海洋波浪理论范文第1篇

【关键词】海洋能;海洋能发电;可再生能源

Abstract：This paper presents the elements and the characteristic of the Ocean Energy Generation Technology，and recommend the actuality of the Ocean Energy Generation Equipment.

Key word：Ocean Energy;Ocean Energy Generation Technology;reproducible Energy

1.引言

2008年全球一次能源消费量为143851TWh，其中81.2%来自化石燃料。随着矿物燃料的日趋枯竭，世界主要海洋国家纷纷将目标转向蕴藏丰富能源的海洋，不断加大科技和资金投入，以期在海洋可再生能源开发利用的“争夺战”中抢得先机。海洋能主要指波浪能、潮流能（海流能）、潮汐能、温差能和盐差能等可再生能源。海洋能总量是巨大的，据估计与全球一次能源消费能源的50%相当，其中，全球海浪发电的理论储量为29500TWh/年左右，全球潮汐（含潮流）发电的理论储量为7800TWh/年左右，全球海洋热发电转换的理论储量为44000TWh/年左右，全球盐差能的理论储量估计为1650TWh/年左右。虽然海洋能源分布不均匀，但在每一个海岸，往往不止一种形式可以供应当地的电力需求。我国重视海洋可再生能源的开发利用，将包括海洋能在内的新能源产业视为引领我国未来经济社会可持续发展的七大新兴战略性产业之一。近年来，我国先后设立了“908专项（我国近海海洋可再生能源调查与研究项目）”和“海洋可再生能源专项资金”支持计划等，支持海洋能的海岛独立发电系统与并网示范工程、关键技术产业化、新技术研究试验以及公共支撑服务体系建设等，并拟在海洋能资源丰富地区建设海洋能示范电站，开展万千瓦级潮汐电站建设工作。

2.国外海洋能发电技术现状

2.1 波浪能发电技术

现阶段，波浪能发电技术的基本原理是：利用物体在波浪作用下的升沉和摇摆运动将波浪能转换为机械能，或利用波浪的爬升将波浪能转换成水的势能。波浪能转换系统一般包括三级能量转换机构：一级能量转换机构将波浪能转换成某个载体的机械能;二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的机械能;三级能量转换通过发电机将旋转机械的机械能转换成电能。根据一级能源转换系统的原理，波能发电技术可分为振荡水柱技术、筏式技术、收缩波道技术、点吸收（振荡浮子）技术和鸭式技术等。振荡水柱技术是利用空气作为转换介质的，其优点是转动机构不与海水接触，防腐性能好，安全可靠，维护方便;其缺点是二级能量转换效率较低。目前，国外建成的振荡水柱发电装置有英国的LIMPET电站（500kW固定式）、葡萄牙的400kW固定式电站和澳大利亚的500kW漂浮式装置。应用筏式技术的发电装置主要由铰接的筏体和液压系统组成，其优点是设备抗浪性能较好，缺点是设备成本高。目前，国外建成的筏式发电装置有英国Cork大学和女王大学研究的McCabe波浪泵波力装置和苏格兰Ocean Power Delivery公司的Pelamis（海蛇）波能装置。

应用收缩波道技术的发电装置主要由收缩波道、高位水库、水轮机和发电机组成，其优点是一级转换没有活动部件，可靠性好，维护费用低，在大浪时系统出力稳定;不足之处是小浪下的系统转换效率低。目前，国外建成的收缩波道发电装置有挪威350kW的固定式收缩波道装置以及丹麦的WaveDragon。

应用点吸收技术的发电装置主要由相对运动的浮体、锚链、液压或发电装置组成，其主要特点是点吸收式发电装置的尺度与波浪尺度相比很小。目前建成的点吸收式发电装置有英国的AquaBuOY装置、阿基米德波浪摆、PowerBuoy以及波浪骑士装置。

