前言：中文期刊網精心挑選了海洋生態修復方法范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
海洋生態修復方法范文1
【關鍵詞】砂質海岸 岸灘修復 岸線整治
遼西海岸是整個渤海沿岸原生態保持完好的沙質海岸，但海岸侵蝕給沿海地區經濟建設帶來了極大的危害，不但能影響人類的生存條件，而且還會限制沿海工農業、漁業、鹽業和旅游業的發展。根據國家海洋局有關監測數據表明，綏中原有82.54km的海岸線侵蝕長度已達40.8km，侵蝕岸線約占海岸線長度的50%。2002年-2008年監測數據分析表明綏中沿海每年侵蝕陸域面積約1.0 km2，年侵蝕的最大寬度約10m。因此，研究海岸侵蝕機制及時建設防護工程顯得尤為重要，對沿海地區社會經濟持續發展具有重要的戰略意義。本文以綏中天龍寺岸段為整治修復試點地段，對其進行現狀調研并編制整治修復方案，從而為改善該地區岸段破壞現狀提出科學依據，為遼西海岸防治與修復奠定堅實的基礎。
1 海岸整治措施概述
海岸整治修復技術的研究對于海岸及其工程的防護、灘涂的開墾開發以及濕地保護等都具有重要的理論和現實意義。建設海岸整治修復工程是解決海岸線后退、海岸建筑物沖刷的有效途徑[1]。
1.1 海岸防護工程措施
海岸侵蝕的防治方法主要通過修建建筑物措施如丁壩、離岸堤、海堤等，或是采用人工補沙（人工育灘）方式，即利用外來泥沙補給侵蝕破壞的海岸[2]。
修建建筑物即所謂的“硬性”工程措施，能夠部分攔截沿岸輸沙，直接或間接地防止海岸泥沙流失，目前已得到廣泛的應用。但也能造成該岸段上游和下游發生淤積或沖刷現象，由此可能引發新的問題。人工補沙“軟性”措施是將泥沙補給到侵蝕破壞岸段，除了有效緩解侵蝕狀況外，還可以維持周邊海岸的輸沙平衡，將生態環境影響降至最低。事實證明，人工補沙是海岸侵蝕防治最為經濟的工程措施，不僅用于侵蝕岸段的整治修復還能長效地防治海岸侵蝕[3]。
1.2 人工補沙方法
根據泥沙堆積在海岸剖面上的位置，人工補沙可分為四種方式[4]：（1）沙丘補沙（Dune Nourishment），將外來的補給泥沙堆積在平均位以上；（2）灘肩補沙（Nourishment of Subaerial Beach， Berm Nourishment），將外來的補給泥沙堆積在平均潮位以上形成寬而高的灘肩，目前是比較常見的補沙類型；（3）剖面補沙（Profile Nourishment），將外來的補給泥沙吹填在整個海灘剖面上；（4）近岸補沙（Shoreface Nourishment，Bar Nourishment），將外來的補給泥沙拋填在平均低潮位以下形成人工沙壩，依靠自然波浪的作用將泥沙向岸灘輸移，該方式較具潛力的發展方向，是人工補沙研究中備受關注的課題。
2 海岸沙灘現狀
海沙資源是國家嚴格控制開采的海洋資源之一，隨著綏中沿岸經濟的發展，建筑業用沙數量會越來越大，綏中天龍寺岸灘海沙的隨意開采，直接破壞了該岸段原生沙質海岸的自然性和完整性。另外，綏中沿岸沙堤修建的小漁港已達20多處，平均約每3～4km就有一個小港。綏中天龍寺岸段東側漁港建設和西側養殖池塘建設的隨意性、無序性破壞了海岸的自然環境和海岸原生沙質海岸的完整輪廓和成熟形態。根據綏中天龍寺岸段標志樁觀測數據[5]，灘肩陡坎高度達到1m，陡坎后退數率達到1.7m/a，平均數率為0.8m/a。說明綏中天龍寺西側海岸已遭受到破壞。
3 整治修復方案
本次整治修復區域為綏中天龍寺岸段，根據綏中縣發展規劃及海洋功能區劃，確定本工程項目重點是修復因非法采砂和岸灘工程無序開發導致的岸灘破壞，恢復綏中天龍寺沙灘景觀，成為市民和游客的親水場所。因此，確定整治修復功能內容包括沙灘養護工程，西側防波堤修復工程和景觀岸線整治工程。
3.1 沙灘養護工程
設計整治沙灘長度為1040m，寬約200m，池塘清理面積約84000m3。此部分兩段來組織施工，第一段為干灘沙灘整理施工，長度為1040m，寬約100米左右。第二段為海底100米范圍內拋砂施工。另外干灘沙灘中池塘清理面積約8372m2。
沙灘填筑前應對原地面存在的雜物進行清除，對大于1：5的陡坡進行臺階處理根據現場實際情況，可以采用推土機等大型機械輔以人工進行施工。沙灘的清理和池塘的清淤工作，根據換填深度選擇機械或人工施工，可采用挖掘機或推土機挖除換填直至達到設計標高。
3.2 防波堤修復工程
為具體落實天龍寺概念性規劃，維護天龍寺沙灘生態安全，本工程主要任務是在天龍寺西側與長灘河河口相接處修筑防波堤。參考綏中縣塔山鎮長灘河河口整治工程設計方案內容，整治修復工程護岸長度380m，向北220m處堤頂寬3m，向南160m處堤頂寬13m，基床外肩放坡為1：2.0，基床頂部標高為3m，護岸采用漿砌石結構。
拋石前復核基地底的回淤及地質情況，對路基用地范圍內原來地面以下的現場草皮淤泥必須予以清除。工程基床總長380m，基床拋石采用壓茬分層，分段施工，整個基床分2段施工。開挖基坑，其上拋填10-50kg的塊石基床?；矑伿矂澐譃?-3層，每層厚度約為2m。在基床之上砌筑漿砌石墻，漿砌石墻的外側和頂部澆筑混凝土，在墻體外露部分的混凝土上鑲嵌蘑菇石。墻后回填10-100kg的拋石棱體，從下之上在護岸的面層依次鋪設200mm厚二片石，200厚6%水泥穩定碎石和大理石面層。
3.3 景觀岸線整治修復工程
為具體落實天龍寺沙灘概念性規劃，與沙灘區域有效銜接，維護天龍寺沙灘的生態安全，計劃在沙灘范圍內打造長達1170m，寬約15米的沿岸景觀帶。工程主要包括準備階段、砌筑工程階段、路面鋪設階段以及綠化工程。準備階段包括平整場地、放線定位、標高測量、挖土方、渣土清運、土方回填及修整找平驗收；砌筑工程包括墻面清理、澆水混凝土濕墻面、吊垂直等、彈灰層控制線、基層處理、抹底層砂漿、彈線分格、粘分格條、抹罩灰面、起條勾縫以及養護；路面鋪設階段程序包括現場清理、測量放線、基槽挖土、路床夯實、級配砂石、素混凝土墊層和鋪裝面層；最后綠化種植。
3.4 后期管護方案
充分利用海域動態監視監測系統全過程監測，同步拍攝綏中天龍寺岸段周邊海域現狀、規劃施工情況、景觀旅游情況等。調查綏中天龍寺岸段工程后期海域周邊現狀，調查監測海流、波浪、懸沙等水動力現狀以及生態指標要素；通過與工程整治修復前監測指標的對比，分析整治與修復工程對海域的相互作用影響，提出工程維護方案。
4 結語
根據項目的整治與修復內容及海岸破壞現狀，確定本次整治修復規劃總面積為23.5×104 m2。補償因非法采砂所造成的岸灘破壞，修復養護長度為1 km的沙灘；整治修復西側與河口相連接的長為380m的護岸；整治岸灘環境，整治修復工程區域受損岸線，同步配備景觀設施形成景觀岸線，使該區域成為市民和游客的親水場所。通過海岸整治修復項目在綏中天龍寺岸段的實施，能夠全面改善該岸段原生沙質海岸的破壞現狀及危害程度，兼顧岸段的生態保護，使沙質海岸更具生態性、觀賞性和完整性，改善和提高當地的旅游價值，加速當地旅游產業的發展，從而逐步實現綏中海岸帶經濟可持續發展的戰略目標。
參考文獻：
[1] 李艷紅，陳琴琴，喻國.海灘泥沙促淤防沖技術研究進展與展望.海岸工程，2007，26（4）：27-34.
