GBT 34910.3-2017 海洋可再生能源资源调查与评估指南 第3部分 波浪能

海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分：波浪能2017-12-29发布2018-04-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局IGB/T34910.3—2017前言 2规范性引用文件 13术语和定义 4波浪能资源调查 24.1调查内容 24.1.1观测要素 24.1.2技术指标 24.2调查方法 34.2.1历史数据收集 34.2.2现场调查 45波浪数值模拟 46波浪能资源评估 46.1资源评估的步骤 46.2资源评估参数和计算 56.2.1资源评估参数 56.2.2波浪谱计算 56.2.3波高、周期、波向和波浪能流密度计算 66.2.4有效波时计算 76.2.5季节变化指数计算 76.2.6变异系数计算 76.2.7波浪能蕴藏量计算 76.3资源评估的内容 86.3.1编制波浪能资源图表 86.3.2有效波高和能量周期联合分布 86.3.3波向频率 86.3.4波浪能流密度等级划分 86.3.5有效波时等级划分 96.3.6季节变化指数等级划分 96.3.7变异系数等级划分 96.3.8不利因素 97波浪能资源调查与评估报告 9附录A(资料性附录)波浪能资源图示例 参考文献 ⅢGB/T34910《海洋可再生能源资源调查与评估指南》分为4个部分：——第1部分：总则；——第2部分：潮汐能；——第4部分：海流能。本部分为GB/T34910的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分由国家海洋局提出。本部分由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本部分起草单位：国家海洋技术中心、国家海洋标准计量中心。1海洋可再生能源资源调查与评估指南第3部分：波浪能GB/T34910的本部分规定了波浪能资源调查、波浪数值模拟、波浪能资源评估及波浪能资源调查与评估报告的编写。本部分适用于波浪能资源调查与评估工作。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本话用干本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T12763.2海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T12763.3海洋调查规范第3部分：海洋气象观测GB/T12763.7海洋调查规范第7部分：海洋调查资料交换GB/T34910.1—2017海洋可再生能源资源调查与评估指南第1部分：总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。海洋表面波浪所具有的动能和势能。波剖面上相邻的波峰与波谷间的铅直距离。注：改写GB/T15920—2010,定义2.4.9。波剖面上相继两波峰(或者波谷)通过某一固定点所经历的时间。[主]波向dominantwavedirection将某一时段连续测得的波高序列从大到小排列，取排序后前1/3个波高的平均值。注：改写GB/T15920—2010,定义2.4.36。2平均周期meanperiod波浪连续记录中所有波周期的平均值。群速groupvelocity波群传播的速度。注1:深水波的群速为波速的一半。注2:改写GB/T15920—2010,定义2.4.48。波速wavevelocity相速phasevelocity波形传播的速度，即单位时间内波动传播的距离。波数wavenumber单位距离内所包含的波个数的2π倍。波浪能流密度waveenergyflux沿波浪传播方向通过单位宽度断面的能通量。描述波浪内部能量相对于组成波的频率和方向分布的结构模式。注：波浪谱可分为频率谱和方向谱。波浪频率谱wavefrequencyspectrum波浪能量相对于频率的分布。