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【關(guān)鍵詞】遙感,地質(zhì)勘測(cè),煤田地質(zhì)
1引言
隨著遙感技術(shù)的快速興起,遙感地質(zhì)勘測(cè)已經(jīng)得到全面推廣,也得到了實(shí)際工作單位的認(rèn)可。很多人開(kāi)始研究遙感技術(shù)在煤田地質(zhì)勘測(cè)中的深入推廣及應(yīng)用,并取得了一定的效果。利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)的測(cè)繪與勘探是非常有必要的,而且也是非常有效的技術(shù)手段。由于遙感技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn),且在配合相關(guān)的高新技術(shù),使得遙感技術(shù)能夠貫穿于煤田地質(zhì)勘測(cè)工作的全過(guò)程中,將遙感技術(shù)應(yīng)用在煤田地質(zhì)勘測(cè)中具有非常廣闊的發(fā)展前景。能成倍提高了煤田地質(zhì)勘測(cè)工作的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的效益。
2遙感技術(shù)
遙感技術(shù)是指從高空以及衛(wèi)星星座的各種平臺(tái)上,通過(guò)非接觸的方式,利用紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、微波等探測(cè)手段,獲得遙感影像數(shù)據(jù)資料。通過(guò)對(duì)被探測(cè)物體的光譜特性、影像特點(diǎn)、圖形圖像特點(diǎn),利用目視判讀、計(jì)算機(jī)圖像分析、計(jì)算機(jī)輔助波普分析等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理。從而識(shí)別探測(cè)對(duì)象的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),數(shù)量質(zhì)量特征等信息。該手段獲得數(shù)據(jù)通常利用GIS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理和分析,已獲得直觀的或直接的數(shù)據(jù)信息。
可獲取大量的信息數(shù)據(jù)。利用遙感技術(shù)能夠成功的獲取大范圍的地理數(shù)據(jù)資料,通常遙感數(shù)據(jù)獲取往往使用的飛機(jī)甚至衛(wèi)星,其飛行高度比較高。同時(shí)也可以飛行較低的高度,以獲取更高分表率的遙感數(shù)據(jù)。因此,遙感技術(shù)能夠覆蓋很大的范圍,也可以獲得高分辨率的高清數(shù)據(jù),進(jìn)而能夠獲取大量數(shù)據(jù)信息。
獲取信息速度快。遙感技術(shù)最重要的特點(diǎn)就是其獲取數(shù)據(jù)信息的速度非???、更新周期非常短。遙感衛(wèi)星可以快速的獲取其所經(jīng)過(guò)地區(qū)的各種信息和資料,并對(duì)原有的資料和信息進(jìn)行及時(shí)的更新;利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍技術(shù)獲得實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)獲取信息任務(wù)。
限制條件少。遙感技術(shù)在進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪時(shí),受到的限制條件比較少,只要太空云量較少,大氣透射性好就可以進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)采集。在煤田地質(zhì)勘測(cè)中能夠廣泛應(yīng)用的一個(gè)主要的特點(diǎn)。由于遙感技術(shù)脫離了地面的限制,無(wú)需控制點(diǎn)、無(wú)需通視、無(wú)需接觸。因此,在進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪時(shí),完全不受地面條件的影響,獲取遙感影像資料更加的方便快捷。
獲取信息方法多。遙感技術(shù)不但能夠獲取大量的煤田地質(zhì)勘測(cè)信息,而且具有非常豐富的獲取數(shù)據(jù)信息的方法。在利用遙感技術(shù)進(jìn)行煤田地質(zhì)勘測(cè)時(shí),可以根據(jù)具體的地質(zhì)條件和相關(guān)要求,選用不同遙感儀器以及不同的波段。已獲得不同地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)利用獲取數(shù)據(jù)可以應(yīng)用到地質(zhì)的災(zāi)害調(diào)查、區(qū)域地質(zhì)的調(diào)查及礦產(chǎn)資源勘查等方面。
3煤田地質(zhì)勘測(cè)中的遙感技術(shù)
遙感影像定位。遙感影像定位技術(shù)在煤田地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用,衛(wèi)星遙感技術(shù)所傳輸?shù)膱D像信息能夠清晰的分析出含水層構(gòu)造的邊界,對(duì)于了解當(dāng)?shù)氐乃姆植季哂兄匾淖饔?。?a href="http://www.rqylqx.com/haowen/276721.html" target="_blank">在地下水的勘察過(guò)程中,地質(zhì)人員首先應(yīng)對(duì)該地的地貌特征等進(jìn)行分析,以準(zhǔn)確獲得水文分布規(guī)律做好前提工作。利用衛(wèi)星遙感圖像、航空相片以及其他的信息影像數(shù)據(jù),分析地下水的形成、儲(chǔ)存以及流量變化和流動(dòng)趨勢(shì)等信息,并進(jìn)行詳細(xì)的勘察。因此,通過(guò)對(duì)衛(wèi)星遙感定位技術(shù)所獲得的信息進(jìn)行分析研究,能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得到準(zhǔn)確性較高的水文地質(zhì)規(guī)律。
此外,遙感影像定位技術(shù)在地震災(zāi)害中的也有廣泛應(yīng)用。遙感影像定位技術(shù)在地震中的應(yīng)用還體現(xiàn)在獲取地震后的災(zāi)害后的具體情況,對(duì)賑災(zāi)搶險(xiǎn)等決策提供一手準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。利用遙感影像定位技術(shù)可以有效的偵測(cè)到地形和地質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造,就可以掌握地震的地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型。因此,可以對(duì)地震進(jìn)行有效的環(huán)境分析研究??梢杂行У念A(yù)測(cè)地震發(fā)生的地質(zhì)內(nèi)部的變化情況,得到一定的信息反饋,這樣就可以根據(jù)地震發(fā)生之前內(nèi)部地質(zhì)的變化情況,及時(shí)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行分析研究,也可提高地震預(yù)警預(yù)報(bào)的高效性。
優(yōu)化勘測(cè)方案以及勘測(cè)路線。在進(jìn)行野外地質(zhì)觀測(cè)方案的選擇時(shí)能達(dá)到事半功倍的效果:利用遙感影像的微觀和宏觀分析,對(duì)地質(zhì)勘測(cè)路線進(jìn)行合理的選擇和布置。能很好的控制煤田地質(zhì)勘測(cè)范圍,在分析地質(zhì)體和地質(zhì)構(gòu)造的空間分布過(guò)程中,對(duì)地質(zhì)勘測(cè)測(cè)區(qū)附近不同地質(zhì)體和地質(zhì)構(gòu)造的遙感影像特征,及其相互關(guān)系進(jìn)行仔細(xì)的研究和分析,可以清晰的確定地質(zhì)體的劃分地質(zhì)特征;根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)測(cè)區(qū)事先建立好的遙感地質(zhì)解譯標(biāo)志進(jìn)行三維遙感影像分析。地質(zhì)觀測(cè)的路線一般布置在通行條件最好,且能夠穿越最多的遙感影像巖石地區(qū);地質(zhì)測(cè)量的路線一般以垂直于測(cè)量區(qū)線路方向的穿越路線為主,適當(dāng)加以追索路線。當(dāng)巖性巖相變化比較大時(shí),地質(zhì)體的延伸走向關(guān)系不清楚,為了解某些巖石的接觸關(guān)系、礦化帶和巖石構(gòu)造現(xiàn)象的空間延伸情況等,只依靠穿越路線達(dá)到目的有一定難度時(shí),此時(shí),可以利用遙感影像進(jìn)行追索路線布設(shè),非常方便和快捷。
遙感影像測(cè)繪地質(zhì)圖。地質(zhì)圖的繪制可以利用影像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用衛(wèi)星遙感圖像傳送信號(hào),這樣不僅可以得到精確的信息地面信息,而且對(duì)于掌握各階段的地質(zhì)情況也十分有利,這也更加精確的繪制地質(zhì)圖。地質(zhì)勘測(cè)是一項(xiàng)比較綜合性的工作,數(shù)據(jù)的得來(lái)主要是依靠影像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將遙感影像數(shù)據(jù)息進(jìn)行深入分析研究,能夠在較短時(shí)間內(nèi)獲得準(zhǔn)確度的地質(zhì)數(shù)據(jù),利用這些數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)圖將非常方便有效。
