引論：我們?yōu)槟砹?3篇海洋空間資源的優(yōu)缺點范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展，海洋石油生產(chǎn)活動中的環(huán)境保護(hù)越來越受到重視，生產(chǎn)平臺產(chǎn)生的含油污水如不進(jìn)行合理處理與排放以及近年來海洋石油工業(yè)發(fā)生的多次漏油事件對海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的污染不可忽視。

1 海洋油污染來源

海洋水體油污染來源于天然和人為兩方面原因。天然原因之一為海底油藏中的石油通過地層斷裂或裂縫滲出，滲出程度與地殼構(gòu)造活動帶有關(guān)。已發(fā)現(xiàn)在加利福尼亞、阿拉斯加岸外、阿拉伯灣、紅海和南中國海等地都有地下原油滲出。天然原因之二為河流從陸地含油沉積巖侵蝕下來的油再搬運(yùn)輸入海洋。海洋水體油污染人為來源很多，如海上石油生產(chǎn)、FPSO外輸、海洋運(yùn)輸、平臺能源供應(yīng)用油、伴生油氣等。

1.1 海上采油平臺排污

在海上石油開發(fā)中，海上采油平臺常發(fā)生溢油。比如，2009年4月20日，英國石油公司（BP）位于墨西哥灣的鉆井平臺發(fā)生爆炸，大量原油在深海泄漏，引發(fā)美國歷史上最為嚴(yán)重的石油泄漏事故。通過采取各種措施，英國石油公司堵塞漏油取得了一定進(jìn)展，漏油量逐漸減少，到8月份可望完全制止，但事故在環(huán)境、公共衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、社會、政治等各方面造成的損失目前還難以準(zhǔn)確估算。這次事故是美國最嚴(yán)重的原油環(huán)境污染事件。雖然泄漏油量目前低于1991年海灣戰(zhàn)爭泄漏油量，但環(huán)境影響可能是史無前例的。泄漏油井在深海，原油收集行動難度較大，各方處理水下原油經(jīng)驗不足，遇到颶風(fēng)或其他惡劣天氣，進(jìn)展還會受到影響甚至?xí)黄韧Ｖ埂Ｂ┏鲈统煞值乃苄愿撸c海水相溶后難以燃燒和清理，處理過程要耗時幾年之久。

1.2 海上運(yùn)輸排污

海上運(yùn)輸石油中油作業(yè)排污、碼頭作業(yè)排污、修船作業(yè)排污、壓艙水排污及油輪和非油輪碰撞、觸礁等事故溢油。

1.3 FPSO原油外輸

原油外輸是一項高風(fēng)險，持續(xù)時間長，需要多方密切配合的重大聯(lián)合作業(yè)，需要FPSO、提油輪、兩艘拖輪（一艘拖尾，一艘送管）等多方共同完成。任何的疏忽和其他不可抗拒的因素都有可能會導(dǎo)致人員傷亡，造成海洋污染。

2 油污污染對海洋環(huán)境的危害

含油污水的不合理排放是對海洋環(huán)境的一種慢性長期輸入，其在海洋環(huán)境中的表現(xiàn)形式主要以油膜、溶解分散態(tài)、乳化以及凝聚態(tài)殘余物等四種形式存在。石油主要由烷烴、芳香烴、環(huán)烷烴以及含氧、硫、氮等數(shù)百種化合物組成，其物理影響和化學(xué)毒性會嚴(yán)重危害海洋生態(tài)環(huán)境。

2.1 對浮游植物光合作用產(chǎn)生影響

海洋具有森林一樣的能力：吸收二氧化碳。海洋中石油的污染會影響海洋吸收二氧化碳的機(jī)制，形成碳酸鹽或碳酸氫鹽，對海水中氧氣與二氧化碳的平衡產(chǎn)生破壞；附著在海面上的油膜還會造成陽光輻射的減弱。以上因素將會影響到浮游植物的光合作用，破壞食物鏈，造成生物的死亡。

2.2 造成海洋生態(tài)失衡，影響海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)

1L石油完全氧化需要4萬L的溶解氧，會造成海水缺氧，引起海洋中的微生物和藻類死亡，因氧氣的短缺，引起厭氧生物大量繁殖，造成海洋食物鏈破壞，造成海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡。

海域石油污染，一是污染了的漁業(yè)水域，使對蝦養(yǎng)殖池不能正常納水，二是增養(yǎng)殖品種因水質(zhì)惡化大量死亡影響產(chǎn)量。據(jù)初步統(tǒng)計，自1983年以來，山東省因石油污染造成漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.95億元，其中海水養(yǎng)殖業(yè)最為嚴(yán)重。1985、1986年，在膠州灣海域的大慶242、245號油輪漏油和大慶245號油輪爆炸，造成近海養(yǎng)殖損失3000萬元；1989年8月12日，黃島油庫爆炸起火，630多噸原油溢流入海造成膠州灣大片海域嚴(yán)重污染，10萬畝增養(yǎng)殖漁業(yè)受到重大損害，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4000萬元。

在蓬萊19-3油田漏油事件發(fā)生后，河北省唐山市環(huán)保局、海洋局、水產(chǎn)局成立聯(lián)合調(diào)查組，開始調(diào)查水產(chǎn)品死亡情況。僅在唐山地區(qū)，樂亭縣扇貝養(yǎng)殖面積共35萬畝，涉及160多戶養(yǎng)殖戶，共計700萬籠扇貝。據(jù)當(dāng)?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖協(xié)會統(tǒng)計，目前樂亭縣的扇貝死亡率已經(jīng)達(dá)到了50%至60%，初步估計損失在3億元左右。

2.3 形成赤潮

由于石油中含有氮元素，在化學(xué)反應(yīng)下，含氮物質(zhì)促使海水富營養(yǎng)化，這是赤潮藻類能夠大量繁殖的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，國內(nèi)外大量研究表明，海洋浮游藻是引發(fā)赤潮的主要生物，在全世界4000多種海洋浮游藻中有260多種能形成赤潮，其中有70多種能產(chǎn)生毒素。他們分泌的毒素有些可直接導(dǎo)致海洋生物大量死亡，有些甚至可以通過食物鏈傳遞，造成人類食物中毒。

2.4 污染大氣

石油在水體中以油膜形式浮在水面，表面積非常大，在多種自然因素作用下，其中一部分組分和分解產(chǎn)物揮發(fā)進(jìn)入大氣，污染和毒化水體上空和周圍的大氣環(huán)境。由于擴(kuò)散和風(fēng)力的作用，會使污染范圍不斷擴(kuò)大。

3 海洋石油工業(yè)污水處理技術(shù)

3.1 海上平臺生活污水處理技術(shù)

3.1.1？生化處理法

生化法生活污水處理裝置（船用生活污水處理系統(tǒng)）采用生物接觸氧化法和物化處理消毒原理處理船舶生活污水。該處理裝置由 五個柜室組成：曝氣柜、接觸氧化柜、沉淀柜、消毒柜。在曝氣柜內(nèi)，以好氧菌為主的活性污泥菌膠團(tuán)形成象棉絮狀帶有粘性的絮體吸附有機(jī)物質(zhì)，在充氧條件下變 成無害的二氧化碳和水 ，同時活性污泥得到繁殖；在接觸氧化柜內(nèi)掛有軟性填料，充作生物膜，有機(jī)物得到進(jìn)一步消解；在沉淀柜內(nèi)累積的活性污泥沉淀物再被返送至曝氣柜作為菌種繁殖 和再處理 ；經(jīng)沉清處理過的污水最后進(jìn)入消毒柜用含氯藥品殺菌，然后由排放泵排至舷外。

3.1.3？生活污水處理方法對比優(yōu)缺點

生化法優(yōu)點為生活水停留時間較長，處理水量大，調(diào)節(jié)手段多，耐沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)。缺點則是體積大，占用空間較大，重量大。