波浪能量相对于频率和方向的分布。4波浪能资源调查4.1调查内容主要观测要素为波浪；辅助调查要素为风、海流和水深。4.1.2.1观测单位和测量的准确度主要观测要素观测单位和测量的准确度为：a)波高的单位为米(m)。准确度规定为两级：一级为±10%;二级为±15%。b)波周期单位为秒(s)。准确度为±0.5s。3辅助观测要素观测单位和测量的准确度为：a)风速单位为米每秒(m/s)。当风速不大于5.0m/s时，准确度为±0.5m/s;当风速大于5.0m/s时，准确度为±5%。c)流速单位为厘米每秒(cm/s)。准确度见表1。d)流向单位为(°),正北为0°,顺时针计量。准确度为±5°。e)水深单位为米(m),准确度为±2%。表1流速观测的准确度流速/(cm/s)准确度所有观测要素除特殊要求，每小时观测一次，并在整点前完成观测，各要素采集结束时间宜尽量靠近整点。波浪至少在夏季和冬季各连续观测1次，每次观测时间不少于1个月。海流一般选择符合良好天文条件的周日进行不少于3次连续观测，每次观测时间不少于25h。4.1.2.4采样时间间隔和记录的时间长度波浪测量的采样时间间隔宜小于或等于0.5s,声学测波仪连续采样宜不少于1024s,重力测波仪连续记录的波数宜不少于100个波，记录的时间长度视平均周期的大小而定，一般取17min～20min,将整点前一次记录时间长度内的波高、波周期、波向等波浪要素，作为该整点时刻的波浪要素值。风测量的采样时间间隔为3s,连续采样10min,将整点前10min的平均风速和风向，作为该整点的风速和相应风向值。海流测量的采样时间间隔宜小于或等于0.5s,通常连续采样3min,将整点前3min的平均值，作为该整点的流速，流向一般为瞬时值。否则，在观测记录上说明采样时间间隔和记录的时间长度。4.2调查方法4.2.1历史数据收集可收集的历史资料包括：a)海洋站和浮标站的波浪、风和海流资料；b)相关遥感资料；c)相关科学(考察)试验的波浪、风和海流资料；d)波浪、风和海流再分析资料。4波浪调查宜使用重力测波仪或声学测波仪。调查仪器设备要求按GB/T34910.1—2017的有关规定执行。站位的选择和布设宜符合下列原则：a)调查站位能够代表该海域的波浪特征，即测得的波浪要素能够反映该海域波浪的分布特征和变化规律；b)调查站位应避开影响波浪的障碍物，布放地点便于维护。4.2.2.3调查资料质量控制和数据处理结果、现场校对与订正、量值溯源、测量不确定度等，并对其完整性和合理性进行判断。的有关规定执行，处理后方可使用。5波浪数值模拟波浪数值模拟宜满足下列规定：a)波浪数值模拟采用的数值计算方法应满足稳定性、收敛性和准确性要求。b)波浪数值模拟宜选用第三代海浪模型，可采用多种海浪模型嵌套使用，应能反映在风场驱动下波浪的生成、成长、消衰及传播过程。对于近岸复杂地形宜采用嵌套方式或三角网格。c)波浪数值模拟的范围宜包括对目标海域波浪要素有影响的海域；驱动风场的模拟范围不小于波浪的模拟范围。d)波浪数值模拟的网格大小宜有足够的空间分辨率，网格结点水深能反映水下地形特征。e)必要时，波浪数值模拟可考虑波—流相互作用。f)波浪数值模拟和驱动风场的可靠性宜采用现场实测资料进行验证，验证要素主要包括：波高、6波浪能资源评估6.1资源评估的步骤波浪能资源评估包括以下几个步骤：a)可利用第三代海浪模型模拟数据或收集的历史数据对目标海域波浪能资源进行初步评估，如果数据时段足够长，宜对目标海域的波浪能资源长期变化情况进行评估；b)宜进行足够长的数值模拟，建立观测站位和网格点处的波浪参数转换矩阵，转换矩阵宜采用现场实测资料进行验证；c)运用6.2和6.3进行波浪能资源评估；d)随可用数据的增加，对目标海域波浪能资源宜重新评估。5GB/T34910.3—20176.2资源评估参数和计算6.2.1资源评估参数异系数和波浪能蕴藏量。6.2.2波浪谱计算假设波浪由一系列不同频率、方向和随机相位波列组成。波面铅直位移(ζ)按式(1)计算：ξ——波面铅直位移；x——x坐标；a,——第n个波分量的振幅；k,——第n个波分量的波数；0,——第n个波分量的传播方向；o)——第n个波分量的圆频率；φm——均匀分布的随机相位。