Основная задача измерений волнения в инженерных изысканиях – получение количественных оценок основных параметров волнения в штормовых условиях

КОРОТКОВ С.В., АШИХМИН В.А.
ОАО “АМИГЭ”, Россия

Волнение моря является одним из элементов динамики вод, ограничивающих безопасную работу буровых комплексов различных типов.

Основная задача измерений волнения в инженерных изысканиях – получение количественных оценок основных параметров волнения (высоты, периода, длины), особенно в штормовых условиях, на конкретных участках морских акваторий, предназначенных для строительства.

Также данные измерений волнения необходимы для настройки (верификации) волновых моделей, используемых для расчетов параметров волн малой обеспеченности.

Океанографическая база данных ОАО "АМИГЭ" содержит значительный объем измерений волнения, полученных в предыдущие годы с помощью струнных волнографов, устанавливаемых на буровых платформах. Достоинства таких записей – длительные, охватывающие разные сезоны, ряды измерений непосредственно колебаний свободной поверхности моря. Недостатки – вывод данных на бумажный носитель, разная дискретность и масштабы записи и т.п.

В настоящее время измерения волнения сотрудниками ОАО "АМИГЭ" проводятся с использованием двух типов приборов: акустического доплеровского измерителя ADCPWH600 компании RD Instruments (США) и SBE-26 (SBE 26plus) компании SEA-BIRD ELECTRONIC, INC (США).

Последние два прибора производят измерения волнения косвенно по изменениям давления столба воды над прибором.

В докладе рассматриваются вопросы, связанные с планированием измерений и обработкой данных самописцев SBE.

Самописцы SBE являются широко распространенным измерителем волнения и колебаний уровня моря. Последние модификации прибора позволяют пользователю самостоятельно устанавливать режим измерений, появилась возможность "отложенного старта", увеличился объем внутренней памяти, улучшилось программного обеспечение.

Недостаток прибора заключается в самом принципе измерения волнения по давлению воды, проявляющийся в искажении характеристик волнения в мелководных районах проведения изысканий в периоды штормовых циклов, то есть именно тогда, когда результаты измерений являются наиболее ценными.

Программное обеспечение прибора не позволяет проводить какую-либо редакцию полученных данных. Выходными параметрами волнения в инженерных единицах являются значимые высоты и периоды волн во временном ряде.

В ОАО "АМИГЭ" в процессе опыта эксплуатации измерителей SBE был разработан программный комплекс, позволяющий выделять и редактировать отдельные волнограммы, проводить их статистическую обработку с визуализацией результатов расчетов и формировать временные ряды высот и периодов волн различной обеспеченности в системе (ряду последовательных волн, имеющих одно происхождение).

Сильная изменчивость волнения в мелководных районах от ветровых условий приводит к необходимости более частого измерения волнения, по сравнению с глубоководными районами морей. Следствием этого является многократное увеличение объема измерений и, в случае штормовых условий, искаженных волнограмм, которые требуют тщательной корректировки.

Такая корректировка использует два подхода. Первый заключается в последовательности расчетов с различными коэффициентами ослабления (затухания) волнения. Расчет базового коэффициента производится в период планирования работы прибора перед его установкой на автономной буйковой станции (АБС) и остается постоянным в течение всей работы прибора на АБС.

В штормовые периоды, в связи с изменением высоты столба воды над прибором и обрушением волнения, проявляется некорректная работа постоянного значения этого коэффициента.

Итоговые значения параметров волнения выбираются по соотношениям средних и максимальных высот волн в волнограммах и согласно общему ходу временной изменчивости параметров волн в соответствие с ветровыми условиями и морфометрическими особенностями района изысканий. Корректировка волнограмм с проверкой ординат измерений позволяет устранить ложные мелкие волны, определяемые прибором формально, но которые несколько искажают итоговые статистические данные.

Такой подход в настоящее время требует кропотливой работы и больших затрат времени, что не всегда возможно при сокращенных сроках подготовки отчетных материалов.

Второй подход заключается в априорном представлении нереально высоких волн выбросами, и применении к таким данным различных методов проверок временных рядов на выбросы.

В качестве такого метода использовался метод Леннона [Lennon G.W.,1965] с последующими визуальными сопоставлениями исходных и расчетных данных и проверкой распределения последних по заданным интервалам высот волн.

Итоговый контроль, как и в первом случае, проводился по общему ходу временной изменчивости параметров волн и соотношениям между их средними и максимальными высотами.

Такой подход не позволяет редактировать высоты волн слабого волнения, но значительно упрощает процедуру массовой обработки волнограмм и сокращает сроки такой обработки.

Литература
Lennon G.W. The treatment of hourly elevations of the tide using an ibm 1620 - Int. Hydr. Rev., Vol. XLII, №2, 1965, р.129

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции