪谱综合分析可包括确定代表波浪谱及其与特征 波浪要素的关系等。 8 ．3 ．2 代表波浪频率谱可采用实测的波浪频率谱统计分析得到， 也可采用常用谱型进行拟合，确定谱型和谱参数，给出代表波浪频 率谱。 8 ．3 ．3 代表波浪频率谱与特征波浪要素的关系可按下列公式 计算 日s 口√m o 8 ．3 ．3 1 T 卢％．2 8 ．3 ．3 - 2 ％2 2 n ／m o ／m 2 8 ．3 ．3 - 3 1 5 L 7 T o ，2 A 五蚴 m o 式中风有效波高 m ； m o 、m 2 分别为谱的零阶矩 m 2 和二阶矩 m 2 ／s 2 ； r 平均波周期 s ； ％．由谱的零阶矩和二阶矩得到的平均波周期 s ； L 谱峰频率对应的周期 s ； ￡谱峰频率 H z ； 剐‘ 谱密度峰值 m 2 ／H z ； a 、口、y 、A 均为实测资料统计分析确定的系数。 8 ．3 ．4 代表波浪方向谱可表示为波浪频率谱与波浪方向分布函 数的乘积。波浪方向分布函数及其参数可采用统计分析方法确 定。对单峰方向谱的方向分布函数可采用下列公式拟合 G f ㈣ G o 班。S 2 5 导 G 小 ≯。1 黜 式中C f ，∞波浪方向分布函数； 卜波浪频率 } I z ； 日波浪传播方向与主波向的夹角 。 围为一1 8 0 0 ，1 8 0 0 ； 其变化范 G 。 s 波浪方向分布函数中的系数； s 方向分布集中度参数； r 伽玛函数。 8 ．4 观测资料综合分析报告 黟．4 ．1 波浪观测资料综合分析报告应包括下列内容 1 封面，包括资料分析成果的名称、承担单位、参加单位和编 制日期； 】6 2 扉页，包括法人代表、技术主管、项目负责人、报告编写人 和参加人员； 3 摘要，包括资料概况、分析方法和主要结论； 4 目次，包括分析报告的章、节的标题和起始页码； 5 正文； 6 参考文献。 8 ．4 ．2 观测资料综合分析报告的正文应包括下列内容 1 引言，包括波浪观测分析的背景、目的和技术路线； 2 观测资料的基本情况，包括资料来源、测站概况、观测仪 器、观测时限和资料内容； 3 技术要求； 4 分析内容和方法； 5 综合分析结果； 6 结语，包括主要结论、存在的问题及建议。 1 7 附录A 随机数据时间序列的谱分析 A ．0 ．1 采用快速傅里叶变换法进行谱分析可按下列步骤进行 1 截断数据时间序列或增加零，使时间序列有N 2 4 个数 据，n 为正整数； 2 对数据时间序列中心化，并乘以修正函数削尖数据时问序 列。修正函数按下式计算 b t 。 吉 ，⋯s 竽 l 吉[ t s 学] 0 ≤n 1 l ≤n ≤N l A ．0 ．1 - 1 N l n ≤N 式中b ￡。 修正函数； n 正整数； Ⅳ时间序列样本总数； 卜一削尖数据个数，z 一0 ．1 N 。 3 调用快速傅里叶变换子程序，削尖后的时间序列的傅里叶 变换按下式计算 X 。 A t 警1 俨， 一z 孕1A000／ 1 - 2 『 。 、』V 式中X k 削尖后的时间序列的傅里叶变换，k 0 ，1 ，2 ⋯芸； △￡采样时间间隔 s ； Ⅳ样本总数； 嘶削尖后的时间序列，j 0 ，1 ，2 ⋯N 一1 。 4 粗谱密度按下列公式计算 m 历1 函5 肚 ，k o ，l ，2 ⋯i N A ．0 ．1 3 1 8 “ 矬 A 0 01 - 4 式中 S m E 对应m 的粗谱密度； m k 对应k 的圆频率 r a d H z ； Ⅳ样本总数； △t 采样时间间隔 s ； 凰削尖后的时间序列的傅里叶变换； x ；五的共轭复数。 5 对粗谱密度进行修正 j 。I E J 百士，k o ，l ，2 ．．．i N A0 ．1 5 ∑b 2 f ， ‘ J 0 。 式中罾 “＆ 对应m 的修正后的谱密度； u 对应m 。的粗谱密度； ∞ 对应k 的圆频率 r a d - H z ； Ⅳ样本总数； b ‘， 修正函数，， 0 ，1 ，2 ⋯N l 。 6 对修正后的粗谱进行光滑得到谱密度，并按下列公式计 算 s 。t 历h 。互P s ％； 1P， P 丽N ～嵩 式中S 6 0 k 对应m k 的平滑后的谱密度； ∞ 一对应k 的圆频率 碍d H z ； j 。I 。 对应m 。 ；修正后的粗谱密度 Ⅳ样本总数。 A ．0 ．2 谱矩和谱尖度可按下列公式计算 m ， J ∞博 ∞ d o J A ．0 ．1 ．6 A ．0 ．1 - 7 A ．0 ．2 ．1 1 9 o 2 丢J 。o J S 2 m d m 式中m ，谱的r 阶矩，r 0 ，1 ，2 ，3 ，4 ； m 圆频率 m I a d ； S t o 用圆频率表示的频率谱； Q 。谱尖度。 A ．0 ．3 用频率表示的谱可按下式计算 S f 27 r S 2 r f 2 ”s ∞ 式中S ， 用频率表示的谱； ，一频率 H z ； ∞圆频率 H z t a d ； S w 用圆频率表示的频率谱。 2 0 A ．0 ．2 ．2 A ．0 ．3 附录B 贝叶斯法分析波浪方向谱 B ．0 ．1 贝叶斯法分析方向谱可按下列步骤进行 1 按附录A 方法计算各波动量时间序列的频谱P 一 ， 和 p 。。 f 。 2 按附录C 方法计算各波动量时间序列的互谱9 。 f 。 3 按下列公式计算互谱参数 张 ， 2 可丽f i m f 菰 丽江1 加Ⅳ B ．0 ．1 - 1 Ⅳ巫掣f B ．0 ．1 - 2 式中吼 ， 互谱参数； p 。。 ， 分别为波动参数m 和n 之问的互谱； P 。。 ， 、尹。。 ， 分别为波动参数m 和n 的频率谱； s ／ 波浪频率谱 m 2 ／H z ； ．】v 互谱个数； M 实测波动参数的个数。 4 波浪方向谱可表示成 S f ，∞ S f G 日1 ， B ．0 ．1 - 3 式中S f ，∞波浪方向谱 m 2 ／ 也r a d ； s ， 波浪频率谱 m 2 ／H z ； G 0 I ， 波浪方向分布函数 r a d “ 。 5 分段拟合波浪方向分布函数 K G 目I f 互e x p [ 丑 f ] B ．0 ．1 - 4 X 仇 ／ ∑‰e x p [ 以 ， ] q B ．0 ．1 - 5 2 1 a * ， H i f ，巩 △日 B ．0 ．1 - 6 皿 f ，∞ 巩 f ，鲫日 f ，口 [ C O S k x 。c o s 0 k y 。s i n O 一／s i n k x 。c o s 0 k y 。。s i n 0 ] ／厂五乃再i i 7 j B ．0 ．1 - 7 式中 G 口l ， 波浪方向分布函数 m d 。1 ； K 拟合方向分布函数的分段数，可取K 4 0 9 0 ； 以 ．厂 分段拟合方向分布函数的指数函数； 仇 ．厂 互谱参数； 口m 系数； E i 独立随机变量，其分布符合均值为零，方差 为d 2 的正态分布； 皿 - 厂，日 传递参数； 卜频率 m ； 日波浪传播方向与设定坐标系横轴的夹角 。 ； H 。 f ，口 、以 ，，目 从波面转换到波动量的传递参数； 日 f ，目 以 ，，目 的共轭函数； * ⋯Y 、‰、y 。分别为测量第m 个和第n 个波动参数的传 感器的位置坐标 m ，z 。。 靠一z 。，y 。 Y n Y m o 6 按下式取最小值求得凰的解 羔{ 仇一圭t l i k e x pE X k ] } z 。z [ 二K 甄一2 X , 一。 瓦一 z 】 u 22n 6 “1 式中_ 】v 互谱个数； 纯互谱参数； K 拟合方向分布函数的分段数 2 2 B ．0 ．1 ．8 B ．0 ．1 ．9 凰分段拟合方向分布函数的指数函数； a m 系数； M 2 平滑函数； 。、6 均为参数，当互谱误差很小时，o 0 ．2 、b 0 ．5 ；当互 谱有较大误差时Ⅱ 5 1 ．2 、b 0 ．5 m 1 指数，取m 1 1 ，2 ⋯2 0 。 7 m ，的取值使下列各式得到的A B I C 取最小值 A B I C 一2 j nl L X ，d 2 P 盖f “2 ，0 ．2 d x B ．0 ．1 - 1 0 砌衙‘‘X k ；a 2 南唧卜刍蓦胁一k 氖 le x p 驯2 B ．0 ．1 1 1 ， X Iu 2 , a 2 ， 志 “唧【_ 蓦砉c X k - 2 X kI X k _ 2 2 ] B ．0 ．1 - 1 2 式中A B I c 贝叶斯信任指数； ￡ X ， 7 2 ￡．的或然函数； p x lu 2 ，口2 蜀，盖2 ⋯k 的先验函数； “2 平滑函数。 