[2] 嚴愷，梁其荀.海岸工程.北京：海洋出版社，2002.
[3] Hamm L，Capobianco M， Dette H H， Lechuga A，Spanhoff R， Stive M J F.A summary of European experience with shore nourishment.Coastal Engineering， 2002， 47（2）：237-264.
[4] National Research Council. Beach nourishment and protection / Committee on Beach Nourishment and Protection[A]. National Academic Press，Washington DC，USA，1995.
[5] 王玉廣，李淑媛，苗麗娟.遼東灣兩側砂質海岸侵蝕災害與防治.海岸工程，2005，24（1）：9-17.
海洋生態修復方法范文2
關鍵詞：城市水體生態修復技術水質狀況污染成因
中圖分類號：F291.1文獻標識碼：A 文章編號：
城市水體污染的特點一般是水體富營養化嚴重，氮磷含量超標；水體滯流，多處于厭氧狀態，復氧能力差；淤積嚴重，透明度低，甚至出現黑臭現象；河道生態系統退化嚴重，自凈能力差等。城市河道往往需要進行綜合整治，如調整產業結構、提高污水處理率和廢水回用率、控源截污、清淤、水系溝通、護岸整修、完善調水設施、沿河綠化、水質修復等等，以達到標本兼治的目的。城市水體的治理受到地形、周圍建筑物等空間限制以及防洪泄洪、行船、休閑等功能需要的限制，因此有必要從河道特點和污染特征出發，構建水污染控制和水環境改善的綜合技術體系，從而達到流域水環境質量改善的最終目的。具體到水體修復方法來講，主要包括物理法、化學法與生態修復法，其中生態修復技術由于具有安全、經濟、實用、系統等諸多優點而成為河流污染治理的主要技術手段。
一、我國城市水體的水質狀況及其污染成因
目前全國80% 以上的城市河流受到污染, 許多大江大河的城市段已達不到Ⅲ類水質的標準。據全國2 222 個檢測站的統計, 在138 個城市河道中, 符合Ⅱ、Ⅲ類水質標準的僅占23%, 超過Ⅴ類水質的占到38%, 能飲用的地面水所剩無幾。2003 年度全國七大水系407 個重點監測斷面中, 只有34%適于直接飲用( 屬Ⅰ類水質) , 24. 8% 適于漁業生產( 屬Ⅰ、Ⅱ類水質) , 38. 1%適于游泳( 屬Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ類水質) , 另有38. 1% 是沒有任何用途的臭水( 屬Ⅴ類、劣Ⅴ類水質)。
1、點源污染
隨著改革開放的不斷深入, 大量的人口涌向城市, 城市內的廠礦企業急速增加, 大量生活污水、工業廢水未經處理直接排入河道, 河道生態環境遭到破壞。
據統計, 長江流域劣于Ⅲ類水河長占總評價河長的22. 5%。劣于Ⅲ類的水體主要集中在城市江河段和部分支流。主要超標項目為: 氨氮、高錳酸鉀指數、化學需氧量、5 日生化需氧量、總磷、石油類等。長江流域的污廢水排放量, 2003 年達到270×108 t以上( 其中不含火電廠直流式冷卻水和礦坑排水230. 9 × 108 t) , 其中生活污水81. 3× 108 t, 工業廢水192. 1 × 108 t, 較5年前增長了35%。2003 年黃河流域廢污水排放量為41. 46× 108 t, 其中城鎮居民生活污水排放量為9. 46×108t, 第二產業為29. 33×108 t, 第三產業為2. 67×108t, 火電廠直流式冷卻水排放量和礦坑排水量為2. 18 ×108t。
大量的污廢水排入城市河道, 而這些污廢水遠遠超出了河道的自凈能力, 河道內部生態系統產生“多米諾”效應, 水質急劇惡化。
2、面源污染
城市河道的面源污染主要是以降雨引起的雨水徑流的形式產生, 徑流中的污染物主要來自于雨水對河道周邊道路表面的沉積物、無植被覆蓋的地面、垃圾等的沖刷。污染物的含量取決于城市河道的地形、地貌、植被的覆蓋度和污染物的分布情況。因此, 對面源污染的控制也可理解為對城市河道周邊降雨徑流污染的控制。
在諸多城市的市政建設中, 雨水排水管道和污水管道是不分的, 而且不具備雨水處理工藝。大量的雨水沿著排水管道未經處理直接進入城市河道, 給河道帶來了嚴重地污染。
3、混凝土的“包裝”
在城市河道治理工程中, 片面追求河岸的硬化覆蓋,只考慮河道的防洪功能。為保護城市的安全, 河堤年年加高, 并大量建設鋼筋混凝土、塊石等直立式護岸, 河道完全被人工化、渠道化。失去自凈能力的河道反過來又加劇了河道水體的污染。
二、城市水體生態修復技術分析
1、城市水體生態修復技術
(1) 污染源處理技術
城市水體污染的主要來源是生活污水的直接排放，尤其是分散生活污染源的排放，已經成為部分地區城市水體污染的重要原因。因此，研究開發小型的具有脫氮除磷功能的生活污水處理裝置尤為重要。生活污水就地處理凈化槽、土地溝渠凈化系統等成為城市污水處理系統的重要配套設施。固定微生物技術、微生物載體技術、電解技術、厭氧好氧技術、水解技術及磷資源的回收技術成為上述裝置的重要組成部分。尤其是發展新型磷資源回收利用系統技術為恢復有限磷資源奠定了技術基礎。
(2) 水體生物修復技術
生物修復是利用特定的生物（包括微生物－土著或外源微生物以及植物等）在一定條件下進行消除或富集環境污染物，從而對污染環境進行恢復的生物過程。生物修復技術是新近發展起來的一項清潔環境的低投資、高效益、便于運用、發展潛力較大的新興技術，已經成為一種新的可靠的環保技術，并得到各國環保部門的認可。植物的修復技術主要是使生態系統的退化得到遏止，生態系統的基本功能得到恢復。研究包括河流廊道、河網及岸坡的植物培育及生物群落的構建。
2、城市水體的維護
(1) 建立科學的水務管理體制
目前，我國的水資源管理涉及到水利、航運、漁業、礦產、城建、農業、林業和海洋，但沒有一個真正的權力機構來統一管理水資源。長期以來在防洪減災、城市供水、防止污染、保護水體生態環境等具體工作上都存在許多矛盾，嚴重妨礙了水資源的統一規劃、統一調配和統籌兼顧。新的城市水務管理應具有對城市防洪、除澇、需水、供水、節水、排水、水資源保護、污水處理及回用、地下水回灌等統一管理的職能。通過建立統一的水資源管理體制實現城市水體規劃、調度和水量水質的統一管理，進一步確保地區社會經濟和環境的可持續發展。
