GB∕T 39571-2020 波浪能资源评估及特征描述.pdf

表2水深测线网调查中的测线间距要求

在水深小于30m时，水深测量准确度应优于0.3m；在水深大于30m时，水深测 水深值的1%

深小于30m时，水深测量准确度应优于0.3m；在水深大于30m时，水深测量准确度应优于 1%，

应收集研究区域历史波浪数据和波况研究报告。历史波浪数据主要来源于已有的数值模拟、观测、 资源评估或波候研究。其主要作用可包括： a）对分析波浪能资源的季节变化和年际变化、风暴发生频次、多模态波浪系统中的优势模态、谱 型和主波向变化等提供关键性描述； b 作为数值模型的边界条件，具体要求应符合7.3的规定； 进行1级资源评估的主要数据来源，具体要求应符合6.5的规定； d）用于数值模型验证，具体要求应符合6.5的规定， 若历史数据采用的是不同于本标准规定的参数，应进行相应的转化，数据转化的方法应进行验证， 应按照9.5中的规定计算并分析历史数据的不确定度

波浪测量的目的如下： a）对研究区域波浪资源评估采用的数值模型进行验证（见7.7）； b）支撑MCP方法应用； c）可作为数值模型边界条件（见7.3），用于边界条件和模型验证的数据应相互独立。 1级资源评估漆包线标准，应测量波高和波周期2个要素，单台、无波向参数的WMI即可满足测量需要 级、3级资源评估应测量波高、波周期和波向3个要素

WMI应满足表3的规定。波浪观测采样频率应不小于2Hz，记录时间长度宜不少于1024 及、2级资源评估至少每3h观测一次，3级资源评估至少每1h观测一次，

表3波浪观测的准确度

6.5.3仪器检定/校准

WMI应在检定/校准有效期内使用 检定/校准周期一般不超过1年。若检定/校准结果不满 足表3的规定，则该仪器不应使用。凡在使用过程中经过维修的仪器，应重新检定/校准

若条件允许，宜在WEC布放位置选取至少一个站位进行波浪测量，否则，站位宜选择平均水深与 WEC布放位置相近的位置。观测站不宜布放在靠近岛礁、海床凸起或碎波区等波浪能空间梯度较为 走峭的区域。 应按仪器供应商的用户手册进行布放。 漂浮式测量仪器应减小由锚系系统导致的误差。对于依靠感知自由表面下动态压力及水质点速度 则量的仪器，其传感器应放置于接近自由表面的位置，以精确测量频率高达0.5Hz的波分量。若仪器 在多个位置感知波特性，应优化位置以减小误差。

6.5.6观测数据分析

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观测数据异常值可利用仪 GB/T4883的规定进行剔除。应利用由仪 器供应商提供的配套软件或按JTS145的规定进行波浪频率谱和方向谱估计。 注：目前常用的波浪频率谱估计方法有相关函数法和周期图法，此时得到的为粗谱，为改善谱估计的质量，需对粗 谱进行平滑，主要平滑方式有频域平滑、时域分段平滑和这两种方式的结合。常用的方向谱估计方法有Fouriel 级数法、Bayesian法MLM、最大嫡法（MEM)等

拟，模拟风场应经过实测数据的有效性验证。若可用风数据的分辨率低于表4中的规定，可使用插值 法、外推法和变换法进行数据处理，风场的海拔高度应与波谱模型要求相符。数据处理方法和流程需明 确描述并论证，

能产生的影响应予以评价。利用敏感性分析（参见附录C)或其他分析方法来评估水位波动对波浪传摧 可能产生的影响，如采用的是新方法则应经过行业内专家评审。如在研究区域中影响显著的范围大于 表C.2的规定，则需要在波浪传播模型中增加随时间变化的水位场。 注：多数情况下，可用一个平均值描述整个模拟区域每个时间步长的水位。 应描述模拟区域的潮流，包括数据来源和验证方法。利用敏感性分析（参见附录C)或其他分析方 法来评估潮流对波浪传播产生的影响，如采用的是新方法则应经过行业内专家评审。如在研究区域中 影响显著的范围大于表C.2的规定，则需要在波浪传播模型中增加随时间变化的潮流场。 若需要进行水位测量和/或潮汐潮流数值模拟，应描述其方法和预期不确定度

