時間：2023-10-09 16:08:00
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1、營口市經(jīng)濟概況
1961年，營口市被開辟成為通商口岸，被人們稱為是“關外上海”享有“東方貿(mào)易總匯”的美譽。作為最早興辦近現(xiàn)代工業(yè)的民族工業(yè)發(fā)祥地之一，營口市在我國的紡織工業(yè)和冶金石化裝備制造工業(yè)都占據(jù)著一定的地位。近年來，營口市將建設成為沿海經(jīng)濟強市為目標，大膽的推進改革并不斷的進行科技創(chuàng)新，旨在推進本市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。
2、創(chuàng)新科技，推動經(jīng)濟社會各方面的發(fā)展
2.1發(fā)展能源新技術，提高能源對經(jīng)濟與社會發(fā)展的保障程度將能源節(jié)約技術作為工作的重心進行重點的研究和開發(fā)，加大能源綜合利用技術以及回收利用技術的推廣力度，并在其過程中進行優(yōu)化控制，利用先進的科學技術進行能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，為能源安全提供更加堅實的保障，使得能源的供給能夠更加的多元化。2.1.1能源節(jié)約技術。學習借鑒國內(nèi)外先進的科學技術，優(yōu)化現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能技術和工藝，提高鎂質(zhì)材料、石化等能源的綜合利用率。2.1.2常規(guī)能源開發(fā)與利用。開展中小型鍋爐低成本污染控制技術和煙氣污染控制技術，開發(fā)火電機組先進控制、故障診斷計算機仿真技術，提高煤炭利用效率，減少環(huán)境污染。2.1.3完善自然災害監(jiān)控預報系統(tǒng)，并加強對自然災害治理方法的研究，在預防自然災害的基礎上，提高城市的抵抗自然災害的能力。將先進的技術運用于自然災害的預測監(jiān)控平臺，建立自然災害預警系統(tǒng)和防汛抗旱指揮系統(tǒng)，在高新技術與理論的支撐下實現(xiàn)科學的防汛抗旱，增強與自然災害抗衡的能力。2．2大力開發(fā)生態(tài)保護與資源循環(huán)利用技術，構(gòu)建資源節(jié)約型社會按照“減量化、再利用、資源化”的原則，將資源的持續(xù)利用率大幅度的提高，降低廢棄污染物的排放，從而減輕對自然環(huán)境和人類及生物健康的危害。2.2.1環(huán)境污染綜合防治技術研究。改革污水治理以及資源化利用技術，重點完善對于大氣污染的治理技術以及固態(tài)廢棄物的處理技術，加強對廢棄物品重復利用的研究，重點研發(fā)特種危險廢物資源化、無害化處理技術，農(nóng)村及小城鎮(zhèn)污染綜合防治技術，使全市環(huán)境得到明顯改善。2.2.2建立環(huán)境預警體系。開展采樣與分析技術、重點污染源和污染物排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的技術；區(qū)域環(huán)境質(zhì)量地面自動監(jiān)測、預報與預警。技術的研究，開發(fā)環(huán)境監(jiān)測技術研究及儀器設備，構(gòu)建環(huán)境污染預警體系。2.3發(fā)展海洋科技，加速海洋開發(fā)重點研究海洋相關技術，合理的開發(fā)利用海洋資源，提高海洋資源的利用率，提升海洋技術的科技水平，為海洋經(jīng)濟的建設與發(fā)展提供有力的技術支持。2.3.1海水綜合利用。重點加強對于包括鹽和苦鹵等在內(nèi)的海水化工產(chǎn)品的研發(fā)，探索先進的技術利用先進的設備應用于對海水的淡化，增強日海水淡化的能力。2.3.2海洋生物資源的開發(fā)與利用。加強對海洋生物資源開發(fā)以及利用的研究，突破海洋生物活性篩選和海水種苗選育繁育技術；研究海洋天然產(chǎn)物活性物質(zhì)的提取、分離、純化的技術和海洋功能食品的生產(chǎn)關鍵技術研究，開發(fā)海洋生物材料、微生物發(fā)酵及其天然產(chǎn)物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應用技術。2.3.3海洋漁業(yè)資源開發(fā)、利用與保護。重點攻克漁業(yè)增養(yǎng)殖生物種質(zhì)資源與遺傳改良技術、高效規(guī)模化、集約化、標準化、產(chǎn)業(yè)化、品牌化養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖生態(tài)安全技術、安全水產(chǎn)養(yǎng)殖與養(yǎng)殖生物疾病防治體系及綠色漁藥研發(fā)技術；發(fā)展碳匯漁業(yè)、設施漁業(yè)、休閑漁業(yè)和水產(chǎn)品精深加工產(chǎn)業(yè)，開展“營養(yǎng)利用性”海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖品種的增養(yǎng)殖，并進行淺海生物資源修復與增殖技術的研究。2.3.4現(xiàn)代海洋運輸與物流數(shù)字化技術將信息技術及網(wǎng)絡技術應用于海洋運輸行業(yè)和物流行業(yè)中，開發(fā)決策輔助系統(tǒng)以及能夠保障運輸及物流中船只航行安全的保障系統(tǒng)，大力的生產(chǎn)和研發(fā)大型的運輸工具，真正的實現(xiàn)在貨物運輸過程中的無縫隙的中轉(zhuǎn)以及零距離的旅客換乘。在科學技術水平不斷提高的今天，營口市將借助國家創(chuàng)新型城市建設這一難得的契機，加強對科技的創(chuàng)新能力，利用先進的科學技術來帶動整個城市社會經(jīng)濟的發(fā)展，加快對城市的創(chuàng)新改革。合理的調(diào)整城市發(fā)展的規(guī)劃，做到與國家科技發(fā)展戰(zhàn)略的良好的對接，爭取做到各產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力的持續(xù)提升。建立起循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)約型社會的技術發(fā)展模式，有效地緩解能源、資源與環(huán)境對經(jīng)濟社會發(fā)展的巨大壓力。利用科技的創(chuàng)新推動全市經(jīng)濟增長以及社會的進步，引領經(jīng)濟社會實現(xiàn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。
作者：陳曦 單位：遼寧營口市生產(chǎn)力促進中心
關鍵詞:海洋經(jīng)濟 海洋環(huán)境 環(huán)境保護 海洋災害
前言
隨著沿海經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,近海海域遭到越來越嚴重的污染,使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世 界各國,特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟的發(fā)展還面臨嚴酷的海洋自然環(huán)境,海洋災害直接影響著海洋經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模、速度和效益,精確預報海洋災害的發(fā)生、發(fā)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(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源,需要在海上進行各類工程建設,在目前科技日益發(fā)展的情況下,工程建設的規(guī)模日益巨大,這些大規(guī)模的工程建設和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展,海洋環(huán)境的日益惡化,海洋災害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展,近海石油氣田的開發(fā),以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要,針對我國重大海洋環(huán)境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機理和規(guī)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(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機理和規(guī)律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎,考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發(fā)、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(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴重。因此,除了加強赤潮的監(jiān)測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項研究應通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學模擬研究相結(jié)合的方法來進行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用,很難將其中的單因素影響分離出來,因此,往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數(shù)學模擬方法來建立海洋水質(zhì)預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預測預報模型,這些水質(zhì)預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學模型;波浪數(shù)學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學模型。
在水流數(shù)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(qū)域,如排污口近區(qū),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(shù)學模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學模型可以以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(shù)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(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學模型。
在波浪數(shù)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(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)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(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)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(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(lián)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(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)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(shù)全場模型,可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分數(shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預報系統(tǒng)作為目標,在分析近海環(huán)境中各種物理、化學和生物現(xiàn)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(fā),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(tǒng)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(zhuǎn)化的三維預報模型,它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據(jù);同時對確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護策略,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(zhì)預測預報模型研究方面,數(shù)學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學模型,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)模型的技術關鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學性和預測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學模型本身來取得的,有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機理的研究才能得到,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(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數(shù)。
二、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間,現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運輸外,正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程,估計到21世紀,可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長,60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機場。
由此可見,隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用,各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復雜和龐大,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(qū),但同時又是經(jīng)濟活動最為發(fā)達的地區(qū),海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地,若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴重的污染。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(huán)境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運擴散規(guī)律研究;大型海岸工程、岸灘保護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、防護及開發(fā)利用新概念的原則與理論,如由于工程措施所引起的海岸動力學、生態(tài)學、社會經(jīng)濟學及與環(huán)境關系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟建設的快速發(fā)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(zhì)交換能力,人工沙灘的保護措施,灘涂圍墾對水域環(huán)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(fā)、灘涂圍墾和岸灘保護及整治工程對水域影響所引起的環(huán)境問題及其對策,也切枰?重點研究的課題??BR>以主要經(jīng)濟發(fā)達的河口和海岸帶地區(qū)以及主要海域的經(jīng)濟發(fā)展為背景,建立一個數(shù)字化的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展模擬系統(tǒng)。與防災、抗災和減災決策支持系統(tǒng)一樣,將環(huán)境工程、水利工程、土木工程與網(wǎng)絡技術、計算機技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合,建立模型,通過多媒體技術,形象化地針對經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃,預測由于發(fā)展經(jīng)濟帶來的海域環(huán)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(zhì)災害)頻發(fā)的情況。人類活動特別是大規(guī)模工程建設所引起的海洋環(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),以促進國民經(jīng)濟持續(xù)、健康地發(fā)展,將會是決策部門進行宏觀決策和具體規(guī)劃時的一個十分有
