淺談海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)(一)

1、淺談海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù) （一 ）【論文關(guān)鍵詞】 ：海洋；經(jīng)濟(jì)發(fā)展；環(huán)境保護(hù)【論文摘要】 ：改革開(kāi)放以來(lái)，沿海地區(qū)因?yàn)楸憷乃辖煌ê拓S富的海洋資源，使得經(jīng)濟(jì) 飛速發(fā)展。 但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，我們也應(yīng)該看到，海洋正在遭受著前所未有的破壞， 如何 在促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)， 讓海洋的生態(tài)環(huán)境得到應(yīng)有的保護(hù)， 已成為全世界共同關(guān)心的 話(huà)題。文章就針對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)和海洋環(huán)境的相互作用，談一談自己的看法。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)

2、的海岸線(xiàn)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)

3、， 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)

4、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

5、， 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-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

6、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 BlCGSTAB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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線(xiàn)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

7、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)

8、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

9、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

10、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。 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

11、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78 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， 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