陸卓翔，喬光全

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230)

由于波浪觀測工作受當(dāng)?shù)睾^(qū)自然條件和觀測條件限制，觀測方法的不同導(dǎo)致獲取的波浪數(shù)據(jù)的時間間隔不一，分析不同時間間隔的波浪數(shù)據(jù)對其統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響是十分必要的。人工觀測是海洋站和早期觀測獲取波浪數(shù)據(jù)最主要的方法[1]；隨著觀測技術(shù)的發(fā)展由儀器代替了人工觀測[2]，但由于以前電池續(xù)航短導(dǎo)致儀器獲取觀測數(shù)據(jù)的間隔較長，直至現(xiàn)代，才得到時間間隔較短的觀測數(shù)據(jù)。

工程設(shè)計(jì)中，對工程海域波況進(jìn)行分析，通常使用的是海洋站一年或多年的實(shí)測資料，或使用測波儀器獲取海域的逐時一年的觀測數(shù)據(jù)；對于設(shè)計(jì)波浪通常使用的是臺風(fēng)浪數(shù)值后報(bào)或海洋站的長期觀測資料。在工程設(shè)計(jì)前期，通常使用規(guī)范[3]推薦的設(shè)計(jì)波浪，而規(guī)范中的設(shè)計(jì)波浪是用海洋站的長期觀測統(tǒng)計(jì)出來的設(shè)計(jì)波浪值，這些數(shù)據(jù)多由人工觀測獲取，這種方法通常是在白天進(jìn)行且時間間隔較長。通過分析不同時間間隔的波浪數(shù)據(jù)得到不同的統(tǒng)計(jì)特征，它們之間的一致性和差異性將影響工程設(shè)計(jì)波浪要素的取值，因此對上述一致性和差異性的探討分析是十分必要的，本文根據(jù)大埕灣的實(shí)測波浪，分析3種不同時間間隔對波浪統(tǒng)計(jì)成果的影響。

1 實(shí)測數(shù)據(jù)來源

實(shí)測數(shù)據(jù)采用2017年3月1日—2018年2月28日連續(xù)1年，在潮州大埕灣近岸測波點(diǎn)(W1)得到的定點(diǎn)每小時連續(xù)測波資料[4]。觀測位置見圖1，測點(diǎn)處實(shí)測水深為12.6 m。觀測采用的儀器為DATAWELL MARK Ⅲ型波浪騎士測波浮標(biāo)，該儀器屬于重力式測波儀，是荷蘭DATAWELL公司生產(chǎn)的波浪測量儀器，測量精度和準(zhǔn)確度高，是當(dāng)今世界上最好的海洋測波儀器之一。經(jīng)儀器自帶軟件處理后，可統(tǒng)計(jì)得出每30 min的波高、周期特征值及波向等數(shù)據(jù)[5]。岸站接收儀可實(shí)時接收數(shù)據(jù)，并監(jiān)控測波儀器狀態(tài)。

圖1 波浪測站位置

2 數(shù)據(jù)分析方法

為避免不同觀測儀器或人員本身的目測誤差，獲取的波浪資料均出自同一組觀測數(shù)據(jù)。對逐時觀測資料依據(jù)不同的時間間隔分別截取數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2，測量數(shù)據(jù)為近代測波儀的原數(shù)據(jù)，截取的數(shù)據(jù)1和2分別代表早期測波儀和人工目測法數(shù)據(jù)。不同的數(shù)據(jù)序列提取時段見表1。

表1 不同的波浪數(shù)據(jù)類別測波間隔時間

在3組數(shù)據(jù)中分別提取20組產(chǎn)生最大波高的連續(xù)波列進(jìn)行最大有效波高及對應(yīng)的波周期進(jìn)行分析，對比不同時間間隔下波向和波浪特征值的差異。

3 結(jié)果分析

3.1 波況分析

數(shù)據(jù)1和2的波況和波浪玫瑰圖見表2和圖2?？梢钥闯?，本海區(qū)全年波浪方向集中在SE(常浪向)、ESE(次常浪向)、SSE和 S 方向，這4個方向波浪的年分布頻率分別為 48.11%、19.59%、15.89%和 15.51%，占全年波浪的 99.09%。受西南側(cè)南澳島及西北面大陸的掩蔽影響，SSW-W-N 向浪僅占全年的 0.68%，東側(cè)由于東山島嶼的阻礙，N-E向浪也較少，僅占全年的 0.23%。