应用鸭式发电技术的发电装置的横截面成鸭蛋形，发电效率很高，在短波时的一级转换效率接近于100%，但抗风浪能力有待提高。

2.2 潮流能（海流能）发电技术

潮汐是一种周期性海水自然涨落现象。在太阳和月球引力作用下，海水作周期性的运动，它包括海面周期性的垂直升降和海水周期性的水平流动。垂直升降部分为潮汐的位能，被称为潮差能;水平流动部分为潮汐的动能，被称为潮流能。潮流能的主要特点是：

①较强的规律性和可预测性;

②功率密度大，能量稳定;

③潮流能的利用形式通常是开放式的，不会对海洋环境造成大的影响。

一般说来，最大流速在2m/s以上的水道，其潮流能均有实际开发的价值。

新型潮流能发电装置作为一种开放式的海洋能量捕获装置，无需巨额的前期投资;利用该装置发电时，由于叶轮转速慢，不产生大的噪声，不影响人们的视觉环境，各种海洋生物仍可以在叶轮附近流动，因此可保持良好的地域生态环境。潮流能发电装置根据其透平机械的轴线与水流方向的空间关系可分成水平轴式和垂直轴式2种结构。垂直轴式发电装置研究起步较早，目前国外主要的设备样机有加拿大Blue Energy公司的Davis四叶片垂直轴涡轮机、意大利Ponte di Archimede International SpA公司和Naples大学航空工程系合作研发的Kobold涡轮垂直轴水轮机（130kW）、美国GCK Technology公司的螺旋形叶片的垂直轴水轮机和日本Nihon大学的垂直轴式Darrieus型水轮机。水平轴式发电装置是近10多年才兴起的，与垂直轴式结构相比，水平轴式潮流能发电装置具有效率高、自启动性能好的特点。目前国外主要的设备样机有英国Marine Current Turbine公司的1.2MW双叶轮结构的“Seagen”样机、挪威Hammerfest Strom公司的300 kW并网型潮流能发电原型样机。

2.3 潮汐能发电技术

潮汐能发电与水力发电的原理、组成基本相同，也是利用水的能量使水轮发电机发电。潮汐能发电技术研究始于欧洲，早期的潮汐能电站有德国（1912年）的布苏姆潮汐电站和法国（1966年）的朗斯河口潮汐电站，其中朗斯电站的建成及其近40年的成功运行证实了潮汐电站技术的可行性，它使潮汐电站进入了实用阶段。目前，在英、加、俄、印、韩等13个国家运行、在建及拟建的潮汐电站达139座，进行规划设计的10余座潮汐电站均为100MW～1000MW级。据资料显示，韩国正在建设世界上最大的潮汐电站――Shihwa湖大型潮汐电站。

2.4 温差能发电技术

热带海洋表层与千米深处存在着基本恒定的20℃～25℃的温差，这就提供了一个量大且稳定的能源。海洋温差能是利用海洋表面的温海水（26℃～28℃）加热某工作介质并使之汽化，驱动汽轮机获取动力;同时，利用从海底提取的冷海水（4℃～6℃）将做功后的乏气冷凝，使之重新变为液体。按照工作介质及流程的不同可分为开式循环、闭式循环、混合式循环。开式循环的工作介质是表层温海水，其优点在于产生电力的同时可进行海水淡化，缺点是设备尺寸大，机械能损耗高，单位功率的材料占用大，施工困难。闭式循环的工作介质是氨等低沸点物质，其优点是设备尺寸小、机械耗能低、系统转换效率高，缺点是不能进行海水淡化。混合式循环同时包括开式循环和闭式循环，其特点是效率高、设备造价低，且可实现海水淡化。目前，温差能发电技术和装备尚处于示范试验阶段，国外主要有美国奎尔哈公司的开式循环OTEC温差能电站、印度海洋技术国家研究所的陆基温差能电站和日本佐贺大学的混合温差能电站。