(2) 加強水體生態保護
城市水體是城市的重要組成部分，賦有供水、防洪排澇、旅游娛樂及維護環境生態平衡的重要作用。因此，在城市規劃、區域流域規劃及水利工程規劃、設計、管理、調度中應充分考慮這一特殊水體的作用與功能。通過建設調節水庫、污水庫、引水沖污水道或通過湖泊河道清淤減少水體污染源等，以達到保護和改善城市水體的目的。
通過引水來增加河道流量，是改善城市水體質量的有效方法。目前國內基本上采用生物處理工藝為主，輔之以曝氣氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水處理要求加以人工曝氣、攔污沉渣等措施，達到處理要求；或通過人工投放生物菌種的方法對河道水體和底泥進行生物降解，以恢復水體生態環境。此外，研究適合當地的城市二級污水處理廠尾水排放通道，是防止城市環境水體污染的重要方法。
(3) 綜合治理暴雨污水
城市雨水一方面是一種可貴的水資源，另一方面會對城市水體造成污染，尤其是初雨中含有大量的污染物。隨著城市化進程的加快，城市雨洪控制與利用顯得尤為重要，我國已開始研究收集利用雨水的技術和方法，上海和北京等城市均在著手研究雨洪水的控制與利用方法，通過對降雨強度、降雨徑流和初雨水質變化規律的研究，建立后續雨水收集、傳輸、調蓄、處理及利用系統。在工程措施上，可以結合生態工程建設，通過管、塘、池配套設施建設，溢流技術的完善，河湖岸邊水生植物合理利用，雨水凈化回用以及減少侵蝕作用等措施減少污染強度，從而達到保護水體的目的。
參考文獻：
[1] 李艷霞, 王穎, 張進偉, 陳建峰. 城市河道水體生態修復技術的探討[J]. 水利科技與經濟, 2006,(11)
[2] 胡靜波. 城市河道生態修復方法初探[J]. 南水北調與水利科技, 2009,(02)
[3] 單明軍, 劉洋, 楊婷婷, 孫海峰. 微生物制劑凈化富營養化湖泊的應用研究[J]. 生態環境, 2007,(05)
[4] 王海龍, 常學秀, 王煥校. 我國富營養化湖泊底泥污染治理技術展望[J]. 楚雄師范學院學報, 2006,(03)
海洋生態修復方法范文3
關鍵詞：城市水生態；修復技術水
隨著全球科技的進步，人類活動的頻繁和社會經濟增長模式的轉變，水資源的開發利用達到了前所未有的強度，水生態環境遭到了嚴重的破壞，但是城市水環境是城市生態環境的重要組成部分，也是市民休閑娛樂、維護城市生態平衡的重要手段。那么隨著人們生活水平的提高，人們對水環境的質量也越來越高，在這種情況下采取生態修復的方法解決污染不是很嚴重格的水環境是今后城市環境治理的必然，修復受損的水生態環境是恢復水生態環境的有效途徑。
1我國城市水體的水質狀況及其污染成因
目前全國80%以上的城市河流受到污染，許多大江大河的城市段已達不到Ⅲ類水質的標準。據全國2 222個檢測站的統計，在138個城市河道中，符合Ⅱ、Ⅲ類水質標準的僅占23%，超過Ⅴ類水質的占到38%，能飲用的地面水所剩無幾。2003年度全國七大水系407個重點監測斷面中，只有34%適于直接飲用（屬Ⅰ類水質），24.8%適于漁業生產（屬Ⅰ、Ⅱ類水質），38.1%適于游泳（屬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質），另有38.1%是沒有任何用途的臭水（屬Ⅴ類、劣Ⅴ類水質）。
1.1點源污染
隨著改革開放的不斷深入，大量的人口涌向城市，城市內的廠礦企業急速增加，大量生活污水、工業廢水未經處理直接排入河道，河道生態環境遭到破壞。
據統計，長江流域劣于Ⅲ類水河長占總評價河長的22.5%。劣于Ⅲ類的水體主要集中在城市江河段和部分支流。主要超標項目為：氨氮、高錳酸鉀指數、化學需氧量、5日生化需氧量、總磷、石油類等。長江流域的污廢水排放量，2003年達到270×108 t以上（其中不含火電廠直流式冷卻水和礦坑排水230.9×108 t），其中生活污水81.3×108 t，工業廢水192.1×108 t，較5年前增長了35%。2003年黃河流域廢污水排放量為41.46×108 t，其中城鎮居民生活污水排放量為9.46×108t，第二產業為29.33×108 t，第三產業為2.67×108t，火電廠直流式冷卻水排放量和礦坑排水量為2.18×108t。
大量的污廢水排入城市河道，而這些污廢水遠遠超出了河道的自凈能力，河道內部生態系統產生“多米諾”效應，水質急劇惡化。
1.2面源污染
城市河道的面源污染主要是以降雨引起的雨水徑流的形式產生，徑流中的污染物主要來自于雨水對河道周邊道路表面的沉積物、無植被覆蓋的地面、垃圾等的沖刷。污染物的含量取決于城市河道的地形、地貌、植被的覆蓋度和污染物的分布情況。因此，對面源污染的控制也可理解為對城市河道周邊降雨徑流污染的控制。
在諸多城市的市政建設中，雨水排水管道和污水管道是不分的，而且不具備雨水處理工藝。大量的雨水沿著排水管道未經處理直接進入城市河道，給河道帶來了嚴重地污染。
1.3混凝土的“包裝”
在城市河道治理工程中，片面追求河岸的硬化覆蓋，只考慮河道的防洪功能。為保護城市的安全，河堤年年加高，并大量建設鋼筋混凝土、塊石等直立式護岸，河道完全被人工化、渠道化。失去自凈能力的河道反過來又加劇了河道水體的污染。
2城市水生態修復技術
2.1城市水生態修復技術
2.1.1污染源處理技術
城市水體污染的主要來源是生活污水的直接排放，尤其是分散生活污染源的排放，已經成為部分地區城市水體污染的重要原因。因此，研究開發小型的具有脫氮除磷功能的生活污水處理裝置尤為重要。生活污水就地處理凈化槽、土地溝渠凈化系統等成為城市污水處理系統的重要配套設施。固定微生物技術、微生物載體技術、電解技術、厭氧好氧技術、水解技術及磷資源的回收技術成為上述裝置的重要組成部分。尤其是發展新型磷資源回收利用系統技術為恢復有限磷資源奠定了技術基礎。
2.1.2水體生物修復技術
生物修復是利用特定的生物（包括微生物-土著或外源微生物以及植物等）在一定條件下進行消除或富集環境污染物，從而對污染環境進行恢復的生物過程。生物修復技術是新近發展起來的一項清潔環境的低投資、高效益、便于運用、發展潛力較大的新興技術，已經成為一種新的可靠的環保技術，并得到各國環保部門的認可。植物的修復技術主要是使生態系統的退化得到遏止，生態系統的基本功能得到恢復。研究包括河流廊道、河網及岸坡的植物培育及生物群落的構建。
2.2城市水體的維護
2.2.1建立科學的水務管理體制