效的手段。
三、海洋災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(jié)構(gòu)的投資費用很高,一旦發(fā)生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風暴潮損失超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(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設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(huán)境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺風數(shù)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(qū)產(chǎn)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(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴重的年份則出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(qū)溢油的遷移規(guī)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(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數(shù)值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進行,它們各有其優(yōu)缺點,發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)物(海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發(fā)生破壞,除其直接經(jīng)濟損失極大外,其次生災害——火災、環(huán)境污染等的后果也不堪設想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)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(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內(nèi)外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內(nèi)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(huán)境地震危險性分析,設計地震動參數(shù)和頻譜特性,強震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動輸入機理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯(lián)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(wěn)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(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(zhì)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(jīng)濟的發(fā)展造成重大的影響。
關鍵詞：海洋環(huán)境污染 海洋災害
海洋工程與海洋環(huán)境相互作用隨著沿海經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國，特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟的發(fā)展還面臨嚴酷的海洋自然環(huán)境，海洋災害直接影響著海洋經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模、速度和效益，精確預報海洋災害的發(fā)生、發(fā)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(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源，需要在海上進行各類工程建設，在目前科技日益發(fā)展的情況下，工程建設的規(guī)模日益巨大，這些大規(guī)模的工程建設和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展，海洋環(huán)境的日益惡化，海洋災害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展，近海石油氣田的開發(fā)，以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要，針對我國重大海洋環(huán)境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機理和規(guī)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(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環(huán)境特征
對各類污染物的作用機理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發(fā)、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(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴重。因此，除了加強赤潮的監(jiān)測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項研究應通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學模擬研究相結(jié)合的方法來進行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數(shù)學模擬方法來建立海洋水質(zhì)預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預測預報模型，這些水質(zhì)預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學模型；波浪數(shù)學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學模型。
在水流數(shù)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(qū)域，如排污口近區(qū)，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(shù)學模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學模型可以以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(shù)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(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學模型。
在波浪數(shù)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(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)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(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)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(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(lián)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(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)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(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分數(shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預報系統(tǒng)作為目標，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學和生物現(xiàn)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(fā)，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(tǒng)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(zhuǎn)化的三維預報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護策略，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(zhì)預測預報模型研究方面，數(shù)學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學模型，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)模型的技術關鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學性和預測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機理的研究才能得到，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(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數(shù)。
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(jié)構(gòu)的投資費用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超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(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設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(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風數(shù)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(qū)產(chǎn)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(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴重的年份則出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(qū)溢油的遷移規(guī)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(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟損失極大外，其次生災害——火災、環(huán)境污染等的后果也不堪設想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)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(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內(nèi)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(huán)境地震危險性分析，設計地震動參數(shù)和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯(lián)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(wěn)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(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(zhì)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(jīng)濟的發(fā)展造成重大的影響。
因此，發(fā)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(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復雜海洋環(huán)境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設計與建造新型抗災工程結(jié)構(gòu)；研究和設計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時掌握海洋環(huán)境的風云變幻和災害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)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(tǒng)，如建立由近海到遠海的海洋環(huán)境及災害觀測網(wǎng)絡、預報與預警系統(tǒng)、沿岸防災準備和各類應急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為背景，進行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發(fā)生機理、傳播規(guī)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(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。
人們現(xiàn)已在建造或設計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復雜和龐大，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(qū)，但同時又是經(jīng)濟活動最為發(fā)達的地區(qū)，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴重的污染。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(huán)境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運擴散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護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、防護及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學、生態(tài)學、社會經(jīng)濟學及與環(huán)境關系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟建設的快速發(fā)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(zhì)交換能力，人工沙灘的保護措施，灘涂圍墾對水域環(huán)境的影響等，都將是需要認真解決的問題。
關鍵詞 海洋環(huán)境污染 海洋災害 海洋工程與海洋環(huán)境相互作用
隨著沿海經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國，特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟的發(fā)展還面臨嚴酷的海洋自然環(huán)境，海洋災害直接影響著海洋經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模、速度和效益，精確預報海洋災害的發(fā)生、發(fā)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(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源，需要在海上進行各類工程建設，在目前科技日益發(fā)展的情況下，工程建設的規(guī)模日益巨大，這些大規(guī)模的工程建設和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展，海洋環(huán)境的日益惡化，海洋災害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展，近海石油氣田的開發(fā)，以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要，針對我國重大海洋環(huán)境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機理和規(guī)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(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機理和規(guī)律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發(fā)、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(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴重。因此，除了加強赤潮的監(jiān)測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項研究應通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學模擬研究相結(jié)合的方法來進行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數(shù)學模擬方法來建立海洋水質(zhì)預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預測預報模型，這些水質(zhì)預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學模型；波浪數(shù)學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學模型。
在水流數(shù)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(qū)域，如排污口近區(qū)，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(shù)學模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學模型可以以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(shù)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(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學模型。
在波浪數(shù)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(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)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(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)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(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(lián)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(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)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(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分數(shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預報系統(tǒng)作為目標，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學和生物現(xiàn)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(fā)，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(tǒng)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(zhuǎn)化的三維預報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護策略，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(zhì)預測預報模型研究方面，數(shù)學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學模型，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)模型的技術關鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學性和預測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機理的研究才能得到，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(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數(shù)。
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(jié)構(gòu)的投資費用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超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(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設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(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風數(shù)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(qū)產(chǎn)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(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴重的年份則出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(qū)溢油的遷移規(guī)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(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟損失極大外，其次生災害——火災、環(huán)境污染等的后果也不堪設想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)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(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內(nèi)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(huán)境地震危險性分析，設計地震動參數(shù)和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯(lián)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(wěn)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(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(zhì)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(jīng)濟的發(fā)展造成重大的影響。
因此，發(fā)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(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復雜海洋環(huán)境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設計與建造新型抗災工程結(jié)構(gòu)；研究和設計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時掌握海洋環(huán)境的風云變幻和災害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)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(tǒng)，如建立由近海到遠海的海洋環(huán)境及災害觀測網(wǎng)絡、預報與預警系統(tǒng)、沿岸防災準備和各類應急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為背景，進行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發(fā)生機理、傳播規(guī)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(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復雜和龐大，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(qū)，但同時又是經(jīng)濟活動最為發(fā)達的地區(qū)，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴重的污染。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(huán)境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運擴散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護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、防護及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學、生態(tài)學、社會經(jīng)濟學及與環(huán)境關系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟建設的快速發(fā)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(zhì)交換能力，人工沙灘的保護措施，灘涂圍墾對水域環(huán)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(fā)、灘涂圍墾和岸灘保護及整治工程對水域影響所引起的環(huán)境問題及其對策，也是需要重點研究的課題。
關鍵詞 海洋環(huán)境污染 海洋災害 海洋工程與海洋環(huán)境相互作用
隨著沿海經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,近海海域遭到越來越嚴重的污染,使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國,特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟的發(fā)展還面臨嚴酷的海洋自然環(huán)境,海洋災害直接影響著海洋經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模、速度和效益,精確預報海洋災害的發(fā)生、發(fā)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(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源,需要在海上進行各類工程建設,在目前科技日益發(fā)展的情況下,工程建設的規(guī)模日益巨大,這些大規(guī)模的工程建設和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展,海洋環(huán)境的日益惡化,海洋災害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展,近海石油氣田的開發(fā),以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要,針對我國重大海洋環(huán)境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機理和規(guī)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(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機理和規(guī)律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎,考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發(fā)、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(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴重。因此,除了加強赤潮的監(jiān)測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項研究應通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學模擬研究相結(jié)合的方法來進行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用,很難將其中的單因素影響分離出來,因此,往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數(shù)學模擬方法來建立海洋水質(zhì)預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預測預報模型,這些水質(zhì)預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學模型;波浪數(shù)學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學模型。
