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遙感技術在地震中的應用范文1
【關鍵詞】遙感技術；國土資源管理；應用
0 前言
近年來我國利用遙感技術獲得了技術上的突破和成功，以快速的提取了土地地質構造信息和地質礦物勘察開采等問題數據的同時及時的預警了地質災害的發生和監控，遙感技術對國土資源管理有著重要意義。
1 遙感技術
（1）遙感技術在我國土地資源調查中，獲取了大量豐富的信息，利用遙感技術，建立起了一個完整的國土管理數據庫，是為了對土地的范圍和土地的位置進行了實時的了解，同時為了快捷的調查土地的變更工作而建設，對于最終結果的上報有著完整的匯總和整理。利用遙感技術合理的規劃了我國農田建設，可以及時的調整和方式不合理利用農田的現象，從而進行合理的利用和評估監測。
（2）遙感技術在地質災害上作用發揮極大，完美的預警和監測了地質災害的發生，利用遙感技術的地理空間數據，對可能發生的一切災害區域進行時刻監測其分布、規律、形成原因、發育特點和這次災害的危害性與影響因素，從而進行有目的的監測后續災害發生的走勢，這是中國從地震儀中又一次尋找到了可以預測地震前兆從而發起短期預報的手段，在今后的遙感技術會更多的使用在地質監測上，用衛星和地面勘察中減輕地質災害的擴大性從而降低了人民的損失，在一年的時間里面規避了近1000起地質災害，同時在唐山大地震和汶川大地震中，利用遙感技術獲取地面的各種直觀信息對后續的救援的展開和可能出現的危險信息進行了識別，從而有效維護了人民的生命和財產安全，取得社會的認同和經濟損失的降低。
（3）遙感技術有著對地質礦物資源采集和勘探上有著極大的作用，通過航空平臺上的成像光譜儀器，提起到各個物質的光譜特性，從而有計劃的勘察和開采，利用遙感技術從1990念叨現在國土資源部門完成了13個省會與自治區的19個重點礦產和礦區的有效調查和采集，實現了對10000平方千米的土地調查監測，基本明確了不同監測去不同礦物的位置所在，從而明確開采區分布的有效管理。[1]在礦產資源開發管理上，高光譜遙感技術的產生和發展使遙感技術在礦物質資源的勘探上作出了貢獻，利用成像光譜實現地物空間的信息、輻射信息、光譜信息的采集和規劃，結合遙感的找圖圖鑒和豐富的地理紋理信息，從而合理科學的尋找和開發礦物質資源。
（4）遙感技術作為一種高效獲取信息的手段，其中信息量的豐厚和全天候，信息獲取快的優勢在我國廣泛被應用，在1980年我國利用了衛星遙感數據開展了全國的土地調查工作用，1990年代后，國家土地管理局應用航空航天遙感技術技術分布了我國了絕大多數地區比率近乎1：1萬的現狀可以隨時調查。[2]在1983年第一臺成像光譜儀的問世，意味著我國處理掉了遙感科學的一個重大矛盾，是遙感技術的真正革新。從而實現了多光譜定性描述，高光譜定位的遙感地質作用。
（5）國土資源部分每年都要對全國重點人口集中城市，地區進行土地利用監測，從而進行分土地的利用合理性，從而可以快捷迅速的獲得地面的信息，保證了工作的展開和快捷方便，在我國的土地資源遙感調查監測藝術已經取得了重大成果，實現了遙感技術在國土資源管理的產業化應用，在復雜的天氣中，遙感技術依舊可以對地形復雜的山脈地區獲得準確的數據，從而監測和實地考察，SAR遙感技術不僅不會受到氣候的影響，還有全天監視的能力優勢，為土地利用應用調查作出了貢獻。
（6）現代遙感技術已經和常規技術相互結合，提高了遙感信息獲取技術的便捷，在過去資源中我們發現，遙感的發展上，我們要把技術和方法結合，創新突破自身的信息提取效果，從而實現高速、高準的處理信息。這時候我們要解決他的局限性，身為過去資源的信息提取手段，要采取自動化的提取信息，從而完善應用。
（7）在日常生活中，遙感技術中的GPS也讓我們生活出現了極大的便捷，從而讓國家對我們某個地區的實時監控也是十分便利，完成了全覆蓋的體系，對于我國的礦產資源開發以及我國的礦物質情況以及社會化服務奠定了大量基礎。
