GB∕T 34910.3-2017 海洋可再生能源資源調查與評估指南 第3部分 波浪能（正式版）

海洋可再生能源資源調查與評估指南第3部分：波浪能2017-12-29發(fā)布2018-04-01實施中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局IGB/T34910.3—2017前言 2規(guī)范性引用文件 13術語和定義 4波浪能資源調查 24.1調查內容 24.1.1觀測要素 24.1.2技術指標 24.2調查方法 34.2.1歷史數(shù)據(jù)收集 34.2.2現(xiàn)場調查 45波浪數(shù)值模擬 46波浪能資源評估 46.1資源評估的步驟 46.2資源評估參數(shù)和計算 56.2.1資源評估參數(shù) 56.2.2波浪譜計算 56.2.3波高、周期、波向和波浪能流密度計算 66.2.4有效波時計算 76.2.5季節(jié)變化指數(shù)計算 76.2.6變異系數(shù)計算 76.2.7波浪能蘊藏量計算 76.3資源評估的內容 86.3.1編制波浪能資源圖表 86.3.2有效波高和能量周期聯(lián)合分布 86.3.3波向頻率 86.3.4波浪能流密度等級劃分 86.3.5有效波時等級劃分 96.3.6季節(jié)變化指數(shù)等級劃分 96.3.7變異系數(shù)等級劃分 96.3.8不利因素 97波浪能資源調查與評估報告 9附錄A(資料性附錄)波浪能資源圖示例 參考文獻 ⅢGB/T34910《海洋可再生能源資源調查與評估指南》分為4個部分：——第1部分：總則；——第2部分：潮汐能；——第4部分：海流能。本部分為GB/T34910的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分由國家海洋局提出。本部分由全國海洋標準化技術委員會(SAC/TC283)歸口。本部分起草單位：國家海洋技術中心、國家海洋標準計量中心。1海洋可再生能源資源調查與評估指南第3部分：波浪能GB/T34910的本部分規(guī)定了波浪能資源調查、波浪數(shù)值模擬、波浪能資源評估及波浪能資源調查與評估報告的編寫。本部分適用于波浪能資源調查與評估工作。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本話用干本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T12763.2海洋調查規(guī)范第2部分：海洋水文觀測GB/T12763.3海洋調查規(guī)范第3部分：海洋氣象觀測GB/T12763.7海洋調查規(guī)范第7部分：海洋調查資料交換GB/T34910.1—2017海洋可再生能源資源調查與評估指南第1部分：總則3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波剖面上相鄰的波峰與波谷間的鉛直距離。注：改寫GB/T15920—2010,定義2.4.9。波剖面上相繼兩波峰(或者波谷)通過某一固定點所經歷的時間。[主]波向dominantwavedirection將某一時段連續(xù)測得的波高序列從大到小排列，取排序后前1/3個波高的平均值。注：改寫GB/T15920—2010,定義2.4.36。2平均周期meanperiod波浪連續(xù)記錄中所有波周期的平均值。群速groupvelocity波群傳播的速度。注1:深水波的群速為波速的一半。注2:改寫GB/T15920—2010,定義2.4.48。波速wavevelocity相速phasevelocity波形傳播的速度，即單位時間內波動傳播的距離。波數(shù)wavenumber單位距離內所包含的波個數(shù)的2π倍。波浪能流密度waveenergyflux沿波浪傳播方向通過單位寬度斷面的能通量。描述波浪內部能量相對于組成波的頻率和方向分布的結構模式。注：波浪譜可分為頻率譜和方向譜。波浪頻率譜wavefrequencyspectrum波浪能量相對于頻率的分布。波浪能量相對于頻率和方向的分布。4波浪能資源調查4.1調查內容主要觀測要素為波浪；輔助調查要素為風、海流和水深。4.1.2.1觀測單位和測量的準確度主要觀測要素觀測單位和測量的準確度為：a)波高的單位為米(m)。準確度規(guī)定為兩級：一級為±10%;二級為±15%。b)波周期單位為秒(s)。準確度為±0.5s。