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海洋环境条件范文1
关键词：海洋；环境监测；质量控制
中图分类号：U469文献标识码： A
前言
海洋环境监测质量控制是海洋环境监测工作的重要组成部分，采取必要的、合适的质量控制方法是保证数据质量的重要措施之一。质量控制主要是为了达到监测质量要求所采取的作业技术和活动，是监测过程的控制方法，是质量保证的一部分，现文章就海洋环境的监测质量控制工作进行探究。
一、海洋环境污染的现状
海洋环境污染通常是指人类改变了海洋原来的状态，使海洋生态系统遭到破坏。有害物质进入海洋环境而造成的污染，会损害生物资源，危害人类健康，妨碍捕鱼和人类在海上的其他活动，损坏海水质量和环境质量等。海洋环境污染现阶段明显表现为石油污染、赤潮、有毒物质累积、塑料污染和核污染等。
人类的海洋活动、日益增多的海上船舶、油轮事故是造成海洋环境污染的重要来源之一。人类的海洋活动主要是航海、捕鱼和海底石油开发，据统计，目前全世界各国有近8万艘远洋商船穿梭于全球各港口，总吨位达5亿吨，它们在航行期间都要向海洋排出含有油性的机舱污水，仅这项估计向海洋排放的油污染每年可达百万吨以上。而一次的油轮突发事故会使海水大面积被油所覆盖，不但范围广而且危害时间很长，对海洋生态环境造成严重的破坏。目前海洋环境污染以陆源污染物为主的来源则包括工业废水和固体废物、生活垃圾、生活污水等。大型化工厂、造纸厂的增多直接导致大量的废水和废物排入河道，最终通过河水归入海洋，而工业废水其中则包括工业冷却水在流入海洋后会提高海洋的局部水温，使含氧量降低，影响海洋生物的繁衍生息；而工业固体废物严重的则会影响海洋生物的居住环境，直接导致生物灭绝。人口居住的密集致使生活垃圾、生活污水的排放的难度加大，尤其是滨海城市，于是海洋便成了他们倾倒生活垃圾及污水的最好去处。
因此，在海洋环境污染日渐加重的现状下，为防止海洋环境继续恶化，应进一步加强海洋环境监测工作，做好监测质量控制，需要从提高全员的质量意识、健全质量管理体系、监测质量控制等方面入手，才能确保监测数据的准确性和可靠性，为环境管理、环境规划、污染防治等提供科学依据。
二、海洋环境监测质量控制措施
（一）健全质量管理体系
监测质量的保证，需要一个科学完整的质量管理体系，以技术文件（质量手册、程序文件、作业指导书和质量记录）的形式，对各个监测环节、各个工作部门，对实验的环境和条件，对每个工作岗位和监测管理者的职责和行为进行规范。海洋环境监测的质量控制，首先要保证的就是监测质量体系的建立，监测机构严格按照本单位质量体系的要求开展监测、检测工作，在运行过程中不断完善，从而更加适用于本单位的监测、检测工作。因此，海洋环境监测机构要依据《监测和校准实验室能力的通用要求》和《实验室资质认定评审准则》建立适用于本单位要求的质量管理体系，并健全各种规章制度，保证质量管理体系的持续运行。海洋环境监测涉及监测机构的每个岗位，无论从试剂采购与管理、现场样品采集、实验室分析、数据综合评价，让每位员工从主观上意识所在岗位的质量控制要求，从源头保证监／检测质量，从而做到实时质量控制。
（二）提高全员的质量意识
从事海洋环境监测工作，需要从提高监测、检测人员的质量意识开始，海洋环境监测工作的特殊条件，在一定程度上无法和陆地实验室相比，出海人员要克服各种困难从事分析工作，加强质量意识的培训是很有必要的。在质量控制工作中，最重要的影响因子是人员，从采样、分析、计算、报表生成等环节，质量意识不能淡薄。监测人员的质量意识是开展监测工作的基础，只有主观上提高质量意识，才能保障监测结果的准确性。
（三）监测过程质量控制
