复合极值分布的参数估计及其在工程设计中的应用

在海洋工程、水利工程等建筑工程中,合理地确定多年一遇波高、洪水量等,对于建筑物设计的安全和造价问题是十分重要的。兼顾安全和费用两方面的要求,就得在各种各样的计算方法中选择较为理想的方法进行推算。就海浪波高设计而言,较为普遍采用的方法是对年最大波高组成的系列,选取一条适合的理论频率曲线(如P-Ⅲ型曲线,     

一种推算设计波高的新方法

本文提出了一种推求设计波高的新方法。用时间序列分析中的自回归-滑动平均(ARMA)模型分析年极值波高,进行建模、预报和频率分析,推求一定重现期设计波高。对于没有特大值的年极值波高序列,本文提出的方法推求的长重现期设计波高比规范方法推求的相应设计波高偏小;对于有特大值的年极值波高序列,本文提出的方法推求的长重现期设计波高较规范方法推求的相应设计波高大许多。本文中的方法所得结果较为合理。     

渤海南部海域年极值波浪和设计波浪的特征研究

本文用统计计算和后报方法，获得了本海域不同海区多年年极值波高（Ｈ１／１０）资料。用Ｐ－Ⅲ型和短期测波资料频率分析方法，估算了各海区的设计波高，并依据文献［３］计算出对应的平均周期。用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｆｆ适合度方法检验所得的结果表明，依Ｐ－Ⅲ型方法拟配的理论频率曲线与经验点十分吻合，从而确定了本海域不同海区最佳的设计波浪。分析本海域年极值波浪的基本特征表明，本海域除了渤海湾北部海区以外，主浪向一般为ＮＮＥ向，渤海海峡区的年极值波高和设计波高均为最大，而向莱州湾及渤海湾沿岸海区逐渐减小；在沿岸海区，由龙口至黄河口一带的极值波高较大。     

挪威沿海的设计波高

本文系统地阐述了设计波高的三种通用方法;分析了常用公式H=H_s (1/2 lnN)~(1/2)中N和τHs的合理取值;应用波浪后报的波高资料,进行了全方向和分方向的极值波高统计,提出了在资料足够时(m≥20年),应该采用分方向的极值波高统计以替代惯用的、不分波向而把每年的最大波高取来进行统计计算的全方向极值波高统计,这样得出的设计波高既合理,又安全。最后,文章给出了挪威沿海水域的最劣波向及其相应的设计波高值。     

海洋重现期波高统一化计算方法

重现期波高是港口海岸及海洋工程设计中不可回避的一个重要设计参数,尤其对深水海港、海上平台、海底油气管道、沿海核电站等重大涉海工程设计具有巨大的经济价值和深远的社会效益。但是,现有重现期波高推算缺乏统一的计算方法,导致计算结果相差悬殊。研究重现期波高的统一化计算方法,分析重现期波高计算中存在的各种不确定因素,提出减少这些不确定因素的新方法,建立误差小、应用方便、方法统一的重现期波高计算方法。基于澳大利亚悉尼站的长期连续观测波浪数据,研究发现:广义帕累托函数(generalized Pareto distribution III,GPD-III)和威布尔(Weibull)是重现期波高计算的最佳候选极值分布函数,新推导的函数形状参数计算公式较好提高重现期波高的计算精度,极值波高数据的分析方法和样本大小是影响重现期波高计算精确度的两个重要因素,短期波浪资料和年极值法可能高估重现期波高值。逐个风暴的极值波高数据分析法及最佳候选极值分布函数GPD-III和Weibull建议应用于涉海工程设计的重现期波高推算。     

重现期设计波高相对应的波浪周期推算方法的讨论

一、前言关于重现期设计波高相对应的波浪周期的推算方法在《港口工程技术规范》第二篇第一册第22条中规定:“与某一重现期的设计波高相对应的波浪周期的推算方法有两种:1.按第四章的风浪要素计算图直接查出与该设计波高相对应的周期(平均周期T);2.用波高最大值相对应周期(T)所组成的系列进行频率分析,以确定与设计波高为同一重现期的周期值。当地大的波浪主要为风浪时,可用方法1;当地大的波浪主要为涌浪或混合浪时,可用方法2。”     