应描述模拟区域的西边界流、河口径流等其他流，包括数据来源和验证细节，其流速和流向的分辨 率应与其时空变化相符。数据来源包括现场观测和经观测值验证的数值模拟。利用敏感性分析（参见 附录C)或其他分析方法来评估流对波浪传播可能产生的影响，如采用的是新方法则应经过行业内专家 评审。如在研究区域中影响显著的范围大于表C.2的规定，则需要在波浪传播模型中增加随时间变化 的流场。

6.9海冰和其他环境条件

在某些海域，波况会季节性地受到海冰和其他环境条件影响。应收集和描述模拟区域和周边有关 海冰的季节性覆盖数据和其他环境数据，包括冰覆盖数据的来源。利用敏感性分析（参见附录C)或其 他分析方法来评估海冰和其他环境条件的影响力，如采用的是新方法则应经过行业内专家评审。如在 研究区域中影响显著的范围大于表C.2的规定，则需要在波浪传播模型中增加海冰和其他环境条件。 在波谱模型中增加海冰和其他环境 并进行调试

应确定研究区域的表层β。若研究区域β季节变化明显，应考虑β的季节变化。β可按下列方法得到： a） 直接测量； b） 利用温度和盐度测量值进行估算； c）参考以往的研究成果。 若研究区域p季节变化不明显，可取常数1025kg/m3

数值模拟应通过实测数据验证，必要时通过调整模型参数，使模拟结果与实测数据的误差符 9表10中要求，模拟数据分析方法见第9章。边界条件和强迫风场应来源于一个更大范围的经 正的数值模拟结果或海洋水文气象观测资料

7.2波谱模型技术要求

表5波谱模型的边界条件

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表6波谱模型包括的物理过程

注1：“应”表示“应包括此项物理过程

风生浪和四波相互作用的重要性依赖地理范围的大小，对于小区域这些要素可不包含。 在浅水情况下，三波相互作用比较重要；若研究区域无浅水区，可不考虑三波相互作用， 在研究区域有海岛、等障碍物时，绕射比较重要；若研究区域无障碍物时，可不考虑绕射。 波浪谱模型的绕射是基于相位平均估算得出的，在网格空间分辨率较低的区域可能误差较 海岸附近波浪能转换宜考虑波浪增水，

表7波谱模型包括的数值方法

模型输出的频率范围宜覆盖0.04Hz0.5Hz，为更合理地反映风生浪、白冠耗散等物理现象，频率 可增加到2.0Hz。 波谱模型宜输出不少于10年的海况数据，并按9.5中的要求进行波浪资源评估的不确定度评定。 利用历史资料进行波浪能资源评估应符合本标准的要求，按7.7的规定记录模型配置情况并验证 其有效性。 气候变化、人类活动或其他因素，有可能会引起波浪能10年以上的变化。因为气候变化的复杂性 及其对波浪能影响的不可预报性，研究中宜假定波浪能资源是稳定的，除非有明确的证据表明确实存在 显著的气候变化，同时应明确说明并进行合理性证明

边界条件数据来源应为下列之一： a）海洋水文气象观测数据； b）更大范围的波谱模型后报数据； c）上述两种数据相结合。 若边界条件数据来源于观测数据，应剔除错误和无效数据，任何已知的系统误差也应消除。观测数 据时间跨度宜超过10年并且数据合格率达到观测总量的70%以上。数据使用前应按照设备供应商或 数据采集者提供的方法对错误或无效数据进行剔除。任何已知的偏差在使用前也应去除。海洋水文气 象数据的采集和分析宜采取前后一致的方法。当采用两组或两组以上仪器采集数据时应特别注意这 点。若边界条件数据来源于波谱模型后报数据，时间跨度宜超过10年且通过实测数据的有效性验证。 若可能，在使用模拟数据构建边界条件前，应消除数据中的系统误差。 若边界条件数据来源于观测数据和波谱模型后报数据结合使用，应说明其合理性。例如，用模拟数 据弥补观测数据空白；若观测数据无波向，则模拟数据可增加波向信息。 若边界条件由参数形式定义，缺失数据可利用MCP方法（见第8章）进行估算。利用MCP方法 时，缺失数据可由其他地点的观测数据或者数值模拟数据进行估计，所用的数据应通过评估。进行缺失 数据估算的MCP方法应进行验证。 为简化波浪模型边界条件，宜将开边界设置在波况较为一致的区域或具有合适数据的区域。理想 伏态下，可使用位于离岸边界上多个地点的可信波浪数据构建空间上变化的边界条件。对于2级、3级 资源评估，可使用前面低级别评估结果构建边界条件，3级评估宜使用2级评估的结果构建边界条件。 注：使用低级别评估结果构建高级别评估边界条件时，可能导致将低级别评估中的误差引入高级别的评估中。 应评估模型离岸边界上波浪条件的均匀性，并构建空间上变化的边界条件用以表示所有波浪条件 的变化。应使用敏感性分析（参见附录C)或其他分析方法来评估空间上变化的边界条件的重要性。若 此要素在研究区域内的影响显著，则需将空间上变化的边界条件纳人波浪传播模型中。对无遮蔽近岸 场址进行3级评估时，宜保证设置于深水区的离岸边界上波浪条件在小范围内空间变化最小，但因预测 的准确度要求增加仍需检查边界的准确度。若模拟或观测数据分辨率低于模型分辨率，可采用插值法 计算边界条件