我国海洋环境监测质量控制工作主要通过自控和他控两种方式开展，自控主要是监测机构内部采用的质量控制方法，内部质量控制的核心是针对监测数据质量开展的控制方法，监测数据质量控制最终体现在监测数据能否达到监测方法所对应的最佳测量不确定度。他控是指由监测机构以外的具有相关资质的机构对监测机构进行的质量控制方法，如上级主管部门或参加由中国合格评定国家认可委员会等组织的能力验证及实验室间比对，通过此类方式对实验室资质方面进行相应的考核。外控是在主要针对质量控制的监督工作中开展的，而对于实验室的质量控制管理工作主要是内部质量控制，所以应重视内控，即要重视本单位内部所采用的质量控制方法。
（四）监测、检测结果的质量控制
针对结果数据的质量控制，包括对监测仪器、方法、环境条件等备注信息进行审核，还要对准确性、一致性进行审核，重点要对数据的合理性进行审核。数据审核要有效溯源，因为监督人员无法对现场分析进行实时监督，主要通过监测数据的原始数据来体现整个分析过程数据的有效性。对提交的可疑数据并注明开展的质控措施及原因分析，若存在失误，应剔除可疑数据，在条件允许的情况下，建议重新开展监测工作。监测数据的审核涉及各个领域，审核人员要熟练掌握监测方法、仪器设备、监测频次和监测时间等信息，在保证监测结果的计算的前提下，为保证监测结果的准确可靠，需要从多个角度进行数据的合理性分析：
1、与执行标准相比较
执行标准是保证监测评价有法可依的有力保障，海洋环境质量标准中规定了对应水质等级下监测项目浓度范围，当监测结果高于执行标准数倍或者浓度较高时，此监测数据应视为可疑数值，应查找原因，对样品分析过程中的质控数据进行有效分析，确保监测数据的准确性及合理性。如某海域监测区域内的监测结果表明水质达到四类标准，超出了二类水质标准要求，应查找原因并对相应的可疑数据进行分析，必要时剔除以免影响评价工作。
2、站位间相比较
在海洋环境监测过程中，同一区域内相邻站位的监测结果相差不大，同一站位连续几天的监测结果也应相近，当变化较大时，应查找原因，分析异常值。首先要确定区域内是否存在新的污染源，其次要保证采样过程无异常，主要包括采样的规范性、采样的容器是否合格，样品固定是否需要固定等。再次要了解实验室分析过程中，是否存在不合理的操作。如某区域水质要求为一类水质要求，监测区域内某站位监测数据表明该养殖区水质达到三类时，首先应考虑站位布设的合理性，是否靠近污染源，从而进一步分析实验过程是否存在失误等。
3、相关性分析
海洋环境监测要素是互相影响的，相同水样中两个或两个以上的监测项目的含量往往存在相关性。如总氮＞溶解态总氮＞无机氮，总磷＞溶解态总磷＞活性磷酸盐，化学需氧量＞生化需氧量等，若与上述情况不一致，理论上是不合理的，需要从采样开始查找进行原因分析。根据监测区域环境特征或不同区域同类监测对象资料的统计分析, 确定不同空间位置监测要素浓度值的定性关系, 以此检验数据的合理性。下图为某海域06年9月份某排污口邻近海域中 3个站位的部分监测数据。
某海域9月份某排污口邻近海域中 3个站位的部分监测数据
4、合理性分析
对监测数据的合理性分析，最主要的是要参照历史资料。监测任务站位的布设考虑到与历史数据的对比，一般延用历史站位，这样在进行合理性分析时，可以针对往年的监测结果范围，对相同监测时间段、同一站位的数据进行比较，若某监测项目结果变化较大时，如由原来的一类水质变为三类，则需对该值进行合理性分析，查找原因。
若发现全部监测分析数据在审核后只有少量、明显的错误，质量控制人员可以在监测分析人员的确认下进行改正。若在审核过程中发现错误数据较多，或错误不易于改正，质量控质人员应把需要进行更改的内容列出列表，连同数据一同返回具体的分析测试人员，要求对错误的原因并进行修改。质控人员应对改正后提交上来的数据以及记录文件再次进行检查。同时，应将整个审核过程如实记录并形成文字材料，作为监测分析数据追溯数据的一部分。经过审核后的监测数据报表和数据审核过程记录数据要有采样人员和分析人员的签名，然后一并上报质控室。
结语