3.国内海洋能发电技术现状

3.1 波浪能发电技术

我国波浪能发电技术研究已有30多年的历史，先后研建了100千瓦振荡水柱式和30千瓦摆式波浪能发电试验电站，利用波浪能发电原理研制的海上导航灯标已商业化并出口。目前，国内处于试验阶段的设备主要有：国家海洋技术中心开发的浮力摆波浪能发电系统、广州能源研究所开发的鸭式波浪能发电装置（10kW）和点吸收式波浪能发电装置（10kW）、华南理工大学开发的摆式振荡浮子式波浪能发电系统和七一研究所开发的筏式波浪能发电系统。

3.2 潮流能（海流能）发电技术

“八五”和“九五”期间，我国研建了70千瓦和40千瓦的潮流实验电站。在 “十一五”科技支撑计划和海洋能专项资金支持下，我国启动了一项百千瓦级垂直轴潮流能示范试验电站、一项小型水平轴潮流能示范电站和多项潮流能示范工程建设。

目前，国内处于试验阶段的设备主要有：浙江大学的25kW水平轴潮流发电装置、哈尔滨工程大学的万向系列垂直轴潮流发电装置（70kW和40kW）和东北师范大学的5kW模块化潮流能发电装置。

3.3 潮汐能发电技术

我国大陆海岸线长（达18000km），海湾、河口多（近200个），可开发潮汐能年总发电量大（约60TW・h），装机总容量可达20GW。近五十年来，中国在有关潮汐电站的研究、开发方案及设计方面做了许多工作，但建成投运的潮汐电站数量很少，目前正常运行或具备恢复运行条件的电站有8座，总装机容量不及可开发总量的1%，开发潜力巨大。

3.4 温差能发电技术

2004～2005年，天津大学完成了对混合式海洋温差能利用系统的理论研究课题，并就小型化试验用200 W氨饱和蒸汽透平进行了研究开发。在“十一五”科技支撑计划支持下，国家海洋局第一研究所和华电青岛发电有限公司正开展15千瓦闭式温差能电站研建工作。

4.结束语

海洋温能作为一种清洁、可再生的能源，具有很好的发展前景。其开发、利用对我国经济的可持续发展和人民生活水平的提高具有重要的现实意义。对海洋能发电技术及其装备的研究，是一项可持续能源需求的高技术投资项目，关系国家能源结构优化和可持续发展战略的实施，经济前景广阔，现实意义重大。

参考文献

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[2]夏登文.海洋能开发利用国际现状.国家海洋技术中心，2011.

[3]罗续页.我国海洋可再生能源开发利用现状.国家海洋技术中心，2011.

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[5]刘伟民等.海洋温差能发电现状综述.中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集（P185-P194）.

海洋波浪理论范文第2篇

2010年3月3日下午1点左右，由西班牙驶往意大利的小型游轮“路易陛下号”搭载着几十名乘客及船员从巴塞罗那起航，预计两天就可以到达意大利北部的热那亚。但谁也没有想到，在地中海之旅的最后一程会遇到恐怖的“怪兽”。在游轮离开港口朝东航行的时候，天突然阴沉了下来，船外乌云翻滚，风雨交加。在继续航行了几小时之后，海浪大作，船只开始猛烈摇晃。但除了几名乘客觉得晕船外，至此还没有什么不同寻常的事情发生。

但到了下午晚些时候，该游轮遭遇到了一轮超级怪浪，开始是一个深深的低谷，紧接着是迎面而来的一堵高达8米的水墙。船长驾船与至少8米高的大浪进行了激烈地“搏斗”，刚刚穿上了海面，毫无征兆的第二波、第三波巨幅“水墙”又接踵而至，波浪至少有数层楼之高，比第一波海浪还要高出一大截。巨浪冲上船舶吃水线上方近17米处，多间休息室的玻璃窗户都被击碎了，造成两名乘客当场死亡，14人身受重伤。随后，令人意外的现象发生了，超级巨浪如同出现时一样，又毫无征兆地消失了。水面平静得像什么都没发生过似的。