7.4近岸波浪能资源模拟

首评佰海域包活波派破碎 型应包括波浪非线性相互作用和有 浪破碎的物理项。更多有 时求上

7.5波浪能发电装置阵列对波浪能资源的影响

在WEC阵列位置已知情况下，波谱模型宜考虑WEC阵列对波浪传播的影响。模型中任何有关 WEC阵列的影响都应明确说明，并进行合理性证明。 当WEC阵列未布放情况下采集了用以验证模型的数据时（见7.7），则波谱模型的验证中不应包括 WEC阵列影响

模型调参指调整模型参数或设定（例如底摩擦等波浪成长或耗散项）以提高模型预测的准确度；然 而，不应为提高模型准确度而采用不合理的参数值。 模型校正指调整模型输出使之与实测数据更为一致。实测数据也可用于模型的校正以提高模型预 测的准确度，用于模型校正的实测数据应与验证数据（见7.7)不同。若使用了模型校正，应说明并给出

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详细的校正方法及模型不确定度 测量数据也可用于数值模型的校正，以提高模型预测的准确度。校正模型包括根据函数对模型输 出进行修改，这一函数源自原始模型输出与测量数据子集之间的差异。如果使用模型校正，则应报告这 一情况，并附上所用校正函数的详细信息以及模型不确定度的变化。模型校正所用测量数据所处的时 间段应与验证数据集所处的时间段不同，且没有重叠

应利用观测数据对波谱模型进行有效性验证，应对波谱模型进行准确波浪能资源预测的能力进行 评估和确认。数值模拟结果宜用一个或多个WEC附近的观测站数据进行验证，观测站位与WEC位置 之间海域应开阔，波型、波向一致。技术报告应描述观测站位、数据来源和每个数据集的属性 （见10.3）。 所有用于验证波谱模型的观测数据应符合6.5的规定

7.7.2验证数据要求

表8验证数据覆盖要求

应按9.2中规定进行波浪能资源特征值计算。 模拟值与观测值之间的e。应按公式(1)计算：

波向参数（见9.2.6)不计算相对误差。

PM) pD)/pD1 : pM )/Dk

相对误差分为uj（ep）和;（ep））。u;（e）定义为表格单元（i，j)相对误差的平均值（见9.4.2）； )定义为表格单元（i，j）相对误差的标准差（见9.4.3）。 注1：特征参数pE[有效波高，平均周期，]，省略号表示可能需要更多参数。 注2：误差产生的原因有很多，包括仪器准确度、校正错误、采样变化等。 W应按公式（2)计算：

若WEC未定型，Li取常数 W应按公式（3）计算：

b(e。）应按公式(4)计算！

（e.）应按公式（5)计算：

wij= N.wi w; b(ep)=,wiui (e,) =>hwr0i

表9加权系统误差要求

表10加权随机误差要求

验证流程图见图2，每个验证站位应重复使用此流程

正流程图见图2，每个验证站位应重复使用此流程

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验证范围定义为成功验证点周边海域，即有效波高误差符合表9和表10中规定。应界定并记录波 浪能资源的验证范围。 注1：验证范围的确定需要做出一些近似和假设，并没有一个明确的程序。 若验证范围利用不确定度传播来计算，宜按照ASMEV&V20的规定。为了减小计算负担，不确 定度传播可利用有代表性海况的加权数据集完成，有代表性海况和权重的选取应进行证明并记录。水 深、海流和底摩擦系数等参数宜考虑不确定度传播。不确定度可通过经验估计或观测获取，无论哪种方 法都应进行证明并记录，同时记录不确定度参数的量值。为了使验证范围以外的参数变异不影响验证 范围内的计算，宜进行不确定度标准化处理。 注2：使用不确定度传播估计验证范围的前提是假设用于表示波浪传播过程的方程是正确的。 注3：用于确定验证范围的数值模型包含所有与波浪演化相关的源项很重要一一即使这些源项在模型验证中并未 被要求。例如，当验证点在开放海域，但验证范围需包括一处绕射影响波浪资源显著的区域。 若验证来自MCP方法（见第8章），则验证范围仅为验证点。 所有确定验证范围的方法都应进行证明并记录于技术报告（见10.3）。 注4：需要注意数值模型在验证范围外的输出可能和在验证范围内同样准确，甚至更准确；当然，其准确度在未经验 证前不得而知