在水流數(shù)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(qū)域,如排污口近區(qū),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(shù)學模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學模型可以以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(shù)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(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學模型。
在波浪數(shù)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(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)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(tài)的N— S方程和波能平衡方程的結(jié)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(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(lián)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(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)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(shù)全場模型,可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分數(shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預報系統(tǒng)作為目標,在分析近海環(huán)境中各種物理、化學和生物現(xiàn)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(fā),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(tǒng)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(zhuǎn)化的三維預報模型,它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據(jù);同時對確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護策略,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(zhì)預測預報模型研究方面,數(shù)學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學模型,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
型的技術關鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學性和預測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學模型本身來取得的,有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機理的研究才能得到,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(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數(shù)。
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(jié)構(gòu)的投資費用很高,一旦發(fā)生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風暴潮損失超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(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設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(huán)境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺風數(shù)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(qū)產(chǎn)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(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴重的年份則出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(qū)溢油的遷移規(guī)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(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數(shù)值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進行,它們各有其優(yōu)缺點,發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)物(海洋平臺、鉆井船、人工>文秘站:
近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強度都在上升,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(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內(nèi)外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內(nèi)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(huán)境地震危險性分析,設計地震動參數(shù)和頻譜特性,強震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動輸入機理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯(lián)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(wěn)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(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(zhì)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(jīng)濟的發(fā)展造成重大的影響。
因此,發(fā)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(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下,對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論;結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術和新方法;結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術和新方法;海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復雜海洋環(huán)境條件下(風、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優(yōu)化理論研究,設計與建造新型抗災工程結(jié)構(gòu);研究和設計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設計使用期限內(nèi)有足夠的安全度,而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時掌握海洋環(huán)境的風云變幻和災害的可能來臨,發(fā)展海洋環(huán)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(tǒng),如建立由近海到遠海的海洋環(huán)境及災害觀測網(wǎng)絡、預報與預警系統(tǒng)、沿岸防災準備和各類應急處理系統(tǒng);以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為背景,進行重點研究,建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu);以及建立海岸和近海工程設施防災減災數(shù)字信息系統(tǒng),將海岸和近海工程與網(wǎng)絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合,建立數(shù)學物理模型,通過多媒體技術,形象化地描述災害成因、發(fā)生機理、傳播規(guī)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(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間,現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運輸外,正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程,估計到21世紀,可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長,60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機場。
由此可見,隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用,各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復雜和龐大,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(qū),但同時又是經(jīng)濟活動最為發(fā)達的地區(qū),海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地,若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴重的污染。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(huán)境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運擴散規(guī)律研究;大型海岸工程、岸灘保護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、防護及開發(fā)利用新概念的原則與理論,如由于工程措施所引起的海岸動力學、生態(tài)學、社會經(jīng)濟學及與環(huán)境關系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著
[關鍵詞]：遙感 防災減災 海洋管理
1、概述
海洋管理也可稱為海洋綜合管理，是各級海洋行政主管部門代表政府履行的一項基本職責。它的核心內(nèi)容包括：海域使用管理、海洋環(huán)境管理以及海洋權益管理，協(xié)調(diào)機制。《中國海洋21世紀議程》關于海洋綜合管理問題的定義是：“海洋綜合管理應從國家的海洋權益、海洋資源、海洋環(huán)境的整體利益出發(fā)，通過方針、政策、法規(guī)、區(qū)劃、規(guī)劃的制定和實施，以及組織協(xié)調(diào)、綜合平衡有關產(chǎn)業(yè)部門和沿海地區(qū)在開發(fā)利用海洋中的關系，以達到維護海洋權益，合理開發(fā)海洋資源，保護海洋環(huán)境，促進海洋經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。
當前我國海洋管理的業(yè)務化工作中海洋災害應急監(jiān)測、海域使用測量、入海排污口監(jiān)測、海岸帶調(diào)查等工作仍然以人工現(xiàn)場采樣、調(diào)查船走航監(jiān)測為主。這就造成了日常管理效率低、管理滯后、災害發(fā)現(xiàn)不及時、應急反應速度慢等問題。
隨著衛(wèi)星遙感技術的日益成熟以及衛(wèi)星海洋學的發(fā)展，遙感中的大量高新技術被應用到海洋日常管理中來，成為獲取和更新空間數(shù)據(jù)的強有力手段。不僅可進行一次性的資料調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測，通過多時相信息的綜合開發(fā)與利用，將遙感系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)有機整合，能夠?qū)崿F(xiàn)資源與環(huán)境的快速檢測和預報。
2、遙感在海洋管理的應用
2.1 海洋災害預警
我國大陸海岸線長，海岸帶人口眾多，經(jīng)濟發(fā)達，發(fā)生海洋災害時往往損失巨大。我國沿海常見的海洋災害包括：赤潮、臺風、風暴潮、海岸侵蝕、海洋溢油和海水污染等。當災害發(fā)生時，常規(guī)監(jiān)測方法無法給出全面的災情評估。
在赤潮監(jiān)測中，應用最為廣泛的衛(wèi)星數(shù)據(jù)為美國的SeaWiFS資料，其空間分辨率為1Km，時間分辨率為1-2天。SeaWiFS被稱為第二代水色傳感器，擁有比前代傳感器更多的波段、更高的信噪比（SNR）與更好的大氣校正算法，在計算生物量、葉綠素a濃度和水體透明度等方面有更可靠的生物光學算法。如果采用補償懸浮物散射的大氣校正算法和適合當?shù)氐娜~綠素算法，SeaWiFS能很好的估算葉綠素濃度數(shù)據(jù)，進而預測赤潮的發(fā)生。雷達是近年來溢油探測中十分重要的傳感器，用于溢油探測的雷達主要有兩種，即合成孔徑雷達（SAR） 和側(cè)視機載雷（ SLAR）。通過氣象衛(wèi)星也可以對臺風的風速、氣壓、影響范圍和移動路徑等情況有比較準確的了解。通過陸地衛(wèi)星如我國發(fā)射的HJ-1A/B以及資源三號衛(wèi)星，可以對海岸帶環(huán)境變化情況給出比較可靠的分析.