海洋环境监测数据作对海洋开展环境监测评价工作的重要手段，为确保监测结果的准确性、完整性以及合理性，就必须进一步强化对海洋环境监测质量的全过程控制，从而有利推进对海洋环境变化情况的科学分析，并有效的防治海洋环境的污染。然而因海洋环境条件具有特殊性，进行样品的采集与贮存过程中会有很多不可预知因素出现，从而增加了监测质量控制的难度。因此，应高度重视海洋环境的监测质量，进一步完善管理机制，加强专业技术的学习，同时增强全体员工的质量意识，不断提高海洋环境监测的质量，确保海洋环境管理和环境科学研究服务。
参考文献
海洋环境条件范文2
关键词 FPSO；串靠油轮；运动响应；安全船距
中图分类号：U661.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0061-02
FPSO由于其具有良好的机动性，稳定性，海域适应性，允许在各种气候下装卸油，成为现代海洋油气资源生产的主流设施。外输系统是FPSO整个概念设计中一个很重要的部分，且是设计成功的一个关键因素。船上的原油可以定期的通过外输装备外输到穿梭油轮上，提高了油田作业的经济性。
对于FPSO与穿梭油轮串靠方式的动态稳定性问题，国内外许多专家学者进行了研究。Lee和Choi考虑不同系泊刚度、转塔位置、带缆长度与张力等设计参数，对FPSO与串靠油轮在风浪流联合作用下的动态稳定性和非线性响应进行了数值分析。Morishita等对FPSO和串靠油轮在多种风和流组合作用下的非线性动力响应、平衡性和稳定性进行了数值分析。研究认为由于两船有各自的稳定特性，组成一个双浮体系统后则形成了具有新的平衡位置的耦合系统。FPSO与串靠穿梭油轮的研究因此将十分复杂。
FPSO与穿梭油轮由于水动力特性的差异以及慢漂运动的影响，船体间会产生较大的相对运动，例如过分纵荡，艏向偏离及鱼尾运动。为了确保外输作业的安全，本文将过分纵荡定义为两船最小间距为10米；鱼尾运动定义为两船最大相对角度不超过30度。
1 外输系统模型及海况条件
1.1 外输系统模型建立
双浮体系统组成如图1所示，FPSO与穿梭油轮之间采用大缆连接，各船体主要参数如表1所示，锚链参数及大缆参数如表2所示。
图1 双浮体系统示意图
表1 各船体主要参数
表2 锚链及大缆参数
1.2 海洋环境条件
双浮体系统进行时域分析时所取的南海海洋环境条件如表3所示。本计算设定风浪流方向均为180°。
表3 海洋环境条件
2 频域分析
FPSO进行外输作业时主要考虑的三种典型工况为：
1）FPSO满载-油轮压载。
2）FPSO半载-油轮半载。
3）FPSO压载-油轮满载。
不同压载工况组合下各船体有不同的水动力特性，FPSO与油轮在不同工况下纵荡及艏摇响应的传递函数如图2和图3所示。
图2 FPSO及油轮纵荡响应RAO （0°浪向）
图3 FPSO及油轮艏摇响应RAO （120°浪向）
对同一浮体在不同工况下进行比较可以看出：
1）FPSO及油轮纵荡响应的敏感周期为T>13 s，艏摇响应的敏感周期为9 s
2）各船体在不同装载工况下，纵荡响应差距不大，在满载工况下，艏摇响应较大。
对于中国南海海洋环境，波浪周期大部分处在6 s～15 s之间，进行外输作业时，各船体的纵荡和艏摇会比较剧烈。对两个浮体在同一工况下的水动力系数进行比较可以看出，受规则入射波作用时，油轮的纵荡响应均小于FPSO，但是艏摇响应油轮偏大。
3 时域分析
为了确定在南海海况下，FPSO与油轮进行外输作业时的最小船距，本文通过计算得出，船距为30米时两船运动状态满足安全要求。两船在不同工况下船体最小间距及艏向最大夹角如表4所示，计算时长为10800 s。
表4 不同工况下船体最小间距及艏向最大夹角
由表4可知：
1）FPSO满载-油轮压载工况，在迎浪状态下船体间最小间距为13.91米，纵荡运动剧烈；艏向夹角最大值为9.83°，鱼尾运动稍显缓和。这可能是因为FPSO在满载时吃水较大，受波浪和流的影响较大，纵荡响应较大。油轮在压载时吃水浅，受风作用明显，艏摇运动比较剧烈。