煤田勘探的三維地質(zhì)模型重構(gòu)。利用煤田勘探所涉及到的遙感資料、地面采樣資料、鉆孔資料、地震剖面(或三維地震)以及電法、重磁等物探等資料,建立煤田勘探的三維地質(zhì)構(gòu)造模型,可以直觀的反應(yīng)煤田勘探效果。同時(shí)可以直接量測(cè)相應(yīng)數(shù)據(jù),對(duì)煤田開(kāi)采等決策性工作提供形象直觀數(shù)據(jù)。此外,煤田地質(zhì)勘探具有原始資料數(shù)據(jù)來(lái)源種類(lèi)繁雜、數(shù)據(jù)類(lèi)型異構(gòu)、采樣數(shù)據(jù)的三維空間位置重要等特點(diǎn),特別適合于用具有三維地質(zhì)建模功能的三維GIS(地理信息系統(tǒng))來(lái)進(jìn)行管理。
煤田勘測(cè)三維可視化及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。與傳統(tǒng)的煤田地質(zhì)勘測(cè)方法相比,遙感技術(shù)在煤田地質(zhì)勘測(cè)主要是利用遙感圖像三維可視化及遙感影像動(dòng)態(tài)分析技術(shù)。在布置專(zhuān)門(mén)的追索路線,利用遙感圖像三維可視化和遙感影像動(dòng)態(tài)分析方法則就很容易實(shí)施。
4結(jié)語(yǔ)
隨著遙感技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)的不斷擴(kuò)展,與測(cè)繪相關(guān)的行業(yè)也得到了快速發(fā)展。遙感技術(shù)在煤田地質(zhì)勘測(cè)中已經(jīng)得到了應(yīng)用,但是應(yīng)用的不夠深入,相信隨著遙感技術(shù),地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展,遙感技術(shù)在煤田行業(yè)的應(yīng)用會(huì)更加深入更加廣泛。
參考文獻(xiàn):
[1] 段薇.質(zhì)測(cè)繪中的影像定位技術(shù)淺析[J].地球. 2015.(5)
近年來(lái),隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,尤其是高分辨率民用遙感衛(wèi)星的成功發(fā)射和應(yīng)用,使得利用遙感技術(shù)進(jìn)行地震震害預(yù)測(cè)成為可能。
地震期間,獲取的數(shù)據(jù)以高分辨率衛(wèi)早遙感、航空和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)為主,再加上災(zāi)害影響范圍小,所以為開(kāi)展災(zāi)害損失精細(xì)評(píng)估提供了很好的數(shù)據(jù)保障。為開(kāi)展精細(xì)評(píng)估,將災(zāi)區(qū)分為平房區(qū)和樓房區(qū),通過(guò)人機(jī)結(jié)合方式,按照個(gè)部倒塌,重受損和輕度受損3種類(lèi)型,開(kāi)展房屋倒損情況解譯與評(píng)判,同時(shí)開(kāi)展受災(zāi)居民點(diǎn)、滑坡點(diǎn)分布與風(fēng)險(xiǎn)、災(zāi)民安置點(diǎn)分布與規(guī)劃、交通堵塞等監(jiān)測(cè)與評(píng)判工作。將房屋倒損情況劃分為完全倒塌、嚴(yán)重受損和輕度受損幾種情況,其中:
(1)完全倒塌指房屋倒塌成一片廢墟;
(2)嚴(yán)重受損指房屋結(jié)構(gòu)受到破壞,需推倒重建;
(3)輕度受損指房屋結(jié)構(gòu)收到輕微影響,需進(jìn)行處理就可使用。
一、計(jì)算房屋倒損建筑面積
根據(jù)解譯結(jié)果,統(tǒng)計(jì)計(jì)算完全倒塌、嚴(yán)重受損、輕度受損三個(gè)類(lèi)別房屋的建筑面積,其中平房 建筑面積一屋頂投影面積,樓房建筑面積一樓層數(shù)×屋頂投影面積。
二、高分辨率衛(wèi)星遙感的作用
此次地震應(yīng)對(duì)期間, 高分辨率衛(wèi)星遙感等技術(shù)在房屋倒損、交通線路堵塞、次生災(zāi)害監(jiān)測(cè)、災(zāi)民安置區(qū)規(guī)劃和安置點(diǎn)監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了十分重要的作用, 有效地支撐了救災(zāi)應(yīng)急決策。最突出的作用體現(xiàn)在以下三方面:
1.利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主, 結(jié)合航空數(shù)據(jù)開(kāi)展災(zāi)情精細(xì)評(píng)估, 包括平房與樓房建筑面積監(jiān)測(cè)、居民戶數(shù)監(jiān)測(cè)、帳篷安置進(jìn)度監(jiān)測(cè)等, 為開(kāi)展災(zāi)害損失全面評(píng)估和災(zāi)后恢復(fù)重建工作提供了重要的依據(jù);
2.利用高分辨率衛(wèi)星遙感、航空和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)開(kāi)展災(zāi)區(qū)災(zāi)民緊急轉(zhuǎn)移安置區(qū)規(guī)劃, 為帳篷的緊急調(diào)運(yùn)、安置規(guī)劃等災(zāi)民安置工作提供了重要決策依據(jù), 同時(shí)也為災(zāi)后恢復(fù)重建工作提供了依據(jù);
3.啟動(dòng)了天-空-地-現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)模式,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)采集對(duì)衛(wèi)星遙感、航空遙感解譯工作的支撐, 并通過(guò)災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)信息采集系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地毯式信息采集與遙感判讀工作的協(xié)同與相互驗(yàn)證,完成房屋( 包括平房、樓房) 倒損等級(jí)區(qū)劃、倒損建筑面積評(píng)估、災(zāi)民轉(zhuǎn)移安置區(qū)規(guī)劃、帳篷搭建進(jìn)度監(jiān)測(cè)、滑坡點(diǎn)及交通堵塞監(jiān)測(cè)等工作, 為應(yīng)急救災(zāi)和災(zāi)害總體評(píng)估提供了重要的依據(jù)。此次地震應(yīng)對(duì)工作為利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開(kāi)展災(zāi)害精細(xì)評(píng)估, 從響應(yīng)規(guī)程、工作模式、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、評(píng)估對(duì)象、決策服務(wù)等方面提供了良好的基礎(chǔ), 并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
三、近年來(lái)地震的臨震應(yīng)急準(zhǔn)備
1.備好臨震急用物品。地震發(fā)生之后,食品、醫(yī)藥等日常生活用品的生產(chǎn)和供應(yīng)都會(huì)受到影響水塔、水管往往被震壞,造成供水中斷。為能度過(guò)震后初期的生活難關(guān),臨震前社會(huì)和 家庭都應(yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的食品、水和日用品,以解燃眉之急。
2.建立臨震避難場(chǎng)所。住的問(wèn)題也是一件大事。房舍被震壞,需要有安身之處;余震不斷發(fā)生,要有一個(gè)躲藏處。這就需要臨時(shí)搭建防震、防火、防寒、防雨的防震棚。各種帳篷都可以利用,農(nóng)村儲(chǔ)糧的小圓倉(cāng),也是很好的抗震房。
3.劃定疏散場(chǎng)所,轉(zhuǎn)運(yùn)危險(xiǎn)物品。城市人口密集,人員避震和疏散比較困難,為確保震時(shí)人員安全,震前要按街、區(qū)分布,就近劃定群眾避震疏散路線和場(chǎng)所。震前要把易燃、易爆和有毒物 資及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)到城外存放。
4.設(shè)置傷員急救中心。在城內(nèi)抗震能力強(qiáng)的場(chǎng)所,或在城外設(shè)置急救中心,備好床位、醫(yī)療器械、照 明設(shè)備和藥品等。
【關(guān)鍵詞】救災(zāi)機(jī)器人 研究現(xiàn)狀
天災(zāi)人禍往往是一種不可抗拒的力量,由于自然災(zāi)害、公共安全事件等因素而造成的災(zāi)難時(shí)常發(fā)生,在救災(zāi)活動(dòng)中,救援人員需在短短48小時(shí)之內(nèi)找到受災(zāi)者,否則發(fā)現(xiàn)幸存者的概率將會(huì)大大降低。在此環(huán)境下,救災(zāi)機(jī)器人給予了救援人員很大的幫助,讓搜救成功的概率大大提高,同時(shí)也減少了救援人員的傷亡。因此,救災(zāi)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)大多投入到地震、煤礦坍塌、火災(zāi)等的救援中,為救災(zāi)工作提供安全保障。