目前，我國的水資源管理涉及到水利、航運、漁業、礦產、城建、農業、林業和海洋，但沒有一個真正的權力機構來統一管理水資源。長期以來在防洪減災、城市供水、防止污染、保護水生態環境等具體工作上都存在許多矛盾，嚴重妨礙了水資源的統一規劃、統一調配和統籌兼顧。新的城市水務管理應具有對城市防洪、除澇、需水、供水、節水、排水、水資源保護、污水處理及回用、地下水回灌等統一管理的職能。通過建立統一的水資源管理體制實現城市水體規劃、調度和水量水質的統一管理，進一步確保地區社會經濟和環境的可持續發展。
2.2.2加強水生態保護
城市水體是城市的重要組成部分，賦有供水、防洪排澇、旅游娛樂及維護環境生態平衡的重要作用。因此，在城市規劃、區域流域規劃及水利工程規劃、設計、管理、調度中應充分考慮這一特殊水體的作用與功能。通過建設調節水庫、污水庫、引水沖污水道或通過湖泊河道清淤減少水體污染源等，以達到保護和改善城市水體的目的。
通過引水來增加河道流量，是改善城市水體質量的有效方法。目前國內基本上采用生物處理工藝為主，輔之以曝氣氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水處理要求加以人工曝氣、攔污沉渣等措施，達到處理要求；或通過人工投放生物菌種的方法對河道水體和底泥進行生物降解，以恢復水生態環境。此外，研究適合當地的城市二級污水處理廠尾水排放通道，是防止城市環境水體污染的重要方法。
2.2.3綜合治理暴雨污水
城市雨水一方面是一種可貴的水資源，另一方面會對城市水體造成污染，尤其是初雨中含有大量的污染物。隨著城市化進程的加快，城市雨洪控制與利用顯得尤為重要，我國已開始研究收集利用雨水的技術和方法，上海和北京等城市均在著手研究雨洪水的控制與利用方法，通過對降雨強度、降雨徑流和初雨水質變化規律的研究，建立后續雨水收集、傳輸、調蓄、處理及利用系統。在工程措施上，可以結合生態工程建設，通過管、塘、池配套設施建設，溢流技術的完善，河湖岸邊水生植物合理利用，雨水凈化回用以及減少侵蝕作用等措施減少污染強度，從而達到保護水體的目的。
總之，我國一定要結合我國水資源分布的特點，根據不同區域，不同水質環境，采取適宜的水生態環境修復措施，逐步探索適合我國水生態環境修復之路，逐步改善本區域內水生態環境，使受損的水體得以修復。樹立遵循自然、利用自然、保護自然的理念，使人類與自然和諧相處。
參考文獻：
[1]李艷霞，王穎，張進偉，陳建峰.城市河道水生態修復技術的探討[J].水利科技與經濟，2006，（11）
[2]胡靜波.城市河道生態修復方法初探[J].南水北調與水利科技，2009，（02）
海洋生態修復方法范文4
一、以規劃為引領，優化“三色”文化產業發展布局
贛榆縣高度重視文化產業發展，始終把發展文化產業作為推動科學發展、轉變發展方式的重要途徑，出臺了促進文化產業發展的一系列舉措。一是把發展文化產業明確納入全縣“十二五”總體規劃，納入全縣年度目標考核評價體系。二是明確文化產業主攻方向，對文化產業布局進行詳細規劃，東部沿海重點打造藍色海洋文化產業，西部山區重點打造紅色文化產業，中部平原重點打造綠色農耕文化產業。三是出臺扶持文化產業發展具體政策，加大對重點項目和企業的培育、扶植力度，并以規劃為引導，在財稅、工商、投融資、土地、人才等方面為文化企業和園區提供優惠政策和保障，為文化產業的發展提供良好的政策環境。
二、以資源為依托，傾力打造“三色”文化產業品牌
贛榆縣依托豐富的文化和山海旅游資源，突出“徐福故里，山海贛榆”特色，系統整合贛榆“紅色、綠色、藍色”文化資源，使之成為實現科學發展、跨越發展、率先發展新的經濟增長點、調整經濟結構的重要支點、轉變發展方式的重要著力點。
1、依托豐富的海洋資源，傾力打造藍色文化品牌。贛榆縣依托優越的海洋風光，整合海州灣旅游度假區資源，發揮海州灣現代漁業園區――省級農業開發區的品牌優勢，建設海州灣漁民文化產業園，建筑面積0.6萬平方米的漁民文化展示館，集現代漁業科普教育、漁民文化展示、標本和活體展示等功能于一體，融歷史、文化、藝術于一身，使之成為展示江蘇沿海漁民文化的重要陣地。挖掘徐福文化底蘊，擴建徐福廟，建成興會寺，連續舉辦八屆“徐福節”，在琴島天籟片區規劃建設徐福主題公園、大型徐福東渡雕塑群，創優徐福茶、徐福酒等系列“徐福”品牌，規劃發展徐福動漫、徐福影視劇、徐福影視基地，著力擦亮“徐福文化”金字招牌。
2、依托悠久的歷史資源，傾力打造紅色文化品牌。為加快紅色產業發展步伐，優化文化產業布局，發揮地區各自優勢，贛榆縣委縣政府于2010年特別成立了抗日山風景區管委會籌委會，整合農業、民政等相關部門，實行“大部制”管理，全力進行景區籌建工作。目前，園區已形成“一核、三塊、五大水系”空間格局，以抗日山烈士陵園歷史文物保護、文化景觀保護及山林生態保護為核心區，建設主題文化板塊、生態休閑板塊、新農村建設示范板塊，伴有抗日山水庫，紅領巾水庫，五一、五四水庫，八一水庫，三八水庫從北、西、南三個方向環繞景區，園區建設初具規模。
3、依托獨特的農業資源，傾力打造綠色文化品牌。大力發展農業觀光旅游，建設墩尚鎮泥鰍文化街、沙河鎮五谷豐登文化休閑園、青口鎮原樸農耕文化博覽生態園、門河鎮翠竹風情園、夾谷山觀光休閑園、厲莊鎮櫻桃園、贛馬鎮八十一灣、石橋鎮果蔬園等現代農業觀光園區，擴大了就業渠道，增加了農民收入，構筑起中部綠色農耕文化產業帶。
三、以創新為驅動，放大“三色”文化產業效應
面對文化大發展、大繁榮帶來的新機遇、新挑戰，贛榆縣搶抓機遇，進一步明確了今后文化產業發展的精確定位，以政府推動、項目帶動、宣傳發動，全面推進文化產業向多層次、高品位、寬領域、集群化方向發展，把文化產業作為“十二五”規劃的新引擎，成為推動全縣經濟發展的支柱產業。
一是搶抓發展新機遇，大力整合文化資源。贛榆縣在搶抓江蘇沿海大開發與秦山島被列入全國首批開發利用無居民海島名錄的良好機遇的同時，將進一步優化“三色”文化元素，深度挖掘“三色”文化資源，在彰顯地方特色文化上做好文章，把全縣的文化產業推向更高的發展水平。
海洋生態修復方法范文5
關鍵詞：濕地,分布與現狀獨特生態學意義,恢復
濕地是地球上三類最重要的生態系統（森林、海洋和濕地）之一，是分布于陸生生態系統和水生生態系統之間具有獨特水文、土壤、植被與生物特征的生態系統，也是人類賴以生存的最重要的環境資源之一。濕地的定義較多,可分為廣義和狹義兩大類，1971年簽署的《濕地公約》（1975年生效）中的定義是一種廣義的被國際認可的,即:“不論其為天然或人工、長久或暫時性的沼澤地、泥炭地或水域地帶,靜止或流動的淡水、半咸水、咸水水體,包括低潮時水深不超過6m的水域”。因此,濕地不僅僅是我們傳統認識上的沼澤、泥炭地、灘涂等,還包括河流、湖泊、水庫、稻田以及退潮時水深不超過6米的海水區 [1] 。