多年来，海洋学家们对老水手们关于超级巨浪的传说并不重视。如今，通过实时观测，外加理论以及实验的支持，科学家们确定超级巨浪（俗称疯狗浪、狂浪）真实存在，且经常发生。1995年，位于北海的一处海上油井记录到一个高达27米的巨浪；1999年，一艘法国舰艇记录到一个至少有29米高的巨浪；2004年之后，科学家利用欧洲航天局的技术，相继发现了十余个超过25米高的超级巨浪。

实验失败

海浪的生成起源于风的刮送，风吹过海面时产生的水波就是我们熟知的海浪。风力强劲时，海浪较大；没有风时，海浪则销声匿迹。当不同方向、不同波长的小波浪汇聚时，波浪就会失去稳定性，并在内部聚集能量，形成长波。长波在深海中传播速度很快，因此超级巨浪在真实世界中是完全可能发生的。

不过，船只沉没很难像飞机失事那样被人们详细研究。过去，一直没有强有力的证据表明超级巨浪确实存在。人们只是将失事的原因简单归咎于舵手控船技术不佳或天气恶劣。可事实果真如此吗？目前看来，至少有一小部分海上船只失踪悬案与破坏性巨浪有关。

20世纪60年代末，英国的海洋学家们开始研究超级巨浪。英国国家物理实验室的两位海洋学先驱为了测试他们理论，在位于伦敦市郊的实验室里人工建造了一个在当时看来最为先进的船模试验池，池中配制了一台造波机。造波机卷起水波，在离造波机较近的地方，水波平稳，可在距离造波机60米处，风平浪静的水面开始出现波浪，最后形成了短暂的大浪。但异常高的大浪几乎从未在实验中出现过，“人造巨浪实验”宣告失败。

巨浪现身

1978年的一天，近3.7万吨重的超级游轮“慕尼黑女士号”在大西洋中航行。那天，天气良好，海面平静无风，可人们却收到了它发出的无线电求救信号。当救援人员赶到时，看到“慕尼黑女士号”支离破碎的残体，无不惊愕。它的残骸被挤压变形，仿佛受到某股极端力量的作用。当天并未出现极端天气，船只也没有在台风下行进，这到底是怎么一回事呢？当时，有关“慕尼黑女士号”失事的原因，众说纷纭，更让众多科学家困惑不已。多年以后，他们才相信这极有可能是超级巨浪袭击的结果。

尽管海浪确实会让超级油轮遭受灭顶之灾，但长久以来海洋学家们却拒绝这样的说法，认为这是“不科学的”。他们曾通过计算机模拟认为，海浪超过15米高的可能性几乎为零。但在1995年1月1日，超级巨浪袭击了北海石油钻井平台后，科学家们的认知随之改变。

1995年1月1日，下午3点15分左右，挪威海岸外150千米处的一个北海石油钻井平台被一个突如其来的海浪击中。3点20分左右，紧跟在这个海浪后面的是一股神秘巨浪，巨浪像巨大的墙一样从海平线上升起，猛烈地砸向钻井平台。石油钻井平台遭受了严重的损伤，其机载测量设备成功地记录到了这一信息――这股巨浪高达26米，足足有八九层楼高的高度。随后，还有数个十几米高的海浪，如猛兽般一波接一波地侵袭石油钻井平台。这是人类首次记录到的传说中的超级巨浪。

2001年初的某天，两艘游船在欧洲某海域航行，两船相距1千米，分别被近30米高的超级巨浪击中，人们大惊失色，因为根本没有任何预兆。每一艘船的玻璃窗子都被击得粉碎，船上人员死伤无数。其中一艘游船被海浪撞击得失去了航行能力，在海上随波漂荡了两个多小时才得到救援；另一艘游船在遭遇巨浪撞击时，船身倾斜到了恐怖的52度，几乎倾覆，幸好船身后来慢慢恢复了平衡，才避免了更大的伤亡。