三种设计波高计算方法比较

目前国际上设计波高的常用计算方法有三种:年最大波高法(Annual Maximum method)、波高阈值法(Peak-Over-Threshold method)和年N大波法(Annual-NLargest method)。利用澳大利亚悉尼观测站连续16年的实测资料和Gumbel概率分布函数对这三种方法进行分析和比较,选出一种比较好的计算方法。结果表明,由年最大波高法计算得到的设计波高值偏大,线性回归系数较小,均方误也较大;波高阈值法计算所得结果与阈值本身取值关系并不大,线性回归相关性也较好;年N大波法计算得到的设计波高与每年大波数量取值无关(N≥5时),均方误较小,线性回归相关性较好。因此,在这三种方法中,年N大波法更适合用来计算设计波高,建议每年大波数取5~6个。     

关于海洋工程设计波高标准研究

针对海洋工程设计波浪标准存在的一些问题,本文提出以海洋工程构筑物的使用期和使用期内可能超过设计波高的危险率作为控制条件的海洋工程设计波高标准,推导出一组适用于各种资料取样方法和波浪不同的原始分布形式下设计波高推算公式,根据海洋工程构筑物使用期、设计危险率以及设计海域的波高统计特征值,即可推算设计波高,文中还通过算例,将这组新公式的计算结果与现行各种方法进行了比较.     

江苏滨海海域海上风电场的极值波高推算

为了给江苏滨海海域海上风电场的结构设计提供更为合理的设计参数,本文利用定量分析法对比分析了采用不同推算方法推算得到的工程海域极值波高,讨论了不同推算方法的差异及影响。结果表明：采用年极值法、条件极值法（包括风暴统计法、阈值上限法）和组合法推算出的工程海域极值波高受理论频率曲线、热带风暴年均频次、极端设计风速和特定水位的影响较大。其中,热带风暴年均频次主要影响风暴统计法推算的结果,当热带风暴年均频次不小于1时,推算的结果趋于稳定,相对偏差小于5%;极端设计风速和特定水位主要影响组合法推算的结果,极端设计风速的选择主要影响极值波高在各个方向上的分布,特定水位的叠加主要影响极值波高的幅值;对于非特定水位下的极值波高,利用条件极值法中的风暴统计法推算的结果最大,为6.55 m;利用年极值法中P-Ⅲ型曲线推算的结果最小,为5.48 m;两者相对偏差约20%;对于特定水位下的极值波高,利用组合法推算出的NW—SE方向极值波高与水位呈正相关,即叠加正水位时,极值波高增大,叠加负水位时,极值波高减小,幅值变化可达±15%;且极值波高的方向分布与所采用的极端设计风速的方向分布相同,利用极值波高对应的设计...     

波浪周期对海洋建筑物的影响

在影响海洋结构物设计的海洋环境动力因素如风、海浪、海流和海冰等中,通常海浪是最重要的。在考虑海浪对建筑物作用时,人们往往强调波高而对周期重视不够。本文通过模拟实验或理论计算进一步显示了波高和周期对于海洋建筑物设计具有同等重要性,只不过它们的表现形式不同而已。     

确定海上极值波高的一种方法

本文介绍了海上极值波高设计值的确定方法,在数学原理上,该方法主要是通过波高的理论分布,或者由实测资料得出的波高经验概率分布,推求海上极值波高的众值和具有一定保证率的设计值。对于实测波高经验分布的模拟,本文采用F(x)=1-exp[-αx~bexp(-cx~d)]形式的拟合函数,并用非线性最小二乘法原理确定拟合函数中的非线性参数。实践证明,本方法计算简便,效果良好,可供实际工程设计时使用。     

圆柱形沉浮式深海养殖网箱的受力分析

应用一系列力学关系，研究了深海圆柱形沉浮式养殖网箱所承受的波浪力情况。导出深海沉浮式养殖网箱的运动方程，并给出数值计算。在网箱波浪力的研究中采用绕射理论和Morison方程，讨论了在波高、波长及周期变化下水动力的变化趋势，得出网箱所受到的水平波浪力远大于竖直波浪力，波高的变化对波浪力的影响最大的结论，为深海网箱的设计校核提供1种参考方法。     

连云港海域极值波高统计分析方法研究

利用连云港1960-2011年连续波浪资料,采用年最大波高法、波高阈值法和年N大波法3种采样方法,结合Gumbel和三参数Weibull两种分布函数,进行设计波高相关计算,并对结果进行讨论和分析,以选出较好的采样方法、分布函数及较优的组合。结果表明,在该海域计算设计波高时,采样方法首选年N大波法,N取值7~8个较优;其次是波高阈值法,阈值取为1.7~2.0 m较合适,即阈值的取值使得每年波高数平均在8~12个左右为宜;年最大值法结果可作参考。Gumbel和三参数Weibull分布函数均可使用,后者比前者的适用性更佳。通过计算分析后可得初步结论,最优组合方式是每年取8个大波,利用三参数Weibull分布函数进行计算。同时给出最优组合下连云港海域不同重现期设计波高值,供设计参考。     

