JTJT277-2006 水運工程波浪觀測和分析技術(shù)規(guī)程

水運工程波浪觀測和分析技術(shù)規(guī)程中華人民共和國行業(yè)標準J-】rJ／T2006—12—20發(fā)布中華人民共和國交通部發(fā)布Wave2007—05—01實旌277-2006WaterwayObservationAnalysisTechnicalRegulationsandinPortEngineeringon

制定說明基礎(chǔ)上，通過調(diào)查研究，借鑒相關(guān)標準，廣泛征求意見編制而成。本規(guī)程是在總結(jié)國內(nèi)外水運工程波浪觀測經(jīng)驗和分析技術(shù)的本規(guī)程主要包括觀測站點布設(shè)、觀測儀器、數(shù)據(jù)采集、波浪記錄處理和觀測資料綜合分析等技術(shù)內(nèi)容。幾十年來，現(xiàn)行國家標準《海濱觀測規(guī)范》(GB／T14914)和《海洋調(diào)查規(guī)范海洋水文觀測》(GB12763．2)對水運工程波浪觀測起到了積極作用。隨著水運工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，為進一步總結(jié)我國水運工程現(xiàn)場波浪觀測的經(jīng)驗，提高波浪觀測及分析技術(shù)水平，交通部水運司組織南京水利科學(xué)研究院等單位制定《水運工程波浪觀測和分析技術(shù)規(guī)程》。本規(guī)程主編單位為南京水利科學(xué)研究院，參加單位為大連理工大學(xué)、中國科學(xué)院南海海洋研究所和國家海洋局第三海洋研本規(guī)程共分8章和5個附錄，并附條文說明。本規(guī)程編寫人員分工如下：1總則：左其華陳國平2術(shù)語：左其華黃海龍3基本規(guī)定：左其華陳國平周益人4觀測站點布設(shè)：陳國平王登婷張金善5觀測儀器：朱良生孫瀛蔡守允王登婷6數(shù)據(jù)采集：王紅川朱良生孫瀛潘軍寧7波浪記錄處理：俞聿修8觀測資料綜合分析：潘軍寧王紅川左其華附錄A～附錄D：俞聿修究所。1

附錄E：王紅川附加說明：王紅川本規(guī)程于2006年lo月20日通過部審，于2006年12月20日發(fā)布，自2007年5月1日起實施。本規(guī)程由交通部水運司負責(zé)管理和解釋。請各有關(guān)單位在使用過程中，將發(fā)現(xiàn)的問題和意見及時函告交通部水運司(地址：北京市建國門內(nèi)大街11號，交通部水運司工程技術(shù)處，郵政編碼：100736)和本規(guī)程管理組(地址：南京市廣州路223號，南京水利科學(xué)研究院，郵政編碼：210029)，以便修訂時參考。2

1總則1．0．1為統(tǒng)一水運工程波浪觀測和分析的要求，提高觀測成果的可靠性，為水運工程建設(shè)提供科學(xué)數(shù)據(jù)，制定本規(guī)程。1．0．2本規(guī)程適用于海岸、近海和內(nèi)陸等水域波浪的觀測和分析。1．0．3水運工程的波浪觀測和分析除應(yīng)符合本規(guī)程的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。

語2術(shù)2．0．1波向波浪傳來的方向。2．0．2波高波面上相鄰兩個下跨或上跨零點問波谷底至波峰頂之間的垂直距離。2．0．3波周期波面上相鄰兩個下跨或上跨零點問的時間間隔。2．0．4波浪要素表征一定水域和特定時段波浪狀況的變量，如波向、波高、波周期和波長等。2．0．5波群波列中大于某一波高的若干個連續(xù)出現(xiàn)的波浪。2．0．6連長波群內(nèi)的波浪個數(shù)。2．0．7頻率譜波浪能量隨頻率變化的分布。2．0．8方向分布函數(shù)波浪能量沿方向分布的函數(shù)。2．0．9方向譜波浪能量隨頻率和方向變化的分布。2．0．10波動參數(shù)描述波浪運動的參數(shù)，如波面、水質(zhì)點速度、水質(zhì)點加速度和波動壓力等。2

3基本規(guī)定3．0．1波浪觀測應(yīng)確保對大浪的觀測。波浪觀測資料應(yīng)反映水運工程所在水域波浪的基本特征和變化。3．0．2波浪觀測儀器和觀測方法應(yīng)合適、可靠。波浪觀測資料應(yīng)具有完整性和連續(xù)性。3．0．3波浪觀測應(yīng)包括波高、波周期和波向的觀測，宜同時觀測風(fēng)和水位，必要時應(yīng)進行水流觀測。3．0．4波浪觀測點的布設(shè)和觀測儀器的選型應(yīng)根據(jù)工程的需要和工程所在水域的環(huán)境確定。3．0．5波浪觀測前應(yīng)編制觀測大綱，觀測大綱應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)觀測項目概況、觀測目的、內(nèi)容和要求；(2)采用的技術(shù)標準；(3)觀測儀器和觀測方法；(4)數(shù)據(jù)采集和處理方法；(5)實施方案；(6)預(yù)期成果；(7)質(zhì)量保證體系。3．0．6波浪觀測實施時應(yīng)建立波浪觀測工作大事記，并應(yīng)記人觀測實施期間的儀器安裝、調(diào)試，觀測設(shè)備異常、觀測站點位置變更及災(zāi)害天氣過程等情況。3．0．7波浪觀測期問應(yīng)觀察工程所在水域的環(huán)境變化，并應(yīng)分析其對觀測結(jié)果的影響。3．0．8波浪觀測工作結(jié)束后應(yīng)編寫波浪觀測報告。3．0．9根據(jù)工程建設(shè)項目的要求應(yīng)對波浪觀測資料進行綜合分析，并應(yīng)編寫綜合分析報告。’

3．0．10波浪觀測期間有關(guān)風(fēng)、水位、水流等的觀測和分析應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。4