電解法優(yōu)點為體積小，占用空間小，重量輕。缺點則是停留時間很短，調(diào)節(jié)手段少，對流量變化敏感，處理水量小，維護(hù)較困難。

3.2 海上平臺生產(chǎn)污水處理技術(shù)

3.2.1？水力旋處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)工作原理是：來自一級分離器的生產(chǎn)污水進(jìn)入生產(chǎn)水艙進(jìn)行沉淀，分離出的油可通過溢流管線進(jìn)入撇油艙，水則通過生產(chǎn)污水泵輸送到生產(chǎn)工藝模塊的水力游流器進(jìn)行油水分離，使水中含油濃度不大于排放限值，經(jīng)漩流器處理后的污水再經(jīng)過撇油罐穩(wěn)定后，排入海中。工藝流程見圖：

圖4？氣浮選處理系統(tǒng)工藝流程圖3.2.3？生產(chǎn)污水處理方法對比優(yōu)缺點

浮選機(jī)的優(yōu)點為停留時間較長，調(diào)節(jié)手段多，耐沖擊性好。缺點則是體積大，重量大，維修量較大，對設(shè)備的平穩(wěn)度要求較高，密閉運(yùn)行比較難實現(xiàn)。

水力旋流器的優(yōu)點是體積小，重量輕，沒有轉(zhuǎn)動部件，維修量小，對設(shè)備平穩(wěn)度沒有要求，密閉運(yùn)行。缺點則是停留時間很短，調(diào)節(jié)手段少，對流量變化敏感。

3.2.4？實際應(yīng)用數(shù)據(jù)對比

以下數(shù)據(jù)選于南海某平臺在兩種處理系統(tǒng)使用中監(jiān)測結(jié)果見表1：

篇2

開發(fā)海洋石油資源,須清除兩大障礙:金屬在海洋環(huán)境中的腐蝕及海洋污損生物的附著問題。渤海地區(qū)7 月8月是海生物生長最為旺盛的季節(jié)。海生物的迅速繁殖嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，這些生物常常附著在管壁，換熱設(shè)備的換熱面，海水濾清的過濾網(wǎng)及內(nèi)壁等。嚴(yán)重影響設(shè)備的正常換熱。導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行溫度過高而產(chǎn)生關(guān)斷和生產(chǎn)工藝設(shè)備的處理溫度達(dá)不到要求，影響油氣水的分離效果。另一方面加劇設(shè)備腐蝕主要體現(xiàn)在：1鋼板表面的微生物加劇了。均勻腐蝕2一些微生物附著在金屬表面涂層上，在生長過程中穿透漆膜，導(dǎo)致金屬而腐蝕。3附著在金屬表面的牡蠣，藤壺等石灰質(zhì)外殼的生物覆蓋在金屬表面改變了金屬表面局部供氧，形成氧濃差而加速腐蝕。

目前海上浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置(FPSO)、海上鉆采平臺及海洋船舶等海水系統(tǒng)，主要的防治方法1、涂刷法治涂料 2、電解法 3、人工機(jī)械清潔法 4、超聲波法

防污涂料是由防污劑，顏料、高分子材料。溶劑和助劑防污劑是最重要的組成成分。防污漆的主要作用是防污劑不斷從漆膜中滲出。在結(jié)構(gòu)表面形成一個有毒薄層。排除或殺死附著在涂層的有毒生物。防腐后涂層形成光滑的內(nèi)壁，在有一定流速的液體沖刷下構(gòu)成海生物難以附著的外界環(huán)境。

電解法是根據(jù)海水中有大量的氯離子，向海水中通入直流電，將海水電解生成次氯酸鈉，海水中低濃度的次氯酸鈉就能將微生物的細(xì)胞組織破壞，使幼蟲卵袍子死亡，或死去附著能力。3電解重金屬方法許多電解質(zhì)都是有毒的，目前FPSO應(yīng)用的銅鋁合金作為陽極。被保護(hù)的海底門及其管線作為陰極。電解銅得到的銅離子具有毒性，與海水混合形成有毒的環(huán)境，電解AL形成AL3+與陰極產(chǎn)生的OH-形成AL(OH)3此種AL(OH)3包封著銅離子，隨海水流動被保護(hù)的物體通過。它具有很高的吸附性。會散布開來。進(jìn)入海生物生長海水流動較緩的區(qū)域，抑制了海生物的生長。

人工機(jī)械清潔法，此種方法需要對設(shè)備進(jìn)行有效的隔離?？梢岳苗P刀，也可以利用壓力較高的水進(jìn)行沖洗，從而將附著的海生物清除。

超聲波法：超聲波防海生物就是基于超聲波的空化效應(yīng)(當(dāng)液體中的微小氣泡核在超聲波作用下被激活,表現(xiàn)為氣泡的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列的動力學(xué)過程)。液體中的氣泡在破裂的瞬間產(chǎn)生超過幾百個大氣壓和上千攝氏度的高溫,能夠使海生物的附著迅速剝落并擊碎海生物的表皮細(xì)胞,從而達(dá)到防海生物的目的。

篇3

1.貨物運(yùn)輸方式定義

貨物運(yùn)輸方式通過有效的方法來實現(xiàn)貨物的運(yùn)輸，為了完成貨物的運(yùn)輸而采取有效的運(yùn)輸工具，不同的交通線路需要采用不同的運(yùn)輸方式，同時還會受到貨物的因素采取合適的運(yùn)輸方式。國際貿(mào)易運(yùn)輸方式主要采用航運(yùn)與空運(yùn)，其中空運(yùn)具有一定的優(yōu)點，其速度較快，且可靠性高，能夠保證貨物的安全性與完整性，其對于遠(yuǎn)程地區(qū)的運(yùn)輸有著良好的效果，但也存在弊端之處，其費(fèi)用較高，且貨物受到一定限制；海洋運(yùn)輸是在國際貿(mào)易中使用較廣泛，具有成本低廉，運(yùn)量不受限制的優(yōu)點，但該運(yùn)輸方式還受到天氣與港口條件的影響，同時航期較長。不同運(yùn)輸方式所具有不同的優(yōu)缺點，運(yùn)輸方式的選擇在實際中應(yīng)用中需要注意的問題，比較分析兩種運(yùn)輸方式的優(yōu)缺點，并國際貿(mào)易運(yùn)輸方式選擇的影響因素，以此采取合適的運(yùn)輸方式，為促進(jìn)國際貿(mào)易穩(wěn)定運(yùn)作奠定良好基礎(chǔ)。

2.實證分析

本文采用日本海關(guān)詳細(xì)的HS9位數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，對中日機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的運(yùn)輸方式進(jìn)行實證研究。

2.1需求不確定性影響

不確定性的存在是國際供應(yīng)鏈面臨一個重要挑戰(zhàn)，本文主要對市場需求的不確定性進(jìn)行深入考察。每種產(chǎn)品都不可能面臨恒定的需求，產(chǎn)品需求發(fā)生影響的因素包括多種，其中有消費(fèi)者需求偏好、競爭對手策略以及宏觀經(jīng)濟(jì)形勢，等等，其都會影響產(chǎn)品需求。比如，快速消費(fèi)電子、時尚產(chǎn)品等創(chuàng)新產(chǎn)品比其他產(chǎn)品面臨的不確定性更高。不確定性的因素對增加企業(yè)運(yùn)作的難度，企業(yè)一般會采用措施，比如，通過采用快速配送方式、增加庫存等方法來應(yīng)對運(yùn)作中的不確定性。這兩種方法對增加了企業(yè)的運(yùn)作成本，采用快速配送方式增加了企業(yè)的運(yùn)輸成本，通過增加庫存增加了企業(yè)的庫存成本。借鑒Hummels和Schaur的方法，特定產(chǎn)品的需求不確定性用一定時間內(nèi)該種產(chǎn)品需求的變異系數(shù)CV來表示。其中STDEV和AVG分別表示需求的標(biāo)準(zhǔn)差與平均需求。CV=STDEC/AVG日本海關(guān)提供的原始數(shù)據(jù)包含HS9位數(shù)的月度貿(mào)易信息，可以計算出需求的標(biāo)準(zhǔn)差。與Hummels和Schaur的方法相同，主要采用產(chǎn)品的價格波動表示需求的不確定性。

