海洋資源開發(fā)與海洋環(huán)境保護

1、海洋資源開發(fā)與海洋環(huán)境保護眾所周知，在陸地資源日漸枯竭的今天，海洋正成為人類繁衍發(fā)展的生命線。開發(fā) 利用海洋是解決當前人類社會面臨的人口膨脹、資源短缺和環(huán)境惡化等一系列難題的重要途 徑。海洋約占地球表面積的71%，浩瀚的海洋中，蘊藏著極其豐富的礦物資源、生物資 源和藥材資源，具有十分巨大的開發(fā)潛力。海洋資源主要包括以下幾方面：第一、海洋石油和天然氣；海底石油儲藏量約1350億噸，天然氣約140萬億立方米， 約占世界油氣總量的45%。目前，海上油氣開采量約占全球油氣開采量的30%。第二、海洋金屬礦藏；海水中除了有水中的H、O兩種元素外，還溶解有Cl、Na、K、 Mg、Ca、S、C、F、Br、B、

2、Sr等80多種化學元素，被譽為“液體礦山”。海水中可提取鎂、 鉀、鈾、鍶等各類礦物達5億億噸。海底有大量錳結(jié)核，也稱多金屬結(jié)核。錳結(jié)核是20世 紀70年代才大量發(fā)現(xiàn)的海洋礦產(chǎn)。褐色的錳結(jié)核，外觀像土豆，切片來看，一層層的又像 蔥頭。這種結(jié)核體往往是以貝殼、珊瑚、魚牙、魚骨為核心，把其他物質(zhì)聚集在周圍。生長 速度很緩慢，大約1000年生長1mm，有的100萬年才生長4mm。錳結(jié)核含有錳、鐵、鎳、鉆 等20多種元素。其經(jīng)濟價值很高，廣泛分布于水深40006000m的海底，總儲量估計約為 3萬億噸?，F(xiàn)在一般利用采礦船來開采錳團塊。裝有洋海監(jiān)視器的采礦機在海底收集錳團塊， 然后，通過軟管抽氣，像吸塵器

3、一樣把錳團塊經(jīng)軟管連續(xù)地吸到水面上的采礦船中，每天采 礦量可達3000噸。第三、海洋生物；在生物資源方面，海洋中存活著20多萬種生物。經(jīng)專家測算，海 洋的初級生產(chǎn)力每年為6000億噸，其中可供人類利用的魚類、貝類、蝦類、藻類，每年為 6億噸，而現(xiàn)在全世界的捕量為9000萬噸左右。海產(chǎn)品已成為人類生活中不可缺少的重要 食品來源，目前海產(chǎn)品提供的蛋白質(zhì)約占人類食用蛋白質(zhì)的22%。在不破壞生態(tài)平衡的前提 下，海洋每年可以產(chǎn)出的水產(chǎn)品足夠300億人食用，海洋向人類提供食物的能力等于全球所 有耕地提供農(nóng)產(chǎn)品的1000倍。不僅如此，包括魚類在內(nèi)的海洋生物，已成為新型約物和保 健品的原料來源，引起國際醫(yī)約界

4、的日益關(guān)注。據(jù)估計，從海洋生物中可提制的藥品將達2 萬種之多，世界各國為此展開了激烈的競爭。第四、海洋能源；除石油、天然氣外，海洋蘊藏著巨大的動力能源。據(jù)估算，可供 開發(fā)利用的總量在1500億kw以上，相當于目前全世界發(fā)電總量的十幾倍。其中，波浪能為 700億kw，鹽度差能為300億kw。海洋能具有安全、無污染和可永久利用等優(yōu)點，具備良 好的開發(fā)前景。另外，海水中含有200萬億噸量水，其中所含的氘是受控核聚變的寶貴原料。 核聚變能是被廣泛看好的21世紀全球電力的一個重要來源。地球的表面雖然有71%被水履 蓋，但其中97。2%是海水，在2。8%的淡水中，又有69%是人類驗證以利用的兩極冰蓋。人

5、類可利用的淡水只占全球水總量的0。77%。有人比喻在地球這個大水缸里可用的淡水只有 一小湯匙。合理節(jié)約用水是可持續(xù)發(fā)展的重要課題，然而，節(jié)水并不能增加淡水的總量。大 量地利用海水就成為21世紀解決淡水缺乏的主要途徑。海水利用包括海水直接利用、海水 淡化和海水綜合利用，以及海水農(nóng)業(yè)等。海水直接利用是用海水代替淡水作為工業(yè)用水和生 活用水。到21世紀上半葉，隨著海洋生物污損防治技術(shù)的提高和耐腐蝕材料的進一步發(fā)展， 沿海城市的絕大部分工業(yè)冷卻水都將采用海水。生活用水如海水沖廁也會得到大面積推廣。 海水淡化是海水利用的重點，到了 21世紀中葉，也許我們會看到這樣一個景象，每個島嶼 或缺水的沿海城市都建

6、有海水淡化工廠。這些工廠里大多采用蒸餾法和反滲透技術(shù)來制取淡 水。到時候全世界使用的水資源中有五分之一以上來自海洋。反滲透法是利用孔徑比納米還細小的半透膜濾去鹽分來制取淡水的?？傊?，海洋是人類可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。海洋一一人類未來的財富，其經(jīng)濟價值 可觀，開發(fā)前景十分誘人。但是，隨著人類科技的進步和對海洋的不斷探索，我們深知：這片孕育我們的海洋 有著豐富的資源、廣闊的空間。這對人類而言不啻為一筆巨大的財富。于是，世界各國迅速 將海洋開發(fā)、利用作為能源戰(zhàn)略的一部分。人類歷史告訴我們，無節(jié)制的開發(fā)給人們帶來了 無數(shù)災難，打破了自然界的生態(tài)平衡。傷痕仍歷歷在目，無時不警示著人們深海開發(fā)的每一 步都要

7、小心謹慎，切不可盲目，造成無可彌補的損害！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(shè)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

8、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78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(shù)，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

9、直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。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(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（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，其次生災害一一火災、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。更嚴重的是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(shè)計不周或設(shè)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。

10、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(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(shè)計與建造新型抗災工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計使 海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)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(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，

11、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(shè)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(shù)人算機技術(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)學物理模型，通過多媒體技術(shù)，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)。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

12、向發(fā)展。人們現(xiàn)已在 建造或設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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