1． 我國濕地的分布與現狀
我國是世界上濕地類型多、分布廣的國家之一，就類型而言，我國不僅擁有《濕地公約》定義的全部所有類型，而且還有中國獨特的干旱、半干旱區的鹽沼，青藏高原的嵩草草甸濕地等特殊類型；就分布而言，北起黑龍江最北江畔、南到海南島和南海諸島，東自沿海，西至干旱的西北地區，甚至帕米爾高原都有濕地分布；就面積而言，根據國家林業局提供的數字顯示，歷史上我國濕地總面積曾經達到過6570萬hm 2 ，占國土面積的7%，占世界濕地面積的11%，是世界上濕地面積最多的國家之一,而2004年的一項調查卻顯示，我國的濕地總面積卻為3848萬hm 2 ,降到了國土面積的3.77%，遠低于世界6%的平均水平 [2] 。 目前我國的自然濕地面臨嚴重威脅：a.對濕地的盲目開墾和改造；b.濕地的污染加劇；c.生物資源過度利用；d.水土資源的不合理利用；e.水土流失和泥沙淤積日益嚴重；f.濕地保護管理體制不完善，經費投入不足。免費論文。特別是污染和濕地資源開采過度，對天然濕地的破壞最大，我國江河中有70%遭到污染。此外，我國還有約40%濕地生態系統受到嚴重退化的威脅，特別是近50年來濕地的退化和喪失以驚人的速度發展。如黑龍江省三江平原地區是我國最大的沼澤區，這塊濕地從1975年的500萬hm 2 縮小到21世紀初的113萬hm 2 。長江中下游在近30年內，因圍墾而喪失湖泊面積12萬km 2 ，喪失率達34.16%。其中洞庭湖面積有50年代初4300km 2 ，減少到現在的不足2270km 2 。免費論文。20世紀50～90年代圍墾海岸濕地達119萬hm 2 ，圍墾的濕地81%改造成農田，19%用于鹽業生產。東南沿海的紅樹林濕地面積1986年為2.12萬hm 2 ，到1995年實有面積僅為1.01萬hm 2 ，另外青海、西藏等地區的湖泊也大面積收縮 [3] 。
2． 我國濕地的獨特生態學意義
濕地生態系統具有陸地生態學和水域生態學所無法涵蓋的特征和特性，其獨特性在于特殊的水文狀況、陸地和水域生態系統交錯帶作用以及由此而產生的特殊的生態系統功能，在調節氣候、涵養水源、蓄洪防旱、控制土壤侵蝕、促淤造陸、凈化環境、維持生物多樣性和生態平衡等方面均具有十分重要的作用,有“地球之腎”之稱 [4] 。
由于中國濕地的特殊自然條件和地理位置，使其在世界水禽保護中具有獨特的生態學意義。
2．1 中國濕地是東半球水禽的主要越冬地
每年冬季有來自俄羅斯、日本、朝鮮和中國北方的鶴類在江蘇鹽城濕地越冬，包括丹頂鶴、白鶴、白枕鶴、白頭鶴、灰鶴等。尤其以丹頂鶴的數量最多，有600余只，是世界丹頂鶴主要越冬地。鄱陽湖濕地，每年冬季有來自各地的白鶴2000~3000只，是世界白鶴主要越冬地之一。
沿海濕地是天鵝主要越冬地。山東榮成濕地，有天鵝5000只左右。上海崇明島有天鵝3000~5000只。俄羅斯的紅嘴鷗（Larus ridibundus）和銀鷗（L．argentatus），冬季到云南越冬。
江蘇的洪澤湖是大鴇（Otis tarda）的越冬地，每年10月有大鴇從俄羅斯、蒙古、朝鮮和中國北方到洪澤湖越冬，數量達5000~700只，是世界大鴇最集中分布區。
新疆天山海拔2300~2800m的巴音布魯克濕地，每年夏天有來自各地的天鵝5000~8000只，是世界最大的天鵝繁殖地之一。中國三種天鵝，此地都有。
新疆塔里木河流域，夏季有自印度越過喜馬拉雅山到新疆繁殖的赤嘴潛鴨（Netta rufina）和其他鴨。
2．2 中國濕地是南北半球候鳥遷徙途徑的重要“中轉站”
中國沿海濕地及島嶼是鸻鷸類和鷗類在西太平洋地區自澳大利亞、新西蘭，由南向北遷徙路線的棲息地和停歇地。有的水禽經中國沿海濕地停歇后中轉，再飛往西伯利亞繁殖，秋季再由北方經中國返回澳大利亞或新西蘭。如上海崇明島有39種水禽被列為中澳保護候鳥協定，夏季旅鳥多達幾十萬只。深圳福田紅樹林有紅胸鸻（Charadris asiaticus）等10多種水禽，每年春天從澳大利亞集群經此遷到西伯利亞繁殖，秋天再返回澳大利亞，往返均在福田停歇。
3． 我國濕地的生態恢復與展望
濕地生態恢復的理論基礎是恢復生態學。恢復生態學是研究生態系統退化的原因、退化生態系統恢復和重建的技術與方法、生態學過程與機理的科學。所謂生態恢復是指根據生態學原理,通過一定的生物、生態以及工程的技術與方法，人為地改變和切斷生態系統退化的主導因子或過程,調整、配置和優化系統內部及其外界的物質、能量和信息的流動過程和時空次序,使生態系統的結構、功能和生態學潛力盡快成功地恢復到一定的或原有乃至更高的水平 [5] 。濕地的生態恢復指在退化或喪失的濕地通過生態技術或生態工程進行生態系統結構的修復或重建，使其發揮原有的或預設的生態服務功能。濕地生態恢復的效果取決于濕地生態系統的自我維持能力。目標濕地通常受到的干擾是濕地生態過程及功能的削弱或失衡，包括濕地面積變化、水文條件改變、水質改變、濕地資源的非持續利用及外來物種的侵入等多種類型。
3．1 功能恢復——結構重建的目標
在進行功能恢復時，要注意功能平衡，既由區域生態系統植物、動物、微生物等所組成的生產—轉化—分解的代謝過程和生態系統與外部環境之間物質交換及能量流動關系保證正常運行。但由于各種生物的代謝機能不同，它們適應外部環境變化的能力與大小不同，加之氣候、徑流、潮汐等自然因素的季節變化，所以生物與環境間相互維持的平衡不是恒定的，而是經常處于一定范圍的波動，是動態平衡。
3．2 結構恢復——功能恢復的前提
生態系統的功能是以生態系統的結構為載體的。生態系統最主要的生態功能——能量流動與物質循環，也要依賴于生態系統的食物鏈。而在大多數生態系統中，每一項生態功能往往都由具有相似功能的若干物種組成的群體——功能群來完成。任何一個功能群的缺失都會導致系統的功能發生本質的改變，而單一物種的缺失可以通過功能群內物種間互補而彌補。凡是增加原有功能群數量，并且有利于各功能種團內物種數量增加的措施，都可認為是有利于結構恢復的，反之則是對系統結構的破壞。免費論文。這就要求在進行結構重建時，除了要增加生態系統的生物多樣性外，還要維持和增加各功能群的多樣性，使生物與生物之間、生物與環境之間、環境各組分之間保持相對穩定的合理結構，及彼此間的協調比例關系，維護與保障物質的正常循環暢通。