如今，超级巨浪的研究迎来了一个崭新的时代。2000年，欧盟发起了为期3年的“超级巨浪”研究计划。在3周的雷达和卫星数据中，研究人员在世界不同地方发现了数十个超过25米高的超级巨浪。北大西洋、南美洲南端和南极洲之间的德雷克海峡，以及南非南部海岸水域是最容易出现超级巨浪的海域。一些大型淡水湖泊，如北美五大湖也可能会出现超级巨浪。在2004年之前的20年中，有上百艘船只永远与外界失去了联系，它们大都突然沉没，甚至没有发出任何求救信号。超级巨浪有可能就是罪魁祸首。最近的例子发生在2014年的2月，一波超级巨浪在英吉利海峡袭击了游轮“马可波罗号”，造成1名乘客死亡，餐厅玻璃被击得粉碎。

怪浪成因

超级巨浪真实存在，那么，它又是如何形成的呢？

意大利都灵大学的米格尔・奥诺拖为了研究这个问题，花了十多年的时间。他利用非线性薛定谔方程进行计算机模拟，并“指挥”水池中的波浪进行演示，试图从小小涟漪中引出“大怪兽”。

渐渐地，他和同事总结出了超级巨浪形成的原因。超级巨浪并非是由海底地震引发的强烈海啸。通常，海啸离海岸越近，释放的威力越强。海啸引发的波浪运动极具破坏力，内含巨大能量，能以迅猛之速卷起狂涛骇浪，冲上海岸，将岸边的一切席卷一空。而超级巨浪似乎只发生在远离海岸线的海域，且必须满足两种条件中的一种才能产生。其中一种是，正常海浪遭遇强大洋流或者漩涡，它们的撞击往往容易生成超级巨浪。北大西洋的墨西哥湾流就是这种情况；因天气恶劣被水手们称作“狂野海岸”的南非南岸也是这种情况――从西北吹来的狂风频频卷起骇浪，与汇入大洋的阿加勒斯海流迎面相撞，洋流可以集中骇浪的能量，让骇浪变得更高。

另外一种被称为“大浪涌”，也就是两股波浪系统交汇而成，加上一系列物理因素，如当地的强风、地形及与更远处的海浪相交汇，最终形成聚集效应。这种效应会导致大量不同波长、不同方向的碎浪渐渐地叠加，最终形成一股巨大的长波浪涌。2005年的一项海事调查数据显示，全世界多达半数的船舶事故都归因于“大浪涌”。此外，超级巨浪的起因还包括不同海洋的膨胀、风向或风速的改变等因素。

奥诺拖团队指出，2010年“路易陛下号”遭遇的怪浪就是由“大浪涌”造成的。奥诺拖团队用电脑还原了它被击中的全过程。他们将风和波浪的数据输入电脑模型，以还原当时的情景，结果显示当时有两股波浪同时交汇于巨轮所在之处，也就是说，巨轮被两股巨浪架了起来。其中一股来自东南方向，另一股来自东北方向，二者之间有40～60度的夹角。

2013年，日本早稻田大学的研究学者重新研究了1980年12月的一次船舶事故。那是一艘载满煤炭的货船，被一股高约20米的巨浪击沉。事发地位于太平洋南部一臭名昭著的事故多发区。研究学者使用电脑模型“逆推”当时的情况时发现，“大浪涌”正是本次事件的罪魁祸首。因为，强劲的大风以极快的风速瞬间汇入一股浪涌系统，海面顿时失衡，超级巨浪瞬间吞没货船。其规模之巨大，远远超出传统模型的计算范围之内。

“我们希望研制出更完整的模型，并找到预测它们的方法。现有的种种模型还需更新数据，不断完善。我们曾经以为描述海浪很简单，但现在看来，情况要复杂得多，因为事实证明，超级巨浪随风涌动，可风是捉摸不透的。”奥诺拖说。