1 救災(zāi)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
救災(zāi)機(jī)器人在國(guó)外發(fā)展迅速,技術(shù)上也相對(duì)成熟,并已進(jìn)入了實(shí)用化的階段,尤其是在美國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家,其已經(jīng)開(kāi)始成批裝備使用。
救災(zāi)機(jī)器人最大的作用之一就是能夠在救援現(xiàn)場(chǎng)迅速找到幸存者的具置。最早由日本研發(fā)的蛇形機(jī)器人,能在高低不平的路面上行進(jìn),利用其頂端的攝像頭和身體部位的傳感器,在廢墟中找到幸存者。美國(guó)也研制了類(lèi)似的能在崎嶇不平的環(huán)境中爬樓梯執(zhí)行偵察任務(wù)的救災(zāi)機(jī)器人,不僅可以有效找到幸存者的位置,同時(shí)還能檢測(cè)到化學(xué)物品是否泄漏[1]。其研究的另一大進(jìn)展是微型機(jī)器人的研發(fā),美國(guó)成功研發(fā)出世界上第一個(gè)蒼蠅機(jī)器人,其頭部裝有微型傳感器和攝像機(jī),能夠在建筑物廢墟中找到幸存者。美國(guó)現(xiàn)特別發(fā)明了一種交互式救災(zāi)機(jī)器人―賽門(mén),可以偵測(cè)出周遭人的情緒反應(yīng),未來(lái)還會(huì)增加溝通能力,在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng),其獨(dú)具的交互式溝通能力,還可慰藉受災(zāi)民眾。
1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,國(guó)內(nèi)機(jī)器人研究雖起步較晚,但發(fā)展日趨迅速。02年,我國(guó)研制出第一臺(tái)蛇形機(jī)器人,其由16個(gè)單自由度的關(guān)節(jié)模塊和蛇頭、蛇尾組成,在監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線控制下能夠完成前進(jìn)、翻滾、側(cè)移等動(dòng)作,并通過(guò)裝設(shè)在蛇頭部分的攝像頭把現(xiàn)場(chǎng)的圖像傳回監(jiān)控系統(tǒng)。13年,我國(guó)自主研發(fā)的救災(zāi)智能雙臂機(jī)器人“小龍蝦”在廬山地震中發(fā)揮了顯著的作用,其每只機(jī)械臂有七個(gè)自由度,可自由升降,并模仿人的雙臂進(jìn)行無(wú)死角的協(xié)調(diào)及配合作業(yè),還能實(shí)現(xiàn)輪履兩用驅(qū)動(dòng)行駛。另外,它還可以油電雙動(dòng)力切換驅(qū)動(dòng)雙臂,并能進(jìn)行生命探測(cè)、圖像傳輸、故障自診等。在廬山地震中還使用了可變形搜救機(jī)器人、機(jī)器人化生命探測(cè)儀和旋翼無(wú)人機(jī)三款機(jī)器人。我國(guó)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人研制的投入力度急劇加大,中國(guó)已成為世界最大的機(jī)器人市場(chǎng)。
2 救災(zāi)機(jī)器人的應(yīng)用
2.1 在煤礦救災(zāi)中的應(yīng)用
在我國(guó),由于采礦大多數(shù)都是由礦工進(jìn)行開(kāi)采,礦井中的不安全因素又很多,在出現(xiàn)瓦斯爆炸和火災(zāi)等災(zāi)害事故后,不但會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)還會(huì)造成重大的人員傷亡,損失慘重。由于煤礦的安全事故發(fā)生的原因極其復(fù)雜,并且存在突發(fā)性、災(zāi)難性和破壞性的特點(diǎn),因此,救災(zāi)機(jī)器人應(yīng)用到煤礦救災(zāi)中具有十分顯著的意義。
2.2 在地震救災(zāi)中的應(yīng)用
救災(zāi)機(jī)器人還被大量投入到地震救災(zāi)中,由于近幾年我國(guó)地震頻發(fā),加速了地震救災(zāi)機(jī)器人的研發(fā),現(xiàn)已成功研發(fā)出地震搜索與輔助救援的機(jī)器人,該系列機(jī)器人主要包含空中旋翼搜索機(jī)器人、廢墟表面可變形搜救機(jī)器人以及狹小縫隙搜索機(jī)器人。這類(lèi)機(jī)器人負(fù)重能力極強(qiáng),能夠攜帶多種傳感器,根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)的聲、溫等條件有效搜尋到遇難者。同時(shí),由于其可以不斷通過(guò)電池補(bǔ)給的方式續(xù)電,大大提高了搜救的效率,
2.3 在火災(zāi)中的應(yīng)用
在火災(zāi)發(fā)生事故現(xiàn)場(chǎng),救災(zāi)機(jī)器人有較強(qiáng)的移動(dòng)能力,能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)際情況,自動(dòng)攀爬樓梯,并利用傳感器向救援人員傳遞現(xiàn)場(chǎng)第一手資料,輔助現(xiàn)場(chǎng)指揮人員做出正確判斷。同時(shí),其還具有消防功能,能自動(dòng)噴水,有效滅火,在搶險(xiǎn)中發(fā)揮巨大的作用。
2.4 救災(zāi)機(jī)器人應(yīng)用到救災(zāi)中所具有的意義的具體表現(xiàn)
(1)救災(zāi)機(jī)器人的靈活性和機(jī)動(dòng)性很強(qiáng),并具有較強(qiáng)的爬坡和翻越障礙的能力,能夠適應(yīng)不同事故現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。
(2)救災(zāi)機(jī)器人的探測(cè)技術(shù)很強(qiáng),可以依靠其傳感器來(lái)檢測(cè)到遇難人員的叫聲及心臟跳動(dòng)的頻率,能夠迅速發(fā)現(xiàn)遇難人員的具置。同時(shí),救災(zāi)機(jī)器人的視頻探測(cè)器具有信息直觀的功能,能夠?qū)⒕仍F(xiàn)場(chǎng)的圖像傳到救災(zāi)中心,方便救援工作的開(kāi)展。最后,救災(zāi)機(jī)器人還能夠深入到災(zāi)區(qū)未穩(wěn)定地區(qū),檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的變化,防止事故的二次發(fā)生。
(3)救災(zāi)機(jī)器人還能夠?yàn)闉?zāi)區(qū)投遞食品和藥物,大大減少了受災(zāi)人員和救援人員的傷亡。
3 救災(zāi)機(jī)器人的發(fā)展前景
3.1 多種技術(shù)融合化
由于救災(zāi)機(jī)器人要在極其復(fù)雜的環(huán)境中完成任務(wù),因此加大了研發(fā)難度。災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)充滿了不確定性和不可預(yù)知性,這也要求了救災(zāi)機(jī)器人的系統(tǒng)要具備自主性、靈活性、實(shí)用性以及耐用性。為了使其發(fā)揮出更大的作用,未來(lái)的救災(zāi)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展上需融合一定的人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿生學(xué)技術(shù)、遙感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多種技術(shù)融合的條件下能讓其救援更加方便[2]。
3.2 多智能體網(wǎng)絡(luò)化
在救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),救災(zāi)機(jī)器人、空中直升機(jī)、醫(yī)護(hù)人員和醫(yī)療車(chē)輛之間應(yīng)該形成一個(gè)多智能體的立體化網(wǎng)絡(luò),以便于資源共享。在實(shí)際操作中,空中直升機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息傳遞給救援人員,救援人員操控機(jī)器人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)救援,待救援完成后救護(hù)人員和救護(hù)車(chē)輛針對(duì)被救者進(jìn)行善后處理。多智能體網(wǎng)絡(luò)化,是未來(lái)救災(zāi)機(jī)器人的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
4 結(jié)語(yǔ)
救災(zāi)機(jī)器人的研制及應(yīng)用,其主要目的之一是減少受災(zāi)人員和救援人員的傷亡,在“以人為本”的社會(huì)中,其研究應(yīng)用意義非常重要。雖然救災(zāi)機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)仍然需要改進(jìn)和提高,但通過(guò)科研人員的努力,一定能夠取得更高的成效。為救災(zāi)工作發(fā)揮巨大的作用。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞海洋環(huán)境污染海洋災(zāi)害海洋工程與海洋環(huán)境相互作用
隨著沿海經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,近海海域遭到越來(lái)越嚴(yán)重的污染,使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,并對(duì)生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國(guó),特別是象我國(guó)這樣具有相當(dāng)長(zhǎng)的海岸線和眾多海灣的國(guó)家所共同關(guān)心的環(huán)境問(wèn)題。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還面臨嚴(yán)酷的海洋自然環(huán)境,海洋災(zāi)害直接影響著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模、速度和效益,精確預(yù)報(bào)海洋災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和應(yīng)該采取何種防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)工程措施,也成為嚴(yán)重關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。為了開(kāi)發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源,需要在海上進(jìn)行各類(lèi)工程建設(shè),在目前科技日益發(fā)展的情況下,工程建設(shè)的規(guī)模日益巨大,這些大規(guī)模的工程建設(shè)和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開(kāi)發(fā)海洋中的一個(gè)應(yīng)引起特別關(guān)注的重要問(wèn)題。為了適應(yīng)我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,海洋環(huán)境的日益惡化,海洋災(zāi)害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展,近海石油氣田的開(kāi)發(fā),以及海岸帶開(kāi)發(fā)過(guò)程中的后效問(wèn)題的研究需要,針對(duì)我國(guó)重大海洋環(huán)境與保護(hù)問(wèn)題開(kāi)展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究,第二類(lèi)課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究,第三類(lèi)課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對(duì)策。
一、海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究
以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ),考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度)、物理因素(擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放)、化學(xué)因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動(dòng)及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外,近年來(lái),在我國(guó)沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此,除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(lái),因此,往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。
用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前,在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型,這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學(xué)模型;波浪數(shù)學(xué)模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。
在水流數(shù)學(xué)模型研究方面,對(duì)于較大范圍的海域,通常可采用深度平均的潮流教學(xué)模型,對(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對(duì)于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域,如排污口近區(qū),則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外,采用坐標(biāo)變換,可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實(shí)際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學(xué)模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎(chǔ),針對(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性,考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響,建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)密度分層流的k-(單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念,分別對(duì)兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。
在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面,可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線性波色散關(guān)系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對(duì)高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線性特征。
針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題,通過(guò)把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合,可導(dǎo)出一個(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個(gè)方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型,可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面,對(duì)于弱流情形,可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型;對(duì)于強(qiáng)流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應(yīng)力的計(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái),建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法,用該方法可對(duì)較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場(chǎng)模型,可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)系統(tǒng)作為目標(biāo),在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,針對(duì)近海海域水污染的特點(diǎn),從三維湍流模型出發(fā),在動(dòng)量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用;在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項(xiàng),可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型,它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時(shí)對(duì)確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略,也具有十分重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。