遙感技術是獲得海洋信息的重要手段。由于衛(wèi)星遙感技術具有實效性、大尺度、成本低、快速和長時間連續(xù)監(jiān)測等其他方法不能比擬的優(yōu)點，利用遙感技術建立全天候多層次立體海洋環(huán)境監(jiān)測是海洋災害監(jiān)測、預警工作開展的基礎，它也能夠?qū)ξ覈匕逗^(qū)的異常和災害的發(fā)生提供足夠多的基礎觀測資料，對改善我國現(xiàn)有海洋環(huán)境監(jiān)測技術水準，減輕海洋災害，促進我國海洋經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
2.2 海域使用動態(tài)監(jiān)管
當前我國海域管理自動化程度低，管理和各種業(yè)務數(shù)據(jù)分散，如何將復雜多樣的海洋數(shù)據(jù)如功能區(qū)劃、基礎地理、海域使用、資源、環(huán)境、規(guī)劃以及其它專題數(shù)據(jù)有機的管理起來，是海洋管理部門最關心的問題。
在海域使用管理系統(tǒng)中，利用遙感影像作為背景資料，疊加上海域使用數(shù)據(jù)，可以更加直觀的顯示和反映信息。如在遙感影像上疊加不同時期的海岸線，可以明顯地看出海岸線的沖瘀變化情況，對岸線進行監(jiān)測。通過遙感影像，可以確定新審批的填海面積，并根據(jù)該面積進行有計劃的填海活動。同時還可以監(jiān)測岸邊的圍墾活動以及河口地區(qū)沖瘀的變化情況。
目前，衛(wèi)星數(shù)據(jù)被廣泛應用在海域使用管理領域，如SPOT、LandSAT、我國資源三號衛(wèi)星等。LandSAT衛(wèi)星屬于美國NASA的陸地衛(wèi)星（Landsat）計劃（1975年前稱為地球資源技術衛(wèi)星 ― ERTS ），從1972年7月23日以來， 已發(fā)射8顆（第6顆發(fā)射失敗）。目前Landsat1―4均相繼失效，Landsat 5仍在超期運行（從1984年3月1日發(fā)射至今）。 Landsat 7于1999年4月15日發(fā)射升空。Landsat8于2013年2月11日發(fā)射升空，經(jīng)過100天測試運行后開始獲取影像。
2.3 海洋環(huán)境參數(shù)反演
海洋環(huán)境參數(shù)包括：海表面溫度，海流、海面風場、波浪、海面高度等.利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以對這些海洋環(huán)境參數(shù)進行反演，提高對海洋環(huán)境現(xiàn)狀的認識，同時可以對海洋災害如臺風、海嘯等進行預警.
目前最廣泛使用的傳感器包括：AVHRR、JASON-1、TOPEX/POSEIDON以及QickSCAT等。
AVHRR原本是為氣象研究設計的，但其第3、4、5通道用于探測亮溫數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)經(jīng)反演可得到海表溫度。由于其具有重訪周期短、可靠性高、成本低并有長時間序列的存檔數(shù)據(jù)等特點，在氣象之外的環(huán)境遙感應用領域中得到了很大的發(fā)展。由于NOAA衛(wèi)星不斷有后續(xù)衛(wèi)星發(fā)射，因此用AVHRR進行海溫反演的研究從未間斷，并建立了豐富的模型與算法。1992年8月10日發(fā)射的TOPEX/ Poseidon衛(wèi)星是NASA、美國航天局、法國國家空間研究中心以及法國航天局聯(lián)合完成的衛(wèi)星任務，其目的是用于地圖海洋表面地形。
3、總結(jié)
海洋遙感技術對海洋資源管理和環(huán)境監(jiān)測領域的影響日益增強，為研究、開發(fā)、利用和保護海洋提供了豐富的資料，成為人類認識海洋的關鍵技術。隨著遙感技術的發(fā)展及其與GIS技術結(jié)合的日臻緊密，遙感技術在各個領域中的應用必將更加廣泛。2I世紀是海洋的世紀，將遙感技術中的科技生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為海洋管理部門的現(xiàn)實生產(chǎn)力，提高涉海部門的管理水平，增強辦事效率，滿足社會需求，是全體海洋工作者的責任和義務。相信通過海洋部門和其它部門的共同努力，我國海洋管理的科學化、信息化和網(wǎng)絡化指日可待。
參考文獻
[1]陳應華，王華接，謝學東. 廣東近岸海域赤潮發(fā)生特點及防治對策.海洋與漁業(yè)， 2008（10）：14-16.
