本發(fā)明涉及海洋觀測領域，具體涉及一種波浪測量方法。

背景技術：

1、波浪測量可以幫助監(jiān)測和預測海上的波浪參數(shù)變化，這對于提高港口的災害防范能力非常重要。通過波浪測量，可以有效地進行海況預報，減少極端災害條件下沿海港口的損失，保障港口、碼頭生產作業(yè)和人民生命財產的安全。同時，波浪測量在波浪發(fā)電、海洋工程設計與施工、海洋環(huán)境監(jiān)測與災害預警和科學研究與氣候變化研究等領域有著廣泛應用。

2、波浪測量方法主要有光學式測波儀測波法、測桿測波法、壓力式測波法和聲學式測波法等。光學式測波儀測波法是利用水下發(fā)射光場和海面波高的相關性來測量波浪的物理參數(shù)。測桿測波法是借助于樁柱、支架或中性浮標垂直固定于海中的測波標桿。上述兩種測波方法準確度都較低，受主觀因素影響較大，且夜晚不便于測量。壓力式測波法通過安放在水下或海底的壓力傳感器測量海水壓力的變化，再換算成波高；根據(jù)線性波理論，可以得到波面與波動壓力之間的關系。這種方法適用于長期定點連續(xù)觀測，受海水濾波作用影響，不能準確測量短期波。聲學式測波法利用置于海底的聲學換能器垂直向海面發(fā)射聲脈沖，通過接收回波信號測量換能器至海面垂直距離的變化，再換算成波高。這種方法可以避免海面大風浪的破壞，但受浪花和氣泡的干擾，測量破碎波的準確度受到影響?。

3、綜上，現(xiàn)有的波浪測量方法，大多都存在測量設備結構復雜、安裝繁瑣，或者需要測量的數(shù)據(jù)過多、計算過程復雜等問題。

4、因此，需要提出一種波浪測量方法，以解決現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種波浪測量方法，以實現(xiàn)簡單、快速且準確地測量波浪。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種波浪測量方法，其采用波浪測量裝置，該波浪測量裝置包括雷達水位計、井筒和浮子滑塊，所述浮子滑塊設置在井筒內，浮子滑塊能跟隨水位升降；所述雷達水位計安裝在井筒的頂端；