8 用数值方法解式 B ．0 ．1 - 8 得到X 。后，再代人式 B0 ．1 ． 4 和 B ．0 ．1 - 3 ，可求得波浪方向分布函数和波浪方向谱。 2 3 附录C 随机数据时间序列的互谱分析 C ．0 - 1 采用快速傅里叶变换法进行互谱分析应按下列步骤进 行 1 截断两个随机数据时间序列或增加零，使每个序列具有 N 2 “个数据，n 为正整数； 2 对数据时间序列中心化，并乘以修正函数削尖两个随机数 据时间序列 3 削尖后的随机数据时间序列q 和y ，分别贮存在q x j 协 i ／～1 的实部和虚部中，J 0 ，1 ，2 ⋯N 一1 ； 4 i 镕J 用快速傅里叶变换子程序，并按下列公式分别计算z j - ， q 和y ，的傅里叶变换 邑础蔫≈e X 一 一i 等 加o ，，2邑鲥。蚤≈p 【一i 等 ，＆I o ，1 ， 瓦垒娑丛，＆o ’1 ，2 ⋯Ⅳ一1 K 华，t 。，，，z ．．．Ⅳ一， N 一1 C ．0 ．1 - 1 C ．0 ．1 - 2 式中 瓦、以、乩_ 分别为≈，q 和”的傅里叶变换； 血采样时问间隔 s ； Ⅳ样本总数； z ；一‘‰一I 的共轭复数。 5 粗互谱按下列公式计算 ％ m 女 j 彘置K ，＆ o ，1 ，2 ⋯Ⅳ一l c ．0 ．1 4 ∞‘ 面2 a k c ．0 ．1 ．5 2 4 式中。 m k 对应。≈的粗互谱密度； ∞k 对应k 的圆频率 H z r a d ； _ 】v 样本总数； △f 采样时问间隔 s ； x ；甄的共轭复数。 k Y i 的傅里叶变换。 6 按第A ．0 ．1 条有关规定的方法对粗谱进行修正和光滑。 2 6 蔼颦 琳 僻驻 。鞋*露林蛊剞艇丽l『黯*n峨馓害}}曾娶匠牝暑目卵擅*型键I}层裂。划 划 姐 鐾飞3 臻轻 鲻 萋码￡ 罪 争3 斗 龌 篓I t 瞽 窭 l 。3 榧 _ 呕 饕西3 怔 罪 l 毒3 呈 墟 艇 受毒3 呈 娶 。23 堪 罐 篓0 1 堪 扈 曾 器 皿 叹 廿 厘嚣孱霞 『I o o 州忡 妒酣雉蝉稚警 、 。 靳长 一_【一衅辎旺嚣雕璐聪 。 醑暑一删犁磊 。样督嚣 懈警叹露饔释鲻盆懈莲 靛糕 琳若 怫瞄。援球g{}苗警足韫辑茸岬匠米璐艇}l唇糕。蛆 划 啦 星越 舞器。童 媾求 黔 _ 叵 篓嚣屯￡ 斗 譬i 耋￡ 越 划S 拯 i 9 莹 霎吣三 锝 彗峙童 拯 擐 l 占董 鲻 裂 叁 一 特} ’ 密 一 魁 姒 蝥一、 牛 纂害g 厘 窖 舞 皿 叹 廿 霆富嚣诿 N ．o 盆噼 帝耐藩蝉稚基_I、j1。ll列帐 一旦僻鞲叹羼察璐塔 、 。 醑并。删坦磊 。婚埒孱 附录E 本规程用词用语说明 E ．0 ．1 为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度 的用词用语说明如下 1 表示很严格，非这样做不可的 正面词采用“必须”； 反面词采用“严禁”。 2 表示严格，在正常情况下均应这样做的 正面词采用“应”； 反面词采用“不应”或“不得”。 3 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的 正面词采用“宜”或“可”； 反面词采用“不宜”。 E ．0 ．2 条文中指定应按其他有关标准、规范执行时，写法为“应 符合⋯⋯的有关规定”或“应按⋯⋯执行”。 附加说明 本规程主编单位、参加单位、主要起草人、 总校人员和管理组人员名单 主编单位南京水利科学研究院 参加单位大连理工大学 中国科学院南海海洋研究所 中国海洋局第三海洋研究所 主要起草人左其华 南京水利科学研究院 王红川 南京水利科学研究院 以下按姓氏笔画为序 王登婷 南京水利科学研究院 朱良生 中国科学院南海海洋研究所 孙 瀛 中国海洋局第三海洋研究所 陈国平 南京水利科学研究院 张金善 南京水利科学研究院 周益人 南京水利科学研究院 俞聿修 大连理工大学 黄海龙 南京水利科学研究院 蔡守允 南京水利科学研究院 潘军宁 南京水利科学研究院 总校人员名单胡明 交通部水运司 常勤 交通部水运司 许家帅 交通部水运司
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