基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波浪要素及潮位测量技术领域，具体涉及基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法。
【背景技术】
[0002]跨海大桥在建设中需要面对复杂的海洋环境，强风、波浪、流速等环境载荷对桥梁的建设有重要的影响，甚至起到决定性影响因素。在实际工程中，通常参考《海港水文规范》(JTS 145-2-2013)中关于波浪力的相关规定作为计算依据，而波浪要素是波浪力计算的重要组成部分。
[0003]目前的波浪要素测试，一般是采用气介式超声波浪仪，该波浪仪可以测试波浪的波高和周期，但是不能测量波浪的方向和潮位。也采用球式水面波浪测试装置，该装置需要漂浮在水面，通过振动浮体的漂浮状态测试波浪要素，由于浮体本身对波浪产生了破坏，因而测试结果存在一定的误差。亦采用一种波浪浮标的波向定向检定装置，该装置可以对波向进行测量，但是其测量要素较为单一，且结构相对复杂。有上述内容可知，现有技术中测量波浪要素的设备和方法存在如下问题:测量设备昂贵，测量成本高;浮标系统，维修养护难、影响现场施工;对波浪要素测量较为单一，不能够对波浪要素和潮位进行全面测量。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法，用于测量桥梁施工海域的波浪要素和潮位，具有测量误差小，性能稳定和测量全面的优点。
[0005]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:
[0006]基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法，具体步骤如下:
[0007]步骤I，在施工海域内选取测试点，在位于测试点内的钢管粧的外表面环向等间距设置若干波浪压力传感器，波浪压力传感器位于低潮位平均水平面以下2-4米；
[0008]步骤2，根据各波浪压力传感器采集的波浪压力值，生成各波浪压力传感器对应的波浪压力时程曲线；
[0009]步骤3，选取某一时间段内最大波浪压力值所对应的波浪压力传感器为参考波浪压力传感器，参考波浪压力传感器的波浪压力时程曲线为参考波浪压力时程曲线；
[0010]步骤4，根据参考波浪压力时程曲线，计算波浪要素和波浪潮位。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述波浪要素包括波浪波高、波浪周期、波浪压力和波浪方向。
[0012]在上述技术方案的基础上，波浪波高的计算方法包括:
[0013]S1.1，通过前期实验，获得波浪压力变量A1、波浪波高A2和波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的深度h之间的关系，其关系式为:
[0014]A2 = f(Ai,h)
[0015]S1.2，根据参考波浪压力时程曲线，求波浪压力平均值记为P平，根据公式h = P平/(Pg)，其中P为水密度，g为重力加速度，均为已知参数，计算参考波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的距离h;
[0016]S1.3，将参考波浪压力时程曲线上的波浪压力传感器的波浪压力变量AjP波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的深度h代入步骤S1.1中关系式后，算出波浪波高As。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述波浪方向的计算方法包括:
[0018]S2.1，根据参考波浪压力时程曲线，判断波浪方向与参考波浪压力传感器之间的位置关系，如下:
[00?9 ]同一时间段内参考波浪压力传感器顺时针一侧和逆时针一侧的的波浪压力传感器测得的波浪压力峰值为P顺和P逆，参考波浪压力传感器测得的波浪压力峰值为P，
[0020]若P>P顺=P逆，则波浪方向与该参考波浪压力传感器的测压面垂直；
[0021 ]若P = P|II> P逆或P = Pil^Pllll,则波浪方向位于参考波浪压力传感器和其顺时针方向或逆时针方向的波浪压力传感器的正中间；
[0022]若P>P顺〉P逆或P>P逆〉P顺，则波浪方向位于参考波浪压力传感器与其顺时针方向或者逆时针方向的波浪压力传感器之间，此时波浪方向与参考波浪压力传感器之间的夹角为Θ;
[0023]S2.2，计算波浪方向与参考波浪压力传感器之间的夹角Θ，其包括:
[0024]进行波浪模型试验，拟合出波浪方向与参考波浪压力传感器之间的夹角Θ、波浪方向一侧的参考波浪压力传感器测得的波浪压力峰值P和波浪方向另一侧的波浪压力传感器测得的波浪压力峰值P侧之间的函数关系为9 = f(P/P侧)；
[0025]提取一段时间内参考波浪压力传感器的波浪压力峰值P，和位于参考波浪压力传感器旁侧较大的波浪压力峰值P?]，若P > P顺〉P逆则P?=P顺，若P > Ρμ> P顺则P?=P逆；
