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基于线性矩的特征波高区域频率分析

马青山  
【摘要】: 在处理海岸工程的一系列问题如岸滩掩护、冲刷、基础和海岸结构物的设计时,都需要考虑当地多年一遇的设计波高状况,多年一遇设计波高的取值决定结构的安全性和经济性。  本文首先将一种广泛应用于陆地水文学且能够很好概括水文资料统计性质的统计方法-线性矩理论引入到海洋水文分析领域。使用Monte-Carlo模拟对线性矩方法在参数估计方面的表现与经典的三种估计方法进行了对比,讨论了四种方法在参数估计中的不确定性。模拟认为线性矩方法在小样本的参数估计方面有良好的无偏性和样本变异性,并且在估计多参数模型时的计算量方面远小于传统的矩方法和极大似然估计方法。  本文第二部分从数理统计的角度讨论了极值波高推算的方法和各种模型的理论基础,应用特点及适用范围。使用线性矩方法分别结合两种常用的随机波浪长期统计方法(过阈极值法和年度极大值法)分析美国沿岸站点的实测数据和我国秦皇岛历史波浪数据,并对线性矩方法估计得到的结果同传统的经验适线方法的结果进行了对比。认为线性矩方法可以应用在对应重现期特征波高的计算。  推求多年一遇的设计波高时需要大量的实测数据作为统计分析工作的基础,而在实际工程中某些站点缺少充分的信息,以至于不足以确定罕遇事件的频率。基于线性矩的区域频率分析方法的基本思想是利用不同站点的水文信息,以空间替代时间,来弥补单站记录的短缺。本文的第三部分通过对北美洲加利福尼亚海域的实际观测数据进行近岸波浪区域频率分析。具体内容包括:数据甄别、区域一致性检验、统计模型选取与拟和、各站区域频率分位数推求。将区域分析结果与单测站估计结果进行了对比。研究认为,经过检验满足数据一致性的区域可以使用该方法弥补数据的稀缺。  


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