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海洋環境條件范文1
關鍵詞：海洋；環境監測；質量控制
中圖分類號：U469文獻標識碼： A
前言
海洋環境監測質量控制是海洋環境監測工作的重要組成部分，采取必要的、合適的質量控制方法是保證數據質量的重要措施之一。質量控制主要是為了達到監測質量要求所采取的作業技術和活動，是監測過程的控制方法，是質量保證的一部分，現文章就海洋環境的監測質量控制工作進行探究。
一、海洋環境污染的現狀
海洋環境污染通常是指人類改變了海洋原來的狀態，使海洋生態系統遭到破壞。有害物質進入海洋環境而造成的污染，會損害生物資源，危害人類健康，妨礙捕魚和人類在海上的其他活動，損壞海水質量和環境質量等。海洋環境污染現階段明顯表現為石油污染、赤潮、有毒物質累積、塑料污染和核污染等。
人類的海洋活動、日益增多的海上船舶、油輪事故是造成海洋環境污染的重要來源之一。人類的海洋活動主要是航海、捕魚和海底石油開發，據統計，目前全世界各國有近8萬艘遠洋商船穿梭于全球各港口，總噸位達5億噸，它們在航行期間都要向海洋排出含有油性的機艙污水，僅這項估計向海洋排放的油污染每年可達百萬噸以上。而一次的油輪突發事故會使海水大面積被油所覆蓋，不但范圍廣而且危害時間很長，對海洋生態環境造成嚴重的破壞。目前海洋環境污染以陸源污染物為主的來源則包括工業廢水和固體廢物、生活垃圾、生活污水等。大型化工廠、造紙廠的增多直接導致大量的廢水和廢物排入河道，最終通過河水歸入海洋，而工業廢水其中則包括工業冷卻水在流入海洋后會提高海洋的局部水溫，使含氧量降低，影響海洋生物的繁衍生息；而工業固體廢物嚴重的則會影響海洋生物的居住環境，直接導致生物滅絕。人口居住的密集致使生活垃圾、生活污水的排放的難度加大，尤其是濱海城市，于是海洋便成了他們傾倒生活垃圾及污水的最好去處。
因此，在海洋環境污染日漸加重的現狀下，為防止海洋環境繼續惡化，應進一步加強海洋環境監測工作，做好監測質量控制，需要從提高全員的質量意識、健全質量管理體系、監測質量控制等方面入手，才能確保監測數據的準確性和可靠性，為環境管理、環境規劃、污染防治等提供科學依據。
二、海洋環境監測質量控制措施
（一）健全質量管理體系
監測質量的保證，需要一個科學完整的質量管理體系，以技術文件（質量手冊、程序文件、作業指導書和質量記錄）的形式，對各個監測環節、各個工作部門，對實驗的環境和條件，對每個工作崗位和監測管理者的職責和行為進行規范。海洋環境監測的質量控制，首先要保證的就是監測質量體系的建立，監測機構嚴格按照本單位質量體系的要求開展監測、檢測工作，在運行過程中不斷完善，從而更加適用于本單位的監測、檢測工作。因此，海洋環境監測機構要依據《監測和校準實驗室能力的通用要求》和《實驗室資質認定評審準則》建立適用于本單位要求的質量管理體系，并健全各種規章制度，保證質量管理體系的持續運行。海洋環境監測涉及監測機構的每個崗位，無論從試劑采購與管理、現場樣品采集、實驗室分析、數據綜合評價，讓每位員工從主觀上意識所在崗位的質量控制要求，從源頭保證監／檢測質量，從而做到實時質量控制。
（二）提高全員的質量意識
從事海洋環境監測工作，需要從提高監測、檢測人員的質量意識開始，海洋環境監測工作的特殊條件，在一定程度上無法和陸地實驗室相比，出海人員要克服各種困難從事分析工作，加強質量意識的培訓是很有必要的。在質量控制工作中，最重要的影響因子是人員，從采樣、分析、計算、報表生成等環節，質量意識不能淡薄。監測人員的質量意識是開展監測工作的基礎，只有主觀上提高質量意識，才能保障監測結果的準確性。
（三）監測過程質量控制
我國海洋環境監測質量控制工作主要通過自控和他控兩種方式開展，自控主要是監測機構內部采用的質量控制方法，內部質量控制的核心是針對監測數據質量開展的控制方法，監測數據質量控制最終體現在監測數據能否達到監測方法所對應的最佳測量不確定度。他控是指由監測機構以外的具有相關資質的機構對監測機構進行的質量控制方法，如上級主管部門或參加由中國合格評定國家認可委員會等組織的能力驗證及實驗室間比對，通過此類方式對實驗室資質方面進行相應的考核。外控是在主要針對質量控制的監督工作中開展的，而對于實驗室的質量控制管理工作主要是內部質量控制，所以應重視內控，即要重視本單位內部所采用的質量控制方法。
（四）監測、檢測結果的質量控制
針對結果數據的質量控制，包括對監測儀器、方法、環境條件等備注信息進行審核，還要對準確性、一致性進行審核，重點要對數據的合理性進行審核。數據審核要有效溯源，因為監督人員無法對現場分析進行實時監督，主要通過監測數據的原始數據來體現整個分析過程數據的有效性。對提交的可疑數據并注明開展的質控措施及原因分析，若存在失誤，應剔除可疑數據，在條件允許的情況下，建議重新開展監測工作。監測數據的審核涉及各個領域，審核人員要熟練掌握監測方法、儀器設備、監測頻次和監測時間等信息，在保證監測結果的計算的前提下，為保證監測結果的準確可靠，需要從多個角度進行數據的合理性分析：
1、與執行標準相比較
執行標準是保證監測評價有法可依的有力保障，海洋環境質量標準中規定了對應水質等級下監測項目濃度范圍，當監測結果高于執行標準數倍或者濃度較高時，此監測數據應視為可疑數值，應查找原因，對樣品分析過程中的質控數據進行有效分析，確保監測數據的準確性及合理性。如某海域監測區域內的監測結果表明水質達到四類標準，超出了二類水質標準要求，應查找原因并對相應的可疑數據進行分析，必要時剔除以免影響評價工作。
2、站位間相比較
在海洋環境監測過程中，同一區域內相鄰站位的監測結果相差不大，同一站位連續幾天的監測結果也應相近，當變化較大時，應查找原因，分析異常值。首先要確定區域內是否存在新的污染源，其次要保證采樣過程無異常，主要包括采樣的規范性、采樣的容器是否合格，樣品固定是否需要固定等。再次要了解實驗室分析過程中，是否存在不合理的操作。如某區域水質要求為一類水質要求，監測區域內某站位監測數據表明該養殖區水質達到三類時，首先應考慮站位布設的合理性，是否靠近污染源，從而進一步分析實驗過程是否存在失誤等。
3、相關性分析
海洋環境監測要素是互相影響的，相同水樣中兩個或兩個以上的監測項目的含量往往存在相關性。如總氮＞溶解態總氮＞無機氮，總磷＞溶解態總磷＞活性磷酸鹽，化學需氧量＞生化需氧量等，若與上述情況不一致，理論上是不合理的，需要從采樣開始查找進行原因分析。根據監測區域環境特征或不同區域同類監測對象資料的統計分析, 確定不同空間位置監測要素濃度值的定性關系, 以此檢驗數據的合理性。下圖為某海域06年9月份某排污口鄰近海域中 3個站位的部分監測數據。
某海域9月份某排污口鄰近海域中 3個站位的部分監測數據
4、合理性分析
對監測數據的合理性分析，最主要的是要參照歷史資料。監測任務站位的布設考慮到與歷史數據的對比，一般延用歷史站位，這樣在進行合理性分析時，可以針對往年的監測結果范圍，對相同監測時間段、同一站位的數據進行比較，若某監測項目結果變化較大時，如由原來的一類水質變為三類，則需對該值進行合理性分析，查找原因。
若發現全部監測分析數據在審核后只有少量、明顯的錯誤，質量控制人員可以在監測分析人員的確認下進行改正。若在審核過程中發現錯誤數據較多，或錯誤不易于改正，質量控質人員應把需要進行更改的內容列出列表，連同數據一同返回具體的分析測試人員，要求對錯誤的原因并進行修改。質控人員應對改正后提交上來的數據以及記錄文件再次進行檢查。同時，應將整個審核過程如實記錄并形成文字材料，作為監測分析數據追溯數據的一部分。經過審核后的監測數據報表和數據審核過程記錄數據要有采樣人員和分析人員的簽名，然后一并上報質控室。
結語
海洋環境監測數據作對海洋開展環境監測評價工作的重要手段，為確保監測結果的準確性、完整性以及合理性，就必須進一步強化對海洋環境監測質量的全過程控制，從而有利推進對海洋環境變化情況的科學分析，并有效的防治海洋環境的污染。然而因海洋環境條件具有特殊性，進行樣品的采集與貯存過程中會有很多不可預知因素出現，從而增加了監測質量控制的難度。因此，應高度重視海洋環境的監測質量，進一步完善管理機制，加強專業技術的學習，同時增強全體員工的質量意識，不斷提高海洋環境監測的質量，確保海洋環境管理和環境科學研究服務。
參考文獻
海洋環境條件范文2
關鍵詞 FPSO；串靠油輪；運動響應；安全船距
中圖分類號：U661.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0061-02
FPSO由于其具有良好的機動性，穩定性，海域適應性，允許在各種氣候下裝卸油，成為現代海洋油氣資源生產的主流設施。外輸系統是FPSO整個概念設計中一個很重要的部分，且是設計成功的一個關鍵因素。船上的原油可以定期的通過外輸裝備外輸到穿梭油輪上，提高了油田作業的經濟性。
對于FPSO與穿梭油輪串靠方式的動態穩定性問題，國內外許多專家學者進行了研究。Lee和Choi考慮不同系泊剛度、轉塔位置、帶纜長度與張力等設計參數，對FPSO與串靠油輪在風浪流聯合作用下的動態穩定性和非線性響應進行了數值分析。Morishita等對FPSO和串靠油輪在多種風和流組合作用下的非線性動力響應、平衡性和穩定性進行了數值分析。研究認為由于兩船有各自的穩定特性，組成一個雙浮體系統后則形成了具有新的平衡位置的耦合系統。FPSO與串靠穿梭油輪的研究因此將十分復雜。
FPSO與穿梭油輪由于水動力特性的差異以及慢漂運動的影響，船體間會產生較大的相對運動，例如過分縱蕩，艏向偏離及魚尾運動。為了確保外輸作業的安全，本文將過分縱蕩定義為兩船最小間距為10米；魚尾運動定義為兩船最大相對角度不超過30度。
1 外輸系統模型及海況條件
1.1 外輸系統模型建立
雙浮體系統組成如圖1所示，FPSO與穿梭油輪之間采用大纜連接，各船體主要參數如表1所示，錨鏈參數及大纜參數如表2所示。
圖1 雙浮體系統示意圖
表1 各船體主要參數
表2 錨鏈及大纜參數
1.2 海洋環境條件
雙浮體系統進行時域分析時所取的南海海洋環境條件如表3所示。本計算設定風浪流方向均為180°。
表3 海洋環境條件
2 頻域分析
FPSO進行外輸作業時主要考慮的三種典型工況為：
1）FPSO滿載-油輪壓載。
2）FPSO半載-油輪半載。
3）FPSO壓載-油輪滿載。
不同壓載工況組合下各船體有不同的水動力特性，FPSO與油輪在不同工況下縱蕩及艏搖響應的傳遞函數如圖2和圖3所示。
圖2 FPSO及油輪縱蕩響應RAO （0°浪向）
圖3 FPSO及油輪艏搖響應RAO （120°浪向）
對同一浮體在不同工況下進行比較可以看出：
1）FPSO及油輪縱蕩響應的敏感周期為T>13 s，艏搖響應的敏感周期為9 s
2）各船體在不同裝載工況下，縱蕩響應差距不大，在滿載工況下，艏搖響應較大。
對于中國南海海洋環境，波浪周期大部分處在6 s～15 s之間，進行外輸作業時，各船體的縱蕩和艏搖會比較劇烈。對兩個浮體在同一工況下的水動力系數進行比較可以看出，受規則入射波作用時，油輪的縱蕩響應均小于FPSO，但是艏搖響應油輪偏大。
3 時域分析
為了確定在南海海況下，FPSO與油輪進行外輸作業時的最小船距，本文通過計算得出，船距為30米時兩船運動狀態滿足安全要求。兩船在不同工況下船體最小間距及艏向最大夾角如表4所示，計算時長為10800 s。
表4 不同工況下船體最小間距及艏向最大夾角
由表4可知：
1）FPSO滿載-油輪壓載工況，在迎浪狀態下船體間最小間距為13.91米，縱蕩運動劇烈；艏向夾角最大值為9.83°，魚尾運動稍顯緩和。這可能是因為FPSO在滿載時吃水較大，受波浪和流的影響較大，縱蕩響應較大。油輪在壓載時吃水淺，受風作用明顯，艏搖運動比較劇烈。
2）FPSO半載-油輪半載工況，在此風浪流組合作用下，船體間最小間距為23.27米，艏向夾角最大值為5.52°，縱蕩運動及魚尾運動都比較緩和。這可能是因為FPSO與穿梭油輪主尺度差距小，半載時吃水深度比較接近，水動力特性差異性小，外輸系統在這種情況下的風險最低。
3）FPSO壓載-油輪滿載工況，船體間最小間距為12.49米，縱蕩運動比較劇烈；艏向夾角最大值為21.96°，魚尾運動比各個裝載時刻都要嚴重。這可能是因為FPSO吃水淺，穩性變差，受到串靠油輪的拖曳作用再加上風的作用，縱蕩及艏搖響應加大。油輪滿載吃水深，受波浪和流作用明顯，縱蕩也會比較劇烈，而且油輪靠單根大纜連接到FPSO上，在艏向上幾乎沒有提供恢復力，會產生較大的艏搖響應。在這樣的工況下，兩艘船體的響應都比較劇烈，同時船體間水動力差異性明顯，進一步加劇了縱蕩運動及魚尾運動，兩船很有可能發生碰撞。
4 結論
本文計算了FPSO與穿梭油輪在不同裝載工況下的水動力特性及時域響應，得到以下結論：
1）FPSO與油輪在不同裝載工況下縱蕩及橫蕩響應差距很小，在滿載工況下艏搖響應較大。雙浮體系統對波浪的敏感周期為6 s～15 s，在南海進行外輸油時，系統會產生較大的響應。
2）三種裝載工況中，FPSO半載-油輪半載工況下，兩船體水動力差異性小，運動同步的可能性大，外輸系統穩定性最好；FPSO壓載-油輪滿載工況下，雙浮體系統穩性最差，魚尾運動非常劇烈，系統處于最危險狀態，碰撞事故極易發生。在外輸作業即將結束時，應提前做好預防措施。
基金項目
“十二五”國家科技重大專項項目（2011ZX05056）
參考文獻
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海洋環境條件范文3
關鍵字：經濟增長；產業群體；面板數據模型；區域經濟
現在大都市化已經成為了衡量國家或者是地區的經濟發展情況的一個非常重要的標志。我國實行改革開放之后，尤其是最近的這些年著重發展了珠江三角洲經濟圈，環渤海經濟圈以及長江三角洲經濟圈等幾個發展速度比較快而且國家也非常支持鼓勵的經濟發展區域。我們可以看到這些區域都是沿海地區，這樣的有利地形對他們這些地區的經濟高速發展提供了一定的便利條件，我國對這些地區的經濟發展也是持鼓勵態度的。
一、 對產業集群這一理論的詮釋
產業集群的現象就是許多企業非常集中的另外一種說法，這種現象在如今的社會是非常常見的，不僅是我國，全世界范圍內都有這種情況，這種經濟發展模式對現在的經濟發展有著非常大的影響。同時這也是目前世界產業組織的形式之一，那些經營類型比較相似的公司集中在一片區域內共同發展，可以相互之間有一個借鑒以及幫助，讓這些企業能夠互惠互利共同發展。地方的集體發展正在推動著世界經濟的發展，已經成為了世界經濟發展的一種主流發展形式。
二、 海洋環境的一些概念
1. 海洋環境的容量
海洋環境容量這一說法是建立在環境容量之上的，只不過是把原來的環境研究對象變成了現在的海洋環境而已。海洋環境的容量指的是海洋對污染物質的承受能力強弱，海洋對污染物質能夠承受的數量。這種數量在學界引起了不小的爭議，由于海洋環境的特點是在不斷流動的，海洋本身就是一個非常復雜的小型環境基地，相比于內地的那些湖泊和江河來說它的容量會大很多，所以對其能夠容納的污染物的量到目前為止一直都有著非常大的爭議，因為每片海域和每片海域之間也是有非常大的差別的。
2. 環境的效率問題
在之前的里約地球峰會上曾經提出了一個非常重要的話題，那就是環境效率的概念，那些巨頭對環境效率的價值和經濟增長聯系到了一起，簡單來說就是單位環境能夠支撐的價值是多少，這個價值比較大證明企業的活動能夠在比較小的環境成本之上取得比較大的經濟利益。所以，環境效率這個概念就是基于這種觀點而來的，能夠依靠比較少的環境條件就可以創造出更好的經濟利益的公司其環境效率就比較高，那些為了公司的發展而不去保護環境的公司其環境效率就很差，因為他們必須要依靠對環境的不同污染才能夠讓企業的經濟能有一定的增長。
環渤海工業區比較集中的工業集團來說，那些企業在進行生產的時候會出現大量的廢水，這些廢水基本上沒有經過處理就被排放到了渤海中去，這樣對整個環渤海地區的海洋環境是一個非常大的污染，生活在環渤海地區的人們會受到很嚴重的傷害，他們的人身健康得不到保障。我們引進的環境效率的概念對經濟增長有了一個更加明確地目標，讓那些企業真正的明白企業的效益是非常重要的，但是在保證企業效益的前提之下必須要保證我們生活的環境不受到大的損害，因為工廠是私人的，環境是大家的，就算是在工廠生產的過程當中出現了一些污染，那也必須要對這些污染進行一定的治理，應該能夠保證環境不能影響人們的正常生活才可以。
三、我國沿海地區工業廢水的排放情況
在我們的國家，陸地的污染物質能占到海洋污染物質的85%，這些污染物質的成分主要是一些化學物質、油類物質、氨氮以及磷酸鹽等污染物，以上這些污染物可以占到總污染物的95%以上，我國的陸地污染物質主要是由工業的廢水、廢物、廢氣、城鎮人民的生活垃圾和農戶使用的化肥、家禽的糞便以及農藥等物質組成的。所以，我們可以把陸地上的污染物質歸為四類：
第一，工業污染源；第二，生活污染源；第三，農業污染源和養殖污染源（陸上養殖）。陸地上的污染物質排放對海洋的環境也會產生一定的破壞，有的時候還可能會引發比較大規模的赤潮的發生，據最近一些年的統計來看，渤海海域發生赤潮的次數超過十起。一些海洋方面的專家稱我國海洋發生赤潮的次數居高不下和這些陸地污染有著非常大的關系。
四、 對我們來說，環境是非常稀缺的
我們可以從兩個方面對這一理論進行探討。第一，環境的絕對稀缺。在我們還沒有得到非常富有的自然資源之前我們能夠掌握的資源是非常有限的，我們得到的利潤不是靠自然資源的消耗而來的，所以這時候根本就不存在自然環境的污染和經濟利益之間的關系，這兩個名詞根本就不會聯系到一起，只有環境因素和經濟利益聯系到一起之后，也就是我們得到了我們想要利用的自然資源的時候，我們就會發現自然資源是非常稀缺的，而且很多都是不可再生資源所以說環境是絕對稀缺的。第二，環境是相對稀缺的。當我們開始消耗資源的時候，這時候我們生活的空間的環境質量就會下降，這時候環境的稀缺程度就會上升，當物理性的稀缺變成了依靠價格形勢去評判環境因素的好壞的地步，這種經濟增長的 形勢會讓某些自然資源處于相對稀缺的現狀，但是對整體的經濟增長形勢不會造成比較大的影響。
五、 結束語
總而言之，環境的污染程度和經濟增長有著很大的關系，但是這種關系并不是一成不變的，不同的區域這些因素都不盡相同，所以我們應該對不同的地區進行不同的分析，我們這篇文章主要是對環渤海地區的工業區的廢水排放情況對環境的影響做了一個比較簡略的分析，從中我們可以看到，首先，工廠排出來的廢水對我們生活的環境有一定的影響，同時對渤海的海洋環境也有一定的影響，；然后，這些廢水對生活在這片區域的人民的人生安全有一定的威脅；最后，這些依靠自然資源和對環境高度污染的企業并沒有取得巨大的經濟利益。所以，我們應該善待我們的自然環境。
參考文獻：
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[2]彭立穎.上海市經濟增長與環境污染的關系研究[J].中國人口·資源與環境，2008（3）.