2.2國際分散化

生產(chǎn)東亞地區(qū)的貿(mào)易往來遵循傳統(tǒng)比較優(yōu)勢的理念，也就是說，資源密集型與勞動密集型產(chǎn)品即為發(fā)展中國家出口，而資本密集型與技術(shù)密集型產(chǎn)品為發(fā)達(dá)國家日本出口。然而，東亞地區(qū)貿(mào)易模式并沒有發(fā)生變化，產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易在東亞地區(qū)迅速發(fā)展，尤其對于產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易十分突出。產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易又可以分為不同類型的產(chǎn)業(yè)貿(mào)易，如垂直產(chǎn)業(yè)貿(mào)易、水平產(chǎn)業(yè)貿(mào)易。在東亞貿(mào)易包括中日貿(mào)易中，零部件等中間產(chǎn)品貿(mào)易為主的垂直產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易占有重要地位。對于中日貿(mào)易的分類，本文借鑒Ando的方法。首先，按公式Min（Xkj，Mkj）/Max（Xkj，Mkj）將總貿(mào)易量分解為產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易與產(chǎn)業(yè)間貿(mào)易。其中X表示出口，M表示進(jìn)口，k表示國家，j表示產(chǎn)品。當(dāng)公式成立時，k國的j產(chǎn)品貿(mào)易就是產(chǎn)業(yè)間貿(mào)易，反之就是產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易。在同一供應(yīng)鏈的不同生產(chǎn)階段中可能存在著垂直產(chǎn)業(yè)貿(mào)易，也可能發(fā)生質(zhì)量存在差異的相同產(chǎn)品的交易過程。所以，垂直產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易對于國際分散化生產(chǎn)程度無法準(zhǔn)確表示。結(jié)論當(dāng)前產(chǎn)品市場需求不確定性與之前相比越來越高，同時國際分散化生產(chǎn)也越來越普及，采取哪種方法來應(yīng)對這種環(huán)境，使國際競爭貿(mào)易競爭力得到提升成為當(dāng)前最關(guān)鍵的部分。

本文通過對不確定性與國際分散化生產(chǎn)給運(yùn)輸方式選擇帶來的影響進(jìn)行分析，并通過對中日兩國貿(mào)易數(shù)據(jù)的分析得知，航空運(yùn)輸方式的選擇受到較多因素的影響，航空運(yùn)輸具有的快速性的優(yōu)點對應(yīng)對市場需求不確定性有著良好效果，而且為了使國際供應(yīng)鏈暢通得到保障，避免出現(xiàn)中斷市場的現(xiàn)象，使產(chǎn)品能夠及時放入市場，在國際分散化生產(chǎn)環(huán)境下，選擇運(yùn)輸方式過程中，航空運(yùn)輸具有的快速性的優(yōu)點，在企業(yè)中廣泛得到運(yùn)用。

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篇4

    對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ),考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度)、物理因素(擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放)、化學(xué)因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此,除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

    此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用,很難將其中的單因素影響分離出來,因此,往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

    用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型,這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學(xué)模型;波浪數(shù)學(xué)模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

    在水流數(shù)學(xué)模型研究方面,對于較大范圍的海域,通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型,對于紊動影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域,如排污口近區(qū),則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外,采用坐標(biāo)變換,可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學(xué)模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎(chǔ),針對水溫和鹽度分層流的流動特性,考慮浮力對紊動的影響,建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k-(單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念,分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

    在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面,可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

    針對帶自由表面的波浪場問題,通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合,可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型,可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

    在波流相互作用模型的研究方面,對于弱流情形,可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型;對于強(qiáng)流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺?yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來,建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法,用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

    在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型,可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo),在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發(fā),在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用;在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項,可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型,它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時對確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略,也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

    應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學(xué)模型,其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的,有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。

    能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備,現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

    二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。

    90年代以來,我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣,是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高,一旦發(fā)生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞,面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時,都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮,形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。在我國北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成,不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力,而且由于冰激引起的振動作用,也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù),至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中,除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點,發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

    我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物(海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發(fā)生破壞,除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外,其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

    近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升,造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理,至今國內(nèi)外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

篇5

國內(nèi)對主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相關(guān)理論的研究起源于上世紀(jì)八十年代，剛開始的研究對象局限于國家層面。然而，步入九十年代，國內(nèi)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相關(guān)理論研究逐步由國家層面轉(zhuǎn)向地區(qū)層面。我國于1994年出臺《90年代國家產(chǎn)業(yè)政策》，明確指出優(yōu)先發(fā)展石化、機(jī)電、汽車、建筑業(yè)四大國民支柱產(chǎn)業(yè)。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）在國家制定“九五”計劃和2010年遠(yuǎn)景綱要之后紛紛提出優(yōu)先發(fā)展本地區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。隨后，各縣市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策中也明確提出發(fā)展本地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的構(gòu)想。

優(yōu)先發(fā)展地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)該明確主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)概念。本文借鑒國外學(xué)者的相關(guān)研究，引出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)概念的理論淵源，進(jìn)而歸納區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)概念的形成路徑。其次是如何選擇地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，由此產(chǎn)生地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇基準(zhǔn)的問題。本文首先討論國外學(xué)者對地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇基準(zhǔn)的相關(guān)理論，在此基礎(chǔ)上引出我國學(xué)者結(jié)合我國國情、地方特點提出的一些選擇基準(zhǔn)理論。緊接著是地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇的評價方法，本文分析了國內(nèi)外對地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇的各種評價方法的優(yōu)缺點，指出需針對地區(qū)的特定經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景建立適宜的綜合評價方法體系。最后，本文對國內(nèi)外區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論進(jìn)行了評價，認(rèn)為部分學(xué)者對區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵的認(rèn)識不過全面，忽略了區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)時間與空間兩重屬性的差異性，區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇基準(zhǔn)所需數(shù)據(jù)往往難以獲得且指標(biāo)測算體系過于簡單，區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇體系的各指標(biāo)內(nèi)在聯(lián)系研究不夠，因此提出完善區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論體系的相關(guān)建議。

一、區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)概念

（一）主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的理論淵源

美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅斯托于1960年在其著作《經(jīng)濟(jì)成長階段》一書中明確指出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念，他將國民生產(chǎn)部門分成三類：主導(dǎo)增長部門、輔助增長部門和派生增長部門。他還認(rèn)為主導(dǎo)增長部門應(yīng)該具有高創(chuàng)新能力、較強(qiáng)的其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動能力以及持續(xù)的高增長率。羅斯特提出的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)概念獲得了絕大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同和支持，這為今后的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)研究奠定了良好的理論基礎(chǔ)。國內(nèi)學(xué)者對主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念大多也源于羅斯特給出的定義。

（二）區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念

一般認(rèn)為，區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)概念的定義方法主要有兩種：一是以西方經(jīng)濟(jì)學(xué)的區(qū)位理論為依據(jù)，將區(qū)域生產(chǎn)部門分為專業(yè)化部門與非專業(yè)化部門，其中專業(yè)化部門又被再次細(xì)分為一般部門和主導(dǎo)部門，而這里的主導(dǎo)部門就是區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，它在專業(yè)化部門中能夠?qū)^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著導(dǎo)向和帶動作用。二是以產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)理論為依據(jù)，將國家層面的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)理論直接應(yīng)用于區(qū)域?qū)用妫瑥亩纬蓞^(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念。然而，以上兩種定義方法均有缺陷，第一種方法忽略了與主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)理論的聯(lián)系，而第二種方法則片面地將國家層面的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)概念引入?yún)^(qū)域?qū)用?。因此，定義區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念必須考慮空間屬性和產(chǎn)業(yè)屬性。

