大规模的海水运动范文第1篇

摘要：

针对潮流具有顺岸往复流特征的海湾，以某核电厂为例，采用小变态物理模型开展了温排水输运特性的模拟研究。通过分析工程海域岸线、地形及潮流特点，结合设计与环保要求，依据差位式理论提出“近岸明渠分散取水、离岸明渠集中排水”的取排水总体布局。采用全潮水文测验资料进行了定点潮位及潮流流速、流向的验证，在此基础上深入研究了温排水的随潮演变过程、温升分布特点及电厂取水温升变化规律。研究结果表明，温排水在顺岸往复潮流作用下热水带呈伴岸窄带型分布，采用差位式取排水布置对有效降低电厂取水温升、减小温排水对环境的影响具有明显效果。研究成果可为工程设计与环境影响评价提供科学依据。

关键词：

差位式取排水布置；滨海核电；潮流；温排水；物理模型试验

近10a我国核电建设进入快车道。截至2014－12，全国已建和在建核电厂17个，其中投入商运机组22台、在建机组25台［1］，核电分布呈滨海式布局。滨海核电绝大多数采用直流冷却方式，以海水作为冷却水源。核电运行时，取水口源源不断吸取较低温度的海水进入循环水管路，低温水经凝汽器热交换后水温升高6～11℃，最终从排水口排入环境海域。每单台百万千瓦核电机组的循环水流量大约50～60m3／s，伴随核电站温排水排出的还有余氯与放射性液态流出物。大量的含热废水排入海域随潮输运，一方面造成核电自身取水温升增高，降低电厂运行经济效益；另一方面长期作用于海洋生态环境，还会改变水体理化特性、加重富营养化、引发赤潮，甚至损害生态结构和功能。取排水口工程布置是决定温排水水力、热力特性的关键因素，也是核电规划设计中必须解决的首要技术问题。火、核电厂常用的取排水布置有3种类型：分隔式、重叠式与差位式［2］。其中，差位式取排水布置在潮汐水域核电工程中应用最为广泛。因此，开展滨海核电差位式取排水布置下温排水的随潮输移扩散规律研究，对保障电厂取水安全、提高运行经济效益、减小环境影响具有重要的现实意义。对于感潮河段和以顺岸往复流为主的海湾，温排水从排口流出后随潮输运，热水带呈伴岸窄带型分布，顺潮流方向扩展较长，垂直于潮流方向较短。利用潮汐水域热水运动的上述特点，中国水科院在上世纪80年代进行感潮河段谏壁电厂冷却水研究时，提出差位式取排水布置，即同一过水断面上在取水口（或者排水口）前缘离岸一定距离设置排水口（或取水口），使得取水口避开热水通道［2］。随着沿海火、核电厂的快速发展，差位式取排水布置下温排水的输运特性受到许多学者的关注。物理模型与数学模型是进行温排水模拟预报的主要手段。岳钧堂利用大亚湾核电工程海域潮流具有辐合辐散流的特征，依据差位式理论提出南取东排的取排水布置，通过物理模型试验研究了温排水随潮运动规律，发现涨、落潮过程中热水与冷水均可各行其道［3］。华祖林采用二维水动力数学模型和物理模型对比研究了感潮河段电厂采用分隔式与差位式取排水布置时温排水扩散的差异，结果表明后者更优［4］。陈惠泉采用全潮水力、热力模型开展了台山火电厂温排水随潮输移扩散研究，利用厂址海域地形与潮流特点提出将取水口设在处于冷水通道的港池内，而将排水口设置防波堤外侧，模拟结果表明无论涨潮或落潮，热水均受防波堤阻挡而无法直接进入取水港池口门［5］。徐世凯等通过局部正态模型研究谏壁电厂“浅取深排”近区的温差异重流运动特性［6］。郝青哲等选择k－ε紊流模型对比研究了概化水槽中差位式与重叠式取排水的扩散规律［7］。张晓艳等针对潮流为往复流动的海湾，采用二维数学模型模拟了不同布置方案下温升分布特点，结果显示温升场呈带状分布、差位式布置具有明显优势［8］。

1工程概况

某滨海核电厂，规划总容量为8000MW，由1台高温气冷堆、4台AP1000压水堆、2台CAP1400压水堆组成。核电采用直流供水系统，以海水作为冷却水源。规划容量下循环水流量为435m3／s，取排水温差为8．3℃。厂址附近海湾岸线呈“W”型，核电厂位于海湾中间岬角位置，东、北、南三面环海，东侧濒临开阔大海，北侧与南侧各有一小浅湾（图1）。近岸水域等深线与岸线大致平行，－5m等深线离岸300～500m，－10m等深线离岸1500～2500m。工程海域属不正规半日潮，平均涨潮历时与平均落潮历时比较接近。潮差较小，典型大潮、中潮与小潮的最大潮差分别为1．86，1．44与1．03m。全潮水文测验资料显示，厂址海域潮流主要受岸线与地形控制，主潮流基本呈东北－西南走向的往复流，涨潮流自NNE至SSW方向运动，落潮流基本相反。潮流较强，涨、落潮平均流速约60cm／s。厂址南北侧两个凹湾水域存在回流区，回流区范围与外海潮流强度、流向有关。