應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無(wú)疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學(xué)模型,其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的,有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)來(lái)得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。
能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)程,可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。
二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報(bào)及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究
海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來(lái),我國(guó)海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣,是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高,一旦發(fā)生破壞,將會(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái),1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞,面臨的首要問(wèn)題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國(guó)東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí),都會(huì)在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮,形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。
在我國(guó)北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成,不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力,而且由于冰激引起的振動(dòng)作用,也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù),至今尚未進(jìn)行過(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái),為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中,除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外,實(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。
我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家,海域中時(shí)有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物(海洋平臺(tái)、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發(fā)生破壞,除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外,其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升,造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動(dòng)破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對(duì)水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類(lèi)破壞機(jī)理,至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究,且由于試驗(yàn)條件的限制,國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。
以下的一些研究?jī)?nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的,如近海環(huán)境地震危險(xiǎn)性分析,設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性,強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動(dòng)輸入機(jī)理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn);核電站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線與地基土動(dòng)力相互作用,碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性;海域中水工建筑物的性能設(shè)計(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。
海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面:其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設(shè)計(jì)不周或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,施工質(zhì)量差,原材料不合格,管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。
因此,發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時(shí)間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下,對(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論;結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)的新技術(shù)和新方法;結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法;海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下(風(fēng)、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優(yōu)化理論研究,設(shè)計(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu);研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)有足夠的安全度,而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨,發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng),如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)應(yīng)急處理系統(tǒng);以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景,進(jìn)行重點(diǎn)研究,建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu);以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng),將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合,建立數(shù)學(xué)物理模型,通過(guò)多媒體技術(shù),形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過(guò)程,建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對(duì)策
為了充分利用海洋空間,現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外,正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程,估計(jì)到21世紀(jì),可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長(zhǎng),60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。
由此可見(jiàn),隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用,各類(lèi)海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大,保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū),但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最為發(fā)達(dá)的地區(qū),海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會(huì)在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動(dòng)態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地,若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時(shí)處理也將會(huì)逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來(lái)的報(bào)失,另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。
隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)海洋環(huán)境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響;破波帶及其附近水域沿岸流對(duì)物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究;大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護(hù)及開(kāi)發(fā)利用新概念的原則與理論,如由于工程措施所引起的海岸動(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,城平建設(shè)中的污水深海排放技術(shù),感潮水域污水多點(diǎn)排放漂移擴(kuò)散研究,天然海灣、人工湖及人工運(yùn)河的水質(zhì)交換能力,人工沙灘的保護(hù)措施,灘涂圍墾對(duì)水域環(huán)境的影響等,都將是需要認(rèn)真解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:海洋環(huán)境污染海洋災(zāi)害
海洋工程與海洋環(huán)境相互作用隨著沿海經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,近海海域遭到越來(lái)越嚴(yán)重的污染,使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,并對(duì)生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國(guó),特別是象我國(guó)這樣具有相當(dāng)長(zhǎng)的海岸線和眾多海灣的國(guó)家所共同關(guān)心的環(huán)境問(wèn)題。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還面臨嚴(yán)酷的海洋自然環(huán)境,海洋災(zāi)害直接影響著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模、速度和效益,精確預(yù)報(bào)海洋災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和應(yīng)該采取何種防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)工程措施,也成為嚴(yán)重關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。為了開(kāi)發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源,需要在海上進(jìn)行各類(lèi)工程建設(shè),在目前科技日益發(fā)展的情況下,工程建設(shè)的規(guī)模日益巨大,這些大規(guī)模的工程建設(shè)和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開(kāi)發(fā)海洋中的一個(gè)應(yīng)引起特別關(guān)注的重要問(wèn)題。為了適應(yīng)我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,海洋環(huán)境的日益惡化,海洋災(zāi)害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展,近海石油氣田的開(kāi)發(fā),以及海岸帶開(kāi)發(fā)過(guò)程中的后效問(wèn)題的研究需要,針對(duì)我國(guó)重大海洋環(huán)境與保護(hù)問(wèn)題開(kāi)展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點(diǎn)需要開(kāi)展的研究課題大體上有三類(lèi)。第一類(lèi)課題是海洋環(huán)境特征對(duì)各類(lèi)污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究,第二類(lèi)課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究,第三類(lèi)課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對(duì)策。
一、海洋環(huán)境特征
對(duì)各類(lèi)污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究以海洋流體動(dòng)力對(duì)各類(lèi)污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ),考慮各種自然環(huán)境因素(浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度)、物理因素(擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放)、化學(xué)因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動(dòng)及演變規(guī)律,并建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型。此外,近年來(lái),在我國(guó)沿海海域,赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此,除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)外,也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長(zhǎng)機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。
此項(xiàng)研究應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(lái),因此,往往只能用它來(lái)作為對(duì)某一水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。
用數(shù)學(xué)模擬方法來(lái)建立海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前,在這方面國(guó)內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型,這些水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數(shù)學(xué)模型;波浪數(shù)學(xué)模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。
在水流數(shù)學(xué)模型研究方面,對(duì)于較大范圍的海域,通??刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W(xué)模型,對(duì)于紊動(dòng)影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對(duì)于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域,如排污口近區(qū),則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外,采用坐標(biāo)變換,可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型,這樣才能夠較好地重現(xiàn)實(shí)際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數(shù)學(xué)模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎(chǔ),針對(duì)水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性,考慮浮力對(duì)紊動(dòng)的影響,建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類(lèi)密度分層流的k-(單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念,分別對(duì)兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。