4觀測站點布設(shè)4．1．1觀測站宜包括觀測基站和波浪觀測點、潮位觀測點、風(fēng)觀測點，必要時應(yīng)包括水流觀測點。4．2．1觀測基站宜布設(shè)在視野開闊，易于觀測測波點的岸邊。4．2．2觀測基站應(yīng)布設(shè)在測波信號易接收處，并應(yīng)避開強磁場和電訊信號的干擾。4．3波浪觀測點4．3．1波浪觀測點布設(shè)應(yīng)保證對工程有重要影響波向的大浪觀4．3．2水下的波浪觀測點應(yīng)布設(shè)在底床較為平坦、沖淤相對較小的水域。4．3．3浮式測波儀的觀測點應(yīng)便于錨系的投放及固定，水域的最大水流速度宜小于2m／s，最小水深宜大于5m。4．3．4聲學(xué)測波儀可安裝在固定結(jié)構(gòu)物上，并應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)物對波浪反射的不利影響。4．3．5測波桿或測波線可安裝在固定結(jié)構(gòu)物上，必要時應(yīng)根據(jù)水位變化及時調(diào)整測波桿或測波線的位置。4．3．6當(dāng)結(jié)構(gòu)物對波浪有反射影響時，宜考慮增設(shè)波浪觀測點。4．1觀測站組成4．2觀測基站測。5

5觀測儀器5．1．1觀測儀器的量測范圍應(yīng)根據(jù)工程需要和觀測點的波浪尺度確定。5．1．2觀測儀器量測波高、波周期、波向的允許偏差應(yīng)符合表5．1．2的規(guī)定。5．1．3觀測儀器的安裝應(yīng)按各儀器的使用要求進行。5．1．4波浪觀測期間應(yīng)及時維護和檢查觀測儀器。5．2觀測儀器選型5．2．1波浪觀測應(yīng)采用性能可靠的觀測儀器，可選用浮式、聲學(xué)式、壓力式觀測儀器和測波桿或測波線。采用新型的波浪觀測儀器時，其性能應(yīng)能滿足水運工程的需要。5．2．2同一水域同時多點觀測波浪時，宜采用相同類型的觀測儀器。選用不同類型的觀測儀器時，應(yīng)對比分析不同類型儀器量測精度和結(jié)果的一致性。5．2．3方向譜的波浪觀測宜選用能得到方向譜的觀測儀器或選用由其他波浪觀測儀器組成的陣列式觀測系統(tǒng)。5．1一般規(guī)定儀器量測允許偏差表5．1量測項目允許偏差波高且(m)±10％量測值渡周期r(s)渡向日(。)26H≤10H>lO±O5±01

5．2．4傳感器入水深度大于工程要求量測的最小波周期對應(yīng)波長的1／3時，不宜采用壓力式觀測儀器。5．2．5采用水上聲學(xué)測波儀時，應(yīng)考慮破波和雨水對量測精度的5．2．6測波桿和測波線宜用于湖泊、水庫等水域的波浪觀測；有安裝條件時也可用于海域的波浪觀測。5．3觀測儀器安裝和調(diào)試5．3．1浮式觀測儀器安裝和調(diào)試應(yīng)符合下列規(guī)定。5．3．1．1錨碇系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)觀測儀器使用要求，結(jié)合觀測點水深、水流最大流速和水底底質(zhì)條件配置，并能承受惡劣條件下浪、流的沖擊。5．3．1．2浮標投放前，應(yīng)對傳感器等設(shè)備的性能進行調(diào)試，通過模擬傳感器在波浪中的運動，分析量測結(jié)果與模擬結(jié)果吻合程5．3．1．3儀器處理系統(tǒng)應(yīng)使用已有的觀測資料進行檢驗。5．3．1．4浮標和錨系投放應(yīng)滿足下列要求：(1)浮標投放前，檢查浮筒和錨碇系統(tǒng)的完整性、部件聯(lián)接的正確性和牢固性；(2)在流速小和波況較平靜時投放浮標；(3)浮標投放后及時準確定位并量測觀測點水深；(4)投放浮標和錨碇系統(tǒng)至少2h后開始正式觀測。5．3．2聲學(xué)觀測儀器安裝應(yīng)符合下列規(guī)定。5．3．2．1傳感器的安裝應(yīng)牢固可靠。5．3．2．2傳感器的安裝應(yīng)與結(jié)構(gòu)物邊緣保持一定距離，傳感器發(fā)射波束的覆蓋范圍內(nèi)必須無任何障礙物。5．3．2．3通信設(shè)備天線應(yīng)安裝在結(jié)構(gòu)物最高處，必要時應(yīng)設(shè)置5．3．3壓力式觀測儀器安裝前應(yīng)進行校準檢查。傳感器應(yīng)安裝在固定結(jié)構(gòu)物上。影響。度。中轉(zhuǎn)站。7

5．3．4測波桿和測波線安裝調(diào)試應(yīng)符合下列規(guī)定。5．3．4．1測波桿和測波線應(yīng)保持鉛直，必要時應(yīng)根據(jù)水位變化及時調(diào)整其入水深度。5．3．4．2測波桿和測波線安裝前應(yīng)對傳感器進行率定。使用過程中宜對傳感器定期率定，并應(yīng)適時清洗傳感器表面。8

6數(shù)據(jù)采集6．0．1波浪觀測數(shù)據(jù)采集應(yīng)每3h進行1次，觀測時刻應(yīng)分別為當(dāng)?shù)貢r間的02、05、08、11、14、17、20、23時整，采樣的時間問隔不宜大于0．25s。在大浪出現(xiàn)和工程需要時應(yīng)增加波浪觀測的次數(shù)或連續(xù)觀測，觀測時間間隔不應(yīng)大于l6．0．2大浪觀測數(shù)據(jù)宜及時回收。6．0．3每次觀測連續(xù)記錄波浪個數(shù)不應(yīng)少于100個，且連續(xù)記錄的時間不應(yīng)少于17vain。需要分析方向譜或波群時，連續(xù)記錄的波浪個數(shù)不宜少于200個。6．0．4采用陣列式儀器采集波浪數(shù)據(jù)時應(yīng)符合下列規(guī)定。6．0．4．1測波向時，應(yīng)至少采集3個波動參數(shù)的同步資料。6．0．4．2測波浪方向譜時，應(yīng)至少采集4個波動參數(shù)的同步資料。6．0．4．3儀器的陣列形式和儀器間的間距應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)夭ɡ藢嶋H情況確定。h。9