2差位式取排水布置

温排水在环境水体中的运动规律是布置取排水的基础依据。差位式取排水布置利用热水带顺流窄长形分布的特点，将取排水口间距的着眼点从顺流向转移到垂直于水流方向［5］，通过在垂直于潮流方向拉开取排水间距，使得取水位于冷水通道、排水位于热水通道。常见的差位式取排水布置有2种形式：“远取近排”与“近取远排”（图2）。“远取近排”是温排水近岸排放，热水随潮沿岸流动，取水延伸至离岸较远区域吸取低温水。近取远排则相反，将温排水送至离岸较远的强潮主流区，利用环境潮流掺混稀释能力较强的特点，将热水高温升影响区域控制在较小范围。这2种布置方式应用于实际工程时，需结合厂址海域的岸线与地形特点、水文气象条件、潮动力特征、环境保护要求等因素综合确定，同时方案是否合理可行还应经物理模型或数学模型论证。本工程海域潮流具有顺岸往复流特征，满足差位式取排水布置所需基本条件。确定取排水方案时，一方面应保证核电自身取水安全经济，尽量降低取水温升，另一方面还应考虑海域环境敏感点对温升的要求。一般情况下，电厂取水温升限值为全潮最大不超过2℃、平均不超过1℃。本厂址近岸水域存在养殖区，为减小温排水对岸边养殖的影响，环保要求规划容量下1℃以上温升不能贴岸。此外，依据核电厂总平面布置，高温堆与AP1000压水堆位于厂区北侧，CAP1400压水堆位于厂区南侧，各机组分别从南、北两侧取水。基于上述因素，结合工程海域自然条件，可以发现：如果充分利用厂址海域“W”型岸线特点以及深水区离岸较近的优势，将温排水尽量输送到外海主潮流带上，避免温排水贴岸输移，不仅可以加大温排水自排水出口至取水口之间的“流程”，避免高温水直接进入取水水域，而且可以实现温排水与环境流的充分掺混，有利于降低高温升影响面积。为此，针对本工程提出“近岸明渠分散取水、离岸明渠集中排水”的取排水总体布局。

3模型设计

3．1模型选择物理模型是模拟预报温排水运动规律的重要方法，能够比较真实地反映近区温差浮射流卷吸掺混特性，便于直观显示各种取排水方案下温排水的三维水力、热力特征，直接反映取水温升随潮变化规律，在解决取排水口近区问题，如优化取排水工程布置方案、掌握高温升区影响范围、确定垂向温升分布以及取水温升方面具有明显优势。根据水平比尺与垂向比尺是否相同，可将物理模型划分为正态模型与变态模型。对于滨海核电，温排水的受纳水体为海域，环境水域具有水平尺度远大于水深尺度的特点。温排水模拟时往往要求同一模型同时考虑取水与排水，模拟区域需涵盖近区、过渡区与部分远区热影响。综合上述因素，目前滨海核电温排水物理模型多采用变态模型。但随之而来的问题是，模型水平与垂向尺度不同将对环境水体流场以及温排水的输移扩散产生一定影响。这一问题很早就受到相关学者的关注。李瑞生通过比较浮射流计算结果与水槽试验结果，得出变态使得热水层厚度变薄的结论［9］。陈惠泉利用试验水槽开展了变态对温排水近区水力、热力特性的影响研究，认为变态率小于3时对整体影响不明显，有时也可小于5～6［10］。此外，郝瑞霞［11］、赵振国［12］、徐世凯［13］，袁方等［14］也开展了温排水的变态影响问题研究。通过总结分析几十年温排水模拟研究实践经验，为确保变态模型能够比较真实地反映温排水运动的流场与温度场规律，《冷却水规程水力热力模拟技术规程》［15］提出变态率宜小于5的建议。基于上述分析，针对本核电厂温排水研究采用小变态全潮物理模型。

3．2相似准则温排水物理模型试验以相似理论为基础，但与常规水工模型试验相比，除了模拟水流运动外还需同时模拟热量传递过程。理论上，要完全复演原型中温排水的输运规律，必须同时满足几何相似、水流运动相似、动力相似和热力相似。但实际模拟时很难同时实现上述条件，因此必须进行合理假设与简化。陈惠泉在20世纪70年代提出3个综合参数：自然水温、水面综合散热系数与临界流量，基本理念是进行水力、热力模型试验时不要求各个物理量相似，但要保证上述综合变量相似［16］。这一理念后来成为指导火、核电厂温排水模型试验的理论基础。利用这3个综合参数，可得到几个简化的模型相似关系式。这些相似关系式看似简单，但仍然存在比尺矛盾，因此模型设计时需要抓住主要矛盾，放松一些条件的相似。对于全潮温排水小变态物理模型，模拟重点为温排水主影响区的水力、热力特性，应以重力与浮力相似为主，兼顾阻力相似、散热相似等条件［16］。

3．3模型比尺及模拟范围滨海核电温排水运动具有排热量大、随潮非恒定输移的特点。为较好地反映取排水区域温排水在潮流作用下的水力、热力特性，模拟区域需要保证涨落潮流场具有相对完整的态势，同时依据相关规程要求，还要包含1℃以上温升影响范围。模型试验一方面希望模拟范围尽可能大，另一方面变态率又不能太大，为此模型设计时需要权衡两者的矛盾。此外，为避免表面张力的影响，模型水深还应大于模拟理论中最小水深要求。综合上述因素，本研究模型水平比尺Lr＝400、垂向比尺Hr＝150、模型变态率ε＝Lr／Hr＝3．2。模拟范围为以厂址为中心、包括整个W型岸线在内的顺岸18km、离岸14km的海域，总面积约252km2。

4潮流模拟验证结果

采用海工模型自动生潮控潮系统实现潮流模拟。控潮方式为开边界给定流量过程、同步监测潮位的开环控制模式。模型验证资料选择2006年工程海域全潮水文测验数据，测点布置见图1。模拟区域包括1个潮位测站和12个测流站。实测大潮的模拟与实测潮位过程对比见图3，结果表明，潮位验证良好，高潮与低潮出现时刻相同、最高与最低潮位偏差不超过10cm。12个测流站模型验证结果显示，各测站模拟的流速与流向随潮变化过程与实测资料符合较好，潮流转潮时刻基本一致，涨落潮平均流速与实测值误差在10％以内，流向偏差小于15°，模型能够反映工程海域涨落潮流场的总体特性，可据此开展温排水模拟预报。厂址近岸区域D07以及外海主流区D08测流站验证结果如图4所示。

5温排水随潮输运特性

5．1取排水工程局部区域流态分析工程区域的水流流态便于掌握温排水的运动规律。核电厂采用厂区“南北两侧近岸明渠分散取水、中间明渠离岸集中排水”的取排水总体布局。物理模型试验经过多方案比选优化论证，提出最终取排水方案的排水明渠外延长度600m，一直延伸至7．0m等深线（图5）。试验时，采用在排水中加入高锰酸钾示踪剂以及在取排水区域投放示踪粒子的方法研究温排水随潮运动轨迹，发现取排水工程实施后外海主流区潮流依然呈往复运动，潮流场总体特性没有改变；排水出口位于涨落潮主流区，温排水受强潮作用可以较快地与外海新鲜客水进行交换；厂址近岸局部区域受取、排水明渠岸线影响流态有所改变，主要表现为排水明渠南北两侧靠近浅湾区域出现明显回流流态；涨潮时回流呈顺时针旋转，且北侧回流区范围更大；落潮时则基本相反。

5．2温升分布随潮特性高于环境水温的温排水以一定速度从排口排入海域后，其运动过程受到排水初始动量、温差浮力效应、环境潮流等因素的共同作用，表现为非恒定紊动浮力射流。排水近区是温排水水力、热力特性急剧变化的区域。在此区域，一方面，排水出流与周围环境水体发生强烈的卷吸、掺混，环境低温水不断掺入，射流流量沿程增加，并在横向和垂向上扩展；另一方面，温排水高于环境水温8．3℃，排水密度明显小于环境水体密度，温排水受到浮力作用后向水体表层运动，形成温差异重流。近区的水温分布表现为：垂向上具有明显的温度梯度；平面上水温沿程急剧下降，具有较大的温降梯度。近区高温升影响范围是热污染控制的重点区域，目前环境影响评价中绝大多数以4℃以上温升区作为监管混合区。本工程秉承差位式取排水布置理念，近岸取水、离岸深排。推荐取排水方案下，排水出口处于水深流急的外海主潮流通道，环境潮流与温排水的掺混稀释比较充分，有利于将热水高温升范围控制在较小区域。针对实测大潮开展温排水物理模型试验，水体表层全潮最大温升包络范围见图6a，排口前缘A点涨急与落急时刻垂向温升分布见图6b与图6c。试验结果表明：排水出流流速约0．2～0．3m／s，环境潮流较强，最大涨、落潮流速可达0．9～1．0m／s，排口近区温降较快，规划容量下温升大于4℃的混合区范围较小，全潮最大包络面积不超过4．5km2；排水区域存在比较明显的温度分层现象，排水出口前缘水体热水层厚度约2～3m，表底温差约3．0～4．0℃。随着温排水在潮流挟裹下远离排口，其水力、热力特性变化逐渐趋于平缓。温排水的出流初始动量与浮力效应消失殆尽，垂向层与层间的热量交换大为削弱，热水层厚度由于水体下掺沿程逐渐变薄，温排水的运动受控于环境潮流，对流扩散作用以及水面散热成为影响水温分布的主要因素。试验研究结果表明：温排水随潮输移扩散，涨潮时向西南方向输运，落潮时基本相反，热水带呈顺流窄带型分布，沿涨落潮主流方向扩展较远，而垂直于潮流方向相对较窄。在取水口附近水域，温差分层现象已不明显，表底温差减小至0．2℃以内。1℃温升全潮最大包络影响范围不超过35．6km2，且1℃温升线离岸大于200m，没有影响到岸边养殖区。