2）FPSO半载-油轮半载工况，在此风浪流组合作用下，船体间最小间距为23.27米，艏向夹角最大值为5.52°，纵荡运动及鱼尾运动都比较缓和。这可能是因为FPSO与穿梭油轮主尺度差距小，半载时吃水深度比较接近，水动力特性差异性小，外输系统在这种情况下的风险最低。
3）FPSO压载-油轮满载工况，船体间最小间距为12.49米，纵荡运动比较剧烈；艏向夹角最大值为21.96°，鱼尾运动比各个装载时刻都要严重。这可能是因为FPSO吃水浅，稳性变差，受到串靠油轮的拖曳作用再加上风的作用，纵荡及艏摇响应加大。油轮满载吃水深，受波浪和流作用明显，纵荡也会比较剧烈，而且油轮靠单根大缆连接到FPSO上，在艏向上几乎没有提供恢复力，会产生较大的艏摇响应。在这样的工况下，两艘船体的响应都比较剧烈，同时船体间水动力差异性明显，进一步加剧了纵荡运动及鱼尾运动，两船很有可能发生碰撞。
4 结论
本文计算了FPSO与穿梭油轮在不同装载工况下的水动力特性及时域响应，得到以下结论：
1）FPSO与油轮在不同装载工况下纵荡及横荡响应差距很小，在满载工况下艏摇响应较大。双浮体系统对波浪的敏感周期为6 s～15 s，在南海进行外输油时，系统会产生较大的响应。
2）三种装载工况中，FPSO半载-油轮半载工况下，两船体水动力差异性小，运动同步的可能性大，外输系统稳定性最好；FPSO压载-油轮满载工况下，双浮体系统稳性最差，鱼尾运动非常剧烈，系统处于最危险状态，碰撞事故极易发生。在外输作业即将结束时，应提前做好预防措施。
基金项目
“十二五”国家科技重大专项项目（2011ZX05056）
参考文献
[1]李芬，邹早建.浮式海洋结构物研究现状及发展趋势[J].武汉理工大学学报，2003，27（05）：682-685.
[2]孙海，孙丽萍，樊红元.FPSO串靠外输的断缆可靠性与风险分析[J].哈尔滨工程大学学报，2011.
[3]J.de Baan.Offshore transfer，re-gasification and salt dome storage of LNG[C].Offshore Technology Conference， 2003.
[4]Lee D H， Choi H S. Dynamic analysis of FPSO-Shuttle tanker system [C].Proc. of the 10th ISOPE Conf.，2000：302-307.
海洋环境条件范文3
关键字：经济增长；产业群体；面板数据模型；区域经济
现在大都市化已经成为了衡量国家或者是地区的经济发展情况的一个非常重要的标志。我国实行改革开放之后，尤其是最近的这些年着重发展了珠江三角洲经济圈，环渤海经济圈以及长江三角洲经济圈等几个发展速度比较快而且国家也非常支持鼓励的经济发展区域。我们可以看到这些区域都是沿海地区，这样的有利地形对他们这些地区的经济高速发展提供了一定的便利条件，我国对这些地区的经济发展也是持鼓励态度的。
一、 对产业集群这一理论的诠释
产业集群的现象就是许多企业非常集中的另外一种说法，这种现象在如今的社会是非常常见的，不仅是我国，全世界范围内都有这种情况，这种经济发展模式对现在的经济发展有着非常大的影响。同时这也是目前世界产业组织的形式之一，那些经营类型比较相似的公司集中在一片区域内共同发展，可以相互之间有一个借鉴以及帮助，让这些企业能够互惠互利共同发展。地方的集体发展正在推动着世界经济的发展，已经成为了世界经济发展的一种主流发展形式。
二、 海洋环境的一些概念
1. 海洋环境的容量
海洋环境容量这一说法是建立在环境容量之上的，只不过是把原来的环境研究对象变成了现在的海洋环境而已。海洋环境的容量指的是海洋对污染物质的承受能力强弱，海洋对污染物质能够承受的数量。这种数量在学界引起了不小的争议，由于海洋环境的特点是在不断流动的，海洋本身就是一个非常复杂的小型环境基地，相比于内地的那些湖泊和江河来说它的容量会大很多，所以对其能够容纳的污染物的量到目前为止一直都有着非常大的争议，因为每片海域和每片海域之间也是有非常大的差别的。