二、區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的選擇基準(zhǔn)

國外最具代表性的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇基準(zhǔn)理論有四個：李嘉圖比較優(yōu)勢基準(zhǔn)理論、羅斯托基準(zhǔn)理論、赫希曼產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度基準(zhǔn)理論、筱原兩基準(zhǔn)理論。

（一）李嘉圖比較優(yōu)勢基準(zhǔn)

古典經(jīng)濟(jì)時期，大衛(wèi)?李嘉圖提出比較優(yōu)勢理論，他認(rèn)為某一產(chǎn)業(yè)部門如果具有相對優(yōu)勢，那么其可以成為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心部門，然后帶動周圍產(chǎn)業(yè)部門的發(fā)展，這一原理后來發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的比較優(yōu)勢基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)包括靜態(tài)比較優(yōu)勢基準(zhǔn)和動態(tài)比較優(yōu)勢基準(zhǔn)，靜態(tài)比較優(yōu)勢基準(zhǔn)是以當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的相對優(yōu)勢選擇主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，優(yōu)先發(fā)展具有相對優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)其與周圍產(chǎn)業(yè)部門的經(jīng)濟(jì)關(guān)系，帶動周圍產(chǎn)業(yè)部門的發(fā)展，進(jìn)而形成地區(qū)經(jīng)濟(jì)共同體。動態(tài)比較優(yōu)勢基準(zhǔn)是指當(dāng)前處于比較劣勢，但未來可形成比較優(yōu)勢，進(jìn)而成為帶動地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級化演進(jìn)的新興產(chǎn)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

（二）羅斯托產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散效應(yīng)基準(zhǔn)

羅斯托于 1960 年在其著作 《經(jīng)濟(jì)增長階段》中提出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念，他在書中提出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)增長的前向效應(yīng)、后向效應(yīng)及旁側(cè)效應(yīng)原理，即產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散效應(yīng)理論。該理論認(rèn)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)散效應(yīng)理應(yīng)最大，因為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)可以將其產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢向外擴(kuò)散到其他產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級和優(yōu)化，推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的全面、快速發(fā)展。然而，羅斯托產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散效應(yīng)基準(zhǔn)并沒有明確指出具有可實際操作的基準(zhǔn)判斷方法，這是羅斯托產(chǎn)業(yè)擴(kuò)散效應(yīng)的不足。

（三）數(shù)據(jù)往往難以獲得且指標(biāo)測算體系過于簡單

區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇的研究不同于國家層面，因為國家層面的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)容易獲得，而?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、市、縣的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)往往難以獲得甚至是缺失，而且定量分析往往需要長時間且連續(xù)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，而這無疑加劇了數(shù)據(jù)獲取的難度。另外，當(dāng)前的區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論存在指標(biāo)測算體系過于簡單化，而這顯然不適用于復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀。因此，須考慮引入圖論、動態(tài)投入產(chǎn)出模型、計算機(jī)語言程序等進(jìn)行主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的選擇研究。

（四）各指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系研究不夠

國內(nèi)外學(xué)者對區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的選擇基準(zhǔn)和評價方法的研究存在較大的差異性，如何尋找這些研究的共同點和不同點成為我們理解所有區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論的關(guān)鍵。分析各指標(biāo)體系，我們發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)度系數(shù)、技術(shù)進(jìn)步率、需求收入彈性等指標(biāo)是大部分指標(biāo)體系的核心指標(biāo)，其中技術(shù)進(jìn)步率強(qiáng)調(diào)了供給，需求收入彈性強(qiáng)調(diào)了需求，關(guān)聯(lián)度系數(shù)則同時強(qiáng)調(diào)供給和需求。另外，還有許多其他指標(biāo)，如規(guī)模指標(biāo)里的產(chǎn)值規(guī)模、增加值規(guī)模等。需要注意的是，不同指標(biāo)體系的選擇與構(gòu)建需要因地適宜，與時俱進(jìn)，也就是需要根據(jù)本區(qū)域的現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀選擇合適的區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論，以求正確、合理地選擇區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

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篇6

海洋勘察測繪是建設(shè)海洋強(qiáng)國的基礎(chǔ)性工作，也是開發(fā)利用海洋自然資源與空間資源的根本保障工作。盡管相關(guān)的規(guī)范對于水深測量數(shù)據(jù)誤差規(guī)定可以0.2m范圍內(nèi)，但水深測量的誤差控制直接影響近海工程尤其是疏浚工程的經(jīng)濟(jì)效益，控制水深測量誤差對于減少工程建設(shè)時的人力物力浪費(fèi)現(xiàn)象進(jìn)而達(dá)到提高工程效益的目的是相當(dāng)重要的。

一、水深測量誤差的原因分析及措施

1、水深測量誤差原因分析

測量數(shù)據(jù)的誤差一般由系統(tǒng)誤差和人為誤差共同影響而成的。對于改正水深測量誤差，主要是關(guān)注其系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差影響因素一般包括儀器因素、聲速因素、海況因素和船只因素等；而人為誤差則是由不同的操作人員的技術(shù)水平及職業(yè)道德所決定的。

儀器因素主要指的是測深儀的相關(guān)的性能以及與其相配套的系統(tǒng)所造成的誤差引起的水深測量誤差，往往是引起水深測量誤差的主要因素。某些型號的測深儀接受自身反射聲波的精度不一樣，當(dāng)測深船在航行過程中，水中存在的障礙物會影響聲波的反射情況，而測深儀對這類假聲波不能做出正確的區(qū)分，從而影響水深測量的數(shù)據(jù)結(jié)果；另外測深儀可能由于使用時間超過其額定使用壽命導(dǎo)致其內(nèi)部的元器件松動或老化，從而造成發(fā)出的波束以及儀器運(yùn)轉(zhuǎn)速度出現(xiàn)不規(guī)則的變化，從而對水深測量數(shù)據(jù)的精度造成直接影響。

通常采用的走航式水深測量方法，對聲波的靈敏度依賴較大，因此，聲波因素也是影響水深測量誤差大小的重要因素。對于不同情況的海水環(huán)境、氣候條件，水深測量之前聲速設(shè)置精度對測量結(jié)果的影響是直接的。聲速的設(shè)置準(zhǔn)確與否需考慮海水鹽度大小、含例、氣壓以及海水的溫度等因素。一般認(rèn)為當(dāng)海水溫度升高一攝氏度時，聲波的傳播速度增加約4.5m/s。例如所測水深為10米時，其聲速按1490m/s和1500m/s兩種情況設(shè)置，所得水深結(jié)果一般相差達(dá)10厘米，誤差達(dá)1%，聲速對水深測量的精度影響較為明顯。

影響水深測量數(shù)據(jù)精度的海況因素包括海浪的大小和潮位觀測的精度。海浪的起伏對于水深測量結(jié)果影響一般在10cm-20cm之間。潮位觀測的精度受潮位站的位置條件和觀測者的技術(shù)水平有關(guān)，應(yīng)選擇在風(fēng)浪較小的區(qū)域進(jìn)行潮位觀測，觀測讀數(shù)應(yīng)取波峰、波谷讀數(shù)的平均值。

船只因素主要指的是船只的型號和測深儀換能器的安裝使用對水深測量誤差的影響。在海洋工程水深測量工作時選擇合適的船只型號很重要。一般在水深較淺、風(fēng)浪較小的海域進(jìn)行水深測量時，建議選用船體較短小、活動靈活的船只；在水深較深，風(fēng)浪較大海域進(jìn)行水深測量工作時，建議選擇吃水較深，穩(wěn)性較好的船只。測深儀換能器安裝于測深船只上時，需保證其處于垂直狀態(tài)，建議用重錘進(jìn)行檢查，否則影響水深測量數(shù)據(jù)結(jié)果，傾斜角度越大，水深測量數(shù)據(jù)誤差也越大。