在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面,可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組,以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā),可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)引入弱非線性波色散關(guān)系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對(duì)高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線性特征。
針對(duì)帶自由表面的波浪場(chǎng)問(wèn)題,通過(guò)把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合,可導(dǎo)出一個(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個(gè)方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型,可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面,對(duì)于弱流情形,可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型;對(duì)于強(qiáng)流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型??梢詫⑤椛鋺?yīng)力的計(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來(lái),建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法,用該方法可對(duì)較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。
在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場(chǎng)模型,可對(duì)非對(duì)稱(chēng)潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問(wèn)題過(guò)分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)系統(tǒng)作為目標(biāo),在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,針對(duì)近海海域水污染的特點(diǎn),從三維湍流模型出發(fā),在動(dòng)量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用;在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項(xiàng),可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過(guò)程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型,它可為環(huán)境評(píng)價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù);同時(shí)對(duì)確定水域環(huán)境容量,從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略,也具有十分重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。
應(yīng)該指出,在海洋水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型研究方面,數(shù)學(xué)模擬無(wú)疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數(shù)學(xué)模型,其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵,直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測(cè)能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無(wú)法從數(shù)學(xué)模型本身來(lái)取得的,有些可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)來(lái)得到,但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過(guò)基本機(jī)理的研究才能得到,在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。
能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,現(xiàn)代化的量測(cè)儀器和測(cè)試系統(tǒng)是開(kāi)展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)同步測(cè)量系統(tǒng),可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu),獲得流場(chǎng)中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過(guò)程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場(chǎng)的空間及時(shí)間變化過(guò)程,可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。
二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報(bào)及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來(lái),我國(guó)海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣,是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高,一旦發(fā)生破壞,將會(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái),1989年風(fēng)暴潮損失超6億元,1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等)。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞,面臨的首要問(wèn)題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國(guó)東臨西北太平洋,每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%,其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí),都會(huì)在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮,形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。
在我國(guó)北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象,結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成,不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力,而且由于冰激引起的振動(dòng)作用,也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù),至今尚未進(jìn)行過(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái),為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式,冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中,除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外,實(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中,模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行,它們各有其優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。
