引論：我們?yōu)槟砹?3篇海洋空間資源的優(yōu)缺點(diǎn)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫(xiě)作時(shí)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(dòng)中的環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到重視，生產(chǎn)平臺(tái)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(lái)海洋石油工業(yè)發(fā)生的多次漏油事件對(duì)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重的污染不可忽視。

1 海洋油污染來(lái)源

海洋水體油污染來(lái)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(guò)地層斷裂或裂縫滲出，滲出程度與地殼構(gòu)造活動(dòng)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(guó)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(lái)的油再搬運(yùn)輸入海洋。海洋水體油污染人為來(lái)源很多，如海上石油生產(chǎn)、FPSO外輸、海洋運(yùn)輸、平臺(tái)能源供應(yīng)用油、伴生油氣等。

1.1 海上采油平臺(tái)排污

在海上石油開(kāi)發(fā)中，海上采油平臺(tái)常發(fā)生溢油。比如，2009年4月20日，英國(guó)石油公司（BP）位于墨西哥灣的鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸，大量原油在深海泄漏，引發(fā)美國(guó)歷史上最為嚴(yán)重的石油泄漏事故。通過(guò)采取各種措施，英國(guó)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(huì)、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(guó)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(zhēng)泄漏油量，但環(huán)境影響可能是史無(wú)前例的。泄漏油井在深海，原油收集行動(dòng)難度較大，各方處理水下原油經(jīng)驗(yàn)不足，遇到颶風(fēng)或其他惡劣天氣，進(jìn)展還會(huì)受到影響甚至?xí)黄韧Ｖ?。漏出原油成分的水溶性高，與海水相溶后難以燃燒和清理，處理過(guò)程要耗時(shí)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(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，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(huì)導(dǎo)致人員傷亡，造成海洋污染。

2 油污污染對(duì)海洋環(huán)境的危害

含油污水的不合理排放是對(duì)海洋環(huán)境的一種慢性長(zhǎng)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(huì)嚴(yán)重危害海洋生態(tài)環(huán)境。

2.1 對(duì)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(huì)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(duì)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(huì)造成陽(yáng)光輻射的減弱。以上因素將會(huì)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(wàn)L的溶解氧，會(huì)造成海水缺氧，引起海洋中的微生物和藻類(lèi)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(duì)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(jì)，自1983年以來(lái)，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(hào)油輪漏油和大慶245號(hào)油輪爆炸，造成近海養(yǎng)殖損失3000萬(wàn)元；1989年8月12日，黃島油庫(kù)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(wàn)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(wàn)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(kāi)始調(diào)查水產(chǎn)品死亡情況。僅在唐山地區(qū)，樂(lè)亭縣扇貝養(yǎng)殖面積共35萬(wàn)畝，涉及160多戶(hù)養(yǎng)殖戶(hù)，共計(jì)700萬(wàn)籠扇貝。據(jù)當(dāng)?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前樂(lè)亭縣的扇貝死亡率已經(jīng)達(dá)到了50%至60%，初步估計(jì)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(yíng)養(yǎng)化，這是赤潮藻類(lèi)能夠大量繁殖的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，國(guó)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(guò)食物鏈傳遞，造成人類(lèi)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?chē)拇髿猸h(huán)境。由于擴(kuò)散和風(fēng)力的作用，會(huì)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(tái)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(gè)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(wú)害的二氧化碳和水 ，同時(shí)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(guò)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(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)

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

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

3.2 海上平臺(tái)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(lái)自一級(jí)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(guò)溢流管線(xiàn)進(jìn)入撇油艙，水則通過(guò)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(guò)撇油罐穩(wěn)定后，排入海中。工藝流程見(jiàn)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(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)

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

水力旋流器的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維修量小，對(duì)設(shè)備平穩(wěn)度沒(méi)有要求，密閉運(yùn)行。缺點(diǎn)則是停留時(shí)間很短，調(diào)節(jié)手段少，對(duì)流量變化敏感。

3.2.4？實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)比

以下數(shù)據(jù)選于南海某平臺(tái)在兩種處理系統(tǒng)使用中監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1：

篇2

開(kāi)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(wèn)題。渤海地區(qū)7 月8月是海生物生長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(zhǎng)過(guò)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(chǔ)油卸油裝置(FPSO)、海上鉆采平臺(tái)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(gè)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(chóng)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(yáng)極。被保護(hù)的海底門(mén)及其管線(xiàn)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(dòng)被保護(hù)的物體通過(guò)。它具有很高的吸附性。會(huì)散布開(kāi)來(lái)。進(jìn)入海生物生長(zhǎng)海水流動(dòng)較緩的區(qū)域，抑制了海生物的生長(zhǎng)。

人工機(jī)械清潔法，此種方法需要對(duì)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(zhǎng)、收縮及崩潰等一系列的動(dòng)力學(xué)過(guò)程)。液體中的氣泡在破裂的瞬間產(chǎn)生超過(guò)幾百個(gè)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(guò)有效的方法來(lái)實(shí)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(xiàn)路需要采用不同的運(yùn)輸方式，同時(shí)還會(huì)受到貨物的因素采取合適的運(yùn)輸方式。國(guó)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(diǎn)，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(duì)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(guó)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(diǎn)，但該運(yùn)輸方式還受到天氣與港口條件的影響，同時(shí)航期較長(zhǎng)。不同運(yùn)輸方式所具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，運(yùn)輸方式的選擇在實(shí)際中應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題，比較分析兩種運(yùn)輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并國(guó)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(guó)際貿(mào)易穩(wěn)定運(yùn)作奠定良好基礎(chǔ)。

2.實(shí)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(duì)中日機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的運(yùn)輸方式進(jìn)行實(shí)證研究。

2.1需求不確定性影響

不確定性的存在是國(guó)際供應(yīng)鏈面臨一個(gè)重要挑戰(zhàn)，本文主要對(duì)市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手策略以及宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，等等，其都會(huì)影響產(chǎn)品需求。比如，快速消費(fèi)電子、時(shí)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(duì)增加企業(yè)運(yùn)作的難度，企業(yè)一般會(huì)采用措施，比如，通過(guò)采用快速配送方式、增加庫(kù)存等方法來(lái)應(yīng)對(duì)運(yùn)作中的不確定性。這兩種方法對(duì)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(guò)增加庫(kù)存增加了企業(yè)的庫(kù)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(shí)間內(nèi)該種產(chǎn)品需求的變異系數(shù)CV來(lái)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(jì)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(jià)格波動(dòng)表示需求的不確定性。

2.2國(guó)際分散化

生產(chǎn)東亞地區(qū)的貿(mào)易往來(lái)遵循傳統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)的理念，也就是說(shuō)，資源密集型與勞動(dòng)密集型產(chǎn)品即為發(fā)展中國(guó)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(guó)家日本出口。然而，東亞地區(qū)貿(mào)易模式并沒(méi)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(duì)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(lèi)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(duì)于中日貿(mào)易的分類(lèi)，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(guó)家，j表示產(chǎn)品。當(dāng)公式成立時(shí)，k國(guó)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(guò)程。所以，垂直產(chǎn)業(yè)內(nèi)貿(mào)易對(duì)于國(guó)際分散化生產(chǎn)程度無(wú)法準(zhǔn)確表示。結(jié)論當(dāng)前產(chǎn)品市場(chǎng)需求不確定性與之前相比越來(lái)越高，同時(shí)國(guó)際分散化生產(chǎn)也越來(lái)越普及，采取哪種方法來(lái)應(yīng)對(duì)這種環(huán)境，使國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)力得到提升成為當(dāng)前最關(guān)鍵的部分。

本文通過(guò)對(duì)不確定性與國(guó)際分散化生產(chǎn)給運(yùn)輸方式選擇帶來(lái)的影響進(jìn)行分析，并通過(guò)對(duì)中日兩國(guó)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(diǎn)對(duì)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求不確定性有著良好效果，而且為了使國(guó)際供應(yīng)鏈暢通得到保障，避免出現(xiàn)中斷市場(chǎng)的現(xiàn)象，使產(chǎn)品能夠及時(shí)放入市場(chǎng)，在國(guó)際分散化生產(chǎn)環(huán)境下，選擇運(yùn)輸方式過(guò)程中，航空運(yùn)輸具有的快速性的優(yōu)點(diǎn)，在企業(yè)中廣泛得到運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

    對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外,近年來(lái),在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

    此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大,且受到許多客觀(guān)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(lái),因此,往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

    用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前,在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型,這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)于較大范圍的海域,通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型,對(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性,考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響,建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度,可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

    針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題,通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái),建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法,用該方法可對(duì)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(chǎng)模型,可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn),從三維湍流模型出發(fā),在動(dòng)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(xiàng),可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型,它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

    應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的,有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

    能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(bào)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(lái),我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái),1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí),都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用,也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái),為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

    我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家,海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理,至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究,且由于試驗(yàn)條件的限制,國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

篇5

國(guó)內(nèi)對(duì)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(kāi)始的研究對(duì)象局限于國(guó)家層面。然而，步入九十年代，國(guó)內(nèi)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)相關(guān)理論研究逐步由國(guó)家層面轉(zhuǎn)向地區(qū)層面。我國(guó)于1994年出臺(tái)《90年代國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策》，明確指出優(yōu)先發(fā)展石化、機(jī)電、汽車(chē)、建筑業(yè)四大國(guó)民支柱產(chǎn)業(yè)。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）在國(guó)家制定“九五”計(jì)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(guó)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(wèn)題。本文首先討論國(guó)外學(xué)者對(duì)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(guó)學(xué)者結(jié)合我國(guó)國(guó)情、地方特點(diǎn)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(píng)價(jià)方法，本文分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)地區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇的各種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出需針對(duì)地區(qū)的特定經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景建立適宜的綜合評(píng)價(jià)方法體系。最后，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇理論進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為部分學(xué)者對(duì)區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)不過(guò)全面，忽略了區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)時(shí)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(cè)算體系過(guò)于簡(jiǎn)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(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅斯托于1960年在其著作《經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)階段》一書(shū)中明確指出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念，他將國(guó)民生產(chǎn)部門(mén)分成三類(lèi)：主導(dǎo)增長(zhǎng)部門(mén)、輔助增長(zhǎng)部門(mén)和派生增長(zhǎng)部門(mén)。他還認(rèn)為主導(dǎo)增長(zhǎng)部門(mén)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(dòng)能力以及持續(xù)的高增長(zhǎng)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(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)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(mén)分為專(zhuān)業(yè)化部門(mén)與非專(zhuān)業(yè)化部門(mén)，其中專(zhuān)業(yè)化部門(mén)又被再次細(xì)分為一般部門(mén)和主導(dǎo)部門(mén)，而這里的主導(dǎo)部門(mén)就是區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，它在專(zhuān)業(yè)化部門(mén)中能夠?qū)^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著導(dǎo)向和帶動(dòng)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(guó)家層面的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)理論直接應(yīng)用于區(qū)域?qū)用?，從而形成區(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(guó)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(guó)外最具代表性的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇基準(zhǔn)理論有四個(gè)：李嘉圖比較優(yōu)勢(shì)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(shì)基準(zhǔn)

古典經(jīng)濟(jì)時(shí)期，大衛(wèi)?李嘉圖提出比較優(yōu)勢(shì)理論，他認(rèn)為某一產(chǎn)業(yè)部門(mén)如果具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，那么其可以成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心部門(mén)，然后帶動(dòng)周?chē)a(chǎn)業(yè)部門(mén)的發(fā)展，這一原理后來(lái)發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的比較優(yōu)勢(shì)基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)包括靜態(tài)比較優(yōu)勢(shì)基準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)比較優(yōu)勢(shì)基準(zhǔn)，靜態(tài)比較優(yōu)勢(shì)基準(zhǔn)是以當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)選擇主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，優(yōu)先發(fā)展具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)部門(mén)，根據(jù)其與周?chē)a(chǎn)業(yè)部門(mén)的經(jīng)濟(jì)關(guān)系，帶動(dòng)周?chē)a(chǎn)業(yè)部門(mén)的發(fā)展，進(jìn)而形成地區(qū)經(jīng)濟(jì)共同體。動(dòng)態(tài)比較優(yōu)勢(shì)基準(zhǔn)是指當(dāng)前處于比較劣勢(shì)，但未來(lái)可形成比較優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而成為帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)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(zhǎng)階段》中提出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的概念，他在書(shū)中提出主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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?yàn)橹鲗?dǎo)產(chǎn)業(yè)可以將其產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)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(jí)和優(yōu)化，推動(dòng)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(méi)有明確指出具有可實(shí)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(cè)算體系過(guò)于簡(jiǎn)單

區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇的研究不同于國(guó)家層面，因?yàn)閲?guó)家層面的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)容易獲得，而省（自治區(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(zhǎng)時(shí)間且連續(xù)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，而這無(wú)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(cè)算體系過(guò)于簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)投入產(chǎn)出模型、計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的選擇基準(zhǔn)和評(píng)價(jià)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(diǎn)和不同點(diǎn)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(shí)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(shí)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(cè)繪是建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ)性工作，也是開(kāi)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(duì)于水深測(cè)量數(shù)據(jù)誤差規(guī)定可以0.2m范圍內(nèi)，但水深測(cè)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(cè)量誤差對(duì)于減少工程建設(shè)時(shí)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(cè)量誤差的原因分析及措施

1、水深測(cè)量誤差原因分析

測(cè)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(duì)于改正水深測(cè)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(cè)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(cè)量誤差，往往是引起水深測(cè)量誤差的主要因素。某些型號(hào)的測(cè)深儀接受自身反射聲波的精度不一樣，當(dāng)測(cè)深船在航行過(guò)程中，水中存在的障礙物會(huì)影響聲波的反射情況，而測(cè)深儀對(duì)這類(lèi)假聲波不能做出正確的區(qū)分，從而影響水深測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果；另外測(cè)深儀可能由于使用時(shí)間超過(guò)其額定使用壽命導(dǎo)致其內(nèi)部的元器件松動(dòng)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(duì)水深測(cè)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(cè)量方法，對(duì)聲波的靈敏度依賴(lài)較大，因此，聲波因素也是影響水深測(cè)量誤差大小的重要因素。對(duì)于不同情況的海水環(huán)境、氣候條件，水深測(cè)量之前聲速設(shè)置精度對(duì)測(cè)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(shí)，聲波的傳播速度增加約4.5m/s。例如所測(cè)水深為10米時(shí)，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(duì)水深測(cè)量的精度影響較為明顯。

影響水深測(cè)量數(shù)據(jù)精度的海況因素包括海浪的大小和潮位觀(guān)測(cè)的精度。海浪的起伏對(duì)于水深測(cè)量結(jié)果影響一般在10cm-20cm之間。潮位觀(guān)測(cè)的精度受潮位站的位置條件和觀(guān)測(cè)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(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)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(hào)和測(cè)深儀換能器的安裝使用對(duì)水深測(cè)量誤差的影響。在海洋工程水深測(cè)量工作時(shí)選擇合適的船只型號(hào)很重要。一般在水深較淺、風(fēng)浪較小的海域進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，建議選用船體較短小、活動(dòng)靈活的船只；在水深較深，風(fēng)浪較大海域進(jìn)行水深測(cè)量工作時(shí)，建議選擇吃水較深，穩(wěn)性較好的船只。測(cè)深儀換能器安裝于測(cè)深船只上時(shí)，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(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果，傾斜角度越大，水深測(cè)量數(shù)據(jù)誤差也越大。

2、減少水深測(cè)量誤差的措施

要減少水深測(cè)量過(guò)程中的誤差應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：選擇對(duì)測(cè)量工作有利的氣象條件，盡量選擇風(fēng)力小、無(wú)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(cè)量?jī)x器；根據(jù)測(cè)區(qū)環(huán)境選擇合適的測(cè)量船，測(cè)深儀換能器盡量安置測(cè)量船重心位置，如使用大型測(cè)量船應(yīng)在測(cè)量前對(duì)船舶動(dòng)吃水值進(jìn)行測(cè)定。

二、無(wú)驗(yàn)潮模式與潮位改正模式的優(yōu)缺點(diǎn)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(cè)量技術(shù)在沿海近岸以及內(nèi)河航道的水深測(cè)量中的優(yōu)越性日益凸顯。RTK高程信號(hào)和Heave信號(hào)融合還可以提高最終測(cè)量成果的精度。RTK用于海洋測(cè)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(hào)強(qiáng)，一般不會(huì)發(fā)生信號(hào)中斷的情況，但是需要多一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，還需要有專(zhuān)人看守，比較麻煩；CORS網(wǎng)絡(luò)RTK高程測(cè)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(hào)的地方就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量，缺點(diǎn)是：有時(shí)會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因?qū)е滦盘?hào)中斷，信號(hào)一旦中斷就會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)量船掉頭重新測(cè)量，這樣嚴(yán)重影響了施測(cè)效率。

潮位改正模式一般是用信標(biāo)機(jī)定位，用驗(yàn)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(duì)于海洋測(cè)繪精度足夠，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。

測(cè)量船在海上受涌浪的影響會(huì)發(fā)生傾斜，由于無(wú)驗(yàn)潮模式用來(lái)計(jì)算水下高程的測(cè)量值是GPS橢球高經(jīng)過(guò)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(cè)船傾斜影響而產(chǎn)生的高程誤差不同，如圖1所示：測(cè)船受涌浪的影響而傾斜，圖上三角形的斜邊是聲線(xiàn)，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(cè)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(cè)量記錄值。接收機(jī)為了得到良好的信號(hào)需要離開(kāi)測(cè)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(shí)值的差距（誤差），無(wú)驗(yàn)潮模式大于潮位改正模式，船舶橫搖縱搖對(duì)無(wú)驗(yàn)潮模式測(cè)深精度影響更大。

三、驗(yàn)證潮位改正精度的一種方法

海洋測(cè)繪是測(cè)量船在海面上測(cè)量海底相對(duì)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(dòng)，因此必須確定一個(gè)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(shí)測(cè)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(yàn)潮站測(cè)量海面的瞬時(shí)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(cè)深數(shù)據(jù)中的海洋潮汐影響，將測(cè)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(shí)際測(cè)量中不可能觀(guān)測(cè)測(cè)區(qū)內(nèi)每一時(shí)刻的潮汐變化值，所以，水位觀(guān)測(cè)通常以“點(diǎn)”代“面”的改正方法。潮位改正方法主要有單站潮位改正法、線(xiàn)性?xún)?nèi)插法、水位分帶法、時(shí)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(shí)存在一定的誤差。

目前，我國(guó)對(duì)于水位改正的精度還沒(méi)有給出具體的規(guī)定，但是GB12327―1998《海道測(cè)量規(guī)范》給出了“相鄰驗(yàn)潮站之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足最大潮高差不大于1m，最大潮時(shí)差不大于2h，且潮汐性質(zhì)基本相同”的規(guī)定?？紤]到現(xiàn)在高速發(fā)展的海洋測(cè)繪技術(shù)以及儀器條件比頒布《海道測(cè)量規(guī)范》時(shí)要高許多，可以用外推法或者內(nèi)插法對(duì)潮位數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行一定的評(píng)估，具體方法是：在確立驗(yàn)潮站布設(shè)方案之后，在呈三角形設(shè)置的驗(yàn)潮站中間位置投放一自容式驗(yàn)潮儀（或者人工在測(cè)區(qū)內(nèi)的幾個(gè)小島上不同時(shí)間不同位置分別觀(guān)測(cè)7h）與水位分帶法計(jì)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(cè)繪是一門(mén)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(cè)深、聲速測(cè)量、潮位測(cè)量等于一體，要提高海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)精度必須從施測(cè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)入手分析。換能器船舷安裝時(shí)測(cè)線(xiàn)方向應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)與波向涌向一致；測(cè)船橫搖縱搖對(duì)無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深模式的影響較驗(yàn)潮模式更大；潮位的內(nèi)插改正精度是可以通過(guò)多余觀(guān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)定的。

篇7

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

中圖分類(lèi)號(hào):TV22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)18-0033-02

0引言

改革開(kāi)放以來(lái),東部沿海地區(qū)一直是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,其非農(nóng)建設(shè)用地?cái)U(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(huì)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(lèi)開(kāi)發(fā)利用海洋的重要方式,也是人類(lèi)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(duì)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(zhǎng)之后,在堤頭和堤的兩側(cè)一定距離和深度的淤泥內(nèi)實(shí)施控制爆破,使淤泥按一定方式擾動(dòng)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(diǎn),自發(fā)明以來(lái),特別是20世紀(jì)90年代以來(lái),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(xiàn)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(zhǎng)1200余米,堤頂標(biāo)高約4米,堤身最寬處約36米,設(shè)計(jì)堤底座落于硬層上(硬土層或者碎石土層),采用開(kāi)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(cè)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(jì)要求,三是拋石置換深度要符合設(shè)計(jì)要求。特別是拋石置換深度的檢測(cè)是海堤質(zhì)量檢測(cè)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(cè)法和物探檢測(cè)法。

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

鉆孔檢測(cè)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(gè)鉆孔),可較為直觀(guān)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(jì)要求。

物探檢測(cè):沿堤縱向全長(zhǎng)做面波法檢測(cè),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(cè)法的成果較為直觀(guān)可靠,但是施工時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高,而物探方法(一般為探地雷達(dá)法)較為簡(jiǎn)便迅速,費(fèi)用相對(duì)較低,但是容易受場(chǎng)地條件和周邊環(huán)境干擾而影響檢測(cè)精度,因此本次檢測(cè)選用了以探地雷達(dá)方法為主,結(jié)合鉆孔檢測(cè)法作抽檢驗(yàn)證的綜合檢測(cè)手段。

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

3檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)捷具有較高的探測(cè)精度和高分辨率等優(yōu)點(diǎn),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(guò)發(fā)射天線(xiàn)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(xiàn)所接收[3]。整個(gè)過(guò)程脈沖波行程需時(shí):

t=/V

式中:V為電磁波速,X為天線(xiàn)距,Z為目的層深度。

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的速度為已知時(shí),可根據(jù)測(cè)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(cè)中是固定的。當(dāng)V值難以確定時(shí),可采用V=C/近似計(jì)算,其中C為光速(3×105m/s),εr為地下介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù),可以利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或測(cè)定獲得。

當(dāng)目的體為拋石塊層時(shí),其介電常數(shù)是比較復(fù)雜的,可近似寫(xiě)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(shí)是空氣的介電常數(shù),在水位以下時(shí),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(cè)試結(jié)合實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)具體情況,針對(duì)干海堤拋石基底為目的體進(jìn)行選取合適參數(shù),采樣長(zhǎng)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(cè)法。眾所周知,拋石層鉆探施工難度非常大,因?yàn)槿菀滋⒌魤K、漏漿等而造成卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故,尤其對(duì)于厚度近30米的拋石體,更加困難。近年來(lái),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(dòng)力,將壓縮空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)換成機(jī)械力量破碎回填的漂、塊石,并通過(guò)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(guò)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(dòng)力矩,使鉆具轉(zhuǎn)動(dòng),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(guò)程中,用的是Φ110的偏心鉆頭,成孔過(guò)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(dòng)跟進(jìn),有效的防止了塌孔、卡鉆和空氣漏氣等問(wèn)題,完成了自動(dòng)下管的任務(wù)。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是速度快、效率高,一般情況下安裝就位后2小時(shí)之內(nèi)就能完成一個(gè)拋填深25米左右的檢測(cè)孔,缺點(diǎn)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(yàn)判斷,較不直觀(guān),設(shè)備龐大沉重不方便搬遷。本次鉆孔檢測(cè)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(gè)檢測(cè)孔。該方法的優(yōu)點(diǎn)是巖芯采取率高(可達(dá)80%),芯樣可見(jiàn)較為直觀(guān),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(shí)度和落底情況,且鉆機(jī)相對(duì)較輕搬遷方便,費(fèi)用也不高等。本次鉆孔檢測(cè)的剖面圖成果詳見(jiàn)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(diǎn)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(guò)雷達(dá)波的信號(hào)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(hào)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(shí)間剖面輸出,并作時(shí)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(jì)。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(cè)剖面中抽取SN0+180、SN0+260、 SN0+300三個(gè)剖面作出相應(yīng)的解釋說(shuō)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(duì)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(shí)間,結(jié)合電磁波速度,從而計(jì)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(xiàn),因?yàn)閽伿c土層之間存在一定厚度的過(guò)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(gè)漸變的過(guò)程。那么,在測(cè)線(xiàn)上進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證就起到了一個(gè)定點(diǎn)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(cè)海堤的堤軸線(xiàn)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(duì)測(cè)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(duì)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(cè)試所得數(shù)據(jù)誤差較大。

另外,在野外數(shù)據(jù)的采集過(guò)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(chǎng)先進(jìn)行試驗(yàn),選取最適合的介電常數(shù)能夠大大提高探測(cè)精度。不同的場(chǎng)地,介電常數(shù)的取值也都是不一樣的,不能夠僅憑經(jīng)驗(yàn)斷定。

4結(jié)語(yǔ)

①探地雷達(dá)法和鉆孔檢測(cè)法是爆炸擠淤海堤質(zhì)量檢測(cè)中較為直接有效地檢測(cè)方法,探地雷達(dá)法較為簡(jiǎn)便迅速,鉆孔檢測(cè)法較為直觀(guān)可靠,兩者相互補(bǔ)充、驗(yàn)證。實(shí)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(kāi)了鉆探就會(huì)是紙上談兵,鉆探離開(kāi)了物探僅僅是一孔之見(jiàn)。

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

③鉆孔檢測(cè)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(guó)(地區(qū))圍海造地發(fā)展現(xiàn)狀及其對(duì)我國(guó)的借鑒意義[J].國(guó)土資源,2008(8).

篇8

在這方面，重點(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類(lèi)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(lèi)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(duì)策。

一、海洋環(huán)境特征

對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外，近年來(lái)，在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大，且受到許多客觀(guān)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(lái)，因此，往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前，在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)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(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性，考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響，建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題，通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái)，建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法，用該方法可對(duì)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(chǎng)模型，可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn)，從三維湍流模型出發(fā)，在動(dòng)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(xiàng)，可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型，它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的，有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(bào)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(lái)，我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái)，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí)，都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái)，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究?jī)?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(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)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?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線(xiàn)性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線(xiàn)與地基土動(dòng)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(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)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(jì)不周或設(shè)計(jì)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(duì)國(guó)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(shí)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(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)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(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)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(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)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(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)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(diǎn)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)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(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。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(zhǎng)，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。

由此可見(jiàn)，隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用，各類(lèi)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(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(huì)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(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地，若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)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(shí)處理也將會(huì)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(lái)的報(bào)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(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)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(duì)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(kāi)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(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)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(lái)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(duì)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(guó)，特別是象我國(guó)這樣具有相當(dāng)長(zhǎng)的海岸線(xiàn)和眾多海灣的國(guó)家所共同關(guān)心的環(huán)境問(wèn)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(bào)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(wèn)題。為了開(kāi)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(lèi)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(kāi)發(fā)海洋中的一個(gè)應(yīng)引起特別關(guān)注的重要問(wèn)題。為了適應(yīng)我國(guó)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(kāi)發(fā)，以及海岸帶開(kāi)發(fā)過(guò)程中的后效問(wèn)題的研究需要，針對(duì)我國(guó)重大海洋環(huán)境與保護(hù)問(wèn)題開(kāi)展研究是十分必要和迫切的。

在這方面，重點(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類(lèi)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(lèi)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(duì)策。

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

以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外，近年來(lái)，在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大，且受到許多客觀(guān)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(lái)，因此，往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前，在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)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(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性，考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響，建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題，通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái)，建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法，用該方法可對(duì)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(chǎng)模型，可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn)，從三維湍流模型出發(fā)，在動(dòng)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(xiàng)，可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型，它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的，有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(duì)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(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)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(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。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(zhǎng)，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。

由此可見(jiàn)，隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用，各類(lèi)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(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(huì)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(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地，若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)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(shí)處理也將會(huì)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(lái)的報(bào)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(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)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(duì)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(kāi)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(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)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(diǎn)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(duì)水域環(huán)境的影響等，都將是需要認(rèn)真解決的問(wèn)題。

鑒于黃河三角洲海岸線(xiàn)不斷依退所帶來(lái)的國(guó)土面積減少、陸上設(shè)施受到威脅甚至破壞、對(duì)黃河三角洲濕地自然條件的毀滅性破壞等一系列問(wèn)題，也是非常迫切需要研究的課題。此外，長(zhǎng)江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸開(kāi)發(fā)、灘涂圍墾和岸灘保護(hù)及整治工程對(duì)水域影響所引起的環(huán)境問(wèn)題及其對(duì)策，也切枰?重點(diǎn)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(gè)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(jì)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(guò)多媒體技術(shù)，形象化地針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測(cè)由于發(fā)展經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的海域環(huán)境水污染的惡化、海洋自然災(zāi)害（臺(tái)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(lèi)活動(dòng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康地發(fā)展，將會(huì)是決策部門(mén)進(jìn)行宏觀(guān)決策和具體規(guī)劃時(shí)的一個(gè)十分有

效的手段。

三、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報(bào)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(lái)，我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái)，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí)，都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái)，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究?jī)?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(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)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?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線(xiàn)性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線(xiàn)與地基土動(dòng)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(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

篇10

在這方面,重點(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究,第二類(lèi)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(lèi)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(duì)策。

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

以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外,近年來(lái),在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大,且受到許多客觀(guān)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(lái),因此,往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前,在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型,這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)于較大范圍的海域,通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型,對(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性,考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響,建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度,可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題,通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái),建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法,用該方法可對(duì)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(chǎng)模型,可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn),從三維湍流模型出發(fā),在動(dòng)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(xiàng),可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型,它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的,有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。 能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(bào)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(lái),我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái),1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí),都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用,也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái),為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家,海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理,至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究,且由于試驗(yàn)條件的限制,國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究?jī)?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(xiǎn)性分析,設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性,強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動(dòng)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?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線(xiàn)性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn);核電站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線(xiàn)與地基土動(dòng)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(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)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(jì)不周或設(shè)計(jì)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(duì)國(guó)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(shí)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(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論;結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)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(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu);研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)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(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨,發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)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(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)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(diǎn)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)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(jì)到21世紀(jì),可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。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(zhǎng),60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。

由此可見(jiàn),隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用,各類(lèi)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(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū),但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(huì)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(dòng)態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地,若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)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(shí)處理也將會(huì)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(lái)的報(bào)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(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)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(duì)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(kāi)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(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)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(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類(lèi)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(lèi)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(duì)策。

一、海洋環(huán)境特征

對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外，近年來(lái)，在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大，且受到許多客觀(guān)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(lái)，因此，往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前，在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)于較大范圍的海域，通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型，對(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性，考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響，建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題，通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái)，建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法，用該方法可對(duì)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(chǎng)模型，可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn)，從三維湍流模型出發(fā)，在動(dòng)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(xiàng)，可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型，它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的，有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(bào)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(lái)，我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái)，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí)，都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái)，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究?jī)?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(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)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?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線(xiàn)性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線(xiàn)與地基土動(dòng)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(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)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(jì)不周或設(shè)計(jì)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(duì)國(guó)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(shí)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(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)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(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)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(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)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(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)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(diǎn)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)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(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。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(zhǎng)，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。

由此可見(jiàn)，隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用，各類(lèi)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(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(huì)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(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地，若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)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(shí)處理也將會(huì)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(lái)的報(bào)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(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)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(duì)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(kāi)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(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)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(duì)性的教育目的和教學(xué)學(xué)科結(jié)合而設(shè)計(jì)的一種教育與娛樂(lè)相結(jié)合的游戲軟件，通過(guò)游戲的趣味性、參與性、競(jìng)爭(zhēng)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(shí)是嚴(yán)肅游戲的一個(gè)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(jì)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(guò)調(diào)查無(wú)論是老師還是家長(zhǎng)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(diǎn)比較

教育游戲是一個(gè)新鮮事物，有很多地方還不完善，沒(méi)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(diǎn)在于：（1）學(xué)生有了有針對(duì)性的游戲，極大地提高學(xué)習(xí)積極性，自己會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)，有了探索創(chuàng)新的動(dòng)力。（2）在游戲的過(guò)程中完全放松，錯(cuò)了可以再來(lái)，勇于前進(jìn)，沒(méi)有思想負(fù)擔(dān)，在不知不覺(jué)中學(xué)習(xí)了許多知識(shí)，在自然學(xué)習(xí)中體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣、運(yùn)用的樂(lè)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(gè)同學(xué)在一起學(xué)習(xí)更增添了樂(lè)趣，還不受時(shí)空的限制（只需要網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通），增強(qiáng)了合作和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，符合他們的心理意識(shí)。（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(shí)驗(yàn)，城市規(guī)劃，自然太空的探索，職業(yè)扮演，都可以足不出戶(hù)，有大量的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，不用擔(dān)心危險(xiǎn)，也不會(huì)帶來(lái)任何危害，需要少資源，可多次重復(fù)使用。極大開(kāi)闊視野，增加生活體驗(yàn)，發(fā)展綜合能力，運(yùn)用能力。教育游戲缺點(diǎn)在于：（1）大型教育教育少，有針對(duì)性的教育游戲少，因此選擇比較少。（2）教育與娛樂(lè)結(jié)合比較生硬，還沒(méi)有很好地融合。（3）懂教育游戲的老師少，缺乏必要的指導(dǎo)?？傊@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(guó)，2002年美國(guó)華盛頓特區(qū)伍德羅威爾遜國(guó)際學(xué)者中心發(fā)起了“嚴(yán)肅游戲計(jì)劃”，目的是鼓勵(lì)解決政策和管理問(wèn)題的游戲的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，一般認(rèn)為這就是教育游戲的雛形。2003年，國(guó)際上開(kāi)始重視這個(gè)計(jì)劃，國(guó)際游戲開(kāi)發(fā)者協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)人羅卡監(jiān)督并開(kāi)發(fā)了用于訓(xùn)練當(dāng)市長(zhǎng)的《模擬城市》游戲、訓(xùn)練董事長(zhǎng)的《虛擬領(lǐng)導(dǎo)》等游戲。其實(shí)早在2003年左右，這種先進(jìn)的思想已經(jīng)傳入中國(guó)，我們國(guó)家最早的多媒體互動(dòng)課件可以做為最早的教育應(yīng)用。其實(shí)中國(guó)早就開(kāi)發(fā)的WaWaYaYa虛擬社區(qū)學(xué)習(xí)網(wǎng)站（省略/），是針對(duì)5~15歲中國(guó)兒童設(shè)計(jì)的安全益智教育游戲網(wǎng)站，它包涵了時(shí)空港、開(kāi)心數(shù)學(xué)、開(kāi)心識(shí)字、開(kāi)心英語(yǔ)、天天島、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)等模塊組成，以小學(xué)一年級(jí)到六年級(jí)基礎(chǔ)教育為基礎(chǔ)，拓展知識(shí)上到天文地理，下到日常生活及生存知識(shí)，無(wú)所不有，包羅萬(wàn)象，簡(jiǎn)直就是知識(shí)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(duì)小學(xué)同步教材為基礎(chǔ)，結(jié)合各種科學(xué)知識(shí)和教育游戲，旨在開(kāi)發(fā)學(xué)生智力，豐富生活經(jīng)歷，開(kāi)闊視野，有一定的體驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

篇13

對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)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(dòng)及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外，近年來(lái)，在我國(guó)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(cè)和預(yù)報(bào)外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)工作耗資巨大，且受到許多客觀(guān)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(lái)，因此，往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前，在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(duì)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(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對(duì)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(shí)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(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性，考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響，建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)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(duì)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線(xiàn)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(xiàn)性效應(yīng)。對(duì)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(xiàn)性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)性特征。

針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題，通過(guò)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(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái)，建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法，用該方法可對(duì)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(chǎng)模型，可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)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(bào)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(duì)近海海域水污染的特點(diǎn)，從三維湍流模型出發(fā)，在動(dòng)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(xiàng)，可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型，它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時(shí)對(duì)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(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無(wú)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(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的，有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)來(lái)得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)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(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)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(bào)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(lái)，我國(guó)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(guó)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(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái)，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)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(wèn)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(guó)東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí)，都會(huì)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(guó)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(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)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(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)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(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái)，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，海域中時(shí)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(tái)、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(dòng)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(duì)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(lèi)破壞機(jī)理，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究?jī)?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(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)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?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線(xiàn)性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線(xiàn)與地基土動(dòng)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(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)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(jì)不周或設(shè)計(jì)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(duì)國(guó)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(shí)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(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)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(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)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(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)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(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)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(diǎn)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(guò)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(guò)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(duì)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(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。

人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)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(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。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(zhǎng)，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。

由此可見(jiàn)，隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用，各類(lèi)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(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(huì)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(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地，若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)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(shí)處理也將會(huì)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(lái)的報(bào)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(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)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(duì)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(kāi)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(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。