波数(k)按式(2)计算：k=2π/λ (2)k——波数；λ——波长；圆频率(w)按式(3)计算：w²=gktanh(kh)w——圆频率；g——重力加速度；h——水深。频率(f)按式(4)计算：f=w/(2π)…(4)f——频率。波浪频率谱[S(f)]按式(5)计算： (5)S(f)——波浪频率谱。波浪方向谱[S(f,θ)]按式(6)计算：6GB/T34910.3—2017式中：波浪方向谱。)6.2.3波高、周期、波向和波浪能流密度计算有效波高(H、)按式(7)计算：H、——有效波高；m₀——波浪谱的0阶矩。若调查仪器记录波浪谱，有效波高按式(7)计算，否则按定义3.5计算。能量周期(T。)按式(8)计算：式中：m-1——谱矩(m)式中：能量周期；波浪谱的—1阶矩。按式(9)计算：m,——波浪谱的n阶矩，(n=-1,0,1,2,…);△f——频率间隔(频率分辨率);N——频率被离散的份数。笛卡尔坐标系下，平均波向(θ)按式(10)计算：θ——波的传播方向。波浪能流密度(Pw)按式(11)计算：式中：Pw——波浪能流密度；p——海水密度；Cm——第n个波分量的群速。群速(cg)按式(12)计算：……(10)…(11)7GB/T34910.3—2017在深水条件下(h/λ≥1/2),波浪能流密度(Pw)按式(13)计算：…(13)若调查仪器记录波浪谱，首选公式(11)计算波浪能流密度，深水条件下可按公式(13)计算；若调查仪器不记录波浪谱，则按公式(14)估算波浪能流密度。波浪能流密度(Pw)按式(14)计算：Pw=500H²T………(14)T——平均周期6.2.4有效波时计算计算一年中波浪有效波高范围在1m～4m之间，且能量周期大于3s的累计小时数，即波浪能资源开发的有效时间，简称有效波时(SWH)。6.2.5季节变化指数计算季节变化指数(SV)按式(15)计算：SV——季节变化指数；…………Pmax——波浪能最大季节的季平均波浪能流密度；Pmin——波浪能最小季节的季平均波浪能流密度；Pya——年平均波浪能流密度。6.2.6变异系数计算变异系数(COV)按式(16)计算：COV——变异系数；P-均波浪能流密度。6.2.7波浪能蕴藏量计算波浪能蕴藏量(N)按式(17)计算：N——波浪能蕴藏量；L——代表区段长度。…………86.3资源评估的内容6.3.1编制波浪能资源图表将6.2处理好的各种波浪能资源评估参数绘制成图(示例参见附录A)。6.3.2有效波高和能量周期联合分布以有效波高-能量周期联合分布表(见表2)的形式表示波浪状态的出现比例，表中有效波高间隔不大于0.5m,能量周期间隔不大于1.0s。表2有效波高-能量周期联合分布表示例有效波高/m能量周期/s各级有效波高出现频率%27.1各级能量周期出现频率%49.344.54.8注：调整有效波高和能量周期的上下边界，以保证表中至少包括99%的波浪状态。计算出在代表8个方位(八方位与度数换算表见表3)的扇区内波向出现的频率。表3八方位与度数换算表方位度数方位度数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波浪能流密度等级划分计算目标海域年平均波浪能流密度，进行波浪能流密度等级划分(波浪能资源等级见表4)。9表4波浪能流密度等级名称等级1234Pyar/(kW/m)Py≥64≤Pyar<62≤Pyar<4Pyear<26.3.5有效波时等级划分计算目标海域有效波时，进行有效波时等级划分(有效波时等级见表5)。表5有效波时等级名称等级12346.3.6季节变化指数等级划分计算目标海域波浪能季节变化指数，进行季节变化指数等级划分(季节变化指数等级见表6)。表6季节变化指数等级名称等级12346.3.7变异系数等级划分计算目标海域波浪能变异系数，进行变异系数等级划分(变异系数等级见表7)。表7变异系数等级名称等级12346.3.8不利因素简要分析影响波浪能开发利用的不利因素。7波浪能资源调查与评估报告波浪能资源调查与评估报告应符合GB/T34910.1—2017第7章