2. 环境的效率问题
在之前的里约地球峰会上曾经提出了一个非常重要的话题，那就是环境效率的概念，那些巨头对环境效率的价值和经济增长联系到了一起，简单来说就是单位环境能够支撑的价值是多少，这个价值比较大证明企业的活动能够在比较小的环境成本之上取得比较大的经济利益。所以，环境效率这个概念就是基于这种观点而来的，能够依靠比较少的环境条件就可以创造出更好的经济利益的公司其环境效率就比较高，那些为了公司的发展而不去保护环境的公司其环境效率就很差，因为他们必须要依靠对环境的不同污染才能够让企业的经济能有一定的增长。
环渤海工业区比较集中的工业集团来说，那些企业在进行生产的时候会出现大量的废水，这些废水基本上没有经过处理就被排放到了渤海中去，这样对整个环渤海地区的海洋环境是一个非常大的污染，生活在环渤海地区的人们会受到很严重的伤害，他们的人身健康得不到保障。我们引进的环境效率的概念对经济增长有了一个更加明确地目标，让那些企业真正的明白企业的效益是非常重要的，但是在保证企业效益的前提之下必须要保证我们生活的环境不受到大的损害，因为工厂是私人的，环境是大家的，就算是在工厂生产的过程当中出现了一些污染，那也必须要对这些污染进行一定的治理，应该能够保证环境不能影响人们的正常生活才可以。
三、我国沿海地区工业废水的排放情况
在我们的国家，陆地的污染物质能占到海洋污染物质的85%，这些污染物质的成分主要是一些化学物质、油类物质、氨氮以及磷酸盐等污染物，以上这些污染物可以占到总污染物的95%以上，我国的陆地污染物质主要是由工业的废水、废物、废气、城镇人民的生活垃圾和农户使用的化肥、家禽的粪便以及农药等物质组成的。所以，我们可以把陆地上的污染物质归为四类：
第一，工业污染源；第二，生活污染源；第三，农业污染源和养殖污染源（陆上养殖）。陆地上的污染物质排放对海洋的环境也会产生一定的破坏，有的时候还可能会引发比较大规模的赤潮的发生，据最近一些年的统计来看，渤海海域发生赤潮的次数超过十起。一些海洋方面的专家称我国海洋发生赤潮的次数居高不下和这些陆地污染有着非常大的关系。
四、 对我们来说，环境是非常稀缺的
我们可以从两个方面对这一理论进行探讨。第一，环境的绝对稀缺。在我们还没有得到非常富有的自然资源之前我们能够掌握的资源是非常有限的，我们得到的利润不是靠自然资源的消耗而来的，所以这时候根本就不存在自然环境的污染和经济利益之间的关系，这两个名词根本就不会联系到一起，只有环境因素和经济利益联系到一起之后，也就是我们得到了我们想要利用的自然资源的时候，我们就会发现自然资源是非常稀缺的，而且很多都是不可再生资源所以说环境是绝对稀缺的。第二，环境是相对稀缺的。当我们开始消耗资源的时候，这时候我们生活的空间的环境质量就会下降，这时候环境的稀缺程度就会上升，当物理性的稀缺变成了依靠价格形势去评判环境因素的好坏的地步，这种经济增长的 形势会让某些自然资源处于相对稀缺的现状，但是对整体的经济增长形势不会造成比较大的影响。
五、 结束语
总而言之，环境的污染程度和经济增长有着很大的关系，但是这种关系并不是一成不变的，不同的区域这些因素都不尽相同，所以我们应该对不同的地区进行不同的分析，我们这篇文章主要是对环渤海地区的工业区的废水排放情况对环境的影响做了一个比较简略的分析，从中我们可以看到，首先，工厂排出来的废水对我们生活的环境有一定的影响，同时对渤海的海洋环境也有一定的影响，；然后，这些废水对生活在这片区域的人民的人生安全有一定的威胁；最后，这些依靠自然资源和对环境高度污染的企业并没有取得巨大的经济利益。所以，我们应该善待我们的自然环境。
参考文献：
[1]周静，杨桂山.江苏省工业废水排放与经济增长的动态关系[J].地理研究，2007（5）.
[2]彭立颖.上海市经济增长与环境污染的关系研究[J].中国人口·资源与环境，2008（3）.