海洋環境條件范文4
關鍵詞 海洋環境污染 海洋災害 海洋工程與海洋環境相互作用
隨著沿海經濟的迅猛發展,近海海域遭到越來越嚴重的污染,使海域環境質量明顯下降,生態環境日趨惡化,并對生物資源和人體健康產生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國,特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環境問題。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境,海洋災害直接影響著海洋經濟的發展規模、速度和效益,精確預報海洋災害的發生、發展和應該采取何種防災、抗災和減災工程措施,也成為嚴重關注的環境問題。為了開發海洋中的空間、礦產、漁業、能源等物質資源,需要在海上進行各類工程建設,在目前科技日益發展的情況下,工程建設的規模日益巨大,這些大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經濟的快速發展,海洋環境的日益惡化,海洋災害的頻發和海洋工程向大型化發展,近海石油氣田的開發,以及海岸帶開發過程中的后效問題的研究需要,針對我國重大海洋環境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特征對各類污染物作用的機理和規律研究,第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究,第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征對各類污染物的作用機理和規律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎,考慮各種自然環境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發、沉降、吸附、釋放)、化學因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律,并建立海洋水質預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發嚴重。因此,除了加強赤潮的監測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數據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,因此,往往只能用它來作為對某一水質預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內外已有不少水質預測預報模型,這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數學模型;波浪數學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面,對于較大范圍的海域,通常可采用深度平均的潮流教學模型,對于紊動影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對于湍流效應顯著的區域,如排污口近區,則應考慮湍流效應。此外,采用坐標變換,可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型,這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數學模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎,針對水溫和鹽度分層流的流動特性,考慮浮力對紊動的影響,建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k-(單流體數學模型。也可以基于多流體模型的基本概念,分別對兩相本身的湍流輸運規律以及相間相互作用規律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面,可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組,以提高求解效率。從水波發展方程出發,可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系,可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特征。
針對帶自由表面的波浪場問題,通過把能有效模擬自由面形態的N— S方程和波能平衡方程的結合,可導出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個方程可模擬規則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型,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;對于強流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來,建立一種輻射應力計算的新方法,用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型,可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標,在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發,在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用;在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項,可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型,它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據;同時對確定水域環境容量,從而制定水域環境保護策略,也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出,在海洋水質預測預報模型研究方面,數學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數學模型,其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模
型的技術關鍵,直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的,有些可以通過現場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到,在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。 能模擬海洋動力因素的先進實驗設備,現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統,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構,獲得流場中水質點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究
