سال نهم/ شماره 18/ پاییز و زمستان 1392(83-91) نشریه مهندسی دریــا
یادداشت فنی
محاسبه حداکثر ارتفاع موج محتمل طی عمر طراحی سکوهاي دریایی واقع در خلیجفارس
علی رضا فیاضی1*، علی اکبر آقاکوچک2

دانشجوي دکتري، سازه، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس؛ [email protected]
استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس؛[email protected]
پیشبینی حداکثر ارتفاع موج بهعنوان پارامتري اساسی در طراحی و ارزیابی سازههاي دریایی با عدم قطعیت همراه است .مقاله حاضر دو الگوریتم را براي محاسبه حداکثر ارتفاع موج محتمل با توجه به دادههاي آماري موجود در منطقه خلیجفارس پیشنهاد میکند.
در روش اول از یک تابع توزیع احتمال مشترك دراز مدت وابسته به ارتفاع و پریود موج و در روش دوم از یک تابع توزیع احتمال مشترك بر حسب یک تابع احتمالاتی و مجموعهاي از توابع احتمال شرطی، بهره گیري میشود.
در پایان نیز با در نظر گرفتن عمر طراحی سکوهاي دریایی ،ارتفاع موجی که در مدت عمر طراحی این سکوها داراي احتمال فراگذشت هاي متفاوت می باشد، محاسبه گردیده است. تاریخچه مقاله:
تاریخ دریافت مقاله: 01/12/1391 تاریخ پذیرش مقاله: 20/12/1392 تاریخ انتشار مقاله: 28/12/1392

کلمات کلیدي:
ارتفاع مشخصه موج حداکثر ارتفاع موج
پریود تقاطع صفر با شیب مثبت عمر طراحی خلیج فارس
92431191447

چکیده

چکیده

924312657279

اطلاعات مقاله

1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:16 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:16 +0330 on Monday October 30th 2017

Calculation of probable extreme wave height during life time of offshore platforms in the Persian Gulf

Ali Reza Fayyazi1*, Ali Akbar Aghakouchak2

PhD student, Civil and Environmental Faculty, Tarbiat Modares University; [email protected]
Professor, Civil and Environmental Faculty Tarbiat Modares University; [email protected]
Article History:
Received: 19 Feb. 2013
Accepted: 11 Mar. 2014
Available online: 19 Mar. 2014

Keywords:
significant wave height maximum wave height zero-up crossing period lifetime Persian Gulf Prediction of maximum wave height as the fundamental parameter for assessment and design of offshore structures are faced with uncertainties. This paper proposes two algorithms for calculation of the probable extreme wave height in the Persian Gulf with respect to existing statics data in the South Pars region .
A long-term joint distribution model of the corresponding wave height and wave period is needed in the first method and in the second method, a joint density function is defined in terms of a marginal distribution and a series of conditional density functions.
Finally some curves have been derived which may be used for estimating exceedance probability of maximum wave height for life time of offshore structures.
92431122289