海洋环境条件范文4
关键词 海洋环境污染 海洋灾害 海洋工程与海洋环境相互作用
随着沿海经济的迅猛发展,近海海域遭到越来越严重的污染,使海域环境质量明显下降,生态环境日趋恶化,并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国,特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境,海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益,精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施,也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源,需要在海上进行各类工程建设,在目前科技日益发展的情况下,工程建设的规模日益巨大,这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展,海洋环境的日益恶化,海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展,近海石油气田的开发,以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要,针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。
在这方面,重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究,第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究,第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。
一、海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究
以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础,考虑各种自然环境因素(浪、流、风、光、温度、湿度)、物理因素(扩散、挥发、沉降、吸附、释放)、化学因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律,并建立海洋水质预测预报模型。此外,近年来,在我国沿海海域,赤潮频发严重。因此,除了加强赤潮的监测和预报外,也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大,且受到许多客观条件的限制,所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用,很难将其中的单因素影响分离出来,因此,往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前,在这方面国内外已有不少水质预测预报模型,这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型:水流数学模型;波浪数学模型;液流相互作用模型;近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面,对于较大范围的海域,通常可采用深度平均的潮流教学模型,对于紊动影响不显着的海域,可不考虑湍流影响,而对于湍流效应显着的区域,如排污口近区,则应考虑湍流效应。此外,采用坐标变换,可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型,这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域,水流数学模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型为基础,针对水温和盐度分层流的流动特性,考虑浮力对紊动的影响,建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k-(单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念,分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟,建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面,可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组,以提高求解效率。从水波发展方程出发,可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系,可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究,可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度,并提高方程的非线性精度,可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题,通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合,可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程,用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型,可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面,对于弱流情形,可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型;对于强流情形,可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来,建立一种辐射应力计算的新方法,用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型,可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标,在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上,针对近海海域水污染的特点,从三维湍流模型出发,在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用;在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项,可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型,它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据;同时对确定水域环境容量,从而制定水域环境保护策略,也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出,在海洋水质预测预报模型研究方面,数学模拟无疑是一种十分有效的手段,但不论是何种数学模型,其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模
型的技术关键,直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的,有些可以通过现场观测来得到,但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到,在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。 能模拟海洋动力因素的先进实验设备,现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统,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结构,获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程;并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程,可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究