3．3 我國濕地生態恢復的成功范例
a．我國在濕地生態恢復方面最為成功的例子是貴州威寧的草海。為了擴大耕地面積,1970年曾排水疏干草海,湖中的魚類、貝類、蝦和水生昆蟲等幾乎絕滅,所剩水禽也寥寥無幾,地下水位下降,農業減產,自然生態失去平衡。1980年政府決定恢復草海,實施蓄水工程,恢復水面面積20km 2 ,平水期可達29km 2 。目前,生物物種已得到恢復,濕地恢復效果良好,被國外專家視為中國濕地生態恢復的成功典范。該濕地作為我國特有物種黑頸鶴的主要越冬棲息地,目前已被建立為國家級自然保護區 [4] 。
b．長江口九段沙濕地生態工程。1996年專家對九段沙生態系統全面調研后，通過促進植物群落演替的方式來加速九段沙新生濕地的淤積與發育。1997年在九段沙實施了近100 hm 2 面積的種青促淤生態工程。5年之后成功達到了預定目標，與此同時，九段沙濕地的水質凈化能力得到大大提升，其生態價值也被人們認識，2002年建立了九段沙濕地自然保護區，2005年九段沙濕地上升為國家級自然保護區。
像上述事例，我國其他地方還有許多?？上驳氖牵S著人們生態意識和可持續發展意識地不斷提高，人們對濕地的認識也在不斷地深入，越來越多的學者加入到對我國濕地保護的相關研究之中，同時，我國中央和地方政府將根據《全國濕地保護工程規劃（2002—2030）》，計劃在2006年至2010年，投資70多億元，開展濕地恢復的試驗性工作，保護和合理利用好一批濕地，并且把濕地保護納入法律保護的框架內 [2] ，有效遏止我國濕地保護的嚴峻形勢，實現我國濕地生態系統的良性循環和可持續發展。
參考文獻：
[1] 劉守江．中國濕地資源的現狀、問題與可持續發展研究．宜春學院學報(自然科學)，2004，26（6）：10．
[2] 我國濕地保護形勢嚴峻．淄博晚報，2007年2月1日B 8 ．
[3] 張明亮，焦士興．我國生態環境進化的問題分析及對策．國土與自然資源研究，2003，32（3）：32-34．
海洋生態修復方法范文6
關鍵詞：容錯；科學工作流；決策樹模型；工作流引擎
在科學發現和工程仿真中，使用一系列相關軟件完成數據收集、建模、模擬、分析成為普遍現象。各步驟間可能有數據依賴或控制依賴關系，這些軟件相互協作才能獲得最終結果?？茖W工作流管理系統對這些軟件及其數據依賴關系進行組合，并控制各部分在時間、空間以及資源等約束條件下按序完成，已經成為復雜科學計算流程管理的必要手段，有效推動了科研進展[1]。面向大規模數據集和復雜計算流程的超算環境科學工作流技術提供了自動化、流程化的方法，并為用戶屏蔽作業投遞和數據傳遞轉換等細節，極大地促進了超算環境和應用平臺的協同發展。
在超算環境中，資源失效是常見現象，如計算結點死機或網絡模塊出現故障等問題造成無法正常工作等。據估計E級計算的平均無故障時間(MeanTimeBetweenFailure，MTBF)已縮短為數分鐘[2]。資源失效會造成任務和流程中斷執行。另外，在復雜流程(通常表現為稠密大規模有向圖)中組件數量大、配置煩瑣，對系統環境變量及運行參數有嚴格要求，用戶使用易出現配置錯誤導致軟件組件運行異常，也同樣造成任務運行失敗和流程中斷執行。如何對任務運行失敗進行預防或者失敗后進行自動恢復，以保證流程整體自動持續運行，是工作流容錯研究的重點問題。
容錯作為科學工作流管理系統的重要組成部分，隨著科學工作流運行環境從單機、集群、異構多集群到云的變遷，涌現出多種容錯策略，在不同的運行模式下，為工作流平臺的穩定運行提供了有力保障。特別是對于長時間運行的科學工作流，或者數據處理步驟繁多的流程，提供錯誤自動恢復機制尤為重要。
國內外已經出現了很多工作流系統平臺，這些工作流系統都提供了容錯相關的功能。比如美國加州大學研究者基于PtolemyII[3]系統開發的Kepler[4]系統，廣泛應用于包括生態學、分子生物學、化學、計算機科學、電子工程和海洋學等領域；美國南加州大學信息科學研究所開發的系統Pegasus[5]，已應用于地震及災害模擬，引力波探索(LaserInterferometerGravitational-wave-Observatory，LIGO)等領域；英國曼切斯特大學計算機科學學院開發的Taverna[6]工作流套件，廣泛應用于生命科學等領域；英國加地夫大學開發的Triana[7]網格集成計算環境，可用于天文學計算和網絡數據處理等領域。這些工作流管理系統的容錯功能將在本文第二部分進行闡述。
為了支持超算環境下科學和工程計算領域數值模擬流程的高效設計與自動執行，中國工程物理研究院計算機應用研究所自主研發了HSWAP工作流應用平臺[8-9]，以高性能應用軟件作為組件封裝的基本單位，配置簡單，部署便捷，支持跨平臺應用的協作。本文設計的容錯模型和方法將以HSWAP系統為驗證平臺，基于日志分析，利用數據驅動的方式實現了容錯功能，為錯誤自動恢復、工作流無間斷運行提供了重要支撐。
1科學工作流容錯的分類
容錯的設計需要考慮可靈活配置的錯誤恢復策略、與工作流執行引擎的解耦模型、容錯處理的全生命周期管理等問題。如此設計方可將容錯服務功能方便集成到多種科學工作流系統。HSWAP是面向高性能計算領域的工作流系統平臺，其以封裝數值模擬軟件和應用形成松耦合、粗粒度的工作流為特色，下文提出的容錯模型和方法設計在該類平臺上的實現十分便捷。
面向基于數據流的科學工作流管理系統，Ustun等[13]提出了多數據實例相關的容錯框架。首先識別出數據處理管線(pipeline)中的錯誤模式，提出的恢復方法包括容許限定次數的失敗項、以啞數據代替因錯誤數據而不能執行的任務輸出、立即重執行錯誤任務(需考慮數據實例依賴關系)、依賴工作流實例的恢復(考慮中間數據的存儲代價和生成代價)等。另外，文獻中利用編程語言模型中的異常處理等技術[14]或研發新的異常處理語言[15]給容錯研究帶來了新技術路線，但由于和原工作流系統的緊耦合性，不易推廣。
2典型工作流系統的容錯設計
Taverna科學工作流管理系統中的容錯采用了任務重試和替換任務兩種策略，任務重試中工作流設計者可定義最大重試次數，該策略也可應用于子工作流容錯；替換任務允許在任務重試達到最大次數后選擇執行一個不同的任務。
Triana工作流系統的容錯是面向用戶的，如錯誤發生時，會產生警告信息，并允許用戶修改后繼續執行；在工作流級支持輕量級的檢查點/重啟動和工作流服務的選擇。在中間件級和任務級，所有預定義的異常會被Triana引擎感知(死鎖、活鎖和內存泄露除外)；在最底層的資源失效方面，借助GridLabGAT工具可以識別資源失效，但是錯誤恢復機制還未完善。