關鍵詞 海平面；沿海地區(qū)；影響
獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0000-00
海平面變化與社會經(jīng)濟和人類生活休戚相關。我國是個海洋大國，擁有約300萬平方公里的管轄海域，6500多個沿海島嶼，1.8萬公里長的大陸海岸線和1.4萬公里長的島嶼岸線[1]，沿海地區(qū)集中了全國約70%以上的大中城市和50%以上的人口。2012年我國海洋生產(chǎn)總值已達5萬億元以上，占國內(nèi)生產(chǎn)總值9.6%，海洋藍色經(jīng)濟對我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。然而隨著海平面的上升，沿海地區(qū)的風暴潮、海岸侵蝕、海水入侵等海洋災害逐漸加劇，這使得沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展成果的脆弱性加大，影響了可持續(xù)發(fā)展和人們生活的安定。
1海岸侵蝕
海岸侵蝕是指海岸線位置的后退、岸灘下蝕的現(xiàn)象。我國主要有基巖海岸、珊瑚礁海岸、砂質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸四種類型，幾乎所有類型的海岸都有可能遭到侵蝕的威脅，砂質(zhì)海岸侵蝕最為嚴重，淤泥質(zhì)海岸侵蝕次之[2]。
全球氣候變暖引起的海平面上升是導致我國海岸侵蝕發(fā)展的主要因素。海平面上升引發(fā)波浪和潮流動力作用增強，在波浪掀沙、水流輸沙的動力作用下海岸侵蝕不斷加劇。海平面上升使得海岸與海洋動力條件發(fā)生改變，海岸物質(zhì)平衡和穩(wěn)定性受到破壞，從而加大海岸侵蝕災害。
在我國海岸侵蝕呈加劇趨勢，主要表現(xiàn)為侵蝕岸段增加和岸灘下蝕加劇兩個方面。1.江蘇省廢黃河三角洲附近侵蝕岸段有所增加，二十世紀六十年代其侵蝕岸段的南邊界在還在射陽港以北，現(xiàn)在已經(jīng)延伸至射陽鹽場。2.在修建人工堤防的沿海岸段，由于岸線被固定，海水對堤防底部進行淘刷，使得海岸下蝕嚴重。廈門島東南海岸潮間帶最大下蝕速率接近500毫米/年，海岸侵蝕導致海堤基礎被掏空，海岸呈嚴重侵蝕狀態(tài)。
海岸侵蝕破壞沿海各種設施，造成岸防工程被沖毀、近岸建筑倒塌、濱海公路塌陷；使得岸線后退，潮灘面積減小，破壞海洋魚類索餌場和產(chǎn)卵場；導致海水浴場退化、破壞旅游資源；加劇海水入侵，造成海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化。
2海水入侵與土壤鹽漬化
海水入侵指的是濱海地區(qū)地下水的運動發(fā)生變化，使得海水與淡水之間的平衡狀態(tài)遭到破壞，導致海水向陸地方向入侵的現(xiàn)象。土壤鹽漬化是指由于發(fā)生海水入侵，土壤中聚集鹽、堿超過正常耕種水平，導致作物不能正常生長的現(xiàn)象。
海水入侵與土壤鹽漬化受地面徑流和海平面高度共同影響。地下水需要地面徑流滲透來補給，如果氣候持續(xù)干旱，降雨量減少，地下水得到的補充也將減少。同時全球氣候變暖導致海平面上升，抬高了海水的水位，使得咸淡水分界面向陸地一側(cè)移動，加劇了海水入侵。
我國首先于1964年在大連市發(fā)現(xiàn)海水入侵，以后隨著工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，對地下水開采量的逐漸增加，海水入侵面積持續(xù)上升。20世紀70年代后期，又在萊州灣發(fā)現(xiàn)海水入侵；進入80年代，海水入侵現(xiàn)象又發(fā)現(xiàn)多處，且海水入侵范圍逐漸擴大、入侵速度逐年加快、危害越來越嚴重。國家海洋局于2007年啟動了海水入侵與土壤鹽漬化監(jiān)測工作。監(jiān)測結(jié)果表明我國土壤鹽漬化比較嚴重的區(qū)域主要分布在黃河以北的沿海地區(qū)，遼寧、河北、天津和山東的濱海平原地區(qū)是災害多發(fā)區(qū)。江蘇連云港和鹽城海水入侵距離一般在距岸10公里以內(nèi)，屬于輕度海水入侵。東海和南海濱海地區(qū)鹽漬化范圍比較小，入侵距離距岸2～3公里以內(nèi)。
3咸潮入侵
咸潮是入海河流河道里的水變咸的現(xiàn)象。漲潮流把高鹽度的海水向河流上游推進，咸淡水混合造成上游河道水體變咸，就形成了咸潮。咸潮的嚴重程度以每升水所含氯化物濃度來衡量。按照農(nóng)田灌溉水質(zhì)與地表水環(huán)境質(zhì)量標準，灌溉水源和水廠供水水源氯度上限為250mg/L，若超過此標準，就不能滿足供水水質(zhì)標準，影響城鎮(zhèn)生活、工業(yè)供水及農(nóng)業(yè)灌溉。
在高海平面期、天文大潮期和上游徑流枯水期易發(fā)生咸潮入侵災害。近幾十年來海平面逐漸上升，使得咸潮活動頻繁、持續(xù)時間增加、上溯影響范圍擴大、強度趨于嚴重[3]。有研究表明：海平面上升1米，咸水將向內(nèi)陸上推20公里。
咸潮入侵對長江口的農(nóng)業(yè)用水、居民生活用水乃至城市工業(yè)生產(chǎn)及其發(fā)展都有相當大的影響。1978年冬至1979年春，長江口遭遇咸潮襲擊，咸潮入侵至黃浦江，影響上海市供水近100天；1998年冬至1999年春，咸潮期持續(xù)近24天，長江取水口氯度最高達到2000mg/L；2011年4月至5月，長江口發(fā)生了三次大規(guī)模咸潮，且持續(xù)時間均超過6天。
4 濱海濕地退化
濱海濕地是指低潮時水深淺于6米的水域及其沿岸浸濕地帶，包括沿海低地、潮間帶和水深不超過6米的永久性水域。我國濱海濕地主要包括淺海水域、河口水域、紅樹林、珊瑚礁、海草床、灘涂、鹽沼。
沿海濕地是一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在：1.蘊藏著豐富的動植物資源。2.能有效調(diào)節(jié)大氣組分，能夠吸收大量的二氧化碳氣體，并釋放出氧氣。3.可以調(diào)節(jié)維持區(qū)域水平衡，避免水旱災害。4.可以凈化水體，吸收氮、磷等營養(yǎng)元素以及重金屬元素，降低其在水體中的濃度。5.調(diào)節(jié)局部小氣候，保持當?shù)氐臐穸群徒涤炅浚欣诋數(shù)厝嗣竦纳詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)。6.濕地中生長著多種多樣的植物，可以抵御海浪、臺風的沖擊，保護海岸堤防[4]。
海平面上升會使得沿海濕地向陸地方向推移，在近岸低洼的地方營造出新的濕地，使得近岸陸地生態(tài)景觀逐漸向濕地生態(tài)景觀演替。但是大多數(shù)海岸都有護岸工程，濕地內(nèi)移的幅度有限。在我國近年來因海平面上升加劇了遼東灣、萊州灣、海州玩和其他沿海低洼濕地的消失。
5 風暴潮災害加劇
風暴潮是指由熱帶氣旋、溫帶氣旋、冷空氣等強烈大氣擾動引起的海面異常升降的現(xiàn)象。根據(jù)誘發(fā)風暴潮的天氣系統(tǒng)特征，通常將風暴潮分為溫帶風暴潮和臺風風暴潮兩大類。
風暴潮災害的致災程度主要與風暴潮自身強度和發(fā)生風暴潮時的基礎水位有關。海平面上升抬高了風暴潮的基礎水位，同時使得波浪和潮流的作用增強，加大了致災程度。
2010年10月，福建沿海海平面高于常年同期174毫米。在此期間，臺風“鲇魚”在天文大潮期間登錄福建漳浦，異常高海平面疊加與風暴增水，造成了嚴重的災害，致使60多萬人受災，直接經(jīng)濟損失超過26億元。
6 結(jié)語
海平面上升已經(jīng)給我國沿海地區(qū)帶來了不可忽視的影響，我們應當加強海平面上升理論的研究、加強海平面變化的監(jiān)測、加強減災技術的研究、加強風險區(qū)劃工作的研究，從多個方面入手，減輕海平面上升對我國帶來的影響。
參考文獻
[1] 徐勇.中國海岸城市帶的形成與發(fā)展規(guī)劃――兼論其地緣戰(zhàn)略與文化意義[J].戰(zhàn)略與管理.2000.2.16-26.
[2] 張振克.美國東海岸海灘養(yǎng)護工程對中國砂質(zhì)海灘旅游資源開發(fā)與保護的啟示[J].海洋地質(zhì)動態(tài)，2002，I8（3）：23-27
關鍵詞：滑坡 城市 地質(zhì)災害 防災減災
中圖分類號：P642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0103-01
經(jīng)濟的高速發(fā)展加快了我國的城市化進程，城市內(nèi)的滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷等地質(zhì)災害也越來越多。前人研究表明，山區(qū)的城市極易發(fā)生滑坡和崩塌，地質(zhì)構(gòu)造復雜且?guī)r石易破碎風化的地區(qū)及暴雨中心區(qū)域易于發(fā)生泥石流，以灰?guī)r為主的基巖地區(qū)則容易發(fā)生巖溶塌陷。在上述地質(zhì)災害中，滑坡受控于地質(zhì)、地貌、水文、地形和氣候條件等因素。盡管某些城市正常情況下很難發(fā)生滑坡，但是深基坑的開挖等人類活動也可以引發(fā)滑坡。因此，人們在城市防災減災的工作中一直予以了滑坡的高度關注。鑒于此，該研究對前人關于滑坡的定義、分類及研究成果進行了綜合評述，旨在為進一步的生產(chǎn)實踐提供借鑒。