海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。90年代以来,我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币,是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高,一旦发生破坏,将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平台,1989年风暴潮损失超6亿元,1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等)。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏,面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋,每年出现的台风数目占全球的38%,其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时,都会在沿岸局部地区产生风暴潮,形成风暴潮灾害。
在我国北方海域(渤海和北黄海),冬季由于受寒潮影响,沿岸地区每年都有结冰现象,结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成,不但可给结构物以强大的冰压力,而且由于冰激引起的振动作用,也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术,至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂,断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台,为了抵抗冰害,往往建成正、倒锥体的结构型式,冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用,也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中,除进行理论分析和数值模拟外,实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中,模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行,它们各有其优缺点,发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
我国是一个多地震的国家,海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物(海洋平台、钻井船、人工>文秘站:
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升,造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明,地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理,至今国内外对此都很少研究,且由于试验条件的限制,国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的,如近海环境地震危险性分析,设计地震动参数和频谱特性,强震海底多维地震动及其空间分布规律,地震波传播特性及地震动输入机理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验;核电站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用,码头及护岸建筑物地震稳定性;海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化,其损伤主要来自两个方面:其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤(裂缝)、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤(低温、冻融、大气侵蚀)等;其二是设计不周或设计标准偏低,施工质量差,原材料不合格,管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
因此,发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下,对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论;结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法;结构病害治理用的新材料、新技术和新方法;海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下(风、浪、流、冰、地震等)的可靠度和优化理论研究,设计与建造新型抗灾工程结构;研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度,而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。
为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临,发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统,如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统;以主要海域和海岸带区域经济发展为背景,进行重点研究,建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构;以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统,将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合,建立数学物理模型,通过多媒体技术,形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程,建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。
三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策
为了充分利用海洋空间,现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外,正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程,估计到21世纪,可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等,日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长,60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见,随着海洋资源与空间的开发利用,各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大,保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区,但同时又是经济活动最为发达的地区,海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡,影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态,破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地,若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失,另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。
随着人类对海洋资源的不断开发和利用,海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题,主要内容包括:航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响,深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响;破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究;大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变;海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论,如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。