Pegasus的容錯是基于DAGMan和HTCondor開展的。例如，在作業運行錯誤后進行重試或重新提交處理，通常可以在作業文件中設置作業重試次數。針對數據傳輸的可靠性問題，Pegasus傳輸服務會首先嘗試高性能的并行傳輸，失敗后會進行更安全的低速單連接傳輸。如果重試次數已達最大，將生成修復工作流待后續重新運行。另外，Pegasus還支持進行重新資源規劃以重用失敗時已生成的數據，并通過調度任務到不同資源來實現容錯。
Kepler科學工作流系統中的容錯是通過一個稱為Checkpoint的復合actor實現的。actor是Kepler中的專有概念，表示一個執行組件。檢查點復合組件包括一個子工作流和若干可替換的子工作流，當錯誤發生后，發出錯誤時間信息，檢查點內所有工作流停止執行并處理錯誤，決定是否重運行該子工作流或者運行一個可替換的具有同樣功能的子工作流。
已有工作流系統的容錯存在的問題有：容錯生命周期管理不健全，如Taverna、Triana等；容錯處理與執行任務緊耦合，擴展方式不靈活，如Kepler、Taverna等；沒有獨立的容錯機制，依賴其他(網格基礎設施提供的)資源管理工具實現，如Pegasus、Triana等。
異常處理可以采用基于事件-條件-動作(Event-Condition-Action，ECA)的模型[10]構建。ECA模型如圖4所示，針對不同的錯誤事件，在不同的條件下執行相應的動作。
3容錯模型和方法設計
3.1容錯全生命周期管理
工作流執行異常出現后，對異常的發生、消息的流轉以及針對異常的處理進行全面的分析，有助于給出全面系統的容錯方案。容錯的生命周期如圖2所示，首先是錯誤發生，生成錯誤事件，然后錯誤被監控工具識別監測，最后進入錯誤處理流程，包括錯誤恢復策略以及相關的恢復動作。
為支持容錯，工作流系統在設計時應考慮異常狀態管理以及錯誤信息的傳遞，比如錯誤發生后，流程執行中斷進入待恢復狀態，還要考慮錯誤事件的描述，事件消息的發出和相應的消息跟蹤。容錯處理流程的過程如圖3所示，包括異常信息監測、錯誤信息識別、錯誤信息分類、錯誤恢復處理四種主要的功能步驟。
異常信息監測是指異常事件消息發出后，容錯模塊能夠感知和探測到異常；錯誤信息識別則是從工作流系統日志等記錄中有效識別出錯誤信息；錯誤信息分類則是為了進一步的容錯處理縮小處理方式范圍；錯誤恢復處理則是采取相應的執行動作，以使得工作流從中斷暫停狀態轉移至繼續執行或等待用戶救援狀態。
3.2基于決策樹的ECA容錯模型
工作流系統的容錯分為任務級和工作流級[10-11]，其中任務級又可分為任務重試、檢查點/重啟動、替換資源、多副本運行等，工作流級可分為替換任務、冗余多任務、用戶定義的異常處理、基于修復工作流等。具體分類如圖1所示。任務重試是在任務出錯后，簡單地重新執行該任務，通常會設置一個最大重試次數，即超過該重試次數后若還沒有恢復成功，則放棄重試。檢查點重啟動機制[12]需要任務本身支持檢查點重啟動功能，在任務運行過程中進行一定間隔的檢查點信息保存，在任務異常出錯后能夠從最近的檢查點恢復執行。替換資源方式是指在任務運行失敗后，切換到其他資源繼續運行該任務，以應對資源失效造成的異常。任務多副本運行是指同一個任務(同一實現)在多種資源上同時運行，確保至少有一個運行成功，這是一種預防失效的方式。工作流級容錯的替換任務方式是指任務運行失敗后，會執行任務的另一種實現，該實現同樣完成原來任務的目標；冗余多任務是指會同時運行多個替換任務，也是預防失效的方式；用戶定義的異常處理機制通常是在組件級別對出錯情況進行處理。基于修復工作流是指工作流執行過程中異常發生后記錄失敗的任務信息，生成新的工作流以備后續提交重新運行。
在ECA模型中，事件集表示所有發生的事件，每類事件都有一個明確的標識，表明相應的信息，比如任務運行失敗、網絡服務超時等異常信息。條件集里的條件表明當前工作流系統的運行狀態和運行環境，比如工作流引擎是否停止響應、資源是否可用等。動作集里的動作表明實現錯誤恢復需要執行的命令，可以是單個命令，也可以是多步驟的多條命令組合成的復合動作。ECA模型具有很好的靈活性，針對同一事件，對應不同的條件下，則可執行不同的動作指令；在相同條件下，不同事件也可對應不同的動作指令。
在異常事件和環境條件可監測、可探察的前提下，靈活配置錯誤恢復動作是ECA模型的特色。本文擴展了簡單的ECA模型，使得事件發生后，可以結合多個條件來最終選擇相應的動作執行。具體地，引入決策樹算法，基于決策樹高效實現事件-條件集合到動作集合的映射。基于決策樹的錯誤恢復動作選擇示例如圖5所示。
基于決策樹模型設計的錯誤恢復針對每個事件都有一顆不同的決策樹。允許不同的事件有不同的處理邏輯，比如圖5中事件1的處理邏輯必須判斷兩個條件才能給出最終的恢復動作，而事件2在條件3滿足的前提下只需判斷一個條件就可以決定恢復動作。另外，不同事件的決策順序也不相同，圖5中事件1需要先判斷條件1，然后判斷條件2或條件3；而事件2則先判斷條件3，然后視結果可能判斷條件1。如此設計有助于減少環境探查，快速決定錯誤恢復動作。具體的執行動作決策如算法1所示。
算法1中決策變量是指某一個條件的布爾值，即對任一條件，都有兩個狀態表示是否滿足。比如計算結點網絡故障不可達(無法連接)、計算結點可連接兩個狀態，每個狀態下都有后續不同的處理邏輯。
3.3錯誤信息和恢復動作
針對超算環境科學工作流系統的執行特征，設計了錯誤事件信息的要素，如圖6所示。錯誤信息包括錯誤信息的發出位置、出錯模塊、引入環境、產生時間、發生頻率、嚴重等級、造成影響等七個維度。
雖然錯誤信息包含的要素較多，但在實際工作流執行過程中能夠獲得的信息卻是有限的，需要建立日志系統來存儲和分析歷史錯誤信息，補充相對完整的錯誤信息，方便后續的錯誤恢復策略選擇決策。