2、減少水深測量誤差的措施

要減少水深測量過程中的誤差應(yīng)注意以下幾個方面：選擇對測量工作有利的氣象條件，盡量選擇風(fēng)力小、無浪的天氣；需盡量選用精度高、耐用性好、穩(wěn)定性能好的水深測量儀器；根據(jù)測區(qū)環(huán)境選擇合適的測量船，測深儀換能器盡量安置測量船重心位置，如使用大型測量船應(yīng)在測量前對船舶動吃水值進(jìn)行測定。

二、無驗潮模式與潮位改正模式的優(yōu)缺點與誤差分析

隨著全球定位技術(shù)以及RTK技術(shù)的發(fā)展，RTK測量技術(shù)在沿海近岸以及內(nèi)河航道的水深測量中的優(yōu)越性日益凸顯。RTK高程信號和Heave信號融合還可以提高最終測量成果的精度。RTK用于海洋測繪有兩種方式：架設(shè)基站方法和網(wǎng)絡(luò)RTK方法，架設(shè)基站發(fā)射功率高、信號強(qiáng)，一般不會發(fā)生信號中斷的情況，但是需要多一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，還需要有專人看守，比較麻煩；CORS網(wǎng)絡(luò)RTK高程測量的中誤差為0.022米，只需要一張手機(jī)卡，在手機(jī)有信號的地方就可以實現(xiàn)測量，缺點是：有時會因為網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е滦盘栔袛?，信號一旦中斷就會造成?shù)據(jù)的丟失，必須及時發(fā)現(xiàn)，測量船掉頭重新測量，這樣嚴(yán)重影響了施測效率。

潮位改正模式一般是用信標(biāo)機(jī)定位，用驗潮儀采集水面高程或直接讀取潮位數(shù)據(jù)。信標(biāo)機(jī)定位精度較低但對于海洋測繪精度足夠，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。

測量船在海上受涌浪的影響會發(fā)生傾斜，由于無驗潮模式用來計算水下高程的測量值是GPS橢球高經(jīng)過似大地水準(zhǔn)面精化后推算的85高程，而潮位改正模式使用的是海水面，二者受測船傾斜影響而產(chǎn)生的高程誤差不同，如圖1所示：測船受涌浪的影響而傾斜，圖上三角形的斜邊是聲線，根據(jù)相似三角形原理有：

（1）

其中H水：水面到海底的垂直高度，S水：測量水深記錄值，HG：GPS接收機(jī)到海底的高度，SG：GPS接收機(jī)到海底的測量記錄值。接收機(jī)為了得到良好的信號需要離開測船一定高度，所以SG>S水。

（SG―HG）>（S水―H水）（2）

從以上分析可知：記錄值與真實值的差距（誤差），無驗潮模式大于潮位改正模式，船舶橫搖縱搖對無驗潮模式測深精度影響更大。

三、驗證潮位改正精度的一種方法

海洋測繪是測量船在海面上測量海底相對于海水面的深度，而海水面由于日月引力的影響周而復(fù)始地做固定周期的升降運(yùn)動，因此必須確定一個固定的深度基準(zhǔn)作為參考（如85高程基準(zhǔn)），一般選擇當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面，將瞬時測量的水深值歸算到當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面就需要設(shè)立驗潮站測量海面的瞬時高程值進(jìn)行潮位改正。潮位改正的目的是盡可能地消除測深數(shù)據(jù)中的海洋潮汐影響，將測深數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面為基準(zhǔn)的水深數(shù)據(jù)。 在實際測量中不可能觀測測區(qū)內(nèi)每一時刻的潮汐變化值，所以，水位觀測通常以“點”代“面”的改正方法。潮位改正方法主要有單站潮位改正法、線性內(nèi)插法、水位分帶法、時差法和參數(shù)法等，每種方法都有自己的假設(shè)條件，所以在水位改正時存在一定的誤差。

目前，我國對于水位改正的精度還沒有給出具體的規(guī)定，但是GB12327―1998《海道測量規(guī)范》給出了“相鄰驗潮站之間的距離應(yīng)滿足最大潮高差不大于1m，最大潮時差不大于2h，且潮汐性質(zhì)基本相同”的規(guī)定。考慮到現(xiàn)在高速發(fā)展的海洋測繪技術(shù)以及儀器條件比頒布《海道測量規(guī)范》時要高許多，可以用外推法或者內(nèi)插法對潮位數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行一定的評估，具體方法是：在確立驗潮站布設(shè)方案之后，在呈三角形設(shè)置的驗潮站中間位置投放一自容式驗潮儀（或者人工在測區(qū)內(nèi)的幾個小島上不同時間不同位置分別觀測7h）與水位分帶法計算的該位置的潮位值比較，以確定分帶法潮位改正的精度。

結(jié)論

海洋測繪是一門多傳感器協(xié)同作業(yè)的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，集GPS空間定位、海洋聲學(xué)測深、聲速測量、潮位測量等于一體，要提高海洋測繪數(shù)據(jù)精度必須從施測的每一個環(huán)節(jié)入手分析。換能器船舷安裝時測線方向應(yīng)該盡量設(shè)計與波向涌向一致；測船橫搖縱搖對無驗潮測深模式的影響較驗潮模式更大；潮位的內(nèi)插改正精度是可以通過多余觀測來實現(xiàn)評定的。

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Key words: ground penetrating radar;drill detecting;explosive silt-squeezing seawall;quality inspection, rock rip-rap

中圖分類號:TV22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)18-0033-02

0引言

改革開放以來,東部沿海地區(qū)一直是我國經(jīng)濟(jì)增長最活躍、工業(yè)化和城市化進(jìn)程最快的區(qū)域。隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,其非農(nóng)建設(shè)用地擴(kuò)張與耕地資源量銳減,環(huán)境惡化、資源短缺與人民生活需求日益提高之間的矛盾日益尖銳,因而向海洋空間發(fā)展,緩解人地矛盾、優(yōu)化生態(tài)環(huán)境以及保障人口食物安全、維持社會經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,將是沿海城市發(fā)展的重要選擇之一。圍海造地逐漸成為人類開發(fā)利用海洋的重要方式,也是人類拓展生存空間及生產(chǎn)空間的重要手段[1]。圍海造地的首要工序就是筑成封閉式海堤,海堤施工質(zhì)量對后方陸域安全起著決定性的作用。

爆炸排淤泥筑堤法是在軟基上拋填塊石,形成一定的堤長之后,在堤頭和堤的兩側(cè)一定距離和深度的淤泥內(nèi)實施控制爆破,使淤泥按一定方式擾動并喪失強(qiáng)度,軟基上的填石塊體在重力作用下沉落到下部的持力層。該方法具有施工速度快、沉降量小等優(yōu)點,自發(fā)明以來,特別是20世紀(jì)90年代以來,得到了大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用[2]。

1工程概況

某集團(tuán)海工建造基地海堤位于浙江岱山縣秀山島北側(cè)淺海灘涂上,堤線分布處泥面標(biāo)高一般為-0.5～-3.5米,淺部分布為厚17～25米的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,灰色,流塑,含水量41～48%,孔隙比1.16～1.31,直剪快剪粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ分別為7.5、3.8,其下即為可塑狀粉質(zhì)粘土或含粘性土礫砂層。擬建海堤采用爆炸排淤泥筑堤法,總長1200余米,堤頂標(biāo)高約4米,堤身最寬處約36米,設(shè)計堤底座落于硬層上(硬土層或者碎石土層),采用開山石填筑,因此形成的拋填體厚可達(dá)30米。