ARTICLE INFO

ABSTRACT

ARTICLE INFO

ABSTRACT

924311954137

1- مقدمه

ارتفاع امواج حادث در هر نقطه از دریا تابع شرایط محیطی منطقه از قبیل سرعت باد و مدت تداوم آن، طول بادگیر و عمق آب می باشد. این ارتفاع در کوتاه مدت یعنی در مدت زمان وقوع یک حالت دریا1، که ممکن است چند ساعت ادامه داشته باشد، و نیز در دراز مدت یعنی در طول یک ماه و یا یک سال و یا در مدت زمان عمر طراحی یک سازه که چند ده سال است، متغیر می باشد. ارتفاع امواج در هر حالت دریا را می توان با استفاده از طیف آن و یا به صورت ساده شده با استفاده از ارتفاع مشخصه اي نظیر 3/1H یا 01/1H توصیف نمود. در طراحی انواع سازه هاي دریایی، بسته به نوع سازه و نوع تحلیل، میتوان از یکی از توصیف هاي فوقالذکر استفاده نمود. در خصوص سکوهاي دریایی چنانچه زمان تناوب اصلی سازه از حدود 3 ثانیه تجاوز ننماید، در مناطقی از قبیل خلیج فارس، که حالات دریاي محتمل داراي انرژي قابل ملاحظه اي در حوالی این زمان تناوب نمی باشند، آیین نامه هاي طراحی اجازه می دهند این سازه ها با یک روش شبه استاتیکی در برابر امواج طرح تحلیل و طراحی شوند. امواج طرح در این حالت، حداکثر ارتفاع محتمل موج، Hmax، می باشند. لیکن از آنجا که این ارتفاع در طولانی مدت ،یک متغیر تصادفی بوده و بسته به مدت زمان در نظر گرفته شده داراي مقادیر مختلف است، آیین نامه هاي طراحی استفاده از مقادیر متناظر با دوره هاي بازگشت یک و صد سال را براي طراحی سازه در حالات بهره برداري و طوفان طرح توصیه مینمایند .
یکی از مرسوم ترین روش ها در انجام محاسبات مربوط به ارتفاع موج طرح، استفاده از روش هاي تحلیلی مبتنی بر اطلاعات آماري و سنجش هاي میدانی است. اطلاعات آماري ممکن است به صورت داده هاي ثبت شده ي تغییرات سطح آب با استفاده از تجهیزاتی نظیر گوي شناور و یا بهصورت داده هاي سرعت باد باشد. بهطور مثال در تحقیقات صورت گرفته توسط سازمان بنادر و دریانوردي ایران، با استفاده از آمار شبی هسازي شده باد و کالیبراسیون محاسبات بهوسیله دادههاي آماري بویههاي موجود در نواحی ساحلی و اطلاعات ماهوارهاي به استخراج پارامترهاي دراز مدت موج پرداخته شده است [1]. در این حالت ضروري است از روش هاي محاسبات عددي وابسته به دادههاي آماري موج2 براي تبدیل این داده ها به اطلاعات موج استفاده شود[2]. تحلیل هاي آماري در نهایت منتهی به حصول پارامترهاي اساسی موج از جمله ارتفاع هاي مشخصه موج می شود[3].
از جمله مهمترین منابع جمع آوري اطلاعات آماري موج، مراجعه به مشاهده هاي عینی دریانوردان است که طی سفرهاي دریایی مختلف ثبت گردیده اند. براي اولین بار در سال 1967 دادههاي مربوط به اروپا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و روابط سادهاي بهمنظور محاسبه مقادیر مشخصه موج ارائه شد [4]. طی دهه نود میلادي تحقیقات معتبري بر اساس دادههاي عینی به انجام رسیده که سهم بسزایی در استخراج مشخصات فیزیکی موج ها در شرایط و مناطق مختلف جغرافیایی و البته در طراحی کشتیها داشتهاند[6،5و7و8]. در خلیج فارس نیز مهمترین منبع استخراج داده هاي مختلف محیطی، گزارش گلن است که در سال 1993 و بر اساس داده هاي حاصل از مشاهده هاي عینی جمع آوري شده و مرجع طراحی بسیاري از سکوهاي واقع در این منطقه است[9]. در سال هاي اخیر و با استفاده از تکنولوژي هاي ماهواره اي، حجم قابل توجهی از داده هاي آماري تولید شده و روش هاي متنوعی نیز براي استفاده از این داده ها ارائه شده است[10]. در سال 2011 طیف جانسوآپ سازگار با شرایط خلیج فارس نیز بر اساس
اطلاعات آماري 6 ماهه مربوط به 6 ایستگاه مختلف، ارائه شد[11].
چنانکه قبلاً نیز ذکر شد محاسبه مقادیر حداکثر ارتفاع موج و پریود مربوطه از جمله مهمترین مشخصه هاي اصلی امواج هستند که براي طراحی سازه هاي دریایی و به ویژه سازه هاي فراساحل ضروري است .
به این منظور مقالات زیادي به موضوع تبیین توزیع هاي احتمالاتی حاکم بر رفتار ارتفاع و پریود موج پرداخته اند. در تشریح رفتار احتمالاتی حداکثر ارتفاع موج، در سال 1985 مدل توزیع احتمالاتی ریلی ارائه شد [12]. در سال 1978 تابع توزیع فوریستال بر مبناي ارتفاع هاي موج استخراج شده از گوي شناور مستقر در خلیج مکزیک ارائه گردید [13] و بعدها در سال 2000، روابطی به منظور بیان تابع توزیع احتمالاتی ارتفاع امواج بالاتر از سطح معمول آب ارائه شد. در سال 1999 نیز مدل نطف3 جهت استخراج مقادیر حداکثر ارتفاع موج ارائه شد [14].
در سال 1952 تابع توزیع گاما بهمنظور تشریح رفتار احتمالاتی پریود موج ارائه شد[15]. در سال 1959 نیز مدل برشنایدر و در سال 1985 مدل ریلی براي این منظور پیشنهاد شد[16و17]. در سال 1993 توابع مختلف چگالی احتمالاتی از جمله گاما، ریلی ،برشنایدر و توابع توانی مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که توزیع گاما بهترین تطبیق را با داده هاي عینی مربوط به پریودهاي موج در سواحل جنوبی هند دارد[18]. برخی از محققین تابع توزیع احتمالاتی کوتاه مدتی را براي پریود تقاطع صفر باشیب مثبت4 ارائه دادهاند که در آن احتمال وقوع پریود متوسط موج به شرط وقوع ارتفاع مشخصه موج بر اساس تابع توزیع نرمال بیان می شود [20،19و21]. برخی از محققین نیز پیشنهاد نمود هاند که براي پریود تقاطع صفر باشیب مثبت، بهازاي ارتفاع هاي مشخصه موج از تابع توزیع احتمالاتی شرطی به صورت لگ نرمال استفاده شود .در سال 2010 نیز گل افشانی و ابراهیمیان با استفاده از مدل هاي مربوط به توابع توزیع مشترك و توزیع احتمال ارتفاع مشخصه موج و پریود تقاطع صفر باشیب مثبت محاسبات مربوط به حداکثر ارتفاع موج را انجام دادند[24].