北部湾沿岸海区设计波浪的确定

本文基于北部湾沿岸海区多年的实测资料，于不同海区主浪向和次主浪向分别取年极值波高为样本资料．采用Ｐ－Ⅲ型和短期测波资料频率分析方法，分别估算了各海区不同重现期的设计波高，并依据式（１）计算出相应的平均周期。尽管样本资料和估算方法不变，但每次估算的结果互不相同，其差异甚至很大．利用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｆｆ等适合度方法检验所得的结果，能够准确地判断出沿岸各海区不同重现期的最佳设计波浪。     

沙子口海浪观测站

海浪与海港的设计和建筑有着密切的关系,这不仅是因为海浪有巨大的能量,能推动数千吨重的石块,而且还能造成码头的严重破坏以及船只的损坏。因此,设计海港水工建筑物必须考虑的一个主要方面就是海浪的作用,例如倘若忽视设计海浪的确定,问题就不堪设想。单就设计波高而言,如果设计波高定得偏高,就会使港工建筑物的造价提高,反之,海浪就会使海港建筑物遭到损坏。因此,如何准确地确定设计波高是一个十分重要的问题。这就要求有个质量较高而系统的波浪观测资料,是目前海浪研究的一个重要课题。     

近岸破碎波高概率分布研究

引入极限波高是随机变量的概念，将近岸破碎波的波高概率分布用形式不同的未破碎波高的概率密度和已破碎波高的概率密度的相加来表示，提出了一种新的破碎波高概率分布形式。认为破碎带内的波高总体上服从瑞利分布，其中已破碎波高的概率密度按总波高的概率密度等比例分布于整个波高范围，破碎概率和当地均方根波高与极限特征波高之比有关。实验表明，本文提出的近岸破碎波高概率分布较好地体现了近岸波浪的破碎特征。     

“平均位置”法在波高观测中的应用

一、引言SBA1-2型岸用光学测波仪是海滨测站从事波浪观测的常规仪器(二型测波仪),它是在HAB-1(一型测波仪)改型基础上研制生产的。经过改型,克服了一型仪在分划板设计上采用等高逐步刻度法进行波高观测,随着波高的增加误差亦增大的缺点。由于在设计原理上采用了定点等高刻度刻划波高标尺,使二型仪的设计更为合理,测量精度也相应提高。但从设计原理所导出的“逐个波高计算”方法中可以看出,二型测波仪观测、计算繁索复杂,比一型的工作量增加了数倍以上,这也是当时二型仪难以推广的原因。能否找     

基于广义Pareto分布的波高极值序列频率分析

应用广义Pareto分布(GPD)分析超阈值波高序列的设计值。以位于美国北卡罗来纳州的FRF历时32年连续测量的逐日波高序列为例,检验了不同波高阈值样本的泊松分布,采用多种方法综合确定最佳阈值的拟合优度指标。对最优广义Pareto分布和GEV分布及P-Ⅲ分布推算的波高重现水平做了对比分析。得到以下结论:(1)波高的GPD属于短尾型分布;(2)拟合优度指标表明构建的波高GPD模型普遍优于GEV和P-Ⅲ型;(3)GPD的参数估计方法对设计波高的计算结果有较大影响。     

烟台海域海浪各种波高间关系的探讨

一、前言波高是海浪的主要因素,根据各方面的需要,波高可分为最大波高(Hm),十分之一大波波高(H1/10),有效波高(H1/3)和平均波高(H),各种波高之间存在着密切的关系。《海滨观测规范》中已介绍Hm与H1/3和H1/10与H1/3的经验关系式,但对各海区由于地理地形等特殊条件影响,海浪各种波高之间关系与规范介绍的经验关系式有多大差异尚无定论。本文利用实测资料就烟台海区各种波高之间的关系进行一些探讨。     

破碎区至冲泻区波浪非线性特征的实验研究

本文利用粒子图像测速系统和浪高仪对3种概化岸坡下破碎区至冲泻区的波高、流速等水动力学参数进行实验测量,并基于二阶谱方法分析波高和流速的概率密度分布,统计了破碎区至冲泻区内波高和流速的偏度、不对称度、峰度等高阶非线性变量.结果表明:破碎区至冲泻区内的波高和流速均偏离正态分布,波高偏度和峰度在向近岸传播过程中先减小后增大,...