2爆炸擠淤海堤質(zhì)量檢測方法選擇

爆炸擠淤海堤施工質(zhì)量控制主要包括三方面內(nèi)容:一是填筑石材的質(zhì)量控制,二是斷面尺寸要符合設(shè)計要求,三是拋石置換深度要符合設(shè)計要求。特別是拋石置換深度的檢測是海堤質(zhì)量檢測的關(guān)鍵內(nèi)容,目前經(jīng)常采用的方法有三種:體積平衡法、鉆孔檢測法和物探檢測法。

體積平衡法:每隔50米,精確統(tǒng)計拋填石方量,進(jìn)行體積平衡檢驗,以此計算拋填體清淤落底的效果。

鉆孔檢測法:沿堤身布置鉆探橫斷面(一般堤頂、堤兩側(cè)腰部各布置一個鉆孔),可較為直觀地了解拋填體的清淤落底情況和海堤的寬度是否達(dá)到設(shè)計要求。

物探檢測:沿堤縱向全長做面波法檢測,每隔50米布置探地雷達(dá)掃描橫斷面。

這三種方法中,鉆孔檢測法的成果較為直觀可靠,但是施工時間長、費(fèi)用高,而物探方法(一般為探地雷達(dá)法)較為簡便迅速,費(fèi)用相對較低,但是容易受場地條件和周邊環(huán)境干擾而影響檢測精度,因此本次檢測選用了以探地雷達(dá)方法為主,結(jié)合鉆孔檢測法作抽檢驗證的綜合檢測手段。

經(jīng)與業(yè)主單位協(xié)商,本次檢測共布置24個探地雷達(dá)斷面和6個鉆孔檢測斷面。

3檢測方法原理與成果解譯

3.1 探地雷達(dá)法。探地雷達(dá)法是一種非破壞性的測試技術(shù),它具有抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、工作條件寬松、快速、簡捷具有較高的探測精度和高分辨率等優(yōu)點,探地雷達(dá)是利用高頻電磁波(主頻為數(shù)十兆赫至數(shù)百兆赫以至上千兆赫)以寬頻短脈沖形式,由地面通過發(fā)射天線送入地下,經(jīng)地下地層或目標(biāo)反射后返回地面,為接收天線所接收[3]。整個過程脈沖波行程需時:

t=/V

式中:V為電磁波速,X為天線距,Z為目的層深度。

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的速度為已知時,可根據(jù)測定到的精確的t值(ns,1ns=10-9s),由上式求出反射體的深度。式中X值在剖面探測中是固定的。當(dāng)V值難以確定時,可采用V=C/近似計算,其中C為光速(3×105m/s),εr為地下介質(zhì)相對介電常數(shù),可以利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)或測定獲得。

當(dāng)目的體為拋石塊層時,其介電常數(shù)是比較復(fù)雜的,可近似寫為:

ε=εrVr+εrwVw+εrsVs

式中εr為拋石體的介電常數(shù),εrw為泥土的介電常數(shù),εrs當(dāng)在水位以上時是空氣的介電常數(shù),在水位以下時,是海水的介電常數(shù)。Vr、Vw和Vs相應(yīng)地為其所占的體積含量。

本次測試結(jié)合實測現(xiàn)場具體情況,針對干海堤拋石基底為目的體進(jìn)行選取合適參數(shù),采樣長度500ns,采樣率512,掃描率64次/秒,連續(xù)掃描方式進(jìn)行掃描。

3.2 鉆孔檢測法。眾所周知,拋石層鉆探施工難度非常大,因為容易坍塌、掉塊、漏漿等而造成卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故,尤其對于厚度近30米的拋石體,更加困難。近年來,一般采用全液壓錨固工程鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn),該設(shè)備是利用偏心潛孔鉆頭以壓縮空氣為動力,將壓縮空氣動力轉(zhuǎn)換成機(jī)械力量破碎回填的漂、塊石,并通過高壓空氣將破碎的漂、塊石片從跟進(jìn)的套管口中吹出地面。偏心潛孔鉆頭上裝有沖擊器和釬頭,工作過程中沖擊器的活塞不斷沖擊尾部,釬頭上的合金齒不斷沖擊漂、塊石,減速器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩,使鉆具轉(zhuǎn)動,推進(jìn)氣缸產(chǎn)生的軸向力送進(jìn)鉆具進(jìn)行鉆孔。在鉆孔過程中,用的是Φ110的偏心鉆頭,成孔過程中,由于偏心頭的作用將鉆孔擴(kuò)大,因此起防止塌孔、卡鉆和空氣漏氣的Φ130的套管自動跟進(jìn),有效的防止了塌孔、卡鉆和空氣漏氣等問題,完成了自動下管的任務(wù)。該設(shè)備的優(yōu)點是速度快、效率高,一般情況下安裝就位后2小時之內(nèi)就能完成一個拋填深25米左右的檢測孔,缺點是:取出的巖芯為是顆粒粉狀,地層分層僅靠鉆進(jìn)速率和經(jīng)驗判斷,較不直觀,設(shè)備龐大沉重不方便搬遷。本次鉆孔檢測嘗試采用了傳統(tǒng)鉆探方法,即采用普通XY-100型巖芯鉆機(jī),以Φ127、Φ108、Φ89小口徑金鋼石鉆頭鉆進(jìn),每鉆進(jìn)1米左右就提鉆,隨即打入短套管跟進(jìn)護(hù)壁,一般25米左右拋填層需用Φ146、Φ130、Φ110等三種規(guī)格套管。所下套管有效地防止塌孔、卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故發(fā)生,只要金剛石鉆頭選取得當(dāng),其鉆進(jìn)效率也是比較高的,一般每二到三天就能完成一個檢測孔。該方法的優(yōu)點是巖芯采取率高(可達(dá)80%),芯樣可見較為直觀,可清晰地分出拋填層、拋填混合層、下伏土層的厚度,并可了解拋填層的密實度和落底情況,且鉆機(jī)相對較輕搬遷方便,費(fèi)用也不高等。本次鉆孔檢測的剖面圖成果詳見圖1。

3.3 資料處理與解釋。

3.3.1 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理。探地雷達(dá)資料處理包括原始數(shù)據(jù)的編輯、零點漂移校正、SEC增益、濾波處理等基本流程。增益恢復(fù)可以使經(jīng)過雷達(dá)波的信號得到回復(fù)或還原能夠增強(qiáng)信息;帶通濾波可以濾掉信號中的低頻振蕩和高頻噪聲等成分[4]。

數(shù)據(jù)處理成果以波形圖時間剖面輸出,并作時深轉(zhuǎn)換成地質(zhì)推斷剖面,各剖面所示的拋石層深度、混合層厚度及部分基巖埋深作數(shù)據(jù)統(tǒng)計。在此基礎(chǔ)上,編制了探地雷達(dá)解釋剖面圖。

3.3.2 成果解釋。本次從所有檢測剖面中抽取SN0+180、SN0+260、 SN0+300三個剖面作出相應(yīng)的解釋說明。

從橫斷面看,北側(cè)海堤拋石體橫向輪廓形狀均大體相同,總體呈船形,其底部較平坦,拋石體自底部向兩側(cè)呈楔狀突出,呈拳頭形向上部收斂為梯形。

從雷達(dá)剖面上看,拋石層和下部土層的電磁波幅值存在明顯的差異,拋石層電磁波幅值較高,但其連續(xù)性相對較差,其原因在于拋石體不是均勻介質(zhì)。我們可以從雷達(dá)剖面上讀出電磁波傳播的時間,結(jié)合電磁波速度,從而計算出界面的深度。但直接從雷達(dá)剖面上很難精確地確定拋石與下部土層的分界線,因為拋石與土層之間存在一定厚度的過度混合層(拋石與粘土混合),鉆探資料表明其厚度在1米左右。電磁波在混合層附近存在一個漸變的過程。那么,在測線上進(jìn)行鉆孔驗證就起到了一個定點定位的作用。下一步工作就是進(jìn)行同向軸追蹤了,進(jìn)而確定該剖面的拋石層底界。經(jīng)分析整理,所測海堤的堤軸線上拋石層厚度在16.5～24.5米范圍內(nèi),各剖面混合層平均厚度在0.55～0.96米范圍內(nèi)。