2 遙感的發展
遙感技術有著信息豐富、時效性強、巨大的宏觀性等優勢，通過GPS技術中可以準確預
測地質災害，并且可以借助遙感技術對地質災害的發生變化趨勢進行準確反映，同時還能預見地質災害的發生。并實現對地質災害進行快速調查，保證搶救工作的及時性，則需要遙感測繪技術的幫助。
（1）研究繼承“3S”，促成一體化RS，GIS和GPS的關系互動，讓他們在相互依存中快速發展，只有保證了GIS的網絡空間的多維性方向發展，再由RS技術在朝著數據獲取多平臺、多穿觀其等進行數據自動發現上發展，隨著GPS衛星系統定位的完善，GPS的服務已經越來越精準快則，3s技術在各自發展的同時也一直在進行內部融合，RS和GPS像GIS提供和更新區域信息以及空間定位，同時GIS也做出相應的空間處理分析，從而讓RS和GPS進行有效的數據提煉，然后進行整理和使用，3S技術的一體化對于我國的國土資源管理方面有著廣闊的發展前景，為國土管理部門的合理規劃、管理、利用和保護以及地質的災害防治和地質礦產的勘察都是有力的技術支撐。
（2）國土資源部門要發展融合現有的技術，提高技術水平，建議一個完整獨立的數據資源，從而可以去的良好的信息提取效果，在我現在“遙感三號”和“遙感四號”等系列衛星提供的數據源中，不能快速的滿足國土資源管理的需要，在國外，一套完成的遙感數據的買斷價格太高，所以我們只能發展自身水平來滿足遙感數據的完善，遙感數據的完善有著重要意義，預示著我國遙感系統的自動化水平，以及方便國土安全調整和工作的應用。
3 結語
在我們日常生活中，GPS的存在極大的便捷了我們的生活，同時近幾年在地理信息系統的影響力在擴大，計算機技術的不停完善，遙感技術大大支持了我國國土資源建設，這個意義是巨大的，我們要有規劃性的管理，保護和合理利用我們現有的資源，隨著遙感技術的不斷成長和更新，國土資源管理將帶來革命性的進步。
【參考文獻】
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關鍵詞：電子 技術 地震 預報
中圖分類號： P315 文獻標識碼： A
1 電子技術的定義、發展階段及相關技術應用。
1.1 電子技術
電子技術是指通過電子學的原理，利用電子器件設計和制造某種特定功能電路，來輔助解決實際問題的現代科學。它可主要分為信息電子技術和電力電子技術兩大分支。其中信息電子技術包括 模擬 （Analog） 電子技術和l 數字（Digita） 電子技術。電子技術主要的作用在于對電子信號進行處理，其處理方式主要有以下四種：信號發生、信號放大、信號濾波、信號轉換。
1.2 發展階段
電子器件及其電子器件構成電路的應用是電子技術研究的主要內容。而構成各種分立、集成電子電路最基本的元器件主要是半導體器件。隨著電子技術迅猛發展，如今各類新型半導體器件不斷涌現。而現代電子技術發展方向, 是從傳統電力電子學（以低頻技術處理問題為主）, 向現代電力電子學方向（以高頻技術處理問題為主）轉變。五十年代末六十年代初的硅整流器件是電力電子技術起源, 到現在為止其發展先后經歷了三大時代跨越（整流器時代、逆變器時代和變頻器時代）, 有力地促進了電力電子技術在社會新領域的應用。而以功率MOSFET、IGBT 為代表，集高頻高壓和大電流于一身的復合器件（功率半導體），是從八十年代末期和九十年代初期發展起來的，這已經表明傳統電力電子技術到現在已經跨進現代電力電子時代。
2 地震預報定義及方法
地震預測主要是利用地震地質、地殼活動性、前兆異常以及環境因素等多種手段研究監測來達到防災減災的目的?，F代地震預報技術，主要是通過地震監測考察、野外地質調查勘探、室內實驗論證多方面，實現對發生地震條件、地震規律、地震前兆、地震機理的監測預報來及時制定相關對策。
2.1 地震預報定義
發震時間、發震地點和震級被稱為地震預報的三要素。而地震預報綜合五階段工作程序主要包括地震形勢預知、地震中期預報、短期預報、臨震預報以及震后預報。震后地震趨勢預報指破壞性地震發生之后，及時分析受其影響地區近期內地震活動形勢（無震預報、震后強余震及更大地震預報）。
2.2 地震預報方法
地震預報方法通常有以下三類，即地震地質法、地震統計法和地震前兆法。然而這三者之間不能孤立存在，只有相互結合補充，方能獲得良好的預報效果。
2.2.1 測震學預報
這種預報方法也稱為“以震報震”。它主要通過利用地震活動空間、活動時間及強度變化來達到預報地震三要素（波速比、b值、圍空、條帶、統計預報等）的目的。到目前為止，測震學預報越來越受到了地震檢測工作者的重視，也逐漸作為地震綜合數據分析預報的主要依據。
2.2.2 地震前兆觀測
它主要通過地震前兆監測設施提供資料，并對數據進行處理劃定異常，從而有效預報地震。目前，常見的前兆監測手段一般有以下幾類：地下水觀測、地形變觀測及電磁場觀測。
2.2.3 宏觀異常
通常，技術性預測總需要結合自然界動植物感官的異常反應才能達到很好的預測效果。而這種預測手段就強調通過感官來發現震前異?，F象。它主要包括大規模的動物習性異常、地下水位漲落及果樹重花等等等。一旦短時間內大量出現此類異常，地震來臨的可能性要大得多。
3 地震預報中電子技術應用
3.1 應用背景
在“九五”期間，我國不斷加大國家數字地震臺網的建立（包含50 個數字地震臺站），并于同時建立了一批區域數字化地震臺網。其后，我國又建立了GPS 觀測網絡（包括25 個連續觀測基準站、56 個定期復測基本站和1000 多個不定期復測區域站），從而有利保障中國地殼運動觀測網絡大型科學工程的有利實施。而且我國在華北、西北及西南等地區設立衛星遙感觀測站，來完成在地震監測中衛星遙感技術的應用研究。如今，我國地震預報研究與國際同步進行，并且也取得了重要進展。同時我國及時建立了中國地震局地球物理勘探中心電子技術研究室，來為物探中心所從事的防震減災事業提供先進的地球物理儀器及野外探測服務。
3.2 電子預測技術分類
3.2.1 遙感技術
該技術主要是利用衛星紅外遙感異常監測地震活動。其主要的技術支持是通過衛星遙感影像的分析來判識斷層。一般地，只要是斷層存在的地方，無論是建筑物還是其他，其潛在的危險是不言而喻的。通過衛星遙感技術，我們可以及時準確地感知地震發生區域，并做好建筑物加固工作，并為未來城市規劃做出可行性借鑒。而地質斷層在衛星影像上是有非常典型特征的。在通過影像分析后，仍然需要人親自赴野外進行實地性勘探論證。衛星遙感技術，主要是通過衛星電磁異常與地震、地震電磁的異常特征來達到對地震的實時監控。一直以來，人們都在這方面做了很多嘗試。
事實上，地震在活動之前，確實會存在紅外遙感所檢測到的異常圖像情況，而且這些異常往往都分布在很大范圍。不過，這種異常的每一次出現并不意味著地震就會出現，其幾率對比不成正比。因此這也需要在時間預測與空間分布相結合對應起來。也只有這樣才能在一個非常低頻的情況下正確處理與地震的關系。另一方面，一旦地震災難發生，我們應該快速處理好各種信息（電磁場、電磁波以及等離子體和離子濃度、離子流、電子密度等），還包含由地震引發的地質災害（滑坡，強降雨等等）。這樣所獲得的參數可以為國家應急提供很大的幫助，尤其是對啟用哪個級別應急預案方面作用不言而喻。再一個這種異常出現的幾率要比地震出現的幾率大的多的多，不是一個數量體兩個數量體，這會造成在眾多的異常中獲取真正的地震前兆非常困難。
3.2.2 GPS定位測量在地震勘探運用中的新興技術
目前該技術主要包含兩種定位方法――絕對定位方法與相對定位方法。前者又叫單點定位，主要通過對地球質心為坐標原點的觀測站坐標來實現定位。它的原理是通過全球定位衛星，將其到用戶接收機天線之間距離觀測量為基，依據衛星瞬時坐標借以確定接收點所對應坐標點。相對定位方法主要是通過導航電文中給出的鐘差參數，分析信息發出點的可能性坐標，并把其作為未知數與觀測點三維坐標運用數據處理辦法求解，得出坐標位置。
1）精密定位技術
精密定位技術分為單點定位和相對定位兩類。單點的精密技術主要通過計算衛星軌道參數和衛星鐘差，再根據計算結果進行校正處理，得到精確坐標。而精密相對定位技術是將精密星歷及IGS站點聯測作為起算數據，對空間衛星應采用精密星歷進行定軌。
2）信標差分技術
地震勘探工作中導航的精確度非常難以把握，而此技術利用已有的海上無線電信標臺，在發射的信號中加入了一個副載波調制，對GPS信號進行了差分修正，使其精確度可達到米級精度。
3）廣域差分技術
此技術是在廣闊的地域空間內，通過設立GPS跟蹤站對GPS基準網進行差分，并對GPS觀測量的誤差源進行區分，從而對每種誤差源都模型化。通過這種技術，可是更正用戶GPS觀測量，削弱誤差源，使定位精度得到極大改善。
4 結語
世界范圍內，地震預報始終是一個難題。電子技術的應用與發展，為地震預報提供了一條準確及時更方便的科技發展之路。順著社會的進步，相信在未來，電子技術將更加廣泛地應用在自然災害的防治方面。它將給人類帶來巨大的安全保障。
參考文獻
[1] 《中國地震預報概論》( 梅世蓉、馮德益等著，地震出版社1993 年版)
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【關鍵詞】區域；基礎設施；抗震保障；建議
區域交通基礎設施主要是指區域交通中，具有一定的抗震防災能力，并能在災中及災后充分發揮其自身功能進行救災的鐵路、公路、港口、機場水運航道、管道等設施。地震中我們要首先保證這些生命通道的可達性，才能進行積極有效的生命救援。
一 區域交通基礎設施的主要特點
第一，公共性和公益性。服務范圍廣，服務人口多，能確保居民正常生活，維持城市基本機能。第二，系統性。交通基礎設施不是指單個建筑物或構筑物，而是系統所有設施的集合。第三，整體不可分割性。如果聯接區域的其中一種交通基礎設施某個點遭受地震破壞，那么就會降低整個網絡的可靠性，甚至會影響其他基礎設施發揮效能。第四，長期性。第五，間接性。投資效益分散在服務對象上。
二 區域交通基礎設施的破壞特征
第一，震害具有多樣性和復雜性，基礎設施結構類型多樣，有地下的、半地下的和地面上的結構，也有基礎長或者跨越較大的結構，破壞時難以預測整體震害的具體形式及其發展方向。第二，震害的擴散性和連鎖性。震害造成的次生災害十分嚴重。第三，周圍地基運動造成震害，一般指地面強烈運動致使地基失效和變形而造成的基礎設施破壞。
三 區域交通基礎設施的破壞形式
不同種類的城市生命線系統具體震害形式是不同的。區域交通基礎設施震害形式主要包括：一是鐵路車輛脫軌，軌道蛇曲變形，路基龜裂或滑坡，橋頭路堤塌陷造成軌排懸空，通信與信號系統破壞等。二是公路或街道出現各種形狀或方向的裂縫，路面隆起、下陷、斷裂，路基滑坡，路肩破裂，高速公路與城市快速路高架橋震壞導致落橋、落桁等。三是公路橋梁與鐵路橋落橋或落桁，梁、框架構件或護欄破壞，支承及其組件破壞，橋墩龜裂、表層剝落、壓曲、傾斜、移位、倒地等。四是港灣碼頭岸坡下沉、前移、滑坡，接岸結構變形、下沉，龜裂，各類樁柱龜裂、傾斜、倒落，噴砂冒水及其引起的各種震害泊地出現裂縫等。五是飛機場指揮塔及導航、通信系統震壞，飛機坡道出現裂縫等。六是水運航道堵塞、斷航、航道設施破壞、水運基礎設施破壞等。七是管道破壞形式。主要有管道折斷、接口脫開、管體破裂、承插口裂縫等。
四 提高區域交通基礎設施抗震保障能力的建議
1．加強區域交通基礎設施結構自身的抗震性能
一是應按規范合理選址，盡量排除掉古河道、危險活動帶、容易發生滑坡等不符合工程地質條件的地段，避免選擇飽和狀態疏松粉、細砂或粉土，軟弱粘性土等在強震下易發生液化破壞的地基土。二是應設置緊急疏散道路，以提高交通恢復。三是根據新的破壞形式，及時調整相應的設計規范。四是采用消震隔震技術，增加一些隔振墊或者阻尼器，能較大程度地吸收地震能量，減輕地震災害。
2．完善城市抗震防災規劃
區域交通基礎設施要符合城市規劃中的抗震防災基本目標。遇到多發普通地震，區域基礎設施一般功能要正常；遇到符合當地設防標準的地震，區域城市的一般交通基礎設施及功能基本正常。遇到罕遇地震，區域城市功能不能癱瘓，要害系統和重要交通基礎設施不遭受破壞，不發生嚴重次生災害。
3．加大減災科研力度，建立數字減災系統
區域中建立防災減災研究中心，為區域減災進行基礎性、綜合性、前瞻性的研究工作；編制并定期修編城市減災規劃，并依法實施；更新和完善災害監測系統和災害信息網絡，建立大型災害信息數據庫；對區域生命線工程進行災害風險識別、風險分析、風險評估和風險管理的研究；開發高科技在區域抗震防災中的應用，建立以遙感技術、地理信息系統、全球定位系統、計算機網絡技術為主要支撐的數字減災系統。
4．加強重要基礎設施抗震關鍵技術的研究，建設區域基礎設施空間信息
結合我國目前區域基礎設施發展現狀與趨勢，進行重要基礎設施災害防治、監測與預警關鍵技術的研究，提高區域基礎設施物抵御地震的能力。針對區域基礎設施在抗震設計中存在的問題，開展相應的抗震技術研究及以計算機網絡為基礎的數字減災技術研究。
5．進行重大項目安全性評價
我國區域交通基礎設施規劃不合理，特別是與人民生活和震后救災有密切關系的生命線工程設施和設備，防護措施較差，因此發展城市交通樞紐安全評價、大型公用設施的安全性評價、危險源潛在區域安全評價等對結構在使用期間的安全監測與評價是非常有必要的。
6．完善防災法律體系，開展區域綜合防災體系建設
完善減災法律法規體系，實現依法減災是依法治國、依法行政方略在減災工作中的體現。綜合防災減災立法的指導方針是最大限度地防御和減輕各種災害所造成的人員傷亡及財產損失，堅持全面建立和健全符合我國國情的防災減災的立法和執法監督部門的管理體制及運行機制。
參考文獻
［1］徐明君、鮑蘇新.城市防災基礎設施功能安全評價指標研究［J］.工程管理學報，2011（1）
［2］宋波、黃世敏.現代城市災害與減災對［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008
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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?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W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?？梢詫⑤椛鋺Φ挠嬎愎脚c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。
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遙感技術在地震中的應用范文5
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?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W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?？梢詫⑤椛鋺Φ挠嬎愎脚c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、人工島、輸油及輸氣管道等)發生破壞,除其直接經濟損失極大外,其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
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。
隨著沿海大、中型城市經濟建設的快速發展,城平建設中的污水深海排放技術,感潮水域污水多點排放漂移擴散研究,天然海灣、人工湖及人工運河的水質交換能力,人工沙灘的保護措施,灘涂圍墾對水域環境的影響等,都將是需要認真解決的 問題。