1 常見的城市自然災害
在城市化的高速發(fā)展過程中，人類自身對環(huán)境的破壞加劇了各種自然災害的發(fā)生強度。城市自然災害是指“以城市為承災體，對城市居民的生命、財產(chǎn)、生存安全和各項工程設施造成危害的自然災害”。前人研究顯示，城市自然災害種類繁多并主要包括：（1）城市洪水災害；（2）城市地震災害；（3）城市氣象災害（如暴雨、雷暴、雪災、雹災、熱帶氣旋、風災等）；（4）城市海洋災害（如風暴潮、海嘯、赤潮等）；（5）城市地質(zhì)災害（如泥石流、滑坡、地裂縫、崩塌、地面沉降等）等幾大類。在我國，滑坡、洪災、地震、臺風和沙塵暴五大類被認為是對城市造成結(jié)構(gòu)性破壞和交通災情的自然災害。
2 滑坡及其穩(wěn)定性
2.1 滑坡
滑坡是指在邊坡上的大量土體或巖體的邊界產(chǎn)生剪切破壞。它具體表現(xiàn)為土體或巖體在重力或者其它力的作用下沿軟弱面發(fā)生整體下滑。滑坡涉及巖土物質(zhì)的范圍從數(shù)立方米的小下滑到數(shù)平方公里和上百立方米地層的巨大滑動。滑坡的形式通常包括深層滑動和淺層滑動，而根據(jù)相對位移又可以進一步劃分為淺層軸向滑坡、淺層橫向滑坡、深層圓弧滑坡。
2.2 邊坡的穩(wěn)定性
開展邊坡的穩(wěn)定性分析有助于判斷滑坡等地質(zhì)災害發(fā)生的可能性。前人研究中已經(jīng)提出的定性分析和定量分析兩大類方法：
（1）定性分析法主要有自然歷史分析法、工程地質(zhì)類比法、圖解法、專家系統(tǒng)等：①自然歷史分析法是根據(jù)邊坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境、邊坡發(fā)育歷史中的各種變形破壞跡象，對斜坡的穩(wěn)定狀況和發(fā)展趨勢作出定性評價；②工程地質(zhì)類比法是參考已有的工程邊坡穩(wěn)定性狀況及影響因素，結(jié)合有關設計和治理等經(jīng)驗，通過類比相似性和差異性來評價邊坡的穩(wěn)定性的一種分析方法。③圖解法有諾模圖法和赤平極射投影法兩類，前者是用諾模圖來表示影響邊坡穩(wěn)定性參數(shù)之間的關系并得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)，后者利用赤平極射投影原理來通過作圖反映邊坡失穩(wěn)邊界條件。
（2）定量分析方法主要有極限平衡法，它是根據(jù)不同的假定以及滑動面的形態(tài)來確定穩(wěn)定性，具體包括瑞典圓弧法、Fellenius法、普遍條分法、Bishop條分法、Morgenstern-Price法等，它們均可以用來計算復合破壞的滑坡。
3 滑坡對城市的影響
城市防災在我國于20世紀70年代以后才被作為一門學科予以關注，而從城市層面上關注災害始于20世紀90年代的聯(lián)合國“國際減災十年”活動。在各種城市地質(zhì)災害中，滑坡常常因某些城市少見而被忽視。然而，滑坡給城市帶來的破壞卻常常非常巨大。在滑坡發(fā)生以后，還會誘發(fā)出的一系列災害并被被稱為滑坡次生災害，它們主要包括滑坡引發(fā)的“涌浪及阻斷河流次生災害、對生命線工程的次生災害、對土地資源的次生災害等”。這些災害可以破壞交通線路，危害道路生命線系統(tǒng)中的隧道涵洞，造成橋梁等交通設施的破壞等。國務院于1998年批準的《中國減災規(guī)劃》特別強調(diào)了要加強中國特大城市的減災問題研究，而1999年施行的《城市規(guī)劃基本術語標準》則對城市防災減災提出了要求。上述條文都對滑坡在城市防災減災中的意義予以了高度重視。
4 結(jié)語
經(jīng)濟的高速發(fā)展加速了我國的城市化進程，而人類在該過程中對環(huán)境的破壞則加劇了各種自然災害的發(fā)生強度。以城市為承災體的自然災害被稱為城市自然災害，它包括洪水、地震、氣象、海洋和地質(zhì)災害。滑坡在山區(qū)城市中屬于一類常見的地質(zhì)災害，它具體表現(xiàn)為土體或巖體在重力或者其它力的作用下沿軟弱面發(fā)生整體下滑，它對城市的危害極為嚴重。人們提出了定性分析和定量分析兩大類方法開展邊坡的穩(wěn)定性分析，這將有助于判斷滑坡等地質(zhì)災害發(fā)生的可能性。此外，國家層面也對滑坡在城市防災減災中的意義予以了高度重視。
參考文獻
[1] 曲良艷.我國城市主要自然災害類型及其防災綠地規(guī)劃設計研究[D].西安：西北農(nóng)林科技大學，2010.
[2] 丁俊，魏倫武，賴紹民，等.我國西南地區(qū)城市地質(zhì)災害與防治對策[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2004（S1）：125-128.
[3] 劉慧.滑坡作用下埋地管線反應分析[D].大連：大連理工大學，2008.
[4] 陳濤.滑坡引發(fā)的次生與衍生災害危險性評估研究[D].寧波：寧波大學，2012.
[5] 楊春林.降雨致滑坡作用下山地城市埋地管道風險分析[D].重慶：重慶大學，2013.
[6] 徐波.城市防災減災規(guī)劃研究[D].上海：同濟大學，2007.
在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機理和規(guī)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(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環(huán)境特征
對各類污染物的作用機理和規(guī)律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發(fā)、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(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴重。因此，除了加強赤潮的監(jiān)測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項研究應通過現(xiàn)場觀測、物理模型實驗和數(shù)學模擬研究相結(jié)合的方法來進行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數(shù)學模擬方法來建立海洋水質(zhì)預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預測預報模型，這些水質(zhì)預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學模型；波浪數(shù)學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學模型。
在水流數(shù)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(qū)域，如排污口近區(qū)，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(shù)學模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學模型可以以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(shù)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(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學模型。