對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)位于較平整的海堤頂面范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)精度相對較高,而海堤兩側(cè)坡面上較大的石塊很多,存在很多空隙,測試所得數(shù)據(jù)誤差較大。

另外,在野外數(shù)據(jù)的采集過程中,選取合適的介電常數(shù)亦是相當(dāng)重要的。需要在現(xiàn)場先進(jìn)行試驗,選取最適合的介電常數(shù)能夠大大提高探測精度。不同的場地,介電常數(shù)的取值也都是不一樣的,不能夠僅憑經(jīng)驗斷定。

4結(jié)語

①探地雷達(dá)法和鉆孔檢測法是爆炸擠淤海堤質(zhì)量檢測中較為直接有效地檢測方法,探地雷達(dá)法較為簡便迅速,鉆孔檢測法較為直觀可靠,兩者相互補(bǔ)充、驗證。實踐證明:物探和鉆探相結(jié)合才能得到最佳的解釋成果,物探離開了鉆探就會是紙上談兵,鉆探離開了物探僅僅是一孔之見。

②影響探地雷達(dá)法野外探測精度的因素有很多,例如:電磁波干擾、場地平整度、導(dǎo)磁性物體等等。在野外工作過程中,應(yīng)避開電纜、電線、大的金屬體,在不影響探測成果的前提下應(yīng)盡量選擇較平整的線位。

③鉆孔檢測法中利用普通XY-1型鉆機(jī)結(jié)合小口徑金鋼石鉆頭,下多重套管跟管鉆進(jìn)應(yīng)用于巨厚拋填層(塊碎石層),并取得了成功,是一次非常有意義地嘗試,值得推廣。

參考文獻(xiàn):

[1] 張軍巖,于格.世界各國(地區(qū))圍海造地發(fā)展現(xiàn)狀及其對我國的借鑒意義[J].國土資源,2008(8).

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在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究，第三類課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。

一、海洋環(huán)境特征

對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度）、物理因素（擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放）、化學(xué)因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此，除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型，這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于較大范圍的海域，通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型，對于紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口近區(qū)，則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，采用坐標(biāo)變換，可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學(xué)模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎(chǔ)，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面，可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合，可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對于強(qiáng)流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺?yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來，建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法，用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發(fā)，在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用；在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項，可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略，也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學(xué)模型，其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。

能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備，現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。

90年代以來，我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動作用，也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險性分析，設(shè)計地震動參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機(jī)理、振動控制、地震動時頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動力分析和動力破壞試驗；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長期運(yùn)行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設(shè)計不周或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差，原材料不合格，管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。

因此，發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術(shù)和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下（風(fēng)、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設(shè)計與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。

為了及時掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類應(yīng)急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，進(jìn)行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)物理模型，通過多媒體技術(shù)，形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過程，建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。

三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時又是經(jīng)濟(jì)活動最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。

篇9

隨著沿海經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，近海海域遭到越來越嚴(yán)重的污染，使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世　界各國，特別是象我國這樣具有相當(dāng)長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關(guān)心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還面臨嚴(yán)酷的海洋自然環(huán)境，海洋災(zāi)害直接影響著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模、速度和效益，精確預(yù)報海洋災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和應(yīng)該采取何種防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)工程措施，也成為嚴(yán)重關(guān)注的環(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源，需要在海上進(jìn)行各類工程建設(shè)，在目前科技日益發(fā)展的情況下，工程建設(shè)的規(guī)模日益巨大，這些大規(guī)模的工程建設(shè)和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個應(yīng)引起特別關(guān)注的重要問題。為了適應(yīng)我國海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海洋環(huán)境的日益惡化，海洋災(zāi)害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展，近海石油氣田的開發(fā)，以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要，針對我國重大海洋環(huán)境與保護(hù)問題開展研究是十分必要和迫切的。

在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究，第三類課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。

一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究

以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度）、物理因素（擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放）、化學(xué)因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此，除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型，這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于較大范圍的海域，通常可采用深度平均的潮流教學(xué)模型，對于紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口近區(qū)，則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，采用坐標(biāo)變換，可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學(xué)模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎(chǔ)，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面，可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系，可使雙曲型緩坡方程能

夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)合，可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對于強(qiáng)流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺?yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來，建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法，用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發(fā)，在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用；在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項，可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略，也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學(xué)模型，其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。

能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備，現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策

為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時又是經(jīng)濟(jì)活動最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。

隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城平建設(shè)中的污水深海排放技術(shù)，感潮水域污水多點排放漂移擴(kuò)散研究，天然海灣、人工湖及人工運(yùn)河的水質(zhì)交換能力，人工沙灘的保護(hù)措施，灘涂圍墾對水域環(huán)境的影響等，都將是需要認(rèn)真解決的問題。

鑒于黃河三角洲海岸線不斷依退所帶來的國土面積減少、陸上設(shè)施受到威脅甚至破壞、對黃河三角洲濕地自然條件的毀滅性破壞等一系列問題，也是非常迫切需要研究的課題。此外，長江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸開發(fā)、灘涂圍墾和岸灘保護(hù)及整治工程對水域影響所引起的環(huán)境問題及其對策，也切枰?重點研究的課題??BR>以主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的河口和海岸帶地區(qū)以及主要海域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，建立一個數(shù)字化的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模擬系統(tǒng)。與防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)一樣，將環(huán)境工程、水利工程、土木工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立模型，通過多媒體技術(shù)，形象化地針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測由于發(fā)展經(jīng)濟(jì)帶來的海域環(huán)境水污染的惡化、海洋自然災(zāi)害（臺風(fēng)、巨浪、風(fēng)暴潮、地震、冰害、地質(zhì)災(zāi)害）頻發(fā)的情況。人類活動特別是大規(guī)模工程建設(shè)所引起的海洋環(huán)境的變遷和海岸演變，以及它們之間的相互作用，用數(shù)字手段統(tǒng)一地加以處理，建立智能化的決策支持系統(tǒng)，以促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康地發(fā)展，將會是決策部門進(jìn)行宏觀決策和具體規(guī)劃時的一個十分有

效的手段。

三、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究

海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來，我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動作用，也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險性分析，設(shè)計地震動參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機(jī)理、振動控制、地震動時頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動力分析和動力破壞試驗；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

篇10

在這方面,重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究,第二類課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究,第三類課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。

一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究

以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ),考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度)、物理因素(擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放)、化學(xué)因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此,除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用,很難將其中的單因素影響分離出來,因此,往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型,這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學(xué)模型;波浪數(shù)學(xué)模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面,對于較大范圍的海域,通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型,對于紊動影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域,如排污口近區(qū),則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外,采用坐標(biāo)變換,可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學(xué)模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎(chǔ),針對水溫和鹽度分層流的流動特性,考慮浮力對紊動的影響,建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k-(單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念,分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面,可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題,通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)合,可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型,可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面,對于弱流情形,可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型;對于強(qiáng)流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺?yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來,建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法,用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型,可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo),在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發(fā),在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用;在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項,可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型,它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時對確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略,也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學(xué)模型,其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模

型的技術(shù)關(guān)鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的,有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。 能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備,現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究

海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來,我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣,是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高,一旦發(fā)生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞,面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時,都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮,形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成,不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力,而且由于冰激引起的振動作用,也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù),至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中,除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點,發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物(海洋平臺、鉆井船、人工>文秘站:

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升,造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理,至今國內(nèi)外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的,如近海環(huán)境地震危險性分析,設(shè)計地震動參數(shù)和頻譜特性,強(qiáng)震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動輸入機(jī)理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機(jī)理、振動控制、地震動時頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動力分析和動力破壞試驗;核電站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用,碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性;海域中水工建筑物的性能設(shè)計和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長期運(yùn)行過程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來自兩個方面:其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設(shè)計不周或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低,施工質(zhì)量差,原材料不合格,管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。

