GB∕T 34910.3-2017 海洋可再生能源資源調(diào)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(diào)查與評估指南第3部分：波浪能2017-12-29發(fā)布2018-04-01實(shí)施中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局IGB/T34910.3—2017前言 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 4波浪能資源調(diào)查 24.1調(diào)查內(nèi)容 24.1.1觀測要素 24.1.2技術(shù)指標(biāo) 24.2調(diào)查方法 34.2.1歷史數(shù)據(jù)收集 34.2.2現(xiàn)場調(diào)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(yùn)藏量計算 76.3資源評估的內(nèi)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(diào)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(xiàn) ⅢGB/T34910《海洋可再生能源資源調(diào)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC283)歸口。本部分起草單位：國家海洋技術(shù)中心、國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計量中心。1海洋可再生能源資源調(diào)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(diào)查、波浪數(shù)值模擬、波浪能資源評估及波浪能資源調(diào)查與評估報告的編寫。本部分適用于波浪能資源調(diào)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(yīng)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(diào)查規(guī)范第2部分：海洋水文觀測GB/T12763.3海洋調(diào)查規(guī)范第3部分：海洋氣象觀測GB/T12763.7海洋調(diào)查規(guī)范第7部分：海洋調(diào)查資料交換GB/T34910.1—2017海洋可再生能源資源調(diào)查與評估指南第1部分：總則3術(shù)語和定義下列術(shù)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(diǎn)所經(jīng)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(nèi)波動傳播的距離。波數(shù)wavenumber單位距離內(nèi)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(nèi)部能量相對于組成波的頻率和方向分布的結(jié)構(gòu)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(diào)查4.1調(diào)查內(nèi)容主要觀測要素為波浪；輔助調(diào)查要素為風(fēng)、海流和水深。4.1.2.1觀測單位和測量的準(zhǔn)確度主要觀測要素觀測單位和測量的準(zhǔn)確度為：a)波高的單位為米(m)。準(zhǔn)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(zhǔn)確度為±0.5s。3輔助觀測要素觀測單位和測量的準(zhǔn)確度為：a)風(fēng)速單位為米每秒(m/s)。當(dāng)風(fēng)速不大于5.0m/s時，準(zhǔn)確度為±0.5m/s;當(dāng)風(fēng)速大于5.0m/s時，準(zhǔn)確度為±5%。c)流速單位為厘米每秒(cm/s)。準(zhǔn)確度見表1。d)流向單位為(°),正北為0°,順時針計量。準(zhǔn)確度為±5°。e)水深單位為米(m),準(zhǔn)確度為±2%。表1流速觀測的準(zhǔn)確度流速/(cm/s)準(zhǔn)確度所有觀測要素除特殊要求，每小時觀測一次，并在整點(diǎn)前完成觀測，各要素采集結(jié)束時間宜盡量靠近整點(diǎn)。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(jìn)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(xué)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(diǎn)前一次記錄時間長度內(nèi)的波高、波周期、波向等波浪要素，作為該整點(diǎn)時刻的波浪要素值。風(fēng)測量的采樣時間間隔為3s,連續(xù)采樣10min,將整點(diǎn)前10min的平均風(fēng)速和風(fēng)向，作為該整點(diǎn)的風(fēng)速和相應(yīng)風(fēng)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(diǎn)前3min的平均值，作為該整點(diǎn)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(diào)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(biāo)站的波浪、風(fēng)和海流資料；b)相關(guān)遙感資料；c)相關(guān)科學(xué)(考察)試驗(yàn)的波浪、風(fēng)和海流資料；d)波浪、風(fēng)和海流再分析資料。4波浪調(diào)查宜使用重力測波儀或聲學(xué)測波儀。調(diào)查儀器設(shè)備要求按GB/T34910.1—2017的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。站位的選擇和布設(shè)宜符合下列原則：a)調(diào)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(diào)查站位應(yīng)避開影響波浪的障礙物，布放地點(diǎn)便于維護(hù)。4.2.2.3調(diào)查資料質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)處理結(jié)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(jìn)行判斷。的有關(guān)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(yīng)滿足穩(wěn)定性、收斂性和準(zhǔn)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(yīng)能反映在風(fēng)場驅(qū)動下波浪的生成、成長、消衰及傳播過程。對于近岸復(fù)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(biāo)海域波浪要素有影響的海域；驅(qū)動風(fēng)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(jié)點(diǎn)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(qū)動風(fēng)場的可靠性宜采用現(xiàn)場實(shí)測資料進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)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(biāo)海域波浪能資源進(jìn)行初步評估，如果數(shù)據(jù)時段足夠長，宜對目標(biāo)海域的波浪能資源長期變化情況進(jìn)行評估；b)宜進(jìn)行足夠長的數(shù)值模擬，建立觀測站位和網(wǎng)格點(diǎn)處的波浪參數(shù)轉(zhuǎn)換矩陣，轉(zhuǎn)換矩陣宜采用現(xiàn)場實(shí)測資料進(jìn)行驗(yàn)證；c)運(yùn)用6.2和6.3進(jìn)行波浪能資源評估；d)隨可用數(shù)據(jù)的增加，對目標(biāo)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(yùn)藏量。6.2.2波浪譜計算假設(shè)波浪由一系列不同頻率、方向和隨機(jī)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(biāo)；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(jī)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(diào)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(biāo)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(diào)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(diào)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(yùn)藏量計算波浪能蘊(yùn)藏量(N)按式(17)計算：N——波浪能蘊(yùn)藏量；L——代表區(qū)段長度?！?6.3資源評估的內(nèi)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(diào)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(nèi)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(biāo)海域年平均波浪能流密度，進(jìn)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(biāo)海域有效波時，進(jìn)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(biāo)海域波浪能季節(jié)變化指數(shù)，進(jìn)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(biāo)海域波浪能變異系數(shù)，進(jìn)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(diào)查與評估報告波浪能資源調(diào)查與評估報告應(yīng)符合GB/T34910.1—2017第7章