在波浪數(shù)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(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)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(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)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(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(lián)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(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)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(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分數(shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預報系統(tǒng)作為目標，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學和生物現(xiàn)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(fā)，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(tǒng)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(zhuǎn)化的三維預報模型，它可為環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據(jù)；同時對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護策略，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(zhì)預測預報模型研究方面，數(shù)學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學模型，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)模型的技術關鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學性和預測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機理的研究才能得到，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(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數(shù)。
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(jié)構(gòu)的投資費用很高，一旦發(fā)生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風暴潮損失超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(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設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(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風數(shù)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(qū)產(chǎn)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(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴重的年份則出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(qū)溢油的遷移規(guī)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(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數(shù)值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進行，它們各有其優(yōu)缺點，發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟損失極大外，其次生災害——火災、環(huán)境污染等的后果也不堪設想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)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(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內(nèi)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(huán)境地震危險性分析，設計地震動參數(shù)和頻譜特性，強震海底多維地震動及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動輸入機理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯(lián)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(wěn)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(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(zhì)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(jīng)濟的發(fā)展造成重大的影響。
因此，發(fā)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(huán)境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復雜海洋環(huán)境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設計與建造新型抗災工程結(jié)構(gòu)；研究和設計使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設計使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時掌握海洋環(huán)境的風云變幻和災害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)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(tǒng)，如建立由近海到遠海的海洋環(huán)境及災害觀測網(wǎng)絡、預報與預警系統(tǒng)、沿岸防災準備和各類應急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為背景，進行重點研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發(fā)生機理、傳播規(guī)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(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。
人們現(xiàn)已在建造或設計海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計到21世紀，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復雜和龐大，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(qū)，但同時又是經(jīng)濟活動最為發(fā)達的地區(qū)，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發(fā)環(huán)境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴重的污染。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(huán)境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護與人類生產(chǎn)實踐活動協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運擴散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護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、防護及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動力學、生態(tài)學、社會經(jīng)濟學及與環(huán)境關系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟建設的快速發(fā)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(zhì)交換能力，人工沙灘的保護措施，灘涂圍墾對水域環(huán)境的影響等，都將是需要認真解決的問題。