2011年，海洋学家又通过种种模型指出，深海中可能还会出现“超级超级浪”。目前，这股颇具可能性的恐怖巨浪已在实验室的水箱中得到了证实。

由于全球气候变化可能引发更强烈的风暴，这种理论上的假设在未来可能会成为一个严重的现实问题。2009～2013年，欧盟资助了一个“极端海洋”项目。此项目集合了全世界优秀的造船企业与学术研究者，旨在一起商讨如何研制出更好抵御超级巨浪的船只。许多研究学者表示，目前最好的防御策略，即预知超级巨浪何时来袭。即便可预知的一切都是迅速变化的，但至少可以在海浪迅速改变前，或在危机即将发生前发出警告。

近几年，科学家推算出各种算法，希望将卫星数据和海况数据转换成海事预警。目前使用最为广泛的是“本杰明-费尔指数”，由研究恶浪的两名先驱命名。于2003年由欧洲天气预报中心的彼得・詹森提出。它的计算方式现已纳入该中心每天一次的海事预报中。制订航线的船员可以依据当天的指数来决定是否穿越某一特定海域。

另一方面，科学家们的最终目标还是希望船只依靠自身的能力做到这一点。目前，多数大型远洋船舶均安装了特殊的传感器，通过分析雷达回波，确定海浪高度。最新研发的计算机软件还可以将那些雷达数据绘制成生动的海况三维海图，以显示海浪的大小以及方向。

但是，眼下面临的最大障碍就是计算问题，现有模型还无法处理快速变化的海洋波动并准确实时警告。尽管，海洋学家们对海浪的研究还很不透彻，但航行的船员们一定会为他们的努力而心存感激。可以预见将来的某一天，科学家们一定会研发出对超级巨浪发出预警的方法。

五“巨兽”

美国国家海洋和大气管理局罗列了50个与超级巨浪有关的历史事件，下面是最严重的几起：

1498年，哥伦布记述了他第3次前往美洲的经历。某天傍晚时分，他的船只在驶过特立尼达附近的一个海峡时，突然被一堵“水墙”托起。时至今日，这片海域仍然沿用着哥伦布曾经对这里的称呼――“龙嘴”。

1884年，西非海外一股凶猛的超级巨浪将一艘从英国驶向澳大利亚的游船击沉。所幸，有4名船员乘小船逃生。不过，在海面随波漂荡了19天后，船长杀死了其中一个男孩，为剩下的名幸存者（包括他自己）提供了食物。

1909年，一艘搭载着200多名乘客的蒸汽船在南非海岸附近与外界永远失去了联系。如今，我们知道，那里是超级巨浪经常出没的海域。

海洋波浪理论范文第3篇

【关键词】波浪能 综合开发利用 海岛及沿海地区

1 海洋波浪能开发前景

中国是一个人口众多的发展中国家，在改革开放政策的推动下，中国经济取得了令人瞩目的快速发展。在经济快速发展的背后是能源的巨大消耗，中国已经成为继美国、日本之后的第三大能源进口国，发展无污染的清洁能源成为迫切需求。

目前我国近海岛屿的经济来源主要在海产养殖和海洋旅游两方面，由于电力、淡水资源缺乏的原因，近海岛屿的经济发展受到很大的影响，而海洋可再生能源开发利用技术是一种改善岛屿供电、供水情况的有效途径。可以预见，随着示范工程的运行，海岛生活环境将会得到改善，制约旅游业发展的瓶颈问题将会得到一定程度解决，这势必会促进海岛旅游经济的发展。

利用海岛自身所具备的自然资源来解决海岛用电问题，可以从根本上改善岛屿居民用电、用水情况，提高居民生活条件，降低海岛对大陆输入能源的依赖度；既能解决居民用电问题，又无环境污染。