7波浪記錄處理‰K譬㈦譬H7．1．1進行波浪頻譜分析和波浪統(tǒng)計特征分析時，處理的波浪記錄長度不應(yīng)少于100個波，分析方向譜和波群時處理的波浪記錄長度不宜少于200個波。7．1．2處理量測數(shù)據(jù)前應(yīng)進行數(shù)據(jù)可靠性分析，剔除明顯錯誤的數(shù)據(jù)，并應(yīng)進行合理處理。7．1．3量測數(shù)據(jù)受到噪聲干擾時，處理量測數(shù)據(jù)前應(yīng)進行光滑或采用濾波方法消除噪聲。7．1．4處理量測數(shù)據(jù)前應(yīng)消除量測數(shù)據(jù)中的零點漂移影響。7．1．s波浪記錄處理應(yīng)給出波浪要素，根據(jù)工程需要尚應(yīng)對大浪記錄分析頻率譜，必要時應(yīng)分析波浪方向譜和波群特性。7．1．6根據(jù)工程需要應(yīng)對大浪過程及時進行處理。7．2．1分析波浪要素可采用跨零點法，并設(shè)置閾值，逐個計算出每個波的波高和相應(yīng)的周期。閾值應(yīng)根據(jù)實測波高和儀器的精度確定，也可取實測最大波高的2％一4％。7．2．2分析特征波要素時應(yīng)將每個波的波高及相應(yīng)的周期按波高從大到小排列成序列，得出最大波高和對應(yīng)的最大波周期。其他特征波浪要素可按下列公式計算：7．1一般規(guī)定7．2波浪要素分析m一Ⅳm一ⅣHrOffI|m

GFH：墊百=畝薈H-Hs=素薈皿T=寺薈tTs=寺毛tA(t)=[口2(t)+；2(f)P；(t)——波面_(t)的Hilbert變換(Ⅱ1)。Ⅳ——波浪個數(shù)；d^——渡包線A(￡)的標準差(m)；j——波包線A(t)的均值(m)。A(t)——波包線(m)；式中Hmo、靠。?！謩e為1／10大波波高(m)和1／i0大波波周H。、t——分別為排在第i位的波高(In)及其對應(yīng)波日。、B——分別為有效波高(m)和有效波周期(s)；日、r——分別為平均波高(m)和平均波周期(s)。式中eFH——波群的群高因子，其變化范圍為0～1；f——時間(s)；目(f)——波面(m)；周期(s)；7．2．3波群特征可用波群高度特征和波群長度特征表示，并符合下列規(guī)定。7．2．3．1波群高度特征可用群高因子表示，可按下式計算：7．2．3．2波包線可按下式計算：(7．2．3-2)式中7．2．3．3波群長度特征可用平均連長表示，可按下式計算：(72·2—3)(7·2·2-4)(7·22—5)(7·2·2-6)期(s)；(7．2．3—1)11A'N／31N

i=t鼉警Ⅳ百?s【f等唧㈤塒】Ii"G(f,0)cosSd00。。(，)：[r“：：G(廠，日)(口一目。)2d日]172j，_一頻率(比)；粥¨毛言式中j——平均連長；n——波列中大于平均波高的波群個數(shù)；^——波列中大于平均波高的第i個波群的連長。?。式中0。(，)——頻率為f的平均波向(tad)；G(f，口)——方向分布函數(shù)(rad“)；目——波向(raa)；百——綜合平均波向(tad)；s(，)——頻率譜密度(m2／Hz)；7．3波浪頻率譜分析7．3．1分析波浪頻率譜宜采用快速傅里葉變換法，譜密度、譜峰頻率、譜密度峰值、譜矩和譜尖度等可按附錄A計算。7．4波浪方向譜分析7．4．1波浪方向譜可采用貝葉斯方法按附錄B和附錄C計算。7．4．2多向不規(guī)則波的平均波向、綜合平均波向、方向分布寬度和綜合方向分布寬度，可按下列公式計算：—．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．LIG(f，日)sinod日l，％rhJ47]0=a

面——綜合方向分布寬度(tad)。m?！ɡ祟l率譜的零階矩(m2)；，1、，2——波能分布的頻率范圍(Hz)；印(．廠)——頻率為，的方向分布寬度(md)(3)原始記錄和存儲方法說明；7．5資料整理7．5．1波浪觀測資料整理應(yīng)符合下列規(guī)定。7．5．1．1波浪觀測資料整理應(yīng)逐月進行，并應(yīng)編制波浪觀測月報表。波浪觀測月報表格式應(yīng)符合附錄D的規(guī)定。7．5．1．2編制月報表前，應(yīng)審查波浪觀測資料和處理的數(shù)據(jù)，不得隨意修改或涂抹原始數(shù)據(jù)。7．5．1．3月報表備注欄內(nèi)應(yīng)詳細記載異常波浪狀況、遲測和缺測的原因、補測的時間和觀測使用儀器設(shè)備的變更等情況。7．5．2波浪觀測報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)觀測目的、內(nèi)容和要求；(2)觀測站位置、觀測儀器和觀測方法；(4)觀測記錄處理方法、成果和存儲方法；(5)波浪觀測資料月報表；(6)其他相關(guān)觀測資料；(7)觀測質(zhì)量的評價；(8)觀測單位和人員。13