因此,發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下,對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評估剩余可靠度的理論;結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術(shù)和新方法;結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法;海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下(風(fēng)、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優(yōu)化理論研究,設(shè)計與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu);研究和設(shè)計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計使用期限內(nèi)有足夠的安全度,而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。

為了及時掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來臨,發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng),如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類應(yīng)急處理系統(tǒng);以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景,進(jìn)行重點研究,建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu);以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng),將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合,建立數(shù)學(xué)物理模型,通過多媒體技術(shù),形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過程,建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。

三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策

為了充分利用海洋空間,現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外,正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程,估計到21世紀(jì),可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長,60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見,隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用,各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大,保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復(fù)雜的地區(qū),但同時又是經(jīng)濟(jì)活動最為發(fā)達(dá)的地區(qū),海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地,若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報失,另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究;大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論,如由于工程措施所引起的海岸動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。

篇11

在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究，第三類課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。

一、海洋環(huán)境特征

對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度）、物理因素（擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放）、化學(xué)因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此，除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型，這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于較大范圍的海域，通常可采用深度平均的潮流教學(xué)模型，對于紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口近區(qū)，則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，采用坐標(biāo)變換，可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學(xué)模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎(chǔ)，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面，可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)合，可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對于強(qiáng)流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應(yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來，建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法，用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發(fā)，在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用；在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項，可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略，也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學(xué)模型，其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。

能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備，現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。

90年代以來，我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動作用，也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險性分析，設(shè)計地震動參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機(jī)理、振動控制、地震動時頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動力分析和動力破壞試驗；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長期運(yùn)行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設(shè)計不周或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差，原材料不合格，管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。

因此，發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術(shù)和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下（風(fēng)、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設(shè)計與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。

為了及時掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類應(yīng)急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，進(jìn)行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)物理模型，通過多媒體技術(shù)，形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過程，建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。

三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時又是經(jīng)濟(jì)活動最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。

篇12

筆者認(rèn)為教育游戲是有針對性的教育目的和教學(xué)學(xué)科結(jié)合而設(shè)計的一種教育與娛樂相結(jié)合的游戲軟件，通過游戲的趣味性、參與性、競爭性、探索性培養(yǎng)學(xué)生的非智力因素能力，使學(xué)生輕松自由地學(xué)習(xí)，在更大程度上提高學(xué)生的認(rèn)知范圍。我們知道教育游戲其實是嚴(yán)肅游戲的一個重要分支，游戲符合兒童的天性，在玩中學(xué)、學(xué)中玩，是當(dāng)今最好的一種學(xué)習(xí)方式，隨著計算機(jī)的在家庭和學(xué)校的普及，給了教育游戲很大的發(fā)展空間。通過調(diào)查無論是老師還是家長都非常支持游戲和教育相結(jié)合，教育游戲也正在迅猛地發(fā)展。

二、教育游戲的優(yōu)缺點比較

教育游戲是一個新鮮事物，有很多地方還不完善，沒有我們想象得那么“美”,但是她的非凡魅力足以吸引這我們不斷探索、不斷創(chuàng)新！教育游戲的優(yōu)點在于：（1）學(xué)生有了有針對性的游戲，極大地提高學(xué)習(xí)積極性，自己會主動學(xué)習(xí)，有了探索創(chuàng)新的動力。（2）在游戲的過程中完全放松，錯了可以再來，勇于前進(jìn)，沒有思想負(fù)擔(dān)，在不知不覺中學(xué)習(xí)了許多知識，在自然學(xué)習(xí)中體會學(xué)習(xí)的樂趣、運(yùn)用的樂趣。（3）有的教育游戲分別設(shè)置了不同的角色，從不同角度切入學(xué)習(xí)，幾個同學(xué)在一起學(xué)習(xí)更增添了樂趣，還不受時空的限制（只需要網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通），增強(qiáng)了合作和競爭意識，符合他們的心理意識。（4）情境再現(xiàn)，大量的形象逼真的模擬，角色扮演，比如很多理化生地的實驗，城市規(guī)劃，自然太空的探索，職業(yè)扮演，都可以足不出戶，有大量的實習(xí)機(jī)會，不用擔(dān)心危險，也不會帶來任何危害，需要少資源，可多次重復(fù)使用。極大開闊視野，增加生活體驗，發(fā)展綜合能力，運(yùn)用能力。教育游戲缺點在于：（1）大型教育教育少，有針對性的教育游戲少，因此選擇比較少。（2）教育與娛樂結(jié)合比較生硬，還沒有很好地融合。（3）懂教育游戲的老師少，缺乏必要的指導(dǎo)。總之這是真是一條教育的新思路！

三、教育游戲的發(fā)展之路及可推薦的幾款成熟教育游戲網(wǎng)站

教育游戲的概念最早可以追溯到美國，2002年美國華盛頓特區(qū)伍德羅威爾遜國際學(xué)者中心發(fā)起了“嚴(yán)肅游戲計劃”，目的是鼓勵解決政策和管理問題的游戲的設(shè)計和開發(fā)，一般認(rèn)為這就是教育游戲的雛形。2003年，國際上開始重視這個計劃，國際游戲開發(fā)者協(xié)會負(fù)責(zé)人羅卡監(jiān)督并開發(fā)了用于訓(xùn)練當(dāng)市長的《模擬城市》游戲、訓(xùn)練董事長的《虛擬領(lǐng)導(dǎo)》等游戲。其實早在2003年左右，這種先進(jìn)的思想已經(jīng)傳入中國，我們國家最早的多媒體互動課件可以做為最早的教育應(yīng)用。其實中國早就開發(fā)的WaWaYaYa虛擬社區(qū)學(xué)習(xí)網(wǎng)站（省略/），是針對5~15歲中國兒童設(shè)計的安全益智教育游戲網(wǎng)站，它包涵了時空港、開心數(shù)學(xué)、開心識字、開心英語、天天島、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤等模塊組成，以小學(xué)一年級到六年級基礎(chǔ)教育為基礎(chǔ)，拓展知識上到天文地理，下到日常生活及生存知識，無所不有，包羅萬象，簡直就是知識的海洋，是教育游戲的典范。比較典型的還有尚學(xué)大學(xué)堂（省略/index.php），也是針對小學(xué)同步教材為基礎(chǔ)，結(jié)合各種科學(xué)知識和教育游戲，旨在開發(fā)學(xué)生智力，豐富生活經(jīng)歷，開闊視野，有一定的體驗?zāi)芰Α?/p>

篇13

對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度）、物理因素（擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放）、化學(xué)因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此，除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型進(jìn)行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型，這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于較大范圍的海域，通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型，對于紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口近區(qū)，則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，采用坐標(biāo)變換，可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學(xué)模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎(chǔ)，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面，可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合，可導(dǎo)出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對于強(qiáng)流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應(yīng)力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來，建立一種輻射應(yīng)力計算的新方法，用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報系統(tǒng)作為目標(biāo)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發(fā)，在動量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用；在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項，可建立一個統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略，也具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學(xué)模型，其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。

能模擬海洋動力因素的先進(jìn)實驗設(shè)備，現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。

90年代以來，我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動作用，也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個課題。

我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險性分析，設(shè)計地震動參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機(jī)理、振動控制、地震動時頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動力分析和動力破壞試驗；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長期運(yùn)行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設(shè)計不周或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差，原材料不合格，管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。

因此，發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術(shù)和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下（風(fēng)、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設(shè)計與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。

為了及時掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類應(yīng)急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，進(jìn)行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)物理模型，通過多媒體技術(shù)，形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過程，建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。

三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時又是經(jīng)濟(jì)活動最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。