海洋桥梁桥址区海域风浪监测与海浪预报

摘要

国家公路、铁路网规划建设的持续推进，国家海洋战略、国家“一带一路”战略、中国高铁“走出去”等一系列重大战略决策的稳步实施，对交通基础设施建设提出了重大战略需求，作为线路控制性工程的海洋桥梁迈入了蓬勃发展时期，这为我国海洋桥梁工程的技术进步带来了重要发展机遇，但同时也面临一系列困难和挑战。
　　海洋桥梁在施工和运营期间面临风大、浪高、流急的恶劣自然环境，除了要承受自身恒载和活载外，还要承受巨大的波流力和海浪冲击力，研究表明波流力已成为海洋桥梁的控制性荷载。桥址区海域风浪场等海洋环境要素的准确获得是计算波流力的重要前提，然而海洋桥梁在设计和施工期间，桥址区海域的风浪场等海洋环境参数往往是通过附近的海洋观测站推算得到，与桥址区海域真实的风浪场存在差异。桥址区海域海洋环境监测系统的建立，是开展海洋桥梁设计和施工的基础性工作，具有十分重要的理论意义和工程价值。海浪的大小直接影响着桥梁建设的施工组织安排、施工安全和工程的总工期，对桥址区海域海浪浪高进行预报，可以为桥梁施工组织安排提供参考，合理计划施工项目和工序，并为桥梁施工和运营提供一个安全预警机制，具有重要的工程实用价值和研究意义。
　　论文依托平潭海峡公铁两用大桥海洋环境监测系统，对风浪统计分析和海浪预报的新思路新方法展开研究，主要工作和结论有:
　　(1)对桥址区海域实测风速、风向和浪高展开统计分析，得到了桥址区海域平均风速、最大风速、常风向等风速特点和海浪特点。
　　(2)计算出桥址区海域台风期间和非台风期间的阵风系数，各特征浪高之间的比例系数，分析了论文中的阵风系数和比例系数与有关规范中给定值存在差异的原因。
　　(3)分析桥址区海域不同风测点之间风速的相关性和不同浪测点之间浪高的相关性，得到各自的回归方程。分析了桥址区海域6＃平台风速和浪高的相关性，拟合出冬季风速和浪高的相关性曲线公式。
　　(4)研究了BP神经网络的性能与网络隐节点数、网络输入训练样本数的关系。使用闽中海域风速、风向、浪高的预报资料以及桥址区海域浪高实测资料，建立BP神经网络，对桥址区海域连续80天的海浪浪高进行预测，获得了理想的预测效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 海浪预报的新思路

1．4 本文主要研究内容

第2章 风特性和波浪特性

2．1 概述

2．1．1 风特性

2．1．2 波浪特性

2．2 线性波浪理论(小振幅波浪理论)

2．2．1 水质点的速度和加速度

2．2．2 水质点的运动轨迹

2．2．3 波动压强

2．3 非线性波浪理论(有限振幅波浪理论)

2．3．1 斯托克斯波

2．3．2 椭圆余弦波

2．3．3 孤立波

2．4 波浪的传播与变形

2．4．1 波浪在深水中传播

2．4．2 波浪在浅水中传播

2．4．3 波浪的反射和绕射

2．5 本章小结

第3章 桥址区海域海洋环境监测系统

3．1 工程背景

3．2 监测系统的组织构架

3．3 监测方案设计与实施

3．3．1 风速、风向监测

3．3．2 浪高、周期等波浪要素监测

3．3．3 海流流速、流向监测

3．3．4 小尺度桩及围堰表面的波浪压力监测

3．3．5 围堰结构波浪响应监测

3．4 监测数据储存、传输、实时查看及共享平台系统

3．4．1 监测数据储存与传输

3．4．2 监测数据实时查看与共享平台

3．5 本章小结

第4章 桥址区海域风特性及浪特性统计分析

4．1 风速

4．1．1 月平均风速、月最大风速、月极大风速

4．1．2 阵风风速系数

4．1．3 风速相关性分析

4．2 风向

4．2．1 各月风向玫瑰图

4．3 浪高

4．3．1 浪高的统计分析

4．3．2 浪高相关性分析

4．4 风速与浪高的相关性

4．5 本章小结

第5章 桥址区海域海浪浪高预测

5．1 闽中海域风浪与桥址区海域风浪

5．1．1 实测浪高与预报浪高

5．1．2 实测浪高与预报风级

5．2 基于BP神经网络的浪高预测

5．2．1 BP神经网络输入与输出

5．2．2 BP神经网络的结构

5．2．3 样本数据的选择和预处理

5．2．4 桥址区海域浪高预测

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献