MCP方法可用于1级、2级和3级资源评估，预测的资源特征值应符合7.7的规定。对于2级和3 级资源评估，应使用测量位置和参考位置的方向谱，并按9.2中的规定计算资源特征值；对于1级资源 评估，使用频率谱就足够，使用方向谱则更优。使用MCP方法时，测量位置和参考位置处资源特征值 应具有强相关性。

8.2MCP方法技术要求

当使用MCP法时，符合下列要求： 应记录参考位置和测量位置的坐标、数据来源以及资源特征值的有效性。对于长期数据应满 足波浪数值模型中对边界条件的技术要求（见7.3）。 所有测量数据的观测和分析应符合6.5的要求，资源特征值的计算方法见第9章。 ） 应使用测量位置和参考位置的同期波浪数据计算资源特征值， d） 应使用同期数据集的子集建立相关函数，宜选用相关性最大的函数对测量位置长期数据进行 预测，选用的相关函数和函数建立方法（包括选用的数据集），应记录并证明其合理性。 e 特征参数集的评估应描述MCP测量位置的波况，它是由相关性函数以及MCP参考位置的长 期波浪数据产生的， MCP方法评估使用的验证数据集应与建立相关函数的数据集相互独立，验证数据集宜代表测 量位置处所有海况，且应满足7.7的要求；一般情况下，当验证数据集中的所有元素与建立相 关函数的数据集获取时间间隔超过24h，认为两者是独立的。 预测数据的有效性应通过对比测量位置处预测数据和验证数据来计算。验证数据应符合7.7 的规定。 h 结果报告应记录使用MCP方法评估波浪能资源的结果，包括结果的推导、有效性和不确定度 （见10.6）。若无法验证预测值有效性，资源评估的结果应标记为“暂定”。 注：MCP方法在风能资源评估中应用较广泛，但在波浪能资源评估方面仍没有一种普适性的相关函数。每种 相关函数都有各自的优点和不足，选用函数时主要取决于准确度要求以及站点和资源的特定特征。此外， 多数情况下，相关函数是专门针对风能资源评估构建的。MCP方法尚未广泛应用于波浪能资源评估，不 宜规定使用哪种相关性函数。在开展更多的针对波浪能资源评估的MCP方法研究获取更多经验后，这 现状将可能改变

对海况数据进行分析，得出与WEC运行相关的特征值。若可得到波浪谱，应按9.2的规定分析波 浪能资源特征值。对于1级评估，若只能获得海况特征值，可按9.3的规定分析波浪能资源。若无方向 信息可用，波浪能资源评估中按方向分布的能量和相关特征值可省略。 描述某一独立的海况特征应包括下列参数： ·； ·特征波高； ·特征波周期；

对海况数据进行分析，得出与WEC运行相关的特征值。若可得到波浪谱，应按9.2的规定分析 资源特征值。对于1级评估，若只能获得海况特征值，可按9.3的规定分析波浪能资源。若无方 息可用，波浪能资源评估中按方向分布的能量和相关特征值可省略。 描述某一独立的海况特征应包括下列参数：

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·Jmx; ·d。 上述参数的不确定度应予以量化，第10章列出了这些参数的时空变化说明。 若针对特定WEC进行资源调查，敏感性分析所需特征参数可能会多于上述参数。在这种情况下， 宜对这些特征量进行计算，并存档

9.2利用二维波浪谱进行特征描述

海况应利用每个网格点的波浪方向谱进行特征描述。若方向谱无法获取，宜利用频率谱对海况 特征描述。S，可按公式（6）计算：

S, =Z,Si; A0; 部分海况参数是利用m，计算的，m应按公式（7)计算 m. =>ifrS;Af:

9.2.2全方向波浪能流密度

【可按公式（8)计算：

C.可按公式（9)计算：

H可按公式(11)计算：

注：Hmo≠H,=H1/3；波浪观测的有效波高H,（H/3 ，是将不规则波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的 三分之一波高的平均值

注：Hmo≠H，=H1/3；波浪观测的有效波高H,（H1/3 是将不规则波列中的波高由大到小依次排列，其中最 三分之一波高的平均值。

首选的特征波浪周期是T。，此外，可计算T。和T，。 T。应按公式（12)计算：

T，可按公式（13)计算：

T，对谱型表现出强灵敏性，因而，不宜用T，来评估波浪能资源。T，通常用于WEC响应周期设计， T，可按公式（14）计算：

谱型表现出强灵敏性，因而，不宜用T，来评估波浪能资源。T。通常用于WEC响应周期设计 按公式（14）计算：

e。可按公式（15)计算：

9.2.6方向分解波浪能流密度

9.2.6.10方向波浪能流密度

【。可按公式（16)计算

J。的最大值记为J可max，表示方向上传播的J的最大值， 注1：只有在分解方向具有正贡献的」才对方向分解」有贡献值。 注2：计算θ的余弦时，角度需转换为弧度。

定义J。的最大值对应的方向为のmx。 注：，与f，相关，0jmx和，之间可能存在显著的差异。 由于，高度不稳定，也无法代表波浪能传播方向，因此不宜使用，来评估波浪能资源。

9.2.6.3方向系数

d可按公式（17)计算：

9.2.7波浪系统分解

给定时间和地点的波浪场可分解为一系列波浪系统，这些波浪系统由海面某处正在发生或已经发 生的风引起。测量和模拟获得的波谱分解可用于分析构成主体波浪场的不同波浪系统。可分别计算这 些分解波浪系统的特征参数，并通过这些特征参数来估算不确定度（见9.5）。这种方法将增加模型验证 结果的可信度。若波浪能资源评估中采用波浪系统分解，所使用的方法和结论应记录在资源评估技术 报告（见10.3）。

E。应基于假设的谱型进行计算 如果没有可用的方向信息，则波浪资源评估中可以忽略方向分解的了及其相关参数

应计算所有波浪能资源特征值的年、月统计值，应至少包括下列统计 ·u; ·6; ·中值或第50百分位数； ·第10百分位数； ·第90百分位数： ·最大值； ·最小值； . MV(b)

应计算所有波浪能资源特 ·u; .6; ·中值或第50百分位数； ·第10百分位数； ·第90百分位数； ·最大值； ·最小值； . MV(p)

区。可通过公式（20）计算！

6应按公式（21)进行计算：

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p有N个数据，由小到大排列为p[1]、p[2]...p[N]，与第α百分位数临近的排列序数为 分为R，I、R可根据公式（22)进行计算，其中0

电动汽车标准规范范本N 100+2=I+R

p[1]=1.3;p[2]=1.4;p[3]=1.5; p[4]=1.6;p[5]=1.8；[6]=2.1。 将 N=6: =90 代人公式(22),得：

MV（）可按公式（24）进行计算

9.5资源评估的不确定度

不确定度评定的目的是量化波浪资源评估的不确定度。波浪资源评估中至少应考虑表11中所列 出的不确定度类别，并在资源评估技术报告中写明 测量不确定度（见附录G)应描述与测量的波浪数据相关的所有不确定因素，而这些波浪数据是用 资源评估时数值模型验证或MCP法使用；这包括与测量物理环境有关的不确定度和从测量数据导 出谱和海况特征特征值的不确定度。模拟不确定度应描述基于资源评估的波谱模型输出和/或MCP 去输出结果的不确定因素。长期不确定度（参见附录H)与研究区域内波候的长期变化、数值模拟或分 所所选取的周期相关，该周期并不能完全反映研究区域内的长期波候或波浪能项目生命周期内的波候。 在适当的情况下，应按GB/T27418、ASMEV&V20中的规定计算不确定度。用于计算波浪资源 平估不确定度的所有方法，程序和假设应通过验证并给出明确的报告。 注：资源评估的不确定度计算是非常复杂的，目前没有明确的程序适用于本标准

表11不确定度的类别

资源评估技术报告应记录评估工作的具体方法和主要结论。报告内容应包含波浪能资源在研究区 成内的空间变化特征和指定站点处的时间变化特征。资源评估技术报告宜按10.3的规定进行编写 同时，应建立研究成果数据库，

设备安装施工组织设计 10.2研究站点的选择