（1）伴随常规能源的日益紧张以及节能减排的迫切要求，新能源技术获得了长足的进步，大力发展海岛可再生能源可以减少海岛对传统能源的依赖度。

（2）海岛的资源有限，生态环境十分脆弱，有效地利用海岛可再生能源可以最大限度地降低人为污染和破坏，保护海岛当地环境。

（3）相比较于海底电缆输电的高成本和柴油发电的高噪声、高污染，有效地利用和开发海岛可再生能源，可以节约成本、改善环境。

（4）大力发展大陆近海海岛独立能源系统的建设，形成海岛可再生能源设备的规模化应用格局，带动相关产业的发展。

（5）远离大陆的西沙、南沙群岛、深海钻井平台的深入开发需要有充足的能源供给，海岛可再生能源发电可以为其提供完善的解决方案。

2 波浪能开发利用现状

国内外对波浪能利用的研究已有相当长时间，经历了不少艰难和曲折，英国、日本、挪威等国从20世纪70年代就开始了波浪能发电的研究。目前国内外波浪能发电装置主要分为沿岸固定式装置和离岸漂浮式装置两大类，而从目前波浪能所采用的转换原理上看大致可分为聚波蓄能式（水库式）、振荡水（浮子）柱式、摆式和筏式等。虽然世界上对波浪能发电装置的研究开发历史不短，也研制了不少试验发电装置（电站），有的容量还相当大，但是目前整个行业尚未达到高度商业化的阶段。

3.1 国外现状

在国外，波能转换技术始于20世纪60年代中期，日本的益田善雄首先开发成功航标灯用微型波力发电装置。在世界石油危机的冲击下，许多沿海工业化国家陆续开始波浪能开发研究，各类波浪发电装置波浪能转换装置的设计实验层出不穷，以英、日、挪为代表的各国专家在对众多波能转换装置进行了大量的实验室研究后，筛选出几种有前途的转换方案，各国相继建成了约20个波浪能转换装置或电站，逐步形成了小规模、商业化的运用开发。本世纪初以来，开发发电成本低、生存能力强的商业化波浪发电装置，成为当前海洋波浪能发电技术的发展方向。其中，最成功的当属爱丁堡的Pelamis Wave Powe公司研制的“Pelamis”波浪发电机。目前，在葡萄牙、苏格兰等地分别有该装置的试验基地，其中，在葡萄牙建成了世界上第一座“Pelamis”商用海浪发电站。

3.2 国内现状

中国是世界上主要的波能研究开发国家之一，波浪发电技术研究始于70年代，从80年代初开始主要对固定式和漂浮式振荡水柱波能装置以及摆式波能装置等进行研究，且获得较快发展，微型波浪发电技术已经成熟，小型岸式波浪发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国，小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。

总结来讲，国内现有的波能转换装置通常采用岸线式或近岸式布置方式，它们对装置使用地点的要求十分苛刻，既要求该地区的近岸波浪能足够大，又要求沿岸地形适合相关土木工程建设，另外，此类装置多为固定式装置，存在抗恶劣天气能力差的缺点。这些因素也是导致我国波浪能转换装置从上世纪80年展至今，但仍未实现规模化、商业化应用的主要原因之一。综合来看，我国的波能转换装置的研制水平与国外先进水平相差较大，尚未形成可规模化、商业化应用的产品。

4 波浪能综合开发利用思路

多元化和综合利用是目前波能开发利用发展的新动向。在海岸工程领域.关于波浪能开发利用的研究和探索正在逐渐成为备受关注的课题，结合防波堤等海工和港工设施建造波力电站，可为波能利用开创了新途径，是目前波浪发电行业研究的热点之一。由于电站的土建可以结合工程进行，波浪发电的成本大为降低。电站的吸收波浪能的作用，还可减轻作用在海工建筑上的波浪冲击载荷，提高建设费效比，增加工程可靠性。对于重点发展旅游业，需要建设客滚船和游艇码头的沿海岛屿，为保护停靠船艇的安全，必须建设防波设施，研究比较把防波堤建设与组合波浪能发电系统建设，综合性策划、设计，结合起来建设，可以功能互补、减少重复、节约成本，具有多方面的重要意义。

无论是海岛的开发建设，还是海岛居民的日常生活，都需要稳定可靠的能源动力作为保障，因此，解决能源问题对于开发与发展海岛至关重要。由于其孤立的地理位置，海洋岛屿无法实现电网覆盖，岛上军民的用电紧张问题较为突出。目前，我国海岛能源利用方式以大陆供给常规能源为主，具体分为海底电缆铺设直接供电及柴油发电两种方式。