8觀測資料綜合分析8．1一般規(guī)定8．1．1根據(jù)工程需要，在波浪記錄處理的基礎(chǔ)上應(yīng)對特征波浪要素和特征波譜進行觀測資料綜合分析。8．1．2觀測資料綜合分析時，宜根據(jù)完整的一年或多年資料給出年統(tǒng)計結(jié)果，必要時應(yīng)按季或月統(tǒng)計結(jié)果。8．2波浪特征綜合分析8．2．1波浪特征綜合分析應(yīng)包括波高和波周期分級統(tǒng)計、波高和波周期相關(guān)分析、波高統(tǒng)計分布分析等，必要時應(yīng)進行風(fēng)與浪相關(guān)分析和重現(xiàn)期波浪推算。8．2．2波高和波周期分級統(tǒng)計應(yīng)符合下列規(guī)定。8．2．2．1波高和波周期分級統(tǒng)計宜按16個方位進行。分級統(tǒng)計時，波高可采用有效波高，也可采用1／10大波波高，波周期宜采用平均波周期。8．2．2．2波高分級統(tǒng)計應(yīng)給出各方位各級波高出現(xiàn)頻率及各方位波高的平均值和最大值，并應(yīng)繪制波高玫瑰圖確定常浪向和強浪向。根據(jù)需要，可統(tǒng)計各級波高對應(yīng)的平均波周期及各級波高出現(xiàn)的持續(xù)時問。8．2．2．3波周期分級統(tǒng)計應(yīng)給出各方位各級波周期出現(xiàn)頻率及各方位波周期的平均值和最大值，繪制波周期玫瑰圖。根據(jù)需要，可統(tǒng)計各級波周期對應(yīng)的波高平均值。8．2．3波高和波周期相關(guān)分析應(yīng)給出波高和波周期的聯(lián)合出現(xiàn)頻率，必要時應(yīng)給出聯(lián)合概率分布。當(dāng)?shù)仫L(fēng)與浪相關(guān)性較好時，宜】4

標準《海港水文規(guī)范》(腳213)的有關(guān)規(guī)定推算不分方向的重現(xiàn)期％2=2n~／mo／m2分方向擬合波高和波周期相關(guān)公式。8．2．4波高統(tǒng)計分布分析宜選擇多個較大波浪記錄，繪制實測波高頻率分布圖，并擬合理論分布曲線，確定不同累積頻率波高。8．2．5風(fēng)與浪相關(guān)分析應(yīng)根據(jù)風(fēng)速儀的高度和周邊環(huán)境進行風(fēng)速訂正。波向與風(fēng)向、波高與風(fēng)速相關(guān)性較好時，應(yīng)擬合出波高與風(fēng)速關(guān)系的經(jīng)驗公式。8．2．6當(dāng)有不少于20年完整的波浪觀測資料時，可采用波浪年極值頻率分析方法推算不同重現(xiàn)期波浪要素，推算方法應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標準《海港水文規(guī)范》(JTJ213)的有關(guān)規(guī)定。8．2．7由短期資料推算測點附近不同重現(xiàn)期波浪要素時，應(yīng)符合下列規(guī)定。8．2．7．1當(dāng)有完整一年或數(shù)年短期波浪資料時，可按現(xiàn)行行業(yè)8．2．7．2當(dāng)測點附近有長期波浪觀測站，且兩者的波浪資料相關(guān)性較好時，可借助長期波浪觀測站資料推算測點附近不同重現(xiàn)期波浪要素。8．3特征波浪譜綜合分析8．3．1特征波浪譜綜合分析可包括確定代表波浪譜及其與特征波浪要素的關(guān)系等。8．3．2代表波浪頻率譜可采用實測的波浪頻率譜統(tǒng)計分析得到，也可采用常用譜型進行擬合，確定譜型和譜參數(shù)，給出代表波浪頻率譜。8．3．3代表波浪頻率譜與特征波浪要素的關(guān)系可按下列公式計算：日s=口√mo(8．3．3-3)波浪要素。(8．3．3—1)T=盧％．2(8．3．3-2)15

G小)=≯。1黜卜波浪頻率(}Iz)；A：五蚴G(f㈣=Go(班。S25(導(dǎo))風(fēng)——有效波高(m)；％．：——由譜的零階矩和二階矩得到的平均波周期(s)；L——譜峰頻率對應(yīng)的周期(s)；￡——譜峰頻率(Hz)；剮‘)——譜密度峰值(m2／Hz)；G。(s)——波浪方向分布函數(shù)中的系數(shù)；s——方向分布集中度參數(shù)；L=7To，2mo、m2——分別為譜的零階矩(m2)和二階矩(m2／s2)；r——平均波周期(s)；a、口、y、A——均為實測資料統(tǒng)計分析確定的系數(shù)。C(f，∞——波浪方向分布函數(shù)；日——波浪傳播方向與主波向的夾角(。)r——伽瑪函數(shù)。8．3．4代表波浪方向譜可表示為波浪頻率譜與波浪方向分布函數(shù)的乘積。波浪方向分布函數(shù)及其參數(shù)可采用統(tǒng)計分析方法確定。對單峰方向譜的方向分布函數(shù)可采用下列公式擬合：式中其變化范8．4觀測資料綜合分析報告黟．4．1波浪觀測資料綜合分析報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)封面，包括資料分析成果的名稱、承擔(dān)單位、參加單位和編制日期；圍為一1800，1800；mo】6

(2)扉頁，包括法人代表、技術(shù)主管、項目負責(zé)人、報告編寫人和參加人員；(3)摘要，包括資料概況、分析方法和主要結(jié)論；(4)目次，包括分析報告的章、節(jié)的標題和起始頁碼；(6)參考文獻。8．4．2觀測資料綜合分析報告的正文應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1)引言，包括波浪觀測分析的背景、目的和技術(shù)路線；(2)觀測資料的基本情況，包括資料來源、測站概況、觀測儀器、觀測時限和資料內(nèi)容；(3)技術(shù)要求；(4)分析內(nèi)容和方法；(5)綜合分析結(jié)果；(6)結(jié)語，包括主要結(jié)論、存在的問題及建議。(5)正文；17