2- دادههاي آماري پایه
در تحقیق حاضر، حداکثر ارتفاع موج در منطقهاي دور از ساحل
خلیجفارس (با عمق بیش از 60 متر و با مختصات تقریبی 26°46’20″N
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:16 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:16 +0330 on Monday October 30th 2017

و 52°05’59″E) بر اساس داده هاي آماري موجود در دو حالت احتمال وقوع در یک سال و احتمال وقوع در مدت عمر طراحی یک سکوي دریایی، براي تمامی 8 جهت اصلی و فرعی جغرافیایی استخراج خواهد شد. به این منظور اطلاعات آماري مربوط به توزیع مشترك ارتفاع مشخصه موج و پریود تقاطع صفر باشیب مثبت مربوط به آن مورد استفاده قرار میگیرد و سپس حداکثر ارتفاع موج تخمین زده می شود. به منظور استفاده از داده هاي آماري، ارجح است اطلاعات مربوط به تمام جهت هاي محتمل وقوع موجود باشد .
جدول 1 – داده هاي ارتفاع مشخصه و پریود تقاطع صفرباشیبمثبت حالتهاي دریا براي ترکیب تمامی جهت ها [9]
گروهبندي ارتفاعهاي مشخصه موج (متر) پریود تقاطع صفر باشیب مثبت
مجموع 0/4 و بیشتر 3/5- 3/9 3/0- 3/4 2/5- 2/9 2/0- 2/4 1/5- 1/9 1/0- 1/4 0/5- 0/9 0- 0/4 ثانیه
96 0 0 0 0 0 0 4 33 59 0- 2/4
215 0 0 0 0 1 12 45 95 62 2/5- 3/4
263 0 0 0 1 8 34 70 97 53 3/5- 4/4
217 0 0 1 6 20 41 71 59 19 3/5- 5/4
128 0 1 5 14 25 33 25 18 7 5/5-6/4
60 2 3 7 9 11 9 9 7 3 6/5- 7/4
18 1 1 1 1 1 4 4 4 1 7/5- 8/4
3 0 0 0 0 1 1 1 0 0 8/5- 9/4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9/5-10/4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10/5-11/4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11/5-12/4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12/5
1000 3 5 14 31 67 134 229 313 204 مجموع
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:16 +0330 on Monday October 30th 2017



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید