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篇1
隨著海洋石油工業的發展，海洋石油生產活動中的環境保護越來越受到重視，生產平臺產生的含油污水如不進行合理處理與排放以及近年來海洋石油工業發生的多次漏油事件對海洋環境造成嚴重的污染不可忽視。
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，滲出程度與地殼構造活動帶有關。已發現在加利福尼亞、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輸入海洋。海洋水體油污染人為來源很多，如海上石油生產、FPSO外輸、海洋運輸、平臺能源供應用油、伴生油氣等。
1.1 海上采油平臺排污
在海上石油開發中，海上采油平臺常發生溢油。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生爆炸，大量原油在深海泄漏，引發美國歷史上最為嚴重的石油泄漏事故。通過采取各種措施，英國石油公司堵塞漏油取得了一定進展，漏油量逐漸減少，到8月份可望完全制止，但事故在環境、公共衛生、經濟、社會、政治等各方面造成的損失目前還難以準確估算。這次事故是美國最嚴重的原油環境污染事件。雖然泄漏油量目前低于1991年海灣戰爭泄漏油量，但環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驗不足，遇到颶風或其他惡劣天氣，進展還會受到影響甚至會被迫停止。漏出原油成分的水溶性高，與海水相溶后難以燃燒和清理，處理過程要耗時幾年之久。
1.2 海上運輸排污
海上運輸石油中油作業排污、碼頭作業排污、修船作業排污、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險，持續時間長，需要多方密切配合的重大聯合作業，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致人員傷亡，造成海洋污染。
2 油污污染對海洋環境的危害
含油污水的不合理排放是對海洋環境的一種慢性長期輸入，其在海洋環境中的表現形式主要以油膜、溶解分散態、乳化以及凝聚態殘余物等四種形式存在。石油主要由烷烴、芳香烴、環烷烴以及含氧、硫、氮等數百種化合物組成，其物理影響和化學毒性會嚴重危害海洋生態環境。
2.1 對浮游植物光合作用產生影響
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 造成海洋生態失衡，影響海洋水產養殖業
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，造成海洋生態系統失衡。
海域石油污染，一是污染了的漁業水域，使對蝦養殖池不能正常納水，二是增養殖品種因水質惡化大量死亡影響產量。據初步統計，自1983年以來，山東省因石油污染造成漁業經濟損失達2.95億元，其中海水養殖業最為嚴重。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重污染，10萬畝增養殖漁業受到重大損害，直接經濟損失達4000萬元。
在蓬萊19-3油田漏油事件發生后，河北省唐山市環保局、海洋局、水產局成立聯合調查組，開始調查水產品死亡情況。僅在唐山地區，樂亭縣扇貝養殖面積共35萬畝，涉及160多戶養殖戶，共計700萬籠扇貝。據當地水產養殖協會統計，目前樂亭縣的扇貝死亡率已經達到了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，在化學反應下，含氮物質促使海水富營養化，這是赤潮藻類能夠大量繁殖的重要物質基礎，國內外大量研究表明，海洋浮游藻是引發赤潮的主要生物，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多種能產生毒素。他們分泌的毒素有些可直接導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物揮發進入大氣，污染和毒化水體上空和周圍的大氣環境。由于擴散和風力的作用，會使污染范圍不斷擴大。
3 海洋石油工業污水處理技術
3.1 海上平臺生活污水處理技術
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）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，以好氧菌為主的活性污泥菌膠團形成象棉絮狀帶有粘性的絮體吸附有機物質，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；在接觸氧化柜內掛有軟性填料，充作生物膜，有機物得到進一步消解；在沉淀柜內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 ；經沉清處理過的污水最后進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缺點
生化法優點為生活水停留時間較長，處理水量大，調節手段多，耐沖擊，運行平穩。缺點則是體積大，占用空間較大，重量大。
電解法優點為體積小，占用空間小，重量輕。缺點則是停留時間很短，調節手段少，對流量變化敏感，處理水量小，維護較困難。
3.2 海上平臺生產污水處理技術
3.2.1？水力旋處理系統
該系統工作原理是：來自一級分離器的生產污水進入生產水艙進行沉淀，分離出的油可通過溢流管線進入撇油艙，水則通過生產污水泵輸送到生產工藝模塊的水力游流器進行油水分離，使水中含油濃度不大于排放限值，經漩流器處理后的污水再經過撇油罐穩定后，排入海中。工藝流程見圖：
圖4？氣浮選處理系統工藝流程圖3.2.3？生產污水處理方法對比優缺點
浮選機的優點為停留時間較長，調節手段多，耐沖擊性好。缺點則是體積大，重量大，維修量較大，對設備的平穩度要求較高，密閉運行比較難實現。
水力旋流器的優點是體積小，重量輕，沒有轉動部件，維修量小，對設備平穩度沒有要求，密閉運行。缺點則是停留時間很短，調節手段少，對流量變化敏感。
3.2.4？實際應用數據對比
以下數據選于南海某平臺在兩種處理系統使用中監測結果見表1：
篇2
開發海洋石油資源,須清除兩大障礙:金屬在海洋環境中的腐蝕及海洋污損生物的附著問題。渤海地區7 月8月是海生物生長最為旺盛的季節。海生物的迅速繁殖嚴重影響了設備的正常運行，這些生物常常附著在管壁，換熱設備的換熱面，海水濾清的過濾網及內壁等。嚴重影響設備的正常換熱。導致設備運行溫度過高而產生關斷和生產工藝設備的處理溫度達不到要求，影響油氣水的分離效果。另一方面加劇設備腐蝕主要體現在：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，導致金屬而腐蝕。3附著在金屬表面的牡蠣，藤壺等石灰質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。
目前海上浮式生產儲油卸油裝置(FPSO)、海上鉆采平臺及海洋船舶等海水系統，主要的防治方法1、涂刷法治涂料 2、電解法 3、人工機械清潔法 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。在結構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壁，在有一定流速的液體沖刷下構成海生物難以附著的外界環境。
電解法是根據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都是有毒的，目前FPSO應用的銅鋁合金作為陽極。被保護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境，電解AL形成AL3+與陰極產生的OH-形成AL(OH)3此種AL(OH)3包封著銅離子，隨海水流動被保護的物體通過。它具有很高的吸附性。會散布開來。進入海生物生長海水流動較緩的區域，抑制了海生物的生長。
人工機械清潔法，此種方法需要對設備進行有效的隔離。可以利用鏟刀，也可以利用壓力較高的水進行沖洗，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(當液體中的微小氣泡核在超聲波作用下被激活,表現為氣泡的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列的動力學過程)。液體中的氣泡在破裂的瞬間產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胞,從而達到防海生物的目的。
篇3
1.貨物運輸方式定義
貨物運輸方式通過有效的方法來實現貨物的運輸，為了完成貨物的運輸而采取有效的運輸工具，不同的交通線路需要采用不同的運輸方式，同時還會受到貨物的因素采取合適的運輸方式。國際貿易運輸方式主要采用航運與空運，其中空運具有一定的優點，其速度較快，且可靠性高，能夠保證貨物的安全性與完整性，其對于遠程地區的運輸有著良好的效果，但也存在弊端之處，其費用較高，且貨物受到一定限制；海洋運輸是在國際貿易中使用較廣泛，具有成本低廉，運量不受限制的優點，但該運輸方式還受到天氣與港口條件的影響，同時航期較長。不同運輸方式所具有不同的優缺點，運輸方式的選擇在實際中應用中需要注意的問題，比較分析兩種運輸方式的優缺點，并國際貿易運輸方式選擇的影響因素，以此采取合適的運輸方式，為促進國際貿易穩定運作奠定良好基礎。
2.實證分析
本文采用日本海關詳細的HS9位數產品數據，對中日機電產品貿易的運輸方式進行實證研究。
2.1需求不確定性影響
不確定性的存在是國際供應鏈面臨一個重要挑戰，本文主要對市場需求的不確定性進行深入考察。每種產品都不可能面臨恒定的需求，產品需求發生影響的因素包括多種，其中有消費者需求偏好、競爭對手策略以及宏觀經濟形勢，等等，其都會影響產品需求。比如，快速消費電子、時尚產品等創新產品比其他產品面臨的不確定性更高。不確定性的因素對增加企業運作的難度，企業一般會采用措施，比如，通過采用快速配送方式、增加庫存等方法來應對運作中的不確定性。這兩種方法對增加了企業的運作成本，采用快速配送方式增加了企業的運輸成本，通過增加庫存增加了企業的庫存成本。借鑒Hummels和Schaur的方法，特定產品的需求不確定性用一定時間內該種產品需求的變異系數CV來表示。其中STDEV和AVG分別表示需求的標準差與平均需求。CV=STDEC/AVG日本海關提供的原始數據包含HS9位數的月度貿易信息，可以計算出需求的標準差。與Hummels和Schaur的方法相同，主要采用產品的價格波動表示需求的不確定性。
2.2國際分散化
生產東亞地區的貿易往來遵循傳統比較優勢的理念，也就是說，資源密集型與勞動密集型產品即為發展中國家出口，而資本密集型與技術密集型產品為發達國家日本出口。然而，東亞地區貿易模式并沒有發生變化，產業內貿易在東亞地區迅速發展，尤其對于產業內貿易十分突出。產業內貿易又可以分為不同類型的產業貿易，如垂直產業貿易、水平產業貿易。在東亞貿易包括中日貿易中，零部件等中間產品貿易為主的垂直產業內貿易占有重要地位。對于中日貿易的分類，本文借鑒Ando的方法。首先，按公式Min（Xkj，Mkj）/Max（Xkj，Mkj）將總貿易量分解為產業內貿易與產業間貿易。其中X表示出口，M表示進口，k表示國家，j表示產品。當公式成立時，k國的j產品貿易就是產業間貿易，反之就是產業內貿易。在同一供應鏈的不同生產階段中可能存在著垂直產業貿易，也可能發生質量存在差異的相同產品的交易過程。所以，垂直產業內貿易對于國際分散化生產程度無法準確表示。結論當前產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也越來越普及，采取哪種方法來應對這種環境，使國際競爭貿易競爭力得到提升成為當前最關鍵的部分。
本文通過對不確定性與國際分散化生產給運輸方式選擇帶來的影響進行分析，并通過對中日兩國貿易數據的分析得知，航空運輸方式的選擇受到較多因素的影響，航空運輸具有的快速性的優點對應對市場需求不確定性有著良好效果，而且為了使國際供應鏈暢通得到保障，避免出現中斷市場的現象，使產品能夠及時放入市場，在國際分散化生產環境下，選擇運輸方式過程中，航空運輸具有的快速性的優點，在企業中廣泛得到運用。
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篇4
對各類污染物的作用機理和規律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎,考慮各種自然環境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發、沉降、吸附、釋放)、化學因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律,并建立海洋水質預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發嚴重。因此,除了加強赤潮的監測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內外已有不少水質預測預報模型,這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數學模型;波浪數學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面,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,而對于湍流效應顯著的區域,如排污口近區,則應考慮湍流效應。此外,采用坐標變換,可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型,這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數學模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎,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-(單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面,可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組,以提高求解效率。從水波發展方程出發,可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度,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的N—S方程和波能平衡方程的結合,可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型,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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來,建立一種輻射應力計算的新方法,用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型,可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標,在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發,在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用;在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項,可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型,它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據;同時對確定水域環境容量,從而制定水域環境保護策略,也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出,在海洋水質預測預報模型研究方面,數學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數學模型,其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵,直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的,有些可以通過現場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到,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實驗設備,現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統,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構,獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來,我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣,是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高,一旦發生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風暴潮損失超6億元,1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等)。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現的臺風數目占全球的38%,其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時,都會在沿岸局部地區產生風暴潮,形成風暴潮災害。在我國北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區每年都有結冰現象,結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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,不但可給結構物以強大的冰壓力,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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術,至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結構型式,冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行,它們各有其優缺點,發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物(海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發生破壞,除其直接經濟損失極大外,其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升,造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內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域。
篇5
國內對主導產業相關理論的研究起源于上世紀八十年代，剛開始的研究對象局限于國家層面。然而，步入九十年代，國內主導產業相關理論研究逐步由國家層面轉向地區層面。我國于1994年出臺《90年代國家產業政策》，明確指出優先發展石化、機電、汽車、建筑業四大國民支柱產業。各省（自治區、直轄市）在國家制定“九五”計劃和2010年遠景綱要之后紛紛提出優先發展本地區的主導產業。隨后，各縣市的經濟發展規劃和產業政策中也明確提出發展本地區主導產業的構想。
優先發展地區主導產業，首先應該明確主導產業的基礎概念。本文借鑒國外學者的相關研究，引出主導產業概念的理論淵源，進而歸納區域主導產業概念的形成路徑。其次是如何選擇地區主導產業，由此產生地區主導產業選擇基準的問題。本文首先討論國外學者對地區主導產業選擇基準的相關理論，在此基礎上引出我國學者結合我國國情、地方特點提出的一些選擇基準理論。緊接著是地區主導產業選擇的評價方法，本文分析了國內外對地區主導產業選擇的各種評價方法的優缺點，指出需針對地區的特定經濟發展背景建立適宜的綜合評價方法體系。最后，本文對國內外區域主導產業選擇理論進行了評價，認為部分學者對區域主導產業內涵的認識不過全面，忽略了區域主導產業時間與空間兩重屬性的差異性，區域主導產業選擇基準所需數據往往難以獲得且指標測算體系過于簡單，區域主導產業選擇體系的各指標內在聯系研究不夠，因此提出完善區域主導產業選擇理論體系的相關建議。
一、區域主導產業的基礎概念
（一）主導產業的理論淵源
美國經濟學家羅斯托于1960年在其著作《經濟成長階段》一書中明確指出主導產業的概念，他將國民生產部門分成三類：主導增長部門、輔助增長部門和派生增長部門。他還認為主導增長部門應該具有高創新能力、較強的其他產業發展帶動能力以及持續的高增長率。羅斯特提出的主導產業概念獲得了絕大多數學者的認同和支持，這為今后的主導產業研究奠定了良好的理論基礎。國內學者對主導產業的概念大多也源于羅斯特給出的定義。
（二）區域主導產業的概念
一般認為，區域主導產業概念的定義方法主要有兩種：一是以西方經濟學的區位理論為依據，將區域生產部門分為專業化部門與非專業化部門，其中專業化部門又被再次細分為一般部門和主導部門，而這里的主導部門就是區域主導產業，它在專業化部門中能夠對區域經濟發展起著導向和帶動作用。二是以產業經濟學的主導產業理論為依據，將國家層面的主導產業理論直接應用于區域層面，從而形成區域主導產業的概念。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產業理論的聯系，而第二種方法則片面地將國家層面的主導產業概念引入區域層面。因此，定義區域主導產業的概念必須考慮空間屬性和產業屬性。
二、區域主導產業的選擇基準
國外最具代表性的主導產業選擇基準理論有四個：李嘉圖比較優勢基準理論、羅斯托基準理論、赫希曼產業關聯度基準理論、筱原兩基準理論。
（一）李嘉圖比較優勢基準
古典經濟時期，大衛?李嘉圖提出比較優勢理論，他認為某一產業部門如果具有相對優勢，那么其可以成為推動經濟發展的中心部門，然后帶動周圍產業部門的發展，這一原理后來發展成為主導產業的比較優勢基準。該基準包括靜態比較優勢基準和動態比較優勢基準，靜態比較優勢基準是以當前產業結構的相對優勢選擇主導產業，優先發展具有相對優勢的產業部門，根據其與周圍產業部門的經濟關系，帶動周圍產業部門的發展，進而形成地區經濟共同體。動態比較優勢基準是指當前處于比較劣勢，但未來可形成比較優勢，進而成為帶動地區產業結構高級化演進的新興產業作為主導產業。
（二）羅斯托產業擴散效應基準
羅斯托于 1960 年在其著作 《經濟增長階段》中提出主導產業的概念，他在書中提出主導產業對經濟增長的前向效應、后向效應及旁側效應原理，即產業擴散效應理論。該理論認為主導產業的擴散效應理應最大，因為主導產業可以將其產業優勢向外擴散到其他產業，促進產業結構的升級和優化，推動區域經濟的全面、快速發展。然而，羅斯托產業擴散效應基準并沒有明確指出具有可實際操作的基準判斷方法，這是羅斯托產業擴散效應的不足。
（三）數據往往難以獲得且指標測算體系過于簡單
區域主導產業選擇的研究不同于國家層面，因為國家層面的經濟數據容易獲得，而省（自治區、直轄市）、市、縣的經濟數據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的經濟數據，而這無疑加劇了數據獲取的難度。另外，當前的區域主導產業選擇理論存在指標測算體系過于簡單化，而這顯然不適用于復雜的經濟發展現狀。因此，須考慮引入圖論、動態投入產出模型、計算機語言程序等進行主導產業的選擇研究。
（四）各指標的內在聯系研究不夠
國內外學者對區域主導產業的選擇基準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域主導產業選擇理論的關鍵。分析各指標體系，我們發現關聯度系數、技術進步率、需求收入彈性等指標是大部分指標體系的核心指標，其中技術進步率強調了供給，需求收入彈性強調了需求，關聯度系數則同時強調供給和需求。另外，還有許多其他指標，如規模指標里的產值規模、增加值規模等。需要注意的是，不同指標體系的選擇與構建需要因地適宜，與時俱進，也就是需要根據本區域的現行經濟發展現狀選擇合適的區域主導產業選擇理論，以求正確、合理地選擇區域主導產業。
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海洋勘察測繪是建設海洋強國的基礎性工作，也是開發利用海洋自然資源與空間資源的根本保障工作。盡管相關的規范對于水深測量數據誤差規定可以0.2m范圍內，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濟效益，控制水深測量誤差對于減少工程建設時的人力物力浪費現象進而達到提高工程效益的目的是相當重要的。
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
測量數據的誤差一般由系統誤差和人為誤差共同影響而成的。對于改正水深測量誤差，主要是關注其系統誤差，系統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水平及職業道德所決定的。
儀器因素主要指的是測深儀的相關的性能以及與其相配套的系統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分，從而影響水深測量的數據結果；另外測深儀可能由于使用時間超過其額定使用壽命導致其內部的元器件松動或老化，從而造成發出的波束以及儀器運轉速度出現不規則的變化，從而對水深測量數據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境、氣候條件，水深測量之前聲速設置精度對測量結果的影響是直接的。聲速的設置準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。一般認為當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兩種情況設置，所得水深結果一般相差達10厘米，誤差達1%，聲速對水深測量的精度影響較為明顯。
影響水深測量數據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水平有關，應選擇在風浪較小的區域進行潮位觀測，觀測讀數應取波峰、波谷讀數的平均值。
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、風浪較小的海域進行水深測量時，建議選用船體較短小、活動靈活的船只；在水深較深，風浪較大海域進行水深測量工作時，建議選擇吃水較深，穩性較好的船只。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，建議用重錘進行檢查，否則影響水深測量數據結果，傾斜角度越大，水深測量數據誤差也越大。
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，盡量選擇風力小、無浪的天氣；需盡量選用精度高、耐用性好、穩定性能好的水深測量儀器；根據測區環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在測量前對船舶動吃水值進行測定。
二、無驗潮模式與潮位改正模式的優缺點與誤差分析
隨著全球定位技術以及RTK技術的發展，RTK測量技術在沿海近岸以及內河航道的水深測量中的優越性日益凸顯。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：架設基站方法和網絡RTK方法，架設基站發射功率高、信號強，一般不會發生信號中斷的情況，但是需要多一臺GPS接收機作為基準站，還需要有專人看守，比較麻煩；CORS網絡RTK高程測量的中誤差為0.022米，只需要一張手機卡，在手機有信號的地方就可以實現測量，缺點是：有時會因為網絡原因導致信號中斷，信號一旦中斷就會造成數據的丟失，必須及時發現，測量船掉頭重新測量，這樣嚴重影響了施測效率。
潮位改正模式一般是用信標機定位，用驗潮儀采集水面高程或直接讀取潮位數據。信標機定位精度較低但對于海洋測繪精度足夠，網絡穩定。
測量船在海上受涌浪的影響會發生傾斜，由于無驗潮模式用來計算水下高程的測量值是GPS橢球高經過似大地水準面精化后推算的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接收機到海底的高度，SG：GPS接收機到海底的測量記錄值。接收機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始地做固定周期的升降運動，因此必須確定一個固定的深度基準作為參考（如85高程基準），一般選擇當地理論深度基準面，將瞬時測量的水深值歸算到當地理論深度基準面就需要設立驗潮站測量海面的瞬時高程值進行潮位改正。潮位改正的目的是盡可能地消除測深數據中的海洋潮汐影響，將測深數據轉化為以當地理論深度基準面為基準的水深數據。 在實際測量中不可能觀測測區內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、線性內插法、水位分帶法、時差法和參數法等，每種方法都有自己的假設條件，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定，但是GB12327―1998《海道測量規范》給出了“相鄰驗潮站之間的距離應滿足最大潮高差不大于1m，最大潮時差不大于2h，且潮汐性質基本相同”的規定。考慮到現在高速發展的海洋測繪技術以及儀器條件比頒布《海道測量規范》時要高許多，可以用外推法或者內插法對潮位數據的精度進行一定的評估，具體方法是：在確立驗潮站布設方案之后，在呈三角形設置的驗潮站中間位置投放一自容式驗潮儀（或者人工在測區內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。
結論
海洋測繪是一門多傳感器協同作業的數據采集與處理技術，集GPS空間定位、海洋聲學測深、聲速測量、潮位測量等于一體，要提高海洋測繪數據精度必須從施測的每一個環節入手分析。換能器船舷安裝時測線方向應該盡量設計與波向涌向一致；測船橫搖縱搖對無驗潮測深模式的影響較驗潮模式更大；潮位的內插改正精度是可以通過多余觀測來實現評定的。
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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 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)18-0033-02
0引言
改革開放以來,東部沿海地區一直是我國經濟增長最活躍、工業化和城市化進程最快的區域。隨著人口增長和經濟高速發展,其非農建設用地擴張與耕地資源量銳減,環境惡化、資源短缺與人民生活需求日益提高之間的矛盾日益尖銳,因而向海洋空間發展,緩解人地矛盾、優化生態環境以及保障人口食物安全、維持社會經濟全面協調可持續發展,將是沿海城市發展的重要選擇之一。圍海造地逐漸成為人類開發利用海洋的重要方式,也是人類拓展生存空間及生產空間的重要手段[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,在堤頭和堤的兩側一定距離和深度的淤泥內實施控制爆破,使淤泥按一定方式擾動并喪失強度,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、沉降量小等優點,自發明以來,特別是20世紀90年代以來,得到了大力發展和廣泛應用[2]。
1工程概況
某集團海工建造基地海堤位于浙江岱山縣秀山島北側淺海灘涂上,堤線分布處泥面標高一般為-0.5～-3.5米,淺部分布為厚17～25米的淤泥質粉質粘土,灰色,流塑,含水量41～48%,孔隙比1.16～1.31,直剪快剪粘聚力C、內摩擦角φ分別為7.5、3.8,其下即為可塑狀粉質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,堤頂標高約4米,堤身最寬處約36米,設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30米。
2爆炸擠淤海堤質量檢測方法選擇
爆炸擠淤海堤施工質量控制主要包括三方面內容:一是填筑石材的質量控制,二是斷面尺寸要符合設計要求,三是拋石置換深度要符合設計要求。特別是拋石置換深度的檢測是海堤質量檢測的關鍵內容,目前經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,精確統計拋填石方量,進行體積平衡檢驗,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到設計要求。
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、費用高,而物探方法(一般為探地雷達法)較為簡便迅速,費用相對較低,但是容易受場地條件和周邊環境干擾而影響檢測精度,因此本次檢測選用了以探地雷達方法為主,結合鉆孔檢測法作抽檢驗證的綜合檢測手段。
經與業主單位協商,本次檢測共布置24個探地雷達斷面和6個鉆孔檢測斷面。
3檢測方法原理與成果解譯
3.1 探地雷達法。探地雷達法是一種非破壞性的測試技術,它具有抗干擾能力強、適應性強、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點,探地雷達是利用高頻電磁波(主頻為數十兆赫至數百兆赫以至上千兆赫)以寬頻短脈沖形式,由地面通過發射天線送入地下,經地下地層或目標反射后返回地面,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。
當地下介質中的速度為已知時,可根據測定到的精確的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為地下介質相對介電常數,可以利用經驗數據或測定獲得。
當目的體為拋石塊層時,其介電常數是比較復雜的,可近似寫為:
ε=εrVr+εrwVw+εrsVs
式中εr為拋石體的介電常數,εrw為泥土的介電常數,εrs當在水位以上時是空氣的介電常數,在水位以下時,是海水的介電常數。Vr、Vw和Vs相應地為其所占的體積含量。
本次測試結合實測現場具體情況,針對干海堤拋石基底為目的體進行選取合適參數,采樣長度500ns,采樣率512,掃描率64次/秒,連續掃描方式進行掃描。
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進行鉆進,該設備是利用偏心潛孔鉆頭以壓縮空氣為動力,將壓縮空氣動力轉換成機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,減速器產生的轉動力矩,使鉆具轉動,推進氣缸產生的軸向力送進鉆具進行鉆孔。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大,因此起防止塌孔、卡鉆和空氣漏氣的Φ130的套管自動跟進,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。該設備的優點是速度快、效率高,一般情況下安裝就位后2小時之內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,地層分層僅靠鉆進速率和經驗判斷,較不直觀,設備龐大沉重不方便搬遷。本次鉆孔檢測嘗試采用了傳統鉆探方法,即采用普通XY-100型巖芯鉆機,以Φ127、Φ108、Φ89小口徑金鋼石鉆頭鉆進,每鉆進1米左右就提鉆,隨即打入短套管跟進護壁,一般25米左右拋填層需用Φ146、Φ130、Φ110等三種規格套管。所下套管有效地防止塌孔、卡鉆、埋鉆等孔內事故發生,只要金剛石鉆頭選取得當,其鉆進效率也是比較高的,一般每二到三天就能完成一個檢測孔。該方法的優點是巖芯采取率高(可達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,且鉆機相對較輕搬遷方便,費用也不高等。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 探地雷達數據處理。探地雷達資料處理包括原始數據的編輯、零點漂移校正、SEC增益、濾波處理等基本流程。增益恢復可以使經過雷達波的信號得到回復或還原能夠增強信息;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]。
數據處理成果以波形圖時間剖面輸出,并作時深轉換成地質推斷剖面,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據統計。在此基礎上,編制了探地雷達解釋剖面圖。
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的解釋說明。
從橫斷面看,北側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呈楔狀突出,呈拳頭形向上部收斂為梯形。
從雷達剖面上看,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,但其連續性相對較差,其原因在于拋石體不是均勻介質。我們可以從雷達剖面上讀出電磁波傳播的時間,結合電磁波速度,從而計算出界面的深度。但直接從雷達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。下一步工作就是進行同向軸追蹤了,進而確定該剖面的拋石層底界。經分析整理,所測海堤的堤軸線上拋石層厚度在16.5～24.5米范圍內,各剖面混合層平均厚度在0.55～0.96米范圍內。
對測試數據進行分析,發現位于較平整的海堤頂面范圍內的數據精度相對較高,而海堤兩側坡面上較大的石塊很多,存在很多空隙,測試所得數據誤差較大。
另外,在野外數據的采集過程中,選取合適的介電常數亦是相當重要的。需要在現場先進行試驗,選取最適合的介電常數能夠大大提高探測精度。不同的場地,介電常數的取值也都是不一樣的,不能夠僅憑經驗斷定。
4結語
①探地雷達法和鉆孔檢測法是爆炸擠淤海堤質量檢測中較為直接有效地檢測方法,探地雷達法較為簡便迅速,鉆孔檢測法較為直觀可靠,兩者相互補充、驗證。實踐證明:物探和鉆探相結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、導磁性物體等等。在野外工作過程中,應避開電纜、電線、大的金屬體,在不影響探測成果的前提下應盡量選擇較平整的線位。
③鉆孔檢測法中利用普通XY-1型鉆機結合小口徑金鋼石鉆頭,下多重套管跟管鉆進應用于巨厚拋填層(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。
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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境特征對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征
對各類污染物的作用機理和規律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，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，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐標變換，可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎，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－（單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，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的N—S方程和波能平衡方程的結合，可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出，在海洋水質預測預報模型研究方面，數學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數學模型，其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵，直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的，有些可以通過現場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到，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實驗設備，現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統，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構，獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等）。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的臺風數目占全球的38%，其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。
在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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，不但可給結構物以強大的冰壓力，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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術，至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結構型式，冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行，它們各有其優缺點，發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升，造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內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域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的，如近海環境地震危險性分析，設計地震動參數和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、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，碼頭及護岸建筑物地震穩定性；海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設計不周或設計標準偏低，施工質量差，原材料不合格，管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
因此，發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下，對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法；結構病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優化理論研究，設計與建造新型抗災工程結構；研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度，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境的風云變幻和災害的可能來臨，發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統，如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統；以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景，進行重點研究，建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統，將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立數學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、模擬災害破壞的過程，建成智能化的防災、抗災和減災決策支持系統。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。
人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經于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場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發利用，各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設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。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用，海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題，主要內容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究；大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護及開發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、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
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隨著沿海經濟的迅猛發展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環境質量明顯下降，生態環境日趨惡化，并對生物資源和人體健康產生有害影響。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長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環境問題。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境，海洋災害直接影響著海洋經濟的發展規模、速度和效益，精確預報海洋災害的發生、發展和應該采取何種防災、抗災和減災工程措施，也成為嚴重關注的環境問題。為了開發海洋中的空間、礦產、漁業、能源等物質資源，需要在海上進行各類工程建設，在目前科技日益發展的情況下，工程建設的規模日益巨大，這些大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經濟的快速發展，海洋環境的日益惡化，海洋災害的頻發和海洋工程向大型化發展，近海石油氣田的開發，以及海岸帶開發過程中的后效問題的研究需要，針對我國重大海洋環境與保護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境特征對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征對各類污染物的作用機理和規律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，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，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐標變換，可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎，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－（單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能
夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，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的N— S方程和波能平衡方程的結合，可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出，在海洋水質預測預報模型研究方面，數學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數學模型，其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵，直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的，有些可以通過現場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到，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實驗設備，現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統，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構，獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間，現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經于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場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發利用，各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設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。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用，海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題，主要內容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究；大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護及開發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、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
隨著沿海大、中型城市經濟建設的快速發展，城平建設中的污水深海排放技術，感潮水域污水多點排放漂移擴散研究，天然海灣、人工湖及人工運河的水質交換能力，人工沙灘的保護措施，灘涂圍墾對水域環境的影響等，都將是需要認真解決的問題。
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、灘涂圍墾和岸灘保護及整治工程對水域影響所引起的環境問題及其對策，也切枰?重點研究的課題??BR>以主要經濟發達的河口和海岸帶地區以及主要海域的經濟發展為背景，建立一個數字化的區域經濟發展模擬系統。與防災、抗災和減災決策支持系統一樣，將環境工程、水利工程、土木工程與網絡技術、計算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立模型，通過多媒體技術，形象化地針對經濟發展規劃，預測由于發展經濟帶來的海域環境水污染的惡化、海洋自然災害（臺風、巨浪、風暴潮、地震、冰害、地質災害）頻發的情況。人類活動特別是大規模工程建設所引起的海洋環境的變遷和海岸演變，以及它們之間的相互作用，用數字手段統一地加以處理，建立智能化的決策支持系統，以促進國民經濟持續、健康地發展，將會是決策部門進行宏觀決策和具體規劃時的一個十分有
效的手段。
三、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究
海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等）。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的臺風數目占全球的38%，其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。
在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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，不但可給結構物以強大的冰壓力，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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術，至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結構型式，冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行，它們各有其優缺點，發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升，造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內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域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的，如近海環境地震危險性分析，設計地震動參數和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、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，碼頭及護岸建筑物地震穩定性；海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
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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境特征對各類污染物作用的機理和規律研究,第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究,第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征對各類污染物的作用機理和規律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎,考慮各種自然環境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發、沉降、吸附、釋放)、化學因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律,并建立海洋水質預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發嚴重。因此,除了加強赤潮的監測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內外已有不少水質預測預報模型,這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數學模型;波浪數學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面,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,而對于湍流效應顯著的區域,如排污口近區,則應考慮湍流效應。此外,采用坐標變換,可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型,這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數學模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎,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-(單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面,可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組,以提高求解效率。從水波發展方程出發,可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度,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的N— S方程和波能平衡方程的結合,可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型,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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來,建立一種輻射應力計算的新方法,用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型,可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標,在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發,在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用;在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項,可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型,它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據;同時對確定水域環境容量,從而制定水域環境保護策略,也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出,在海洋水質預測預報模型研究方面,數學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數學模型,其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模
型的技術關鍵,直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的,有些可以通過現場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到,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實驗設備,現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統,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構,獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究
海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來,我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣,是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高,一旦發生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風暴潮損失超6億元,1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等)。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現的臺風數目占全球的38%,其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時,都會在沿岸局部地區產生風暴潮,形成風暴潮災害。
在我國北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區每年都有結冰現象,結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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,不但可給結構物以強大的冰壓力,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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術,至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結構型式,冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行,它們各有其優缺點,發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物(海洋平臺、鉆井船、人工>文秘站:
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升,造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內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域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的,如近海環境地震危險性分析,設計地震動參數和頻譜特性,強震海底多維地震動及其空間分布規律,地震波傳播特性及地震動輸入機理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、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,碼頭及護岸建筑物地震穩定性;海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來自兩個方面:其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設計不周或設計標準偏低,施工質量差,原材料不合格,管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
因此,發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下,對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論;結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法;結構病害治理用的新材料、新技術和新方法;海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下(風、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優化理論研究,設計與建造新型抗災工程結構;研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度,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境的風云變幻和災害的可能來臨,發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統,如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統;以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景,進行重點研究,建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構;以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統,將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合,建立數學物理模型,通過多媒體技術,形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、模擬災害破壞的過程,建成智能化的防災、抗災和減災決策支持系統。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間,現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外,正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程,估計到21世紀,可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經于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場。
由此可見,隨著海洋資源與空間的開發利用,各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大,保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區,但同時又是經濟活動最為發達的地區,海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態,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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設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。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失,另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用,海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題,主要內容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究;大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護及開發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、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
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境特征對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征
對各類污染物的作用機理和規律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，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，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐標變換，可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎，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－（單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，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的N— S方程和波能平衡方程的結合，可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出，在海洋水質預測預報模型研究方面，數學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數學模型，其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵，直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的，有些可以通過現場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到，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實驗設備，現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統，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構，獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等）。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的臺風數目占全球的38%，其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。
在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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，不但可給結構物以強大的冰壓力，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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術，至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結構型式，冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行，它們各有其優缺點，發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升，造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內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域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的，如近海環境地震危險性分析，設計地震動參數和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、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，碼頭及護岸建筑物地震穩定性；海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設計不周或設計標準偏低，施工質量差，原材料不合格，管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
因此，發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下，對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法；結構病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優化理論研究，設計與建造新型抗災工程結構；研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度，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境的風云變幻和災害的可能來臨，發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統，如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統；以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景，進行重點研究，建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統，將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立數學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、模擬災害破壞的過程，建成智能化的防災、抗災和減災決策支持系統。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。
人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經于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場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發利用，各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設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。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用，海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題，主要內容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究；大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護及開發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、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
篇12
筆者認為教育游戲是有針對性的教育目的和教學學科結合而設計的一種教育與娛樂相結合的游戲軟件，通過游戲的趣味性、參與性、競爭性、探索性培養學生的非智力因素能力，使學生輕松自由地學習，在更大程度上提高學生的認知范圍。我們知道教育游戲其實是嚴肅游戲的一個重要分支，游戲符合兒童的天性，在玩中學、學中玩，是當今最好的一種學習方式，隨著計算機的在家庭和學校的普及，給了教育游戲很大的發展空間。通過調查無論是老師還是家長都非常支持游戲和教育相結合，教育游戲也正在迅猛地發展。
二、教育游戲的優缺點比較
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、不斷創新！教育游戲的優點在于：（1）學生有了有針對性的游戲，極大地提高學習積極性，自己會主動學習，有了探索創新的動力。（2）在游戲的過程中完全放松，錯了可以再來，勇于前進，沒有思想負擔，在不知不覺中學習了許多知識，在自然學習中體會學習的樂趣、運用的樂趣。（3）有的教育游戲分別設置了不同的角色，從不同角度切入學習，幾個同學在一起學習更增添了樂趣，還不受時空的限制（只需要網絡聯通），增強了合作和競爭意識，符合他們的心理意識。（4）情境再現，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，城市規劃，自然太空的探索，職業扮演，都可以足不出戶，有大量的實習機會，不用擔心危險，也不會帶來任何危害，需要少資源，可多次重復使用。極大開闊視野，增加生活體驗，發展綜合能力，運用能力。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。總之這是真是一條教育的新思路！
三、教育游戲的發展之路及可推薦的幾款成熟教育游戲網站
教育游戲的概念最早可以追溯到美國，2002年美國華盛頓特區伍德羅威爾遜國際學者中心發起了“嚴肅游戲計劃”，目的是鼓勵解決政策和管理問題的游戲的設計和開發，一般認為這就是教育游戲的雛形。2003年，國際上開始重視這個計劃，國際游戲開發者協會負責人羅卡監督并開發了用于訓練當市長的《模擬城市》游戲、訓練董事長的《虛擬領導》等游戲。其實早在2003年左右，這種先進的思想已經傳入中國，我們國家最早的多媒體互動課件可以做為最早的教育應用。其實中國早就開發的WaWaYaYa虛擬社區學習網站（省略/），是針對5~15歲中國兒童設計的安全益智教育游戲網站，它包涵了時空港、開心數學、開心識字、開心英語、天天島、轉轉盤等模塊組成，以小學一年級到六年級基礎教育為基礎，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大學堂（省略/index.php），也是針對小學同步教材為基礎，結合各種科學知識和教育游戲，旨在開發學生智力，豐富生活經歷，開闊視野，有一定的體驗能力。
篇13
對各類污染物的作用機理和規律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，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，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐標變換，可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎，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－（單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，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的N—S方程和波能平衡方程的結合，可導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則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，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。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出，在海洋水質預測預報模型研究方面，數學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數學模型，其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵，直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的，有些可以通過現場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到，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實驗設備，現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統，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構，獲得流場中水質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在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等）。當前我國海洋能源開發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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的臺風數目占全球的38%，其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。
在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災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，不但可給結構物以強大的冰壓力，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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術，至今尚未進行過深入的研究。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構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結構型式，冰排對錐體結構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。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行，它們各有其優缺點，發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升，造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內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域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的，如近海環境地震危險性分析，設計地震動參數和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、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，碼頭及護岸建筑物地震穩定性；海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設計不周或設計標準偏低，施工質量差，原材料不合格，管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
因此，發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下，對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法；結構病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優化理論研究，設計與建造新型抗災工程結構；研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度，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境的風云變幻和災害的可能來臨，發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統，如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統；以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景，進行重點研究，建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統，將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立數學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、模擬災害破壞的過程，建成智能化的防災、抗災和減災決策支持系統。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。
人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經于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場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發利用，各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設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。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用，海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題，主要內容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究；大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護及開發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、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