吉[t—s學(xué)]X。=At警1儼，(一z孕1吉(，?s竽)附錄A隨機數(shù)據(jù)時間序列的譜分析卜一削尖數(shù)據(jù)個數(shù)，z一0．1N。§(m^)=歷1函5肚^，k=o，l，2?iN(A．0．1—3)b(￡。)——修正函數(shù)；n——正整數(shù)；Ⅳ——時間序列樣本總數(shù)；式中Xk——削尖后的時間序列的傅里葉變換，k=0，1，2?蕓；△￡——采樣時間間隔(s)；Ⅳ——樣本總數(shù)；嘶——削尖后的時間序列，j=0，1，2?N一1。A．0．1采用快速傅里葉變換法進行譜分析可按下列步驟進行：(1)截斷數(shù)據(jù)時間序列或增加零，使時間序列有N=24個數(shù)據(jù)，n為正整數(shù)；(2)對數(shù)據(jù)時間序列中心化，并乘以修正函數(shù)削尖數(shù)據(jù)時問序列。修正函數(shù)按下式計算：(3)調(diào)用快速傅里葉變換子程序，削尖后的時間序列的傅里葉變換按下式計算：(4)粗譜密度按下列公式計算：b(t。)=l≤n≤N—l(A．0．1-1)式中(A0001-2)l0≤n<1N—l<n≤N18／、』V『=。

j(。I)：§((EJ^)百士，k：o，l，2．．．—iN(A"矬∞^一對應(yīng)k的圓頻率(礙d·Hz)；P=麗N～嵩s(。t)=歷h?；s(％；)凰——削尖后的時間序列的傅里葉變換；x；——五的共軛復(fù)數(shù)。Ⅳ——樣本總數(shù)；b(‘，)——修正函數(shù)，，=0，1，2?N—l。j(。I+。)——對應(yīng)m。+；修正后的粗譜密度S(mE)——對應(yīng)m^的粗譜密度；mk——對應(yīng)k的圓頻率(rad·Hz)；△t——采樣時間間隔(s)；式中罾(“＆)——對應(yīng)m^的修正后的譜密度；§(u^)——對應(yīng)m。的粗譜密度；∞^——對應(yīng)k的圓頻率(rad-Hz)；S(60k)——對應(yīng)mk的平滑后的譜密度；Ⅳ——樣本總數(shù)。m，=J∞博(∞)doJ式中(5)對粗譜密度進行修正：(6)對修正后的粗譜進行光滑得到譜密度，并按下列公式計算：A．0．2譜矩和譜尖度可按下列公式計算：(A001-4)0．1—5)∑b2(f，)(A．0．1．6)(A．0．1-7)(A．0．2．1)19‘1J=0P，。

，一頻率(Hz)；2丟J。oJS2(m)dmS(w)——用圓頻率表示的頻率譜。o式中m，——譜的r階矩，r=0，1，2，3，4；m——圓頻率(m·Iad)；S(to)——用圓頻率表示的頻率譜；Q?！V尖度。S(，)——用頻率表示的譜；∞——圓頻率(Hz·tad)；A．0．3用頻率表示的譜可按下式計算：S(f)=2式中7rS(2rf)=2”s(∞)(A．0．2．2)(A．0．3)20

Ⅳ：巫掣張(，)2可麗fim(f菰)麗江1加Ⅳ(B．0．1-1)附錄B貝葉斯法分析波浪方向譜G(目If)=互exp[丑(f)]P。。(，)、尹。。(，)——分別為波動參數(shù)m和n的頻率譜；s(／)——波浪頻率譜(m2／Hz)；吼(，)——互譜參數(shù)；p。。(，)——分別為波動參數(shù)m和n之問的互譜；．】v——互譜個數(shù)；M——實測波動參數(shù)的個數(shù)。式中S(f，∞——波浪方向譜(m2／(也·rad))；s(，)——波浪頻率譜(m2／Hz)；G(0I，)——波浪方向分布函數(shù)(rad“)。仇(／)=∑‰exp[以(，)]+qB．0．1貝葉斯法分析方向譜可按下列步驟進行：(1)按附錄A方法計算各波動量時間序列的頻譜P一(，)和(2)按附錄C方法計算各波動量時間序列的互譜9。(f)。(3)按下列公式計算互譜參數(shù)：式中(4)波浪方向譜可表示成S(f，∞=S(f)G(日1，)(5)分段擬合波浪方向分布函數(shù)：p。。(f)。(B．0．1-3)(B．0．1-4)(B．0．1-5)fB．0．1-2)21KX

卜頻率(m)；*?Y、‰、y?！謩e為測量第m個和第n個波動參數(shù)的傳羔{仇一圭tlikexp一／sin(kx。cos0+ky。。sin0)]／廠五乃再ii7j皿(f，∞=鞏(f，鯽日：(f，口)[COS(kx。cos0+ky。sinO)G(口l，)——波浪方向分布函數(shù)(md。1)；K——擬合方向分布函數(shù)的分段數(shù)，可取K=40—皿(-廠，日)——傳遞參數(shù)；日——波浪傳播方向與設(shè)定坐標系橫軸的夾角H。(f，口)、以(，，目)——從波面轉(zhuǎn)換到波動量的傳遞參數(shù)；日：(f，目)——以(，，目)的共軛函數(shù)；EXk]}z+。z[二K(甄一2X,一。+瓦一：)z】式中_】v——互譜個數(shù)；純——互譜參數(shù)；K——擬合方向分布函數(shù)的分段數(shù)以(．廠)——分段擬合方向分布函數(shù)的指數(shù)函數(shù)；仇(．廠)——互譜參數(shù)；口m——系數(shù)；Ei——獨立隨機變量，其分布符合均值為零，方差a*(，)=Hi(f，鞏)△日式中為d2的正態(tài)分布；感器的位置坐標(m)，z。。=靠一z。，y。=(6)按下式取最小值求得凰的解：(B．0．1-6)(B．0．1-7)(。)；(B．0．1．8)(B．0．1．9)90；n6“122Yn—Ymu22o

砌衙‘‘Xk；a2)=南唧卜芻驀脅一k氖=lu2,a2，=(志)“唧【_驀砉cXk-2Xkexp(馴2)I+Xk_2)2]凰——分段擬合方向分布函數(shù)的指數(shù)函數(shù)；am——系數(shù)；l“2——平滑函數(shù)。M2——平滑函數(shù)；。、6——均為參數(shù)，當(dāng)互譜誤差很小時，o=0．2、b=0．5；當(dāng)互m1——指數(shù)，取m1=1，2?20。式中ABIc——貝葉斯信任指數(shù)；￡(X，(72)——￡．的或然函數(shù)；u2，口2)——蜀，蓋2?k的先驗函數(shù)；譜有較大誤差時Ⅱ=51．2、b=0．5：(7)m，的取值使下列各式得到的ABIC取最小值(8)用數(shù)值方法解式(B．0．1-8)得到X。后，再代人式(B4)和(B．0．1-3)，可求得波浪方向分布函數(shù)和波浪方向譜。L(X，d2)P(蓋f“2，0．2)dx(B．0．1-10)(B．0．1—11)，(XI(B．0．1-12)p(xlABIC=一2jn0．1．23