4、該方法包括以下步驟：

5、a、在測量位置安裝波浪測量裝置，井筒豎向布置，井筒的下部處于海水中；

6、b、打開波浪測量裝置中的雷達水位計；

7、c、測量波浪垂直方向速度為0時的水位高度和時間；

8、d、記錄符合步驟c中條件的相鄰三組數(shù)據(jù)；

9、e、計算波浪周期和波浪高度。

10、上述步驟c中：水位高度的計算公式如下：?；

11、式中，為實際水位高度，為雷達水位計測量的水位高度，為浮子滑塊上表面與水面的高度差值。

12、上述步驟d中：數(shù)據(jù)包括波浪垂直方向速度為0時相鄰的三個時間、和，以及在、和時刻的實際水位高度、和；

13、根據(jù)多普勒原理，雷達波遇到徑向運動目標時回波會發(fā)生頻率偏移，因此得公式如下：

14、????????（1）

15、?????????（2）

16、式（1）和式（2）中，為雷達波的初始頻率，為雷達波的回波頻率，為雷達波的頻率變化值，v為波浪的垂直速度，c為雷達水位計的電磁波傳波速度；

17、根據(jù)上述公式推導，得公式如下：

18、????????（3）

19、進而獲取波浪在垂直方向上的速度；

20、當波浪垂直方向上的速度時，波浪處于波峰或者波谷，則為兩個臨近的波峰或者波谷出現(xiàn)的時間差，即波浪周期的計算公式為：

21、???????（4）

22、式（4）中，為波浪周期，與為相鄰兩個波峰或者波谷出現(xiàn)的時間；為與時刻之間出現(xiàn)波谷或者波峰的時間；

23、波浪高度的計算公式如下：

24、?????（5）

25、式中，為波浪的高度，為時刻的水位高度，為時刻的水位高度；為時刻的水位高度。

26、優(yōu)選的，所述浮子滑塊為圓柱形。

27、優(yōu)選的，所述浮子滑塊的直徑為井筒內徑的0.8～0.9倍。

28、優(yōu)選的，所述浮子滑塊的上表面與水面保持平行。

29、優(yōu)選的，所述井筒的側壁開設若干個內外貫通的進出水孔。

30、優(yōu)選的，所述進出水孔為方形或長條形。

31、優(yōu)選的，所述波浪測量裝置在海上平臺上使用。

32、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：

33、本發(fā)明波浪測量方法依據(jù)多普勒原理，配合采用雷達式水位計，利用雷達波遇到徑向運動目標時回波會發(fā)生頻率偏移的特性，通過測量波浪垂直方向速度為0時的水位高度和時間相鄰多組數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了簡單、快速且準確地測量波浪。同時，本發(fā)明所采用的波浪測量裝置，通過在井筒中設置浮子滑塊，浮子滑塊可隨水位升降，且浮子滑塊的上表面一直保持與水面平行，從而減少了浪花和氣泡對雷達回波的干擾，提高了測量數(shù)據(jù)的準確性。

34、本發(fā)明所采用的波浪測量裝置設計結構簡單、安裝便捷，且測量不受天氣等自然因素影響。同時，本發(fā)明只需要測量時間和水位高度兩個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理過程簡單，極大地減少了波浪測量的成本。

技術特征：

1.一種波浪測量方法，其特征在于：采用波浪測量裝置，該波浪測量裝置包括雷達水位計、井筒和浮子滑塊，所述浮子滑塊設置在井筒內，浮子滑塊能跟隨水位升降；所述雷達水位計安裝在井筒的頂端；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種波浪測量方法，其特征在于，步驟c中：水位高度的計算公式如下：?；

3.根據(jù)權利要求1所述的一種波浪測量方法，其特征在于，步驟d中：相鄰三組數(shù)據(jù)包括波浪垂直方向速度為0時相鄰的三個時刻、和，以及在、和時刻的實際水位高度、和；

4.根據(jù)權利要求1所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述浮子滑塊為圓柱形。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述浮子滑塊的直徑為井筒內徑的0.8～0.9倍。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述浮子滑塊的上表面與水面保持平行。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述井筒的側壁開設若干個內外貫通的進出水孔。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述進出水孔為方形或長條形。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種波浪測量方法，其特征在于，所述波浪測量裝置在海上平臺上使用。

技術總結
本發(fā)明公開一種波浪測量方法，屬于海洋觀測領域。該波浪測量方法包括以下步驟：a、在測量位置安裝波浪測量裝置，波浪測量裝置包括雷達水位計、井筒和浮子滑塊，所述浮子滑塊設置在井筒內；所述雷達水位計安裝在井筒的頂端；b、打開雷達水位計；c、測量波浪垂直方向速度為0時的水位高度和時間；d、記錄符合步驟c中條件的相鄰三組數(shù)據(jù)；e、計算波浪周期和波浪高度。本發(fā)明依據(jù)多普勒原理，配合采用雷達式水位計等，利用雷達波遇到徑向運動目標時回波會發(fā)生頻率偏移的特性，實現(xiàn)了簡單、快速且準確地測量波浪。同時，通過在井筒中設置浮子滑塊等，進一步減少了浪花和氣泡對雷達回波的干擾，提高了測量數(shù)據(jù)的準確性。

技術研發(fā)人員：王恒林,胡偉,黃娟,呂富良,靳熙芳,丁一,徐江玲,蔣濤,王志勇,冀承振,鄭金金,閆寧,管新詩
受保護的技術使用者：國家海洋局北海預報中心（（國家海洋局青島海洋預報臺）（國家海洋局青島海洋環(huán)境監(jiān)測中心站））
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19