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。海洋工程結構的投資費用很高,一旦發生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失(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境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現的臺風數目占全球的38%,其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8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產生風暴潮,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,沿岸地區每年都有結冰現象,結冰嚴重的年份則出現冰害。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,不但可給結構物以強大的冰壓力,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。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術,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,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結構型式,冰排對錐體結構的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行,它們各有其優缺點,發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物(海洋平臺、鉆井船、人工>文秘站:
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升,造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的,如近海環境地震危險性分析,設計地震動參數和頻譜特性,強震海底多維地震動及其空間分布規律,地震波傳播特性及地震動輸入機理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、非線性動力分析和動力破壞試驗;核電站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動力相互作用,碼頭及護岸建筑物地震穩定性;海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
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:其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設計不周或設計標準偏低,施工質量差,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濟的發展造成重大的影響。
因此,發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下,對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論;結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法;結構病害治理用的新材料、新技術和新方法;海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下(風、浪、流、冰、地震等)的可靠度和優化理論研究,設計與建造新型抗災工程結構;研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度,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境的風云變幻和災害的可能來臨,發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統,如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統;以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景,進行重點研究,建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構;以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統,將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合,建立數學物理模型,通過多媒體技術,形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、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。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間,現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外,正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程,估計到21世紀,可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經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利用,各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大,保證這些海上工程設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,但同時又是經濟活動最為發達的地區,海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態,破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地,若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失,另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用,海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題,主要內容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究;大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護及開發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力學、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
隨著
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隨著現代社會的發展，能源與環境問題日益凸顯。開發綠色新能源，成為科技界、工業界努力的重要方向。近幾年來，人們對風能的利用逐漸增多。海上風電機組發電功率大又可減少噪音污染與景觀破壞，是目前風能技術發展的趨勢。風力發電于20世紀中期得到發展。1956年Jo－hannesJuul建造了里程碑式的Gedser風力機，成功與交流異步發電機連接。1973年風力發電技術進一步發展，風電機的葉片數量、材料、形式不斷改進，葉輪加大，塔架增高，直驅同步發電機開始應用。但是隨之而來的風電機組噪聲污染又成為需要解決的問題。目前風力發電又有從陸地轉向近岸甚至深海發展的趨勢。現在投入生產的海上風電機組是以固定式支撐結構為主。海上風電機組的支撐結構承受上部風輪結構重力以及風輪在海洋環境條件下產生的各種作用力，并且是承受風、浪、流、冰等環境荷載，保證風電機組結構安全的重要部分。值得指出的是，熱帶氣旋或寒潮大風影響的海域，狂風、巨浪、暴潮等極端海洋氣象因素的聯合作用往往會導致結構的失效破壞，造成重大損失。
環境因素對結構作用的研究，大致可以分為環境荷載下結構動力響應機制研究、結構模態參數識別技術及結構損傷診斷方法研究、基于離散方法的結構動力分析模型和軟件的開發研究、基于動、靜力分析的結構可靠性評估方法及結構優化設計研究等。目前工程領域針對極端海況對海上風電機組影響方面的研究，大多借鑒海洋平臺等結構設計規范的規定，基于年極值取樣法選取工況組合對結構進行分析。海洋環境的簡單選取往往造成工程設計標準偏低導致結構在極端海況作用下失效破壞或者過于保守導致不必要的資源浪費。也有學者對于熱帶氣旋對海岸工程以及風力發電工程的影響進行了區劃式的分析，但并未對極端天氣過程對結構的作用機制作深入的研究。本研究基于結構可靠度分析原理，建立結構響應模型、多維復合極值分布模型、灰色馬爾科夫鏈模型嵌套的分析體系，進行熱帶氣旋誘發海況對海上風力機組支撐結構作用的研究，以及風電支撐結構整體可靠度的初步分析。
1雙層概率分析模式
在熱帶氣旋誘發的極端海況條件下對海上風電支撐結構進行可靠度分析時有兩個問題需要解決：（1）樣本缺乏。并非所有工程海域都有充分的熱帶氣旋影響下的海況實測資料，同時結構在極端海況下的實測響應資料也難以得到。使得結構可靠性分析不易實現。（2）現有的結構可靠性分析方法不能充分考慮到全球氣候變化、海平面升高帶來的影響。為解決上述問題，本研究采用數值模擬、概率分析、灰色預測方法交叉結合的研究手段，建立一個雙層概率分析模式（Double－layerProbabilityAnalysisModel－DPAM），第一層由灰色馬爾科夫鏈預測模型和結構分析模型構成，第二層由結構分析模型與多維復合極值分布模型組成（見圖1）。
1．1灰色馬爾可夫鏈預測模型灰色模型（GreyModel－GM）是處理隨機性強、信息量少的隨機序列的有效方法。最常用的灰色預測模型是一階灰色模型GM（1，1），該模型由一元變量X的原始序列和生成序列構成。X（0）代表研究對象的實測值構成的序列（原始序列）。
1．2多維復合極值分布模型復合極值分布是一種新型的聯合概率分布模式，最早由劉德輔等提出。該分布由泊松分布與多維極值分布復合構成。多維復合極值分布能夠合理的反應由臺風過程引發的極端海－氣現象的概率特征。以該模式為基礎對隨機模擬法進行的改進是針對受臺風等天氣過程影響海域的極端環境荷載分析的有效手段。
1．3環境載荷模型作用于海工結構的風載荷按下式計算。對小尺度圓形構件，垂直于其軸線方向單位長度上的波浪力f，當D／L≤0．2（D為圓形構件直徑，m；L為設計波長，m）時，可按Morison公式計算。
2算例
本文以一座工作于中國南海大鵬灣的3MW三腿架式離岸風電系統為例，來分析臺風對結構物的影響。工作環境水深約為24m。表1中列出基線風機總體性質，圖2表示三腳架支撐結構的設計尺寸參數。
2．1運用GMCM方法預測極端海況采用1954—1979年期間由臺風過程的極值風速、波高及波浪周期的測量數據作為原始數列，建立AGO模型。運用GMCM計算1980—1999年期間預測值，并與同期測量數據比對。表2列出了在使用灰色模型預測臺風引起的風速、波高及波浪周期時所需要的發展系數a及灰色輸入系數u。之后運用馬爾科夫鏈模型進行殘差修正。修正后的預測數據與測量數據的比較如圖3～5所示。不同變量的后驗方差比C與小誤差概率p也在表2中給出。計算結果表明，對于臺風引發的極端海況因素的長期預測，GMCM是一種有效合理的模型。
2．2臺風影響下三腳架式支持結構的響應依據臺風風速與GMCM預測波浪的結合進行結構物的靜力分析和動力分析。由于缺少海流數據，使用原設計資料中提供的流速值代替臺風過程相應海流值進行極端工況條件的計算。本文僅以靜力可靠度分析為例。有限元模型建立后，結構內各點應力分析便可進行。圖6表示在預測的極端海況下結構某關鍵點最大應力的概率分布。圖7和8表示預測期內某組工況下的結構應力云圖。由DLPM得到該關鍵點應力的概率特性。影響珠江三角洲的臺風年頻次參數λ＝6．19，經概率曲線擬合，采用復合極值分布的一種形式———Poisson－Weibull模型進行應力概率分析，擬合參數如下：均值＝77．45MPa，標準差s＝54．25，尺度參數a＝0．0054，形狀參數b＝1．28。平臺結構的許用應力為［σ］＝189MPa，該點可靠度Pr＝P（σ≤189MPa）＝0．9882。以此方法對結構各個關鍵點應力逐一進行概率分析，得到各點失效概率。
3結語
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關鍵詞：分布式；光纖；傳感技術；管道；健康監測
分布式光纖泄漏監測系統是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高科技技術，它能夠連續測量長輸管線的泄漏情況，測量距離在最遠可達成百上千公里，空間定位精度達到米的數量級，能夠進行不間斷的自動測量，特別適宜于需要長距離、大范圍多點測量的應用場合。
一、工作原理
分布式光纖泄漏監測系統利用單根光纜同時實現泄漏監測和信號傳輸，綜合利用光纖拉曼散射效應（Ramanscattering）或布里淵散射（Brillouinscattering）和光時域反射測量技術（OpticalTime-DomainReflectometry，簡稱OTDR）來獲取空間溫度分布信息。
二、DTS測溫原理：
（1）Raman散射會產生兩個不同頻率的信號：斯托克斯（Stokes）光（比光源波長長的光）和反斯托克斯（Anti-Stokes）光（比光源波長短的光），光纖受外部溫度的調制使光纖中的反斯托克斯（Anti-Stokes）光強發生變化，Anti-Stokes與Stokes的比值提供了溫度的絕對指示，利用這一原理可以實現對沿光纖溫度場的分布式測量。Raman散射技術最遠監視距離單向可達30Km。
（2）當光纖沿線的溫度發生變化時，光纖中的背向布里淵散射光的頻率將發生漂移，頻率的漂移量與光纖溫度的變化呈良好的線性關系，因此通過測量光纖中的背向布里淵散射光的頻率漂移量（νB）就可以得到光纖沿線溫度的分布信息。BOTDA就是利用這種頻率的變化來獲得溫度的分布信息的。布里淵技術最遠監視距離單向可達75Km
三、主要技術參數
四、分布式光纖管道泄漏系統結構
在油氣輸送管道的泄漏處，由于管內的高壓液體/氣體從管道泄漏處向外迅速外泄，從而導致泄漏處環境溫度的升高或者降低，所以通過監測管道周圍溫度的異常變化就可以有效檢測泄漏的發生。分布式光纖測溫系統定位精度可達1m，溫度分辨率可達0.1度，單通道最長可達20/75Km。
五、分布式光纖傳感技術在監測中的應用及其面臨的問題
雖然近年來對分布式光纖傳感技術在海底管道健康監測中的應用研究取得很大進展，但是真正用于實際工程中的分布式光纖傳感系統很少，這主要是由于目前人存在的一些技術問題制約了該技術實際應用到海底管道健康監測中。其中主要的技術問題如下：
（1）光纖傳感系統保護和埋設問題。光纖傳感的保護和埋設是利用分布式光纖傳感技術進行健康監測的一個關鍵問題，光纖埋設成功與否關涉到光纖傳感系統在使用期間是否得到有效保護，其結果直接影響結構監測效果。解決光纖傳感系統保護和埋設問題不僅要考慮如何保證光纖和光纖傳感器不受損壞，還要考慮光纖保護岑不影響被監測量在結構域光纖之間變化一致性以及埋沒難易，不影響正常施工問題。
（2）惡劣海洋環境下光纖傳感系統長期可靠性問題。對光纖和光纖傳感器可靠性問題已有很多研究，這些研究多是針對陸上環境的，而對惡劣的海洋環境條件下光纖和光纖傳感器在海底管道長期使用期間的可靠性研究進行的非常少。光纖及光纖傳感器的長期可靠性，包括制成光纖及光纖傳感器的材料在海洋環境荷載長期作用下的可靠性問題，這與它們所受的保護是否有效密切相關。