K=華，t：。，，，z．．．Ⅳ一，％(m女)=j彘置：K，＆=o，1，2?Ⅳ一l(c．0．1·4)邑礎(chǔ)蔫≈eX一(一i等)加o，·，2邑鰣。蚤≈p【一i等)，＆Io，1，瓦：壘娑叢，＆：o’1，2?Ⅳ一1∞‘=面2a'k附錄C隨機數(shù)據(jù)時間序列的互譜分析血——采樣時問間隔(s)；Ⅳ——樣本總數(shù)；z；一‘——‰一I的共軛復(fù)數(shù)。瓦、以、乩—_分別為≈，q和”的傅里葉變換；C．0-1采用快速傅里葉變換法進行互譜分析應(yīng)按下列步驟進行：(1)截斷兩個隨機數(shù)據(jù)時間序列或增加零，使每個序列具有N=2“個數(shù)據(jù)，n為正整數(shù)；(2)對數(shù)據(jù)時間序列中心化，并乘以修正函數(shù)削尖兩個隨機數(shù)據(jù)時間序列：(3)削尖后的隨機數(shù)據(jù)時間序列q和y，分別貯存在q=xj+協(xié)(i=~／～1)的實部和虛部中，J=0，1，2?N一1；(4)i镕J用快速傅里葉變換子程序，并按下列公式分別計算zj-，q和y，的傅里葉變換：式中(5)粗互譜按下列公式計算：(c．0．1．5)(C．0．1-1)(C．0．1-2)N一124

_】v——樣本總數(shù)；△f——采樣時問間隔(s)；§。(mk)——對應(yīng)?！值拇只プV密度；∞k——對應(yīng)k的圓頻率(Hz·rad)；x；——甄的共軛復(fù)數(shù)。k——Yi的傅里葉變換。式中(6)按第A．0．1條有關(guān)規(guī)定的方法對粗譜進行修正和光滑。

l。3爭3l毒3§。2饕西3懈警嘆露饔釋鯔盆懈蓮萋碼￡簍It!受毒3鐾飛3呈簍013。鞋*露林蠱剞《艇麗l『黯*@n峨馓害}}曾娶匠牝暑目卵擅*型鍵I}層裂@。劃廿厘囂孱霞妒酣雉蟬稚警：一_【一釁輜旺囂雕璐聰醑暑一刪犁《磊。樣督囂26藹顰琳#僻駐姐臻輕鯔÷罪斗齷瞽窶榧怔墟艇娶堪罐扈曾器嘆靳長劃_嘔皿o州忡『Io、。

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附錄E本規(guī)程用詞用語說明E．0．1為便于在執(zhí)行本規(guī)程條文時區(qū)別對待，對要求嚴格程度的用詞用語說明如下：(1)表示很嚴格，非這樣做不可的：正面詞采用“必須”；反面詞采用“嚴禁”。(2)表示嚴格，在正常情況下均應(yīng)這樣做的：正面詞采用“應(yīng)”；(3)表示允許稍有選擇，在條件許可時首先應(yīng)這樣做的：正面詞采用“宜”或“可”；E．0．2條文中指定應(yīng)按其他有關(guān)標準、規(guī)范執(zhí)行時，寫法為“應(yīng)符合??的有關(guān)規(guī)定”或“應(yīng)按??執(zhí)行”。反面詞采用“不應(yīng)”或“不得”。反面詞采用“不宜”。

本規(guī)程主編單位、參加單位、主要起草人、總校人員和管理組人員名單主編單位：南京水利科學(xué)研究院參加單位：大連理工大學(xué)中國科學(xué)院南海海洋研究所中國海洋局第三海洋研究所主要起草人：左其華(南京水利科學(xué)研究院)王紅川(南京水利科學(xué)研究院)(以下按姓氏筆畫為序)王登婷(南京水利科學(xué)研究院)朱良生(中國科學(xué)院南海海洋研究所)瀛(中國海洋局第三海洋研究所)張金善(南京水利科學(xué)研究院)俞聿修(大連理工大學(xué))黃海龍(南京水利科學(xué)研究院)蔡守允(南京水利科學(xué)研究院)潘軍寧(南京水利科學(xué)研究院)總校人員名單：胡常勤(交通部水運司)孫陳國平(南京水利科學(xué)研究院)周益人(南京水利科學(xué)研究院)明(交通部水運司)附加說明

昊敦龍(中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司)孫精石(交通部天津水運工程科學(xué)研究所)劉金培(南京水利科學(xué)研究院)楊正己(南京水利科學(xué)研究院)左其華(南京水利科學(xué)研究院)王紅Jll(南京水利科學(xué)研究院)俞聿修(大連理工大學(xué))董方(人民交通出版社)管理組人員名單：左其華(南京水利科學(xué)研究院)王紅川(南京水利科學(xué)研究院)潘軍寧(南京水利科學(xué)研究院)許家?guī)?交通部水運司)

水運工程波浪觀測和分析技術(shù)規(guī)程條文說明中華人民共和國行業(yè)標準

次∞㈣∞㈨∞㈤㈣㈣㈣㈣㈤㈤㈣㈤㈨㈣㈣∽∽㈣∽目4觀測站點布設(shè)????5觀測儀器??????8觀測資料綜合分析??附錄D波浪觀測月報表1總則????????2術(shù)語????????3基本規(guī)定??????l一般規(guī)定???’?’’6數(shù)據(jù)采集??????7波浪記錄處理????1一般規(guī)定--????’2觀測基站?????3波浪觀測點????2觀測儀器選型??’’’3觀測儀器安裝和調(diào)試7．2波浪要素分析???7．3波浪頻率譜分析??4波浪方向譜分析??2波浪特征綜合分析?3特征波浪譜綜合分析4觀測資料綜合分析報告327845