5．3电厂取水温升随潮变化规律本工程核电机组取水口分别位于厂址南北两侧近岸取水明渠根部，而排水则延伸至600m处的主潮流深水区。取水口与排水口离岸距离较远，位于温排水高温升影响带之外。这种取排水布置形式能够有效增加取水与排水之间的流程，避免热水短路现象，有利于降低取水温升。试验研究结果表明：温排水对南取水口的影响主要发生在涨潮至高平转落时段，对北取水口的影响则发生在落潮至低平转涨时段。涨潮时，热水随潮南下，远离北侧取水，不会对北侧取水产生直接影响，在此过程中南侧取水温升有所升高。当潮流较强、高温升热水带较窄时取水温升相对较低，而潮流较弱，温升带离岸扩展较远时，取水温升略高，温升峰值发生在高平之后2～3h。落潮时相反，热水北上，远离南侧取水，北侧取水温升增大，峰值出现在低平过后3h左右。从水体表层全潮最大温升分布图可以看出，2℃温升线尚未影响到取水明渠口门。提取一个完整潮周过程中南、北取水口逐时取水温升，统计最大值以及平均值，可以得到南取水口全潮最大与全潮平均取水温升分别为1．2℃与0．9℃，北取水口全潮最大与全潮平均取水温升分别为1．3℃与1．0℃，均满足设计要求。南、北两侧取水受温排水影响的程度较为接近，温升特征值相差不超过0．1℃。

6结语

大规模的海水运动范文第2篇

国务院《关于加快长江等内河水运发展的意见》（以下简称《意见》）的出台，标志着内河水运发展上升为国家战略。这为包括内河水运人才培养在内的航海教育的发展提供了一次难得的机遇，对扩大航海教育发展规模，优化航海教育结构，创新航海人才培养模式等，将起着非常重要的推动作用。我国航海教育一定要抓住并利用好这个难得的机遇。

内河水运发展上升为国家战略，标志着内河水运成为综合运输体系建设的战略重点，对于进一步发挥内河水运比较优势、构建现代综合运输体系、促进流域经济社会发展具有十分重要的意义。《意见》明确提出了2020年全国内河水运的发展目标。这就意味着，在未来10年里，内河水运发展需要大量的船舶驾驶与轮机人才、船舶检验人才、港口经营人才、水运经营与管理人才、物流经营管理人才、水运网络经济人才、水运法律人才等。

我国航海教育要抢抓机遇，继续推动高水平航海类专业师资队伍建设，注重选拔具有本科及以上学历、航海实践经验丰富、素质好的航海人员充实师资队伍。根据STCW公约马尼拉修正案的最新内容，结合内河水运特点，进一步加强教材建设，更新理论课程和实操培训内容，更加突出学生实践能力的培养。严格控制教育机构发展规模，避免一哄而上，避免重复建设，杜绝教育资源浪费，确保航海教育质量。

水运行业人才培养,离不开交通运输部及各级海事局的推动与支持。首先,国家应科学预测各类水运人才需求情况，确定水运人才培养目标和数量，保证能为内河水运可持续发展提供充足适切的各类各层次水运人才。其次,国家相关部、局应该牵头，联合院校、企业、科研机构等开展STCW公约马尼拉修正案的实施对当前教育培训工作影响的相关课题研究工作，积极推行电子航海（e-navigation）战略。此外,还要更加注重内河航运对环境生态的影响，实现经济可持续又好又快发展。具体到大连海事大学而言, 我们将在内河航运上升为国家战略的新形势下，在水运行业的人才培养、科学研究、社会服务三方面，继续发挥其传统的航海类专业及相关学科优势，为水运行业及内河区域的经济发展做出新的贡献。

作为部唯一直属的航海高等教育学府，大连海事大学历经百余年的发展,在办学水平、办学规模、办学层次等方面已处于世界同类院校之首。多年来，学校培养的大批高素质人才，活跃在航运界各个领域。每年培养的航海类专业本科毕业生约占全国航海类专业本科毕业生的35%，其中60%以上到中远集团、中海集团、长航集团工作。目前,学校正致力于成为交通尤其是航运领域的高层次人才培养基地、科技创新与服务基地、航运国际法规研究基地。

大规模的海水运动范文第3篇

20世纪末期以来，海洋成为世界各国经济新增长点，实践表明海洋产业在全球经济发展过程中起到的作用越来越明显[1]。水上运输业既是海洋产业的先导，又是海洋产业中带动系数最大的产业门类。港航业既是未来浙江经济发展的潜力所在，又是国家海洋战略试点省的重点领域，审视浙江港航产业发展基础条件，审时度势提出浙江港航产业发展战略创见，有助于推动浙江海洋产业转型发展和创新发展，有助于加速实现“海上浙江”战略。

1浙江港航产业发展的历史进程

地处东海之滨的浙江，拥有长达6646km的海岸线和宁波-舟山、杭州、温州和台州五大良港。富于冒险精神的浙江人，偏爱国际贸易和海洋运输业，加之本土物产丰富、经济发展水平与造船技术领先，造就了历史时期浙江港口航运产业为我国东南沿海诸省之最。历史时期航运产业，主要受制于造船技术和航海技术，而纵览浙江航运产业发展历程，可以发现：一是封建王朝时期，浙江航运产业受国家与地方造船技术及军事管理严重制约；二是伴随着全球造船技术与航运的发展，中国航运业由海上丝绸之路的开辟者沦落为外国坚船利炮轰击国门的落魄境地；三是近现代以来，浙江航运产业与军事动荡、浙江商人形成密不可分。由此，将浙江省航运产业分为五个历史阶段：秦汉时期初现端倪的浙江港口航运业、隋唐时期成为全国造船业最发达地区之一、明清时期受禁闭但难以阻挡浙江航运业态势、民国时期快速发展的浙江航运业、中华人民共和国成立以来的快速崛起[2-4]。

秦汉时期浙江港口航运，以秦代徐福一行从慈溪到达蓬山起航，途经岱山岛，凭借海流与信风抵达日本为开端[5]。直至公元前110年，汉朝军队攻入东越，东南沿海才统一，而这促成汉朝军用船舶建造技术的快速提升与民间传播，为后来民间造船业快速发展与民间内河水运奠定基础。隋唐时期，江南运河的开凿、隋炀帝南游及部分民间起义军散落为海盗，既促成了浙江省内部宁绍平原水路互通，并沟通了太湖流域及华北平原，又激发了官方运输对于水运的高度依赖和民间造船业快速发展。唐朝与周边国家相互派遣学生、僧侣及官员的主要出发地是明州(今宁波)，相伴以航运为载体的民间国际贸易快速发展。明清时期受倭寇入侵，中央政府开始闭关备海战，征用了宁波、温州、临海及台州各县居民的渔船和运输船舶，改造成战船，可见浙江民间造船业之发达。明代漕粮运输线路始为海运逐渐转向河运，时浙江有浙西四卫三所和浙东四卫二所，当时临海的台州卫拥有浅船额262艘、军额2882人，而漕运外的民间商业性航运与客运也比较繁忙；公元1684年清朝政府公布的对外四大通商口岸，宁波位列其中，当时以浙江古港和由乍浦、温州、台州组成外港共同为宁波口岸服务，而此时远洋商船600余艘、总运载力20余万t。民国时期，浙江港口航运受上海快速崛起逐渐萧条，然浙江人所经营的船队和国际贸易公司数量却快速上升[6]。中华人民共和国成立后，尤其是1973年总理提出“三年改变港口面貌”，浙江省迎来了港口建设高潮，宁波-舟山港历经60余年发展已经成为亚太航运业的枢纽港和综合性港口[7]。

2浙江港航产业发展的基础条件

2.1浙江港航产业发展的区位优势与港口岸线资源基础

浙江省辖海域广阔、海岸线漫长、岛屿众多，海洋矿产储量丰富、新能源与海洋旅游资源品位高（表1），它们构成了浙江省海洋产业发展的资源基础，昭示浙江海洋经济发展的广阔前景与巨大潜力。

2.1.1具有丰富的港口岸线资源，且港口呈集群式发展

浙江省沿海与海岛岸线全长6696km，海岛数量达2869个，深水岸线506km，均居全国第一。港口建设方面已建成宁波-舟山港、温州港、台州港、嘉兴港四大港，基本形成较为完善的海港体系。宁波-舟山港临近太平洋国际主航线可建40×104t以上的深水泊位，超大型船舶可直接行驶通过虾峙门口外30×104t级航道，浙江港口岸线和航道资源在我国沿海港口中具有绝对优势。经过“十一五”的密集型建设和市场调整，浙江港口岸线经营实现了统一规划和品牌运营，浙江港航产业已形成以宁波-舟山港为港口群中心，以宁波港集团为品牌，通过合作、合资逐渐实现嘉、温、台等地市港口码头运营的集约化与品牌共享。2011年全省港口完成吞吐量超过9亿t、集装箱吞吐量超过1500×104TEU；2011年宁波-舟山港货物吞吐量6.91亿t、集装箱吞吐量1314.4×104TEU，已成为全球最大综合港、中国第三大集装箱干线港，在全球港航体系中国际地位快速上升。

2.1.2港口区位优势

浙江省位于长三角入海南翼，地处中国沿海经济带和长江经济带的交汇处，作为上海国际航运中心的重要组成部分，浙江处于东亚经济区核心地带与太平洋东亚航区中间地带，是中国经济发展较快的区域。随着中国与周边国家，尤其是美、欧、澳、非等洲国际贸易快速上升，国际航运资源逐步向中国东南沿海转移，而浙江正处于其核心位置，新经济因素有望使浙江成为亚太地区的航运枢纽，浙江海运业必然会从新经济因素带来的区位优势中获益。

2.2浙江港航产业发展的企业与企业家资源基础

2.2.1勇于创新的“浙江”航运企业家资源丰富

浙商素以敢于冒天下之大不韪而闻名于世，不论是战火纷争的清末、民国时期，抑或是改革开放以来，浙江企业家数量和质量都位于国内前列。若以统计数据而论，1991年浙江全省经工商登记注册的个体工商户和私营企业分别为100.3万户和1.1万家，到了1997年该数据增至153.2万户和9.2万家，从业人员由155.8万人和16.9万人增至256.4万人和135.5万人[8]。按照一个私营企业平均3个股东或合伙人，一家个体工商户一个负责人计整个浙江省的企业家人数由1991年的103万增加到了1997年的180万人。2000年以来随着国家和浙江省水运政策的开放，在海雨腥风中浸淫的宁波人似乎血管中天生涌动着蓝色激情，民营资本纷纷伺机而动进入海运行业。仅宁波市港航管理局统计显示2010年宁波市水运运力90%以上为民资掌控，新一代的船王在宁波正悄然崛起。至2010年末，仅宁波市航运企业达136家，其中货运企业126家、客运企业10家；沿海货运企业的平均船队规模继续增长，达到3.6×104DWT。宁波全市拥有60×104t以上运力的大型航运企业1家、10×104t以上的8家、(5～10)×104t的10家；运力规模前10名航运企业的运力占全市水运总运力的52%以上。

2.2.2浙江航运企业规模与数量均快速增长

2007年浙江省交通厅调查数据显示全省从事国内海运370家、国际海运25家；从事国际海运辅业务的423家，经营118条远洋航线，月航班数超过900次。而到2011年末全省从事海上运输业务的企业约有500家，从事海运辅业务的企业600余家。全省集装箱航线超过250条，远洋干线有120余条，月均航班多达1400余次，连接全球一百多个国家和地区的600多个港口，然全省海运企业仍以中小民营海运企业为主。

2.3浙江港航产业发展的社会经济资源基础

2.3.1发达的腹地经济，广阔的国际航运市场

作为长三角港口群的腹地，浙江省及周边的江西、江苏等省份公、铁交通基础设施良好、工业发达、城镇密集且国际物流需求快速增长。日益专业化和规模化的浙江块状经济引领了某些行业全球市场，专业化国际分工竞争优势正加速提升。这些为国际航运业提供了充裕的市场。浙江省进出口贸易总额占全省国民生产总值的一半以上，对外贸易总额一直保持着高速增长，2006-2010年全省年生产总值平均增长百分比为11.9%[9]，对外贸易总额平均增长率为17.6%。港口航运业作为全球贸易的派生产业，承担和支撑了进出口贸易过程中绝大部分货物的海上运输任务，稳定的进出口贸易额的增长拉动了海运需求，为浙江省港航业的发展提供了长足的动力。此外，浙江省海运业承运的货种以煤炭、原油、矿石、建筑材料、粮食等大宗物资为主，近年以镇海煤炭交易中心、余姚中国塑料城为代表的期货交易市场快速发展也为浙江省海运业的发展提供了充足的货源。

2.3.2趋好的国内外海运经济管治环境

20世纪末期以来，国际制造业和重化工业随着全球化进程加速向长三角转移，既提升了浙江分享国际资源、技术、资本和市场的机会，又强化浙江经济结构对全球依赖程度，尤其是对国际贸易的依赖度，为浙江港航产业实现跨越式发展提供了重要机遇。中央政府于2009年6月10日、2010年5月24日、2011年3月1日分别批复的《江苏沿海地区发展规划》、《长江三角洲地区区域规划》、《浙江海洋经济发展示范区规划》明确指出江浙沪要作为全国海洋经济发展先行和试点，推动海洋产业结构与布局优化，加快海洋经济崛起发展。加之浙江作为中国私营经济发祥地，市场主体是充满活力的中小私营企业，在经济体制改革和制度创新等方面引领全国。浙江港航产业也经历了较久的要素配置市场化、有偿使用环境资源等系列转向市场经济过程，初步形成了港航产业政策创新强劲的制度优势。

3浙江港航产业发展面临的挑战

港航产业受国际贸易和全球宏观经济环境的影响重大。2008年金融危机使全球经济陷入衰退，国际贸易受到重创，浙江港航产业、尤其是海运业遭到巨大冲击。金融危机之后浙江海运业一直处于缓慢恢复中。2011年，由于全球经济增速放缓，国内经济全面紧缩，各种原材料的运输需求增幅缩小，再加上运力过量投放带来的供给过剩的压力，浙江省港航业陷入低迷状态。

3.1海运运力总量过剩且结构不合理，缺乏规模经营

近年全球海运随着世界经济振荡而呈现波动发展态势。造船周期较长，一旦海运市场出现波动，海运运力对市场反应具有一定的滞后性，成为海运最大风险之一。浙江是造船大省，特别是2006-2007年宁波、温州、舟山、台州沿海一带纷纷投资造船业，导致金融危机后浙江海运运力不但未减反而过剩。浙江港航管理局统计显示2011年1至7月浙江投入的大吨位船舶达127万艘(表2)，2010年全省投入市场的运力已过2000×104DWT，船舶增加了17%左右，货运量增长却不到10%，海运运力增幅达到13.44%[10]。加之全球经济持续低迷，国际海运运价普遍降低，运力过剩在浙江省海运业发展过程中较为突出。另一方面浙江海运业运力结构不合理现象突出：全省海运船舶以散货船为主，特种运输船舶较少，仅有不到200×104DWT，集装箱船舶运输发展缓慢。2011年，浙江省海运船舶平均吨位为4687DWT，距离船舶大型化有较大差距[10]。浙江海运企业多以中小民营企业为主，未形成规模经营，并且业务相对单一。实力较强的海运企业仅有浙江远洋、浙江海总和宁波海运等，以经营煤炭、铁矿石、原油等货物运输为主，集装箱运输和特种货品运输在海运总量中所占比例较低，经营方式多采用自有船舶运输，抵御市场风险能力相对较弱。

3.2海运辅助业发展缓慢，产业链不成熟

作为海运物流服务链的船代、货代、无船承运等与海运发展相配套的辅企业，还处在较初级的发展阶段，不能为港口和海运企业的发展提供强有力的支撑；缺乏完整成熟的产业链，产业总体规模较小。这一现状与浙江省缺乏运输相关产业制度规范是分不开的，由于没有相应法规制度的监督与管理，海运企业和海运辅企业的市场进入门槛降低，甚至还导致企业间低价竞争，也使得浙江省港航产业总体竞争力下降。

3.3国际宏观经济缓慢发展及外资海运企业的竞争

经济低迷导致的对外贸易量增速的下滑，造成海运运输需求大幅减少的问题日益突出。2011年由于全球经济增速放缓，各种原材料的运输需求增幅缩小，世界海运业在需求萎缩和运力过剩的情况下出现衰退。此背景下，浙江港航业不可避免地受巨大冲击。此外浙江海运业及辅助服务业还承受着来自外资海运企业的竞争压力。海运业及辅助服务业是中国较早对外开放的行业，全方位开放政策为我国海运物流市场引入了竞争机制，给国内企业带来了诸多机遇和挑战。虽然竞争机制的引入对浙江港航业的发展具有推动作用，然来自像马士基、地中海、达飞等国际海运巨头，以及他们向陆上延伸的货代业和船代业等强力竞争使以中小企业为主的浙江海运业承受着巨大压力。

3.4港口集约利用、集群化发展与品牌化运作的体制机制不顺

3.4.1港口集约化利用程度低，影响综合效能

浙江省6个地市港口建设缺乏统一规划，岸线利用粗放，同类泊位虽布置在同一条海岸线上，但首尾不相连，码头功能不集中，码头布局零乱。煤炭、矿石、集装箱、散货等码头泊位混合在同一个港区问题非常严重，既影响了港口综合功能的发挥，又阻碍了现代化港口建设进程。此外，宁波-舟山港的大型专业化深水泊位尤其是集装箱泊位仍然严重不足，在温、台、嘉等地港口基础设施滞后问题更严重。港口各类功能区与集疏运设施建设滞后，制约完整港口产业链的发育。

3.4.2腹地竞争日趋激烈，港口揽货能力亟待提升

与上海港相比，宁波-舟山港在绍兴、金华等地的揽货能力略落后于上海港；在杭州、嘉兴、湖州等地的揽货能力，则大幅落后于上海港，2009年杭嘉湖地区90%的进出口货物走上海港。杭州湾大桥的建成，在为宁波港开辟北向腹地创造了良好的条件，却也带来了上海港争夺台州、温州等地货源的压力。

3.4.3港口群集群化发展与品牌化运作滞后，影响竞争力

早在2006年宁波港与舟山港就开启重组步伐，然受政府行政调控，宁波-舟山港虽初步实现品牌化营运，然囿于地方诸侯经济，港区内功能与物流空间组织仍存分割和重复建设趋势。此外早在2006年，宁波港集团就提出了以合资、入股的形式逐步与温州港、台州港、嘉兴港建立起港口合作营运设想。然这一股权式港口群建设蓝图，既需要行政调控，又需要逐渐去行政化。直到2012年初，宁波港集团与温、台、嘉等港的品牌化营运仍处于谈判和协调环节，浙江港口集群化发展与品牌化运作战略尚未需时日，而这直接影响浙江港航产业的全球市场与航线的开拓、经营、风险抵御能力。

4绿色海运带来的挑战

浙江港航业的发展面临着全球环境政策和各领域实施节能减排策略所带来的巨大挑战。首先，作为浙江海运主要货种的煤炭、石油、天然气等，随着新燃料研发和国际碳减排政策，其国际贸易量将逐年降低。其次浙江是以煤炭为主的能源消耗大省，约占一半以上，石油和天然气比重不到一半；且煤炭海上运输量又在浙江海运业货物运输总量中占较大比重。可见，全球和中国的节能减排政策实施必将导致浙江海运业的主要货物(煤炭等)的运输需求逐渐萎缩，可能加剧运力过剩的状况。当前，低碳经济日益成为世界海运发展的新号召，世界海运向着绿色海运发展的趋势明显。欧美各国港口纷纷开展绿色港动，如荷兰鹿特丹港的“里吉蒙地区空气质量行动计划”、澳大利亚悉尼港的“绿色港口指南”，美国西海岸第一大港区洛杉矶—长滩港的“佩罗湾洁净空气行动项目”、东海岸第一大港纽约-新泽西港的“洁净空气措施和港口空气管理计划”。绿色港口环保新趋势对港航产业有着重大的影响，将极大地提高海运产业的技术门槛，和经营门槛。

5推进浙江港口航运产业发展的政策创见

5.1促进浙江港航产业升级转型，形成规模经营

5.1.1海运企业之间实现战略联盟与合作

浙江海运企业的最显著特点是以中小企业为主，这导致浙江海运业虽有总量优势但实际上未形成规模经营，单个海运企业在波动型海运市场中难以抵御风险。通过海运企业间的战略联盟与合作，可以整合双方海运资源，提高抵御市场风险能力，既有利于大企业规模化运营，又可降低小企业经营风险。此外，海运企业也可在一定程度和范围内实现业务合作，建立共同参与的信息系统，实现资源共享，避免恶性的低价竞争，实现双赢甚至多赢。

5.1.2调整运力和市场结构

2011年浙江水运运力规模超过2000×104t，海运运力也达到将近1700×104t，这显示浙江海运业的运输保障能力得到了较大提高，但也带来了运力过剩的问题。而平衡运力的关键在于有足够的货运量和及时淘汰老旧运力。因此，首先应着眼老旧运力的淘汰，鼓励更具竞争力的新运力的发展。政府可利用船舶补贴政策引导，加速运力结构合理化。其次在全球经济萎靡背景下，浙江海运业可通过开辟新航线，寻求更广阔的海外市场新的海运需求，以航线结构改善缓解运力过剩状况。

5.1.3推动银企合作，扩大经营规模

海运业是资本密集型产业。资金的不足和融资困难一直制约着浙江中小海运企业，难以扩大规模和改变单一业务模式、实现多元化发展。促进银行与海运及辅助服务企业的合作可以缓和融资困难的局面。首先，海运企业和银行间可以合作设立海运企业信用担保机构，由此评价海运企业的贷款资格，既可促进海运企业诚信经营，又可降低银行的金融风险。其次，政府要在政策上推动银企合作，为提高海运业经营规模提供更多的支持。

5.1.4加强产业宏观管理

浙江港航业发展现状和问题表明，港航产业既需要准确及时把握市场信息，又需要政府宏观管理的强化。首先政府要鼓励港航企业在市场竞争中实现优胜劣汰，及时淘汰竞争力低下的海运企业；其次要打破市场和融资方面的垄断局面，鼓励各类资本平等参与竞争，营造海运业良好的竞争环境；再者，政府要制定行业制度与宏观发展指引以提高海运企业的市场进入门槛。

5.2提高浙江海运企业综合竞争力

面对国际海运市场和省内外资海运企业的强力竞争，壮大自身实力是浙江海运企业提高竞争力的关键。浙江海运企业首先要提高自身经营管理水平和服务水平；其次要从优化运力结构、控制运营成本开始，改变业务单一的状况，打破以煤炭、原油、铁矿石运输为主的局面；再次积极发展集装箱运输和特种货物运输；最后在市场通过企业的重组兼并等方式，扩大港航企业及相关辅助服务业企业的经营规模，以提高浙江港航企业的国际竞争力。

5.3加速港口资源整合进程，共建平台分享信息、完善品牌运营

浙江省及各地市港口集团和地方政府首先应明确浙江港口资源整合的战略目标和各港口功能定位及统一规划，推进全省港口资源整合进程；其次是逐步实施港口内部基础设施与集疏运体系及相关园区建设的集约化和营运的品牌化，以此拓展浙江港航产业的全球市场与远洋干线、提升港口群及航运企业风险响应能力。当然这既需要浙江省统一港航产业的市场环境，如逐步统一市场准入、行政执法、优惠政策、规费征收等方面的标准，又需要各利益集团通过市场化运作建立整合参与方的EDI系统，实现港口之间、港口与承运人、港口与货主、港口与口岸单位以及其他相关单位之间的计算机联网，保障信息共享和快速传递。

大规模的海水运动范文第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。

大规模的海水运动范文第5篇

关键词：海洋经济 海洋环境 环境保护 海洋灾害

前言

   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。

鉴于黄河三角洲海岸线不断依退所带来的国土面积减少、陆上设施受到威胁甚至破坏、对黄河三角洲湿地自然条件的毁灭性破坏等一系列问题，也是非常迫切需要研究的课题。此外，长江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸开发、滩涂围垦和岸滩保护及整治工程对水域影响所引起的环境问题及其对策，也切枰?重点研究的课题??br>以主要经济发达的河口和海岸带地区以及主要海域的经济发展为背景，建立一个数字化的区域经济发展模拟系统。与防灾、抗灾和减灾决策支持系统一样，将环境工程、水利工程、土木工程与网络技术、计算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立模型，通过多媒体技术，形象化地针对经济发展规划，预测由于发展经济带来的海域环境水污染的恶化、海洋自然灾害（台风、巨浪、风暴潮、地震、冰害、地质灾害）频发的情况。人类活动特别是大规模工程建设所引起的海洋环境的变迁和海岸演变，以及它们之间的相互作用，用数字手段统一地加以处理，建立智能化的决策支持系统，以促进国民经济持续、健康地发展，将会是决策部门进行宏观决策和具体规划时的一个十分有 

效的手段。

 　三、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。