根據(jù)表2可以看出，3種不同的時間間隔統(tǒng)計(jì)出來的波向頻率基本相同，各波向頻率統(tǒng)計(jì)差異不到1%，平均波高均是45 cm，因此都能較好地反映測量海區(qū)的波浪分布情況，所以數(shù)據(jù)1和2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，仍能較好地代表當(dāng)?shù)貙?shí)際波況。

圖2波浪玫瑰圖

表2 不同數(shù)據(jù)序列的波況

3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從2017年3月1日—2018年2月28日的波浪觀測數(shù)據(jù)中，根據(jù)波浪大小挑選20個最大的連續(xù)波統(tǒng)計(jì)分析3組數(shù)據(jù)的最大有效波高和對應(yīng)的波周期，并分析其差別。

3.2.1大浪的有效波高

表3為測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)1、2之間最大有效波高的對比?？梢钥闯觯瑴y量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)1之間最大波高相差28 cm，最大相對誤差為11.4%，平均值相差3.6 cm，平均相對誤差為1.6%；測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)2之間最大波高相差28 cm，最大相對誤差為9%，平均值相差10 cm，平均相對誤差為5%。

表3 測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)1、2的最大有效波高對比

續(xù)表3

編號測量數(shù)據(jù)最大有效波高∕cm數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2最大有效波高∕cm絕對誤差∕cm相對誤差∕%最大有效波高∕cm絕對誤差∕cm相對誤差∕%1021721700199188.3112042040019683.91219819621.019263.01319619242.0185115.61419218931.6182105.21518918542.118094.81618818263.2178105.31718518052.717694.91817917810.617273.919171176-5-2.9159127.020158176-18-11.415800最大值32732728-11.4327289.0平均值218.9215.33.61.6208.110.95.0

3.2.2波周期

表4為最大有效波高對應(yīng)的波周期。可以看出，測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)1的最大波周期差為4.5 s，最大相對誤差為54.9%，平均值為0.37 s，平均相對誤差4.4%；測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)2的最大波周期差為3.2 s，最大相對誤差為78.1%，平均值為0.24 s，平均相對誤差2.8%。

表4 測量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)1、2的有效波周期對比

3.3 相關(guān)性分析

3.3.1大浪的有效波高

數(shù)據(jù)1和2有效波高的線性擬合圖見圖3?？梢钥闯?，數(shù)據(jù)1與測量數(shù)據(jù)有效波高的相關(guān)系數(shù)R為0.980 7，具有較好的相關(guān)性；數(shù)據(jù)2與測量數(shù)據(jù)有效波高的相關(guān)系數(shù)R為0.984 9，具有較強(qiáng)的相關(guān)性。時間間隔較長的波高可由圖中的兩個擬合公式進(jìn)行計(jì)算得出。

圖3 數(shù)據(jù)1和2有效波高的線性擬合

3.3.2大浪的有效波周期

數(shù)據(jù)1和2有效波周期的線性擬合圖見圖4?？梢钥闯觯瑪?shù)據(jù)1與實(shí)測數(shù)據(jù)有效波周期的相關(guān)系數(shù)R為0.507 1；數(shù)據(jù)2與實(shí)測數(shù)據(jù)有效波周期的相關(guān)系數(shù)R為0.619 9。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)1、2與實(shí)測數(shù)據(jù)有效波周期的相關(guān)性較差。

圖4 數(shù)據(jù)1和2有效波周期的線性擬合

綜上所述，不同時間間隔的波浪觀測資料的波高差異較小，大浪波高差異在11.4%以內(nèi)，相關(guān)性較好；但波周期相差較大，大浪的有效波周期差異在78.1%以內(nèi)，相關(guān)性較差。

4 結(jié)論

1)3種不同時間間隔的波浪數(shù)據(jù)都能反映測量海域的全年波況。

2)數(shù)據(jù)1和2的最大有效波高與觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)性較好，可以用線性擬合公式進(jìn)行換算，得到的波高值具有較高的精確度。

3)不同時間間隔數(shù)據(jù)的波浪周期的線性相關(guān)性差，但最大有效周期的平均值相差不大。

4)本文的3種觀測波浪的方法并不是針對觀測方法不同而比較，是比較時間間隔不同的波浪觀測數(shù)據(jù)，對波高、波周期等進(jìn)行分析，但是因?yàn)橛^測站點(diǎn)具有一定局限性，僅適合被測量的海域，對于其他海域位置的不同時間間隔的波浪數(shù)據(jù)的關(guān)系需要做進(jìn)一步分析。