海底电缆铺设直接供电普遍应用于距离大陆较近的海岛。离大陆较远的海岛无法铺设电缆，同时海底铺设电缆还会对海底植被和生态造成一定破坏，而且建设和维护成本较高。

柴油发电适用于具有一定电力条件（输变电设备等），因距离较远等因素无法通过电缆直接供电的海岛，需要用电只好采用柴油发电的方式，但是柴油发电存在运行维护成本高、燃料运输困难、噪声和尾气排放影响当地军民生活的问题。当内燃机出现故障时，往往得不到及时维修，给当地居民生产、生活带来了极大的不便。

由于地理、气候、成本、技术等多方面因素，常规能源得不到持续供应，全国多数海岛仍处于缺电、缺水的境况，尤其是在台风频发的东南沿海。近年来，随着国家对海洋资源开发以及可再生能源利用的重视，相关学者提出了采用可再生能源作为解决海岛能源问题的方案。利用波浪能解决海岛、沿海的部分能源问题具有很强的社会和经济效益：

（1）伴随常规能源的日益紧张以及节能减排的迫切要求，新能源技术获得了长足的进步，大力发展海岛可再生能源可以减少对远程网电和海岛柴油发电对传统能源的依赖度。

海岛的资源有限，生态环境十分脆弱，有效地利用海岛可再生能源可以最大限度地降低人为污染和破坏，保护海岛当地环境。

（2）相比较于海底电缆输电的高成本和柴油发电的高噪声、高污染，有效地利用和开发海岛可再生能源，可以节约成本、改善环境。

（3）大力发展大陆近海海岛独立自然能源系统的建设，形成海岛可再生能源设备的规模化应用格局，带动相关产业的发展。

（4）远离大陆的西沙、南沙群岛的深入开发需要有充足的能源供给，海岛从可再生能源发电、海水淡化、植物培植等入手，形成独立的自然循环经济结构，可以为海岛人类生存、长期生活、支撑发展、维护权益提供完善的解决方案。

在经济效益上，目前近海岛屿的经济来源主要在海产养殖和海洋旅游两方面，由于电力、淡水资源缺乏的原因，近海岛屿的经济发展受到很大的影响，而海洋波浪能开发利用技术是一种改善岛屿供电、供水情况的有效途径。可以预见，随着示范工程的运行，海岛生活环境将会得到改善，制约旅游业发展的瓶颈问题将会得到一定程度解决，这势必会促进海岛旅游经济的发展。同时将这部分能源开发与海水淡化、海洋资源开发、海洋养殖、海岛建设、海上旅游结合起来具有重要意义。

在社会效益上，利用海岛自身所具备的自然资源来解决海岛用电问题，可以从根本上改善岛屿居民用电、用水情况，提高居民生活条件，提高当地人气，降低海岛对大陆输入能源的依赖度；既能解决居民用电问题，又无环境污染；示范工程将为解决近海岛屿供电、供水问题提供大量的实验数据，积累丰富的管理经验，为进一步推动海洋可再生能源开发利用技术的发展及其大范围推广打下坚实的基础。

参考文献：

海洋波浪理论范文第4篇

关键词：海洋环境污染海洋灾害

海洋工程与海洋环境相互作用随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。

在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。

一、海洋环境特征

对各类污染物的作用机理和规律研究以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。

在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。

针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N—S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。

应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。

能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，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结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。

二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。

90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。

在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。

我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。

近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。

以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。

海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。

因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。

为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。

三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。

人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。

由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。

随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。

海洋波浪理论范文第5篇

关键词：海洋环境污染海洋灾害

海洋工程与海洋环境相互作用随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。

在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。

一、海洋环境特征

对各类污染物的作用机理和规律研究以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。

在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。

针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N—S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。

应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。

能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，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结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。

二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。

90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。

在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。

我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。

近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。

以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。

海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。

因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。

为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。

三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。

人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。

由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。

随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。