1總則1．0．2內(nèi)陸水域指內(nèi)河、水庫和湖泊等。33

語2術(shù)本章術(shù)語主要依據(jù)是全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會公布的《水利科技名詞》(1997年)和《海洋科學(xué)名詞》(1989年)，國家現(xiàn)行標準《港口工程基本術(shù)語標準》(GB50186)、《航道工程基本術(shù)語標準}(JTJ／T204)，以及《水運技術(shù)詞典》(1984年)、《中國水利百科全書》(1991年)等，并按本規(guī)程條文原義解釋。

3基本規(guī)定3．0．1水運工程所在水域波浪的基本特征和變化是工程選址、布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和運行等重要依據(jù)，觀測波浪的目的就是要獲得這些資料。大浪對工程建設(shè)的影響尤為重要。因此，本條除要求觀測波浪基本特征和變化外，還強調(diào)了大浪的觀測。3．O．3波浪基本特征和變化與觀測期間的風(fēng)速、風(fēng)向、水位和水流等動力因素密切相關(guān)。這些動力因素是建立風(fēng)與浪關(guān)系和檢驗測波資料可靠性的重要依據(jù)，因此，規(guī)定在觀測波浪的同時宜進行這些動力因素的觀測。35

4觀測站點布設(shè)4．2觀測基站4．2．1波浪觀測過程中，觀測人員需經(jīng)常察看量測儀器的安全或工作狀態(tài)是否正常，故宜將觀測基站設(shè)在視野開闊，易于觀測的岸4．2．2強磁場和電訊信號會干擾測量儀器的信號，影響信號接收和測波質(zhì)量。因此，波浪觀測基站要避開變電站、電訊發(fā)射塔和雷達站等設(shè)施。4．3．1條文中的“大浪”，是一個相對的概念。水運工程所處的位置不同，界定大浪的尺度也不相同，如內(nèi)陸水域的有效波高為0m時就算大浪，《海濱觀測規(guī)范》(GB／T14914)中則規(guī)定有效波高為2．5m以上的波高為大浪。4．3．2規(guī)定水下的波浪觀測點應(yīng)布設(shè)在底床較為平坦、沖淤相對較小的水域，是為了避免傳感器移動及被水底泥沙淤埋。4．3．3浮式測波儀由浮標、系纜和錨等組成。浮標連著系纜，系纜連著錨，錨碇固定測波點位置。浮標隨波浪運動反應(yīng)出波高波向的變化。當(dāng)測點處的水深過小，浮標容易著底；水流流速過大，浮標易隨水流漂移，當(dāng)系纜張緊限制了浮標自由運動，所測波高和波向誤差較大；海底底質(zhì)較差，錨碇無法固定，測波儀有可能會漂移。因此，作了本條規(guī)定。4．3．4固定結(jié)構(gòu)物的存在可能對波浪產(chǎn)生反射，以致影響測波，故應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)物對波浪反射的影響。邊。4．3波浪觀測點136

4．3．5因水位的變化，測波桿和測波線出水高度或入水深度不足，傳感器可能出水或被淹沒，以致無法測出波浪，故需及時調(diào)整測波桿和測波線的入水深度。4．3．6當(dāng)結(jié)構(gòu)物對波浪有反射影響時，所測波浪為人射波和反射波合成后的波浪。增設(shè)觀測點是進行人、反射波分離的需要。37

5觀測儀器5．1一般規(guī)定5．1．2本條主要根據(jù)《海濱觀測規(guī)范》(GB／T14914)的有關(guān)規(guī)定，并結(jié)合水運工程的要求確定。條文巾量測的允許偏差系指有關(guān)波浪參數(shù)的量測偏差，并非儀器傳感器的量測偏差。5．2觀測儀器選型5．2．1推薦的幾種波浪觀測儀器為國內(nèi)常用的儀器，且技術(shù)比較成熟。5．2．4壓力式觀測儀器是通過傳感器的波浪動水壓力的變化測量波高和波周期。由于水體作用，波浪動水壓力隨儀器入水深度的增加而迅速衰減，且衰減與波周期有關(guān)，周期越小衰減得越快。因此，在壓力式觀測儀器入水深度一定的情況下，波浪周期小到一定量值時，就不能由壓力式觀測儀器上的波浪動水壓力換算成具有足夠精度的波高和波周期，故要按工程的需要和實際水域存在的最小波周期來設(shè)定壓力式觀測儀器的人水深度。5．3觀測儀器安裝和調(diào)試5．3．1浮式測波儀浮標和錨系系統(tǒng)投放后，有一個自適應(yīng)過程，在該過程中不能正確地測波，故對自適應(yīng)過程的時問作了規(guī)定。s．3．2聲學(xué)測波儀是通過傳感器向水面發(fā)射超聲波，再由傳感器將水面反射回來的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號以反應(yīng)波高和波周期，當(dāng)發(fā)射和反射的超聲波遇障礙物時會影響量測精度，因此，傳感器安裝的位置應(yīng)與障礙物保持一定距離。38

5．3．4測波桿和測波線通常有電容式和電阻式兩種，當(dāng)測波時問長，受自然環(huán)境影響及表面有附著物時，傳感器性能將發(fā)生變化以致影響測波的質(zhì)量。因此，測波過程中也要對測波桿和測波線定期率定，并適時清洗測波桿表面。39

6數(shù)據(jù)采集6．0．1大浪出現(xiàn)時增加觀測次數(shù)是為了得到更多的大浪統(tǒng)計樣本，避免漏測大浪過程的極值波高及相應(yīng)的波周期，以滿足水運工程的需要。6．0．3理論上，波浪連續(xù)記錄越長，統(tǒng)計特征值越穩(wěn)定，但儀器的儲存量加大，給波浪量測帶來不便；波浪記錄太短，將影響量測波浪的可靠性。因此，規(guī)定觀測的波浪個數(shù)不宜少于100個?！逗I觀測規(guī)范》(GB／T14914)中規(guī)定連續(xù)記錄采樣時間取17～20min，考慮到分析方向譜及波群時連續(xù)記錄的波浪個數(shù)較多，本條規(guī)定連續(xù)記錄不少于17rain。6．0．4陣列式測波儀是為了測量波浪方向和分析波浪方向分布函數(shù)。本條規(guī)定應(yīng)同步采集的波動參數(shù)的個數(shù)是根據(jù)實際經(jīng)驗作出的。波動參數(shù)不限于波面，也可以是水質(zhì)點速度和波壓力等。