3輔助觀測要素觀測單位和測量的準確度為：a)風速單位為米每秒(m/s)。當風速不大于5.0m/s時，準確度為±0.5m/s;當風速大于5.0m/s時，準確度為±5%。c)流速單位為厘米每秒(cm/s)。準確度見表1。d)流向單位為(°),正北為0°,順時針計量。準確度為±5°。e)水深單位為米(m),準確度為±2%。表1流速觀測的準確度流速/(cm/s)準確度所有觀測要素除特殊要求，每小時觀測一次，并在整點前完成觀測，各要素采集結束時間宜盡量靠近整點。波浪至少在夏季和冬季各連續(xù)觀測1次，每次觀測時間不少于1個月。海流一般選擇符合良好天文條件的周日進行不少于3次連續(xù)觀測，每次觀測時間不少于25h。4.1.2.4采樣時間間隔和記錄的時間長度波浪測量的采樣時間間隔宜小于或等于0.5s,聲學測波儀連續(xù)采樣宜不少于1024s,重力測波儀連續(xù)記錄的波數(shù)宜不少于100個波，記錄的時間長度視平均周期的大小而定，一般取17min～20min,將整點前一次記錄時間長度內的波高、波周期、波向等波浪要素，作為該整點時刻的波浪要素值。風測量的采樣時間間隔為3s,連續(xù)采樣10min,將整點前10min的平均風速和風向，作為該整點的風速和相應風向值。海流測量的采樣時間間隔宜小于或等于0.5s,通常連續(xù)采樣3min,將整點前3min的平均值，作為該整點的流速，流向一般為瞬時值。否則，在觀測記錄上說明采樣時間間隔和記錄的時間長度。4.2調查方法4.2.1歷史數(shù)據(jù)收集可收集的歷史資料包括：a)海洋站和浮標站的波浪、風和海流資料；b)相關遙感資料；c)相關科學(考察)試驗的波浪、風和海流資料；d)波浪、風和海流再分析資料。4波浪調查宜使用重力測波儀或聲學測波儀。調查儀器設備要求按GB/T34910.1—2017的有關規(guī)定執(zhí)行。站位的選擇和布設宜符合下列原則：a)調查站位能夠代表該海域的波浪特征，即測得的波浪要素能夠反映該海域波浪的分布特征和變化規(guī)律；b)調查站位應避開影響波浪的障礙物，布放地點便于維護。4.2.2.3調查資料質量控制和數(shù)據(jù)處理結果、現(xiàn)場校對與訂正、量值溯源、測量不確定度等，并對其完整性和合理性進行判斷。的有關規(guī)定執(zhí)行，處理后方可使用。5波浪數(shù)值模擬波浪數(shù)值模擬宜滿足下列規(guī)定：a)波浪數(shù)值模擬采用的數(shù)值計算方法應滿足穩(wěn)定性、收斂性和準確性要求。b)波浪數(shù)值模擬宜選用第三代海浪模型，可采用多種海浪模型嵌套使用，應能反映在風場驅動下波浪的生成、成長、消衰及傳播過程。對于近岸復雜地形宜采用嵌套方式或三角網(wǎng)格。c)波浪數(shù)值模擬的范圍宜包括對目標海域波浪要素有影響的海域；驅動風場的模擬范圍不小于波浪的模擬范圍。d)波浪數(shù)值模擬的網(wǎng)格大小宜有足夠的空間分辨率，網(wǎng)格結點水深能反映水下地形特征。e)必要時，波浪數(shù)值模擬可考慮波—流相互作用。f)波浪數(shù)值模擬和驅動風場的可靠性宜采用現(xiàn)場實測資料進行驗證，驗證要素主要包括：波高、6波浪能資源評估6.1資源評估的步驟波浪能資源評估包括以下幾個步驟：a)可利用第三代海浪模型模擬數(shù)據(jù)或收集的歷史數(shù)據(jù)對目標海域波浪能資源進行初步評估，如果數(shù)據(jù)時段足夠長，宜對目標海域的波浪能資源長期變化情況進行評估；b)宜進行足夠長的數(shù)值模擬，建立觀測站位和網(wǎng)格點處的波浪參數(shù)轉換矩陣，轉換矩陣宜采用現(xiàn)場實測資料進行驗證；c)運用6.2和6.3進行波浪能資源評估；d)隨可用數(shù)據(jù)的增加，對目標海域波浪能資源宜重新評估。5GB/T34910.3—20176.2資源評估參數(shù)和計算6.2.1資源評估參數(shù)異系數(shù)和波浪能蘊藏量。6.2.2波浪譜計算假設波浪由一系列不同頻率、方向和隨機相位波列組成。波面鉛直位移(ζ)按式(1)計算：ξ——波面鉛直位移；x——x坐標；a,——第n個波分量的振幅；k,——第n個波分量的波數(shù)；0,——第n個波分量的傳播方向；o)——第n個波分量的圓頻率；φm——均勻分布的隨機相位。波數(shù)(k)按式(2)計算：k=2π/λ (2)k——波數(shù)；λ——波長；圓頻率(w)按式(3)計算：w2=gktanh(kh)w——圓頻率；g——重力加速度；h——水深。