随着
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随着现代社会的发展，能源与环境问题日益凸显。开发绿色新能源，成为科技界、工业界努力的重要方向。近几年来，人们对风能的利用逐渐增多。海上风电机组发电功率大又可减少噪音污染与景观破坏，是目前风能技术发展的趋势。风力发电于20世纪中期得到发展。1956年Jo－hannesJuul建造了里程碑式的Gedser风力机，成功与交流异步发电机连接。1973年风力发电技术进一步发展，风电机的叶片数量、材料、形式不断改进，叶轮加大，塔架增高，直驱同步发电机开始应用。但是随之而来的风电机组噪声污染又成为需要解决的问题。目前风力发电又有从陆地转向近岸甚至深海发展的趋势。现在投入生产的海上风电机组是以固定式支撑结构为主。海上风电机组的支撑结构承受上部风轮结构重力以及风轮在海洋环境条件下产生的各种作用力，并且是承受风、浪、流、冰等环境荷载，保证风电机组结构安全的重要部分。值得指出的是，热带气旋或寒潮大风影响的海域，狂风、巨浪、暴潮等极端海洋气象因素的联合作用往往会导致结构的失效破坏，造成重大损失。
环境因素对结构作用的研究，大致可以分为环境荷载下结构动力响应机制研究、结构模态参数识别技术及结构损伤诊断方法研究、基于离散方法的结构动力分析模型和软件的开发研究、基于动、静力分析的结构可靠性评估方法及结构优化设计研究等。目前工程领域针对极端海况对海上风电机组影响方面的研究，大多借鉴海洋平台等结构设计规范的规定，基于年极值取样法选取工况组合对结构进行分析。海洋环境的简单选取往往造成工程设计标准偏低导致结构在极端海况作用下失效破坏或者过于保守导致不必要的资源浪费。也有学者对于热带气旋对海岸工程以及风力发电工程的影响进行了区划式的分析，但并未对极端天气过程对结构的作用机制作深入的研究。本研究基于结构可靠度分析原理，建立结构响应模型、多维复合极值分布模型、灰色马尔科夫链模型嵌套的分析体系，进行热带气旋诱发海况对海上风力机组支撑结构作用的研究，以及风电支撑结构整体可靠度的初步分析。
1双层概率分析模式
在热带气旋诱发的极端海况条件下对海上风电支撑结构进行可靠度分析时有两个问题需要解决：（1）样本缺乏。并非所有工程海域都有充分的热带气旋影响下的海况实测资料，同时结构在极端海况下的实测响应资料也难以得到。使得结构可靠性分析不易实现。（2）现有的结构可靠性分析方法不能充分考虑到全球气候变化、海平面升高带来的影响。为解决上述问题，本研究采用数值模拟、概率分析、灰色预测方法交叉结合的研究手段，建立一个双层概率分析模式（Double－layerProbabilityAnalysisModel－DPAM），第一层由灰色马尔科夫链预测模型和结构分析模型构成，第二层由结构分析模型与多维复合极值分布模型组成（见图1）。
1．1灰色马尔可夫链预测模型灰色模型（GreyModel－GM）是处理随机性强、信息量少的随机序列的有效方法。最常用的灰色预测模型是一阶灰色模型GM（1，1），该模型由一元变量X的原始序列和生成序列构成。X（0）代表研究对象的实测值构成的序列（原始序列）。
1．2多维复合极值分布模型复合极值分布是一种新型的联合概率分布模式，最早由刘德辅等提出。该分布由泊松分布与多维极值分布复合构成。多维复合极值分布能够合理的反应由台风过程引发的极端海－气现象的概率特征。以该模式为基础对随机模拟法进行的改进是针对受台风等天气过程影响海域的极端环境荷载分析的有效手段。
1．3环境载荷模型作用于海工结构的风载荷按下式计算。对小尺度圆形构件，垂直于其轴线方向单位长度上的波浪力f，当D／L≤0．2（D为圆形构件直径，m；L为设计波长，m）时，可按Morison公式计算。
2算例
本文以一座工作于中国南海大鹏湾的3MW三腿架式离岸风电系统为例，来分析台风对结构物的影响。工作环境水深约为24m。表1中列出基线风机总体性质，图2表示三脚架支撑结构的设计尺寸参数。
2．1运用GMCM方法预测极端海况采用1954—1979年期间由台风过程的极值风速、波高及波浪周期的测量数据作为原始数列，建立AGO模型。运用GMCM计算1980—1999年期间预测值，并与同期测量数据比对。表2列出了在使用灰色模型预测台风引起的风速、波高及波浪周期时所需要的发展系数a及灰色输入系数u。之后运用马尔科夫链模型进行残差修正。修正后的预测数据与测量数据的比较如图3～5所示。不同变量的后验方差比C与小误差概率p也在表2中给出。计算结果表明，对于台风引发的极端海况因素的长期预测，GMCM是一种有效合理的模型。
2．2台风影响下三脚架式支持结构的响应依据台风风速与GMCM预测波浪的结合进行结构物的静力分析和动力分析。由于缺少海流数据，使用原设计资料中提供的流速值代替台风过程相应海流值进行极端工况条件的计算。本文仅以静力可靠度分析为例。有限元模型建立后，结构内各点应力分析便可进行。图6表示在预测的极端海况下结构某关键点最大应力的概率分布。图7和8表示预测期内某组工况下的结构应力云图。由DLPM得到该关键点应力的概率特性。影响珠江三角洲的台风年频次参数λ＝6．19，经概率曲线拟合，采用复合极值分布的一种形式———Poisson－Weibull模型进行应力概率分析，拟合参数如下：均值＝77．45MPa，标准差s＝54．25，尺度参数a＝0．0054，形状参数b＝1．28。平台结构的许用应力为［σ］＝189MPa，该点可靠度Pr＝P（σ≤189MPa）＝0．9882。以此方法对结构各个关键点应力逐一进行概率分析，得到各点失效概率。
3结语
海洋环境条件范文6
关键词：分布式；光纤；传感技术；管道；健康监测
分布式光纤泄漏监测系统是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高科技技术，它能够连续测量长输管线的泄漏情况，测量距离在最远可达成百上千公里，空间定位精度达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量，特别适宜于需要长距离、大范围多点测量的应用场合。
一、工作原理
分布式光纤泄漏监测系统利用单根光缆同时实现泄漏监测和信号传输，综合利用光纤拉曼散射效应（Ramanscattering）或布里渊散射（Brillouinscattering）和光时域反射测量技术（OpticalTime-DomainReflectometry，简称OTDR）来获取空间温度分布信息。
二、DTS测温原理：
（1）Raman散射会产生两个不同频率的信号：斯托克斯（Stokes）光（比光源波长长的光）和反斯托克斯（Anti-Stokes）光（比光源波长短的光），光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯（Anti-Stokes）光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。Raman散射技术最远监视距离单向可达30Km。
（2）当光纤沿线的温度发生变化时，光纤中的背向布里渊散射光的频率将发生漂移，频率的漂移量与光纤温度的变化呈良好的线性关系，因此通过测量光纤中的背向布里渊散射光的频率漂移量（νB）就可以得到光纤沿线温度的分布信息。BOTDA就是利用这种频率的变化来获得温度的分布信息的。布里渊技术最远监视距离单向可达75Km
三、主要技术参数
四、分布式光纤管道泄漏系统结构
在油气输送管道的泄漏处，由于管内的高压液体/气体从管道泄漏处向外迅速外泄，从而导致泄漏处环境温度的升高或者降低，所以通过监测管道周围温度的异常变化就可以有效检测泄漏的发生。分布式光纤测温系统定位精度可达1m，温度分辨率可达0.1度，单通道最长可达20/75Km。
五、分布式光纤传感技术在监测中的应用及其面临的问题
虽然近年来对分布式光纤传感技术在海底管道健康监测中的应用研究取得很大进展，但是真正用于实际工程中的分布式光纤传感系统很少，这主要是由于目前人存在的一些技术问题制约了该技术实际应用到海底管道健康监测中。其中主要的技术问题如下：
（1）光纤传感系统保护和埋设问题。光纤传感的保护和埋设是利用分布式光纤传感技术进行健康监测的一个关键问题，光纤埋设成功与否关涉到光纤传感系统在使用期间是否得到有效保护，其结果直接影响结构监测效果。解决光纤传感系统保护和埋设问题不仅要考虑如何保证光纤和光纤传感器不受损坏，还要考虑光纤保护岑不影响被监测量在结构域光纤之间变化一致性以及埋没难易，不影响正常施工问题。
（2）恶劣海洋环境下光纤传感系统长期可靠性问题。对光纤和光纤传感器可靠性问题已有很多研究，这些研究多是针对陆上环境的，而对恶劣的海洋环境条件下光纤和光纤传感器在海底管道长期使用期间的可靠性研究进行的非常少。光纤及光纤传感器的长期可靠性，包括制成光纤及光纤传感器的材料在海洋环境荷载长期作用下的可靠性问题，这与它们所受的保护是否有效密切相关。