[0026]将波浪压力峰值P和P侧代入函数关系式0= f(P/P侧)，计算出波浪方向与参考波浪压力传感器之间的夹角为9。
[0027]在上述技术方案的基础上，其中，步骤4，根据参考浪压力时程曲线，计算波浪潮位的具体步骤如下，
[0028]S3.1，根据参考波浪压力时程曲线，求波浪压力平均值记为P平；
[0029]S3.2，根据公式h = P平/(Pg)，其中P为水密度，g为重力加速度，均为已知参数，计算参考波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的距离h;
[0030]S3.3，已知参考波浪压力传感器的安装高度，换算为参考波浪压力传感器到潮高基准面的距离记为In，根据S3.2计算的参考波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的距离h，得到当前潮位为Hzh+hu
[0031]在上述技术方案的基础上，所述波浪压力传感器为24个，相邻波浪压力传感器之间的角度为15°。
[0032]在上述技术方案的基础上，所述钢管粧表面设置有安装板，所述安装板呈环形卡箍状，所述波浪压力传感器安装于所述安装板上。
[0033]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0034](I)本发明的基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法，能够对波浪要素进行比较全面的测量，如测量波高、周期和波向，同时能够计算出潮位，能够准确确定波浪载荷，指导跨海大桥施工组织提供比较全面和可靠的实测参数。
[0035](2)本发明只需要使用波浪压力传感器，将波浪压力传感器安装在钢管粧上，在施工现场具有大量的钢管粧，可随地取材，能够有效的控制波浪测试的成本，保证测试系统的稳定性和耐久性。
【附图说明】
[0036]图1为本发明的流程图。
[0037]图2为本发明实施例中波浪压力传感器安装示意图。
[0038]图3为本发明实施例中波浪压力传感器安装示意图。
[0039]图4为本发明实施例中的波浪压力传感器时程曲线。
[0040]图5为本发明实施例中标注波浪压力周期及平均值的波浪压力时程曲线。
[0041]图6为本发明实施例中标注波浪压力变量的波浪压力时程曲线。
[0042]图7为本发明实施例中波浪方向与波浪压力传感器垂直的示意图。
[0043]图8为本发明实施例中波浪方向位于两波浪压力传感器正中间的示意图。
[0044]图9为本发明实施例中波浪方向与波浪压力传感器之间有夹角的示意图。
[0045]图中:1-钢管粧，2-安装板，3-波浪压力传感器。
【具体实施方式】
[0046]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0047]参见图1所示，本发明实施例提供基于波浪压力的跨海桥梁海域的波浪要素及潮位测量方法，具体步骤如下:
[0048]步骤I，在施工海域内选取测试点，测试点处的波浪传播方向无施工临时结构阻挡，在位于测试点内的钢管粧I的外表面环向等间距设置24个波浪压力传感器3，相邻波浪压力传感器3之间的角度为15°，波浪压力传感器3位于低潮位平均水平面以下2-4米；
[0049]参见图2和图3所示，本实施例中钢管粧I的外表面设置有安装板2，安装板2呈环形卡箍状，波浪压力传感器3安装于安装板2上，其中波浪压力传感器为24个。
[0050]步骤2，根据24个波浪压力传感器3在一段时间内按照一定的频采集到的波浪压力值，生成24波浪压力传感器对应的波浪压力时程曲线。
[0051 ]步骤3，选取某一时间段内最大波浪压力值所对应的波浪压力传感器为参考波浪压力传感器，参考波浪压力传感器的波浪压力时程曲线为参考波浪压力时程曲线；
[0052]参见图4所示，参考波浪压力传感器是波浪压力传感器4#，其在60s内的波浪压力变化时程曲线为参考波浪压力时程曲线。
[0053]步骤4，根据参考波浪压力时程曲线，计算得到波浪要素，其中波浪要素包括波浪压力值、波浪波高、波浪周期和波浪方向，
[0054]其中，根据参考波浪压力时程曲线上的波浪压力值，计算出波浪波高，计算波浪波高的方法如下:
[0055]S1.1，根据《波浪模型实验规程》在海洋深水实验室进行前期标定实验，确定实验数据与施工海域测试点的测试数据之间的相似关系，通过设置不同的波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的深度匕例如设置匕二匕上上上上……使用波高测量仪测量模型实验的测试波高，使用波浪压力传感器测量模型实验的测试波浪压力，
[0056]拟合波浪压力变量A1和波浪波高A2和波浪压力传感器位于当前潮位水面以下的深度h之间的关系，其关系式为:
[0057]A2 = f(Ai,h)
[0058]S1.2，参见图6所示，根据参