頻率(f)按式(4)計算：f=w/(2π)…(4)f——頻率。波浪頻率譜[S(f)]按式(5)計算： (5)S(f)——波浪頻率譜。波浪方向譜[S(f,θ)]按式(6)計算：6GB/T34910.3—2017式中：波浪方向譜。)6.2.3波高、周期、波向和波浪能流密度計算有效波高(H、)按式(7)計算：H、——有效波高；m?——波浪譜的0階矩。若調查儀器記錄波浪譜，有效波高按式(7)計算，否則按定義3.5計算。能量周期(T。)按式(8)計算：式中：m-1——譜矩(m)式中：能量周期；波浪譜的—1階矩。按式(9)計算：m,——波浪譜的n階矩，(n=-1,0,1,2,…);△f——頻率間隔(頻率分辨率);N——頻率被離散的份數(shù)。笛卡爾坐標系下，平均波向(θ)按式(10)計算：θ——波的傳播方向。波浪能流密度(Pw)按式(11)計算：式中：Pw——波浪能流密度；p——海水密度；Cm——第n個波分量的群速。群速(cg)按式(12)計算：……(10)…(11)7GB/T34910.3—2017在深水條件下(h/λ≥1/2),波浪能流密度(Pw)按式(13)計算：…(13)若調查儀器記錄波浪譜，首選公式(11)計算波浪能流密度，深水條件下可按公式(13)計算；若調查儀器不記錄波浪譜，則按公式(14)估算波浪能流密度。波浪能流密度(Pw)按式(14)計算：Pw=500H2T………(14)T——平均周期6.2.4有效波時計算計算一年中波浪有效波高范圍在1m～4m之間，且能量周期大于3s的累計小時數(shù)，即波浪能資源開發(fā)的有效時間，簡稱有效波時(SWH)。6.2.5季節(jié)變化指數(shù)計算季節(jié)變化指數(shù)(SV)按式(15)計算：SV——季節(jié)變化指數(shù)；…………Pmax——波浪能最大季節(jié)的季平均波浪能流密度；Pmin——波浪能最小季節(jié)的季平均波浪能流密度；Pya——年平均波浪能流密度。6.2.6變異系數(shù)計算變異系數(shù)(COV)按式(16)計算：COV——變異系數(shù)；P-均波浪能流密度。6.2.7波浪能蘊藏量計算波浪能蘊藏量(N)按式(17)計算：N——波浪能蘊藏量；L——代表區(qū)段長度?！?6.3資源評估的內容6.3.1編制波浪能資源圖表將6.2處理好的各種波浪能資源評估參數(shù)繪制成圖(示例參見附錄A)。6.3.2有效波高和能量周期聯(lián)合分布以有效波高-能量周期聯(lián)合分布表(見表2)的形式表示波浪狀態(tài)的出現(xiàn)比例，表中有效波高間隔不大于0.5m,能量周期間隔不大于1.0s。表2有效波高-能量周期聯(lián)合分布表示例有效波高/m能量周期/s各級有效波高出現(xiàn)頻率%27.1各級能量周期出現(xiàn)頻率%49.344.54.8注：調整有效波高和能量周期的上下邊界，以保證表中至少包括99%的波浪狀態(tài)。計算出在代表8個方位(八方位與度數(shù)換算表見表3)的扇區(qū)內波向出現(xiàn)的頻率。表3八方位與度數(shù)換算表方位度數(shù)方位度數(shù)N337.5°~360°,0°~22.5°S157.5°~202.5°NE22.5°~67.5°202.5°~247.5°E67.5°~112.5°W247.5°~292.5°112.5°~157.5°NW292.5°~337.5°6.3.4波浪能流密度等級劃分計算目標海域年平均波浪能流密度，進行波浪能流密度等級劃分(波浪能資源等級見表4)。9表4波浪能流密度等級名稱等級1234Pyar/(kW/m)Py≥64≤Pyar<62≤Pyar<4Pyear<26.3.5有效波時等級劃分計算目標海域有效波時，進行有效波時等級劃分(有效波時等級見表5)。表5有效波時等級名稱等級12346.3.6季節(jié)變化指數(shù)等級劃分計算目標海域波浪能季節(jié)變化指數(shù)，進行季節(jié)變化指數(shù)等級劃分(季節(jié)變化指數(shù)等級見表6)。表6季節(jié)變化指數(shù)等級名稱等級12346.3.7變異系數(shù)等級劃分計算目標海域波浪能變異系數(shù)，進行變異系數(shù)等級劃分(變異系數(shù)等級見表7)。表7變異系數(shù)等級名稱等級12346.3.8不利因素簡要分析影響波浪能開發(fā)利用的不利因素。7波浪能資源調查與評估報告波浪能資源調查與評估報告應符合GB/T34910.1—2017第7章