我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家,海域中時(shí)有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物(海洋平臺(tái)、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發(fā)生破壞,除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外,其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升,造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動(dòng)破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對(duì)水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類(lèi)破壞機(jī)理,至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究,且由于試驗(yàn)條件的限制,國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。
以下的一些研究?jī)?nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的,如近海環(huán)境地震危險(xiǎn)性分析,設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性,強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律,地震波傳播特性及地震動(dòng)輸入機(jī)理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn);核電站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線與地基土動(dòng)力相互作用,碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性;海域中水工建筑物的性能設(shè)計(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。
海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面:其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設(shè)計(jì)不周或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,施工質(zhì)量差,原材料不合格,管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。
因此,發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時(shí)間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下,對(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論;結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)的新技術(shù)和新方法;結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法;海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下(風(fēng)、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優(yōu)化理論研究,設(shè)計(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu);研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)有足夠的安全度,而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨,發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng),如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)應(yīng)急處理系統(tǒng);以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景,進(jìn)行重點(diǎn)研究,建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu);以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng),將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合,建立數(shù)學(xué)物理模型,通過(guò)多媒體技術(shù),形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過(guò)程,建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對(duì)策為了充分利用海洋空間,現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外,正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。
人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程,估計(jì)到21世紀(jì),可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長(zhǎng),60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。
由此可見(jiàn),隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用,各類(lèi)海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大,保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū),但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最為發(fā)達(dá)的地區(qū),海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會(huì)在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動(dòng)態(tài)平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài),破壞某些海洋生物賴(lài)以生存的棲息地,若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時(shí)處理也將會(huì)逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來(lái)的報(bào)失,另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。
隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用,海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題,主要內(nèi)容包括:航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)海洋環(huán)境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響;破波帶及其附近水域沿岸流對(duì)物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究;大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護(hù)及開(kāi)發(fā)利用新概念的原則與理論,如由于工程措施所引起的海岸動(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,城平建設(shè)中的污水深海排放技術(shù),感潮水域污水多點(diǎn)排放漂移擴(kuò)散研究,天然海灣、人工湖及人工運(yùn)河的水質(zhì)交換能力,人工沙灘的保護(hù)措施,灘涂圍墾對(duì)水域環(huán)境的影響等,都將是需要認(rèn)真解決的問(wèn)題。