容錯設計考慮了在發生異常事件后可配置不同的處理方式。支持的處理方式如圖7所示，有重試、替換、重啟動、錯誤傳播、忽略、標注和用戶介入七類。重試又包括任務重試和子流程重試，任務重試表示僅重運行出錯任務，子流程重試則重運行出錯任務所在的子流程(工作流的一個子結構)。替換類的處理包括替換資源、替換任務和替換子流程。替換資源表示同一任務在不同的資源上重運行；替換任務表示選擇執行另一個具有同樣功能但不同實現的任務；替換子工作流則表示選擇執行另一個具有相同功能的子工作流執行。重啟動(或稱檢查點-重啟動)方式一般需要任務實現支持，在任務運行過程中，會以一定間隔保留后續恢復時所需的數據信息(檢查點信息記錄)，在錯誤恢復時，會從檢查點處重新加載信息繼續執行而不會從頭開始計算。錯誤傳播是指將錯誤信息從出錯任務所在的執行模塊傳遞到工作流系統引擎、用戶界面以及日志系統(將來可能通過網絡遠程傳輸給客戶端或其他系統)。對于一些不影響流程主要功能完成度的異常信息，可采取忽略的處理措施。對于未知異常，可采取標注的方式記錄異常出現的場景及其造成的影響等信息。當任務配置參數出現錯誤引發異常時，通常需要用戶介入，以用戶的專業知識修正任務配置參數，才能夠達到錯誤恢復的目的，這可通過科學工作流的“人在回路”(humanintheloop)等技術實現。
3.4容錯與科學工作流系統的關系
異常信息和處理方法、處理策略設計好之后，應該考慮如何將容錯與科學工作流系統進行有效融合，既能有效發揮出容錯的重要作用，又不影響原有工作流系統的設計。本文提出如圖8所示的設計架構來確定各子系統間的關系。容錯服務和科學工作流引擎獨立開發和部署，基于遠程過程調用(RemoteProcedureCall，RPC)和日志服務及消息來進行交互。
異常事件發生后，由監控模塊探測到錯誤信息，生成錯誤事件傳遞給科學工作流引擎，進而形成錯誤事件信息，并將該信息發送至日志服務器(可基于ElasticSearch-Logstash構建)。容錯服務會間隔輪詢日志服務獲得所有出錯事件，并用預先配置好的錯誤恢復準則進行錯誤分析，然后觸發錯誤恢復動作，完成錯誤恢復。
如此的容錯架構設計有三方面的優點：一是模塊化，將容錯服務與工作流管理系統和日志系統解耦，實現了松耦合以及容錯模塊可插拔、可替換的目的；二是服務化，將所有錯誤統一集中管理，并實現了高并發的處理邏輯，可同時處理不同用戶、不同工作流實例的錯誤恢復；三是單向消息機制，數據傳輸代價小、效率高、邏輯清晰，在實際系統開發中簡單實用。
4容錯在HSWAP系統的實現與驗證
4.1HSWAP簡介
HSWAP是中國工程物理研究院計算機應用研究所開發的超算連貫計算引擎[8-9]，旨在HPC環境中使用科學工作流技術提供集成的超算服務模式助力科研人員提高工作效率。基于HSWAP開發的石油地震勘探平臺以及材料高通量計算平臺等行業計算平臺，已在實際項目中得到應用并發揮了重要作用。
HSWAP的主要特色是為超算用戶屏蔽使用超算系統的復雜性，以計算軟件為基本封裝單位形成可復用組件，進而實現靈活可定制業務流程的功能。流程以有向無環圖(DirectedAcyclicGraph，DAG)表達，實現流程中結點間依賴管理和數據自動傳遞和轉換功能。平臺的架構和相關模型如圖9所示。
4.2HSWAP的容錯實現和驗證
HSWAP平臺提供了日志系統，這為實現上文提出的容錯架構提供了方便。引擎執行過程中，會通過Logstash服務將運行時相關信息寫入ElasticSearch數據庫，相關信息在容錯模塊可以用來進行容錯動作決策。
在HSWAP中提供了基于數據完整性校驗的兩類錯誤識別和恢復方法。在超算系統中，任務作業退出后，是否正常完成任務目標需要多方面的考慮，其中數據完整性是最常見的判別標準之一，特別是對于數值模擬仿真類任務，生成完整而正確的數據文件幾乎是唯一的標準。基于數據判別的容錯流程如圖10所示，分為三個步驟，即出錯標識、信息收集、錯誤恢復。
基于數據完整性校驗的出錯標識在HSWAP工作流引擎中完成，主要是利用工作流組件的自定義配置功能，對不同的任務配置不同的數據完整性校驗策略，比如數據體量、數據結束標識監測等，當數據完整性不達標時，發出錯誤信息。日志信息會收集所有任務運行上下文信息，以便容錯模塊對錯誤進行分析定位。容錯服務根據出錯事件，基于可配置的ECA規則(如圖11所示)，執行錯誤恢復邏輯，最后通過HSWAP引擎接口調用自動恢復流程執行。
面向單個數值模擬任務的檢查點-重啟動錯誤恢復方式在HSWAP的實現流程如圖12所示。流程執行監控、結果文件正確性校驗、重啟動參數配置和輸入文件準備、重投遞運行等一系列過程自動化執行，無須人工干預。實際使用中結合重試、重啟動兩種方式，解決了資源不穩定等問題引起的執行中斷問題。
HSWAP平臺針對材料計算等領域高通量計算模式提供了特有支持，功能包括數百上千并行任務的并發投遞、監控和容錯。高通量計算模式如圖13(a)所示，一般表現為大量并發執行的相似任務，用于材料分子篩選等參數掃描類計算或大數據分析等領域。在容錯設計上，用戶可定義高通量計算出錯的判別標準，如以計算完成百分比作為失敗閾值(fail_threshold)。當高通量并發任務失敗比例(fail_ratio)超過此閾值，標識任務失敗，并重啟動失敗部分的任務計算，完成容錯恢復執行。高通量計算的失敗比例定義為式(1)，其中num_all為該高通量所并發執行的所有子任務(或稱計算實例)數，num_failed為其中運行失敗的子任務數。
例如，若對某高通量計算任務，需要并發執行100次不同的通量計算(可能為不同參數運行同一軟件組件)，設失敗閾值為20%，若100個計算實例中失敗數為20以下，則認為該高通量計算成功運行，不進入容錯處理；若失敗數為30，此時失敗比例大于失敗閾值，進入容錯處理過程，只需要重試或重啟動運行失敗的30個計算子任務，運行完畢重復容錯過程，直到滿足高通量計算任務的成功運行閾值標準，或者達到最大重試次數并報告錯誤信息。
HSWAP平臺針對高通量計算的容錯過程如圖13(b)所示，其中失敗閾值設為20%，每個圖標表示同一高通量計算任務在不同時刻的狀態，圖標上部表示子任務數目及狀態，藍色為正在運行，紅色為失敗，灰色為成功結束。實測結果表明容錯模塊能夠正確識別錯誤，并按要求重運行失敗的任務，滿足自動恢復運行的需求。
復雜超算應用具有計算規模大、運行時間長等特征，高通量計算等復雜流程也愈加普遍。由于機器故障，程序參數配置錯誤等異常造成運行中斷現象常常出現。依靠人工查看、修改配置、重新投遞作業的方式進行錯誤恢復，會嚴重影響執行效率。在某百萬億次超算平臺上，某工程項目中沖擊波計算程序的實際運行情況統計如表1所示。
表1中人工重啟動間隔是指在任務失敗后開始計時，直到人工發現錯誤并投遞作業，再次投遞排隊后繼續運行的時間。由于作業可能在深夜或凌晨中斷運行而用戶無法及時發現，加之重投作業造成再次排隊等待時間，實際應用的完成時間就會大幅增長，自動容錯技術能夠縮減人工重啟動間隔時間，顯著縮短工程仿真或其他科學研究領域的計算周期。