7波浪記錄處理7．2波浪要素分析7．2．1波浪觀測采集到的波面數(shù)據(jù)中常含有跨過零線的小波動，這些小波動對有效波和平均波浪要素的分析結(jié)果有明顯影響，分析時應(yīng)設(shè)閾值予以刪除。7．3波浪頻率譜分析7．3．1波浪頻率譜的分析方法有多種，其中快速傅里葉變換方法(FFr)應(yīng)用方便、快速。7．4波浪方向譜分析7．4．1現(xiàn)有多種分析方向譜的方法，通過現(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬分析比較的結(jié)果表明，貝葉斯方法(BDM)能給出比較符合實際的結(jié)7．4．2表征多向不規(guī)則波的參數(shù)很多，本條中列出的參數(shù)主要參考了國際水力學(xué)研究協(xié)會制定的海況參數(shù)表中關(guān)于多向波的更新意見(199"／年)確定的。果。4l

8．4?18觀測資料綜合分析素和特征波譜等。因此，需根據(jù)所得的各觀測資料進行綜合分析。8．1．1波浪觀測報告僅提供反映觀測期間觀測點波浪量測的實際狀態(tài)，水運工程往往需要了解該水域總的波浪情況、特征波浪要8．2波浪特征綜臺分析8．2．3波高和波周期密切相關(guān)。不同方向的波高和波周期相關(guān)性不同，故需分方向進行分析，并擬合相關(guān)公式。8．2．5風(fēng)浪推算時規(guī)定用水面上10m高度處的風(fēng)速。多數(shù)風(fēng)速儀設(shè)置在陸地上，不同高度的風(fēng)速相差較大。測點周圍的建筑物、地形和樹木等均對風(fēng)速有較大影響。水面上的風(fēng)速一般大于同一高度的陸上風(fēng)速。因此，在分析風(fēng)浪關(guān)系時需將風(fēng)速資料進行訂8．3特征波浪譜綜合分析8．3．2本條所指的常用譜型有《海港水文規(guī)范》(JTJ213)中規(guī)定的譜、JONSWAP譜和P-M譜等。8．4觀測資料綜合分析報告由于波浪觀測資料綜合分析報告是綜合分析成果的具體體現(xiàn)，也是水運工程規(guī)劃、設(shè)計、施工和運行的重要參考資料，因此，本條對波浪觀測資料綜合分析報告的內(nèi)容和編寫格式作出了規(guī)定。8．1一般規(guī)定正。84．242

附錄D波浪觀測月報表(‘)和印(‘)，可由式(7．4．2-1)和式(7．4附錄D的月報表格式是根據(jù)調(diào)研結(jié)果擬定的，方向譜參數(shù)0。2-3)令f=fp求得。43

^^^^^^}；^^^；^^^}次o∞∞∞∞∞o@㈤㈣㈣㈤㈤㈤㈣㈨㈣Ⅲ㈤㈤，目3基本規(guī)定?????????-·4觀測站點布設(shè)???????··5觀測儀器·?·????????6數(shù)據(jù)采集?????????一8觀測赍料綜合分析??????·附錄A隨機數(shù)據(jù)時間序列的譜分析n但ool總則???????????··2術(shù)語????···??????··2觀測基站??????··?···3波浪觀測點???·????·5．3觀測儀器安裝和調(diào)試?··???7波浪記錄處理????????2渡浪要素分析?·??????1一般規(guī)定?????????1觀測站組成???????～5．1一般規(guī)定????????··2觀測儀器選型??????一1一般規(guī)定?????????·3波浪頻率譜分析??????-4波浪方向譜分析??????·7．5資料整理?????????一8．2波浪特征綜合分析?????·3特征波浪譜綜合分析????·4觀測資料綜合分析報告????-8457

附錄E本規(guī)程用詞用語說明?????????附錄B貝葉斯法分析波浪方向譜··??????·附錄c隨機數(shù)據(jù)時間序列的互譜分析?????附錄D波浪觀測月報表??????·????··附加說明本規(guī)程主編單位、參加單位、主要起草人、總校人員和管理組人員名單?????附條文說明?????????????··??·(21)(24)(26)(29)(31)(28)2

1總則1．0．1為統(tǒng)一水運工程波浪觀測和分析的要求，提高觀測成果的可靠性，為水運工程建設(shè)提供科學(xué)數(shù)據(jù)，制定本規(guī)程。1．0．2本規(guī)程適用于海岸、近海和內(nèi)陸等水域波浪的觀測和分析。1．0．3水運工程的波浪觀測和分析除應(yīng)符合本規(guī)程的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。

語2術(shù)2．0．1波向波浪傳來的方向。2．0．2波高波面上相鄰兩個下跨或上跨零點問波谷底至波峰頂之間的垂直距離。2．0．3波周期波面上相鄰兩個下跨或上跨零點問的時間間隔。2．0．4波浪要素表征一定水域和特定時段波浪狀況的變量，如波向、波高、波周期和波長等。2．0．5波群波列中大于某一波高的若干個連續(xù)出現(xiàn)的波浪。2．0．6連長波群內(nèi)的波浪個數(shù)。2．0．7頻率譜波浪能量隨頻率變化的分布。2．0．8方向分布函數(shù)波浪能量沿方向分布的函數(shù)。2．0．9方向譜波浪能量隨頻率和方向變化的分布。2．0．10波動參數(shù)描述波浪運動的參數(shù)，如波面、水質(zhì)點速度、水質(zhì)點加速度和波動壓力等。2

3基本規(guī)定3．0．1波浪觀測應(yīng)確保對大浪的觀測。波浪觀測資料應(yīng)反映水運工程所在水域波浪的基本特征和變化。3．0．2波浪觀測儀器和觀測方法應(yīng)合適、可靠。波浪觀測資料應(yīng)具有完整性和連續(xù)性。3．0．3波浪觀測應(yīng)包括波高、波周期和波向的觀測，宜同時觀測風(fēng)和水位，必要時應(yīng)進行水流觀測。3．0．4波浪觀測點的布設(shè)和觀測儀器的選型應(yīng)根據(jù)工程的需要和工程所在水域的環(huán)境確定。3．0．