Κυματικό κλίμα στα αβαθή ύδατα 
με συνδυασμό βραχυχρόνιων και μακροχρόνιων κατανομών

Ταμπάλης, Νικόλαος; Tampalis, Nikolaos

dc.contributor.author	Ταμπάλης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Tampalis, Nikolaos	el
dc.date.accessioned	2017-11-09T11:47:09Z
dc.date.available	2017-11-09T11:47:09Z
dc.date.issued	2017-11-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45897
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7537
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Από κοινού κατανομή	el
dc.subject	Μακροχρόνιο κυματικό κλίμα	el
dc.subject	Βραχυχρόνιο κυματικό κλίμα	el
dc.subject	Συνδυασμός κατανομών	el
dc.subject	Θεωρία του Battjes	el
dc.subject	Joint distribution	en
dc.subject	Long-term wave statisticsJ	en
dc.subject	Short-term wave statistics	en
dc.subject	Battjes theory	en
dc.title	Κυματικό κλίμα στα αβαθή ύδατα με συνδυασμό βραχυχρόνιων και μακροχρόνιων κατανομών	el
dc.title	Wave climate in certain water depths by applying combination of short-term and long-term wave statistics	en
heal.type	masterThesis
heal.generalDescription	Η μεταπτυχιακή εργασία αυτή εντάσσεται στη γενικότερη έρευνα ως προς τον προσδιορισμό της μακροχρόνιας από κοινού κατανομής του ύψους των θαλάσσιων κυμάτων και της περιόδου τους	el
heal.classification	Θαλάσσιοι Κυματισμοί	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-03
heal.abstract	Γίνεται ολοένα και πιο αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα ότι σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση των κυματικών φορτίσεων επί των θαλάσσιων κατασκευών παίζει και η περίοδος των κυματισμών εκτός από το ύψος τους. Η παράμετρος της περιόδου προβλέπεται να ενσωματωθεί στο προσεχές μέλλον στα κριτήρια σχεδιασμού των λιμενικών και παράκτιων έργων μαζί με το ύψος κύματος. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έχει ως αντικείμενο την περιγραφή του κυματικού κλίματος με συνδυασμό μακροπρόθεσμων και βραχυπρόθεσμων κατανομών, ώστε να είναι δυνατή η αξιοποίηση της ολοκληρωμένης πληροφορίας ως προς την πιθανότητα εμφάνισης κάθε κύματος με δεδομένα χαρακτηριστικά ύψους και περιόδου. Προτείνεται, λοιπόν, μία μεθοδολογία η οποία προϋποθέτει διαθέσιμα στοιχεία ως προς τη μακροπρόθεσμη και τη βραχυπρόθεσμη περιγραφή του κυματικού πεδίου στα βαθιά ύδατα. Η γνώση του μακροχρόνιου κυματικού κλίματος προκύπτει από την αξιοποίηση διαθέσιμων δεδομένων, ύστερα από τις μετρήσεις ενός πλήθους κυματικών καταστάσεων που παρατηρούνται σε μία συγκεκριμένη περιοχή. Από την αξιοποίηση των δεδομένων αυτών επιτυγχάνεται η γνώση της συχνότητας εμφάνισης του χαρακτηριστικού ύψους και της μέσης περιόδου κύματος ενός δείγματος παρατηρήσεων εντός μιας υπερετήσιας χρονικής περιόδου. Η πληροφορία για την βραχυχρόνια από κοινού κατανομή του ύψους και της περιόδου κύματος προκύπτει από την επεξεργασία αδιάστατων πιθανοτικών διαγραμμάτων (Memos and Tzanis, 2000, Tzanis 2003), τα οποία διαστατοποιούνται για συγκεκριμένες θαλάσσιες διαταραχές και δίνουν την από κοινού πυκνότητα πιθανότητας των υψών και των περιόδων στα βαθιά ύδατα εντός του χρονικού διαστήματος της δεδομένης κυματικής καταιγίδας. Οι νέες τιμές των χαρακτηριστικών υψών και των μέσων περιόδων κύματος υπολογίζονται από τις στατιστικές ιδιότητες των κατανεμημένων υψών και περιόδων σε κάθε θαλάσσια κατάσταση. Για την απεικόνιση της μακροχρόνιας από κοινού κατανομής τους εφαρμόζεται το μοντέλο δεσμευμένης πιθανότητας (conditional model). Στο πλαίσιο εφαρμογής του μοντέλου αυτού, η κατανομή Weibull προσαρμόζεται στις περιθώριες συχνότητες εμφάνισης του χαρακτηριστικού ύψους κύματος, ενώ στις περιθώριες συχνότητες εμφάνισης της μέσης περιόδου κύματος προσαρμόζεται η λογαριθμική κατανομή. Για τον υπολογισμό της μακροχρόνιας από κοινού πυκνότητας πιθανότητας των υψών και των περιόδων κύματος εφαρμόζεται μία παραλλαγή της σχέσης του Battjes (1972). Στην τροποποιημένη αυτή εξίσωση λαμβάνεται υπόψη ο ολικός αριθμός των κυμάτων κάθε θαλάσσιας κατάστασης καθώς και η βραχυχρόνια από κοινού κατανομή τους σε αυτήν, αλλά και η μακροχρόνια από κοινού πυκνότητα πιθανότητας εμφάνισης κάθε κυματικού γεγονότος. Στη συνέχεια, κάθε μεμονωμένο κύμα υφίσταται ρήχωση με παραδοχή γραμμικής θεωρίας πρώτης τάξεως, ενώ το ύψος θραύσης υπολογίζεται από το κριτήριο του McCowan (1981). Στην εσωτερική ζώνη θραύσης τα νέα ύψη κύματος υπολογίζονται από το κριτήριο των Smith και Kraus (1987). Το μετασχηματισμό των κυμάτων εντός της παράκτιας ζώνης ακολουθεί ο υπολογισμός της νέας βραχυχρόνιας από κοινού κατανομής των υψών και περιόδων κύματος για κάθε θαλάσσια κατάσταση στα αβαθή ύδατα. Επίσης, από τις στατιστικές ιδιότητες των υψών και των περιόδων κύματος κάθε κυματικού γεγονότος υπολογίζονται τα νέα χαρακτηριστικά ύψη κύματος και οι αντίστοιχες μέσες περίοδοι σε δεδομένα βάθη ενώ στη συνέχεια προσαρμόζεται το μοντέλο δεσμευμένης πιθανότητας για την απεικόνιση της από κοινού κατανομής τους (χρησιμοποιείται η κατανομή Weibull για το χαρακτηριστικό ύψος κύματος και η λογαριθμική κατανομή για τη μέση περίοδο κύματος). Τέλος, απεικονίζεται η μακροχρόνια από κοινού κατανομή των υψών και των περιόδων κύματος στα αβαθή ύδατα από την προτεινόμενη τροποποιημένη εξίσωση του Battjes. Η διαδικασία αυτή εφαρμόζεται στη θαλάσσια περιοχή της Μυκόνου με σκοπό την εξαγωγή αποτελεσμάτων για τα βάθη των 6m, 4m και 2m. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα έχουν τη μορφή πιθανοτικών εικόνων, οι οποίες αναλύονται, σχολιάζονται και συγκρίνονται με μία εναλλακτική προσέγγιση. Η τελευταία αντιστοιχεί στη συμβατική μέθοδο, η οποία εφαρμόζεται έως σήμερα για τη στατιστική περιγραφή των κυματικών χαρακτηριστικών στα αβαθή ύδατα και αμελεί τις βραχυχρόνιες κατανομές τους. Η σύγκριση των μεθόδων διεξάγεται στα 4m και στα 2m. Η διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι στην εν λόγω εργασία επιτυγχάνεται λεπτομερέστερη απεικόνιση του κυματικού κλίματος αναλύοντας με περισσότερη ακρίβεια τη σύσταση κάθε θαλάσσιας κατάστασης. Επίσης, η παρούσα μεθοδολογία διαπιστώνεται να υποεκτιμά τα ύψη κύματος, προσφέροντας έναν οικονομικότερο τρόπο σχεδιασμού των παράκτιων έργων. Τέλος, διατυπώνονται τα βασικά συμπεράσματα και προτείνονται συναφή επιστημονικά ζητήματα για περαιτέρω έρευνα.	el
heal.abstract	It is increasingly acceptable that wave period plays, along with wave height, a significant role in the environmental loading of breakwaters and coastal structures. Hence there is a need to establish methodology for incorporating this quantity into the design criteria of these structures. The main objective of this work is the combination of long-term and short-term wave statistics in order to achieve a more detailed description of wave climate. More specifically, the proposed methodology in this Thesis is based on the existing knowledge of the long-term and short-term joint distributions of wave characteristics in deep waters. The available measured data correspond to the frequency of occurrence of each sea state from a sample of observations made over a period of time longer than one year. Each sea state is represented by the significant wave height and mean wave period. Regarding the short-term wave climate, the joint distribution of wave height H and wave period T in deep waters is depicted in dimensionless probabilistic images (Memos and Tzanis (2000), Tzanis (2003)). These variables appear different statistical properties in each sea state and the new significant wave height with the new mean wave period are calculated for each sea state by the incorporation of the total number of waves (H,T). After that, the conditional probability model is applied in order to represent the theoretical distribution of significant wave height and mean wave period in deep waters. For the application, Weibull distribution has been fitted to the marginal frequencies of significant wave height, whereas conditional lognormal distribution has been fitted to the marginal frequencies of the mean wave period associated with the significant wave height. Additionally, the long-term joint probability density function of wave heights and periods in deep waters is calculated by using a modified equation, which is based to Battjes theory (1972). This relationship takes into account the total number of waves in each sea state with the corresponding short-term joint probability density function of each wave and the long-term joint probability density function of each sea state. Afterwards, each height of the total wave field is modified as it propagates into shallow waters. In the present study, three processes have been taken into account; shoaling, wave breaking and wave reforming after breaking. The shoaling process is described in terms of Stokes first order wave theory while the breaking wave height is determined by applying the criterion of McCowan (1891). The wave heights in the inner surf zone have been calculated by adopting the criterion of Smith and Kraus (1987). After the computation of the wave heights, the joint distribution of wave height and the corresponding period is different in shallow waters. The significant wave height and the mean wave period in shallow waters are defined by the statistical properties of H and T, while the conditional model is applied again in order to represent the long-term joint distribution of these variables. Weibull and conditional lognormal distribution have been fitted to the marginal frequencies of significant wave height and mean wave period respectively. Last but not least, the long-term joint distribution of wave heights and wave periods of all sea states is computed in shallow waters by using the modified equation of Battjes. The proposed methodology has been applied to a specific location (37.51οΝ, 25.46 οE) in the central Aegean; Greece off Mykonos island. The computations include results for deep waters, while the methodology is repeated at the depths of 6m, 4m and 2m. The results are depicted in a form of probabilistic contour plots. They are analyzed, discussed and compared with the corresponding results of the conventional approach that takes into account the long-term wave statistics without estimating the contribution of short-term joint probabilities of H and T in each state. By the above comparison, it is concluded that the methodology proposed in this Thesis provides an economical method for the design of coastal structures, since it gives lower values of significant wave heights. Finally, the basic results are summarized and some proposals for further research are suggested.	en
heal.advisorName	Μέμος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μέμος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	190 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true