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遥感技术在地震中的应用范文1
【关键词】遥感技术；国土资源管理；应用
0 前言
近年来我国利用遥感技术获得了技术上的突破和成功，以快速的提取了土地地质构造信息和地质矿物勘察开采等问题数据的同时及时的预警了地质灾害的发生和监控，遥感技术对国土资源管理有着重要意义。
1 遥感技术
（1）遥感技术在我国土地资源调查中，获取了大量丰富的信息，利用遥感技术，建立起了一个完整的国土管理数据库，是为了对土地的范围和土地的位置进行了实时的了解，同时为了快捷的调查土地的变更工作而建设，对于最终结果的上报有着完整的汇总和整理。利用遥感技术合理的规划了我国农田建设，可以及时的调整和方式不合理利用农田的现象，从而进行合理的利用和评估监测。
（2）遥感技术在地质灾害上作用发挥极大，完美的预警和监测了地质灾害的发生，利用遥感技术的地理空间数据，对可能发生的一切灾害区域进行时刻监测其分布、规律、形成原因、发育特点和这次灾害的危害性与影响因素，从而进行有目的的监测后续灾害发生的走势，这是中国从地震仪中又一次寻找到了可以预测地震前兆从而发起短期预报的手段，在今后的遥感技术会更多的使用在地质监测上，用卫星和地面勘察中减轻地质灾害的扩大性从而降低了人民的损失，在一年的时间里面规避了近1000起地质灾害，同时在唐山大地震和汶川大地震中，利用遥感技术获取地面的各种直观信息对后续的救援的展开和可能出现的危险信息进行了识别，从而有效维护了人民的生命和财产安全，取得社会的认同和经济损失的降低。
（3）遥感技术有着对地质矿物资源采集和勘探上有着极大的作用，通过航空平台上的成像光谱仪器，提起到各个物质的光谱特性，从而有计划的勘察和开采，利用遥感技术从1990念叨现在国土资源部门完成了13个省会与自治区的19个重点矿产和矿区的有效调查和采集，实现了对10000平方千米的土地调查监测，基本明确了不同监测去不同矿物的位置所在，从而明确开采区分布的有效管理。[1]在矿产资源开发管理上，高光谱遥感技术的产生和发展使遥感技术在矿物质资源的勘探上作出了贡献，利用成像光谱实现地物空间的信息、辐射信息、光谱信息的采集和规划，结合遥感的找图图鉴和丰富的地理纹理信息，从而合理科学的寻找和开发矿物质资源。
（4）遥感技术作为一种高效获取信息的手段，其中信息量的丰厚和全天候，信息获取快的优势在我国广泛被应用，在1980年我国利用了卫星遥感数据开展了全国的土地调查工作用，1990年代后，国家土地管理局应用航空航天遥感技术技术分布了我国了绝大多数地区比率近乎1：1万的现状可以随时调查。[2]在1983年第一台成像光谱仪的问世，意味着我国处理掉了遥感科学的一个重大矛盾，是遥感技术的真正革新。从而实现了多光谱定性描述，高光谱定位的遥感地质作用。
（5）国土资源部分每年都要对全国重点人口集中城市，地区进行土地利用监测，从而进行分土地的利用合理性，从而可以快捷迅速的获得地面的信息，保证了工作的展开和快捷方便，在我国的土地资源遥感调查监测艺术已经取得了重大成果，实现了遥感技术在国土资源管理的产业化应用，在复杂的天气中，遥感技术依旧可以对地形复杂的山脉地区获得准确的数据，从而监测和实地考察，SAR遥感技术不仅不会受到气候的影响，还有全天监视的能力优势，为土地利用应用调查作出了贡献。
（6）现代遥感技术已经和常规技术相互结合，提高了遥感信息获取技术的便捷，在过去资源中我们发现，遥感的发展上，我们要把技术和方法结合，创新突破自身的信息提取效果，从而实现高速、高准的处理信息。这时候我们要解决他的局限性，身为过去资源的信息提取手段，要采取自动化的提取信息，从而完善应用。
（7）在日常生活中，遥感技术中的GPS也让我们生活出现了极大的便捷，从而让国家对我们某个地区的实时监控也是十分便利，完成了全覆盖的体系，对于我国的矿产资源开发以及我国的矿物质情况以及社会化服务奠定了大量基础。
2 遥感的发展
遥感技术有着信息丰富、时效性强、巨大的宏观性等优势，通过GPS技术中可以准确预
测地质灾害，并且可以借助遥感技术对地质灾害的发生变化趋势进行准确反映，同时还能预见地质灾害的发生。并实现对地质灾害进行快速调查，保证抢救工作的及时性，则需要遥感测绘技术的帮助。
（1）研究继承“3S”，促成一体化RS，GIS和GPS的关系互动，让他们在相互依存中快速发展，只有保证了GIS的网络空间的多维性方向发展，再由RS技术在朝着数据获取多平台、多穿观其等进行数据自动发现上发展，随着GPS卫星系统定位的完善，GPS的服务已经越来越精准快则，3s技术在各自发展的同时也一直在进行内部融合，RS和GPS像GIS提供和更新区域信息以及空间定位，同时GIS也做出相应的空间处理分析，从而让RS和GPS进行有效的数据提炼，然后进行整理和使用，3S技术的一体化对于我国的国土资源管理方面有着广阔的发展前景，为国土管理部门的合理规划、管理、利用和保护以及地质的灾害防治和地质矿产的勘察都是有力的技术支撑。
（2）国土资源部门要发展融合现有的技术，提高技术水平，建议一个完整独立的数据资源，从而可以去的良好的信息提取效果，在我现在“遥感三号”和“遥感四号”等系列卫星提供的数据源中，不能快速的满足国土资源管理的需要，在国外，一套完成的遥感数据的买断价格太高，所以我们只能发展自身水平来满足遥感数据的完善，遥感数据的完善有着重要意义，预示着我国遥感系统的自动化水平，以及方便国土安全调整和工作的应用。
3 结语
在我们日常生活中，GPS的存在极大的便捷了我们的生活，同时近几年在地理信息系统的影响力在扩大，计算机技术的不停完善，遥感技术大大支持了我国国土资源建设，这个意义是巨大的，我们要有规划性的管理，保护和合理利用我们现有的资源，随着遥感技术的不断成长和更新，国土资源管理将带来革命性的进步。
【参考文献】
遥感技术在地震中的应用范文2
关键词：电子 技术 地震 预报
中图分类号： P315 文献标识码： A
1 电子技术的定义、发展阶段及相关技术应用。
1.1 电子技术
电子技术是指通过电子学的原理，利用电子器件设计和制造某种特定功能电路，来辅助解决实际问题的现代科学。它可主要分为信息电子技术和电力电子技术两大分支。其中信息电子技术包括 模拟 （Analog） 电子技术和l 数字（Digita） 电子技术。电子技术主要的作用在于对电子信号进行处理，其处理方式主要有以下四种：信号发生、信号放大、信号滤波、信号转换。
1.2 发展阶段
电子器件及其电子器件构成电路的应用是电子技术研究的主要内容。而构成各种分立、集成电子电路最基本的元器件主要是半导体器件。随着电子技术迅猛发展，如今各类新型半导体器件不断涌现。而现代电子技术发展方向, 是从传统电力电子学（以低频技术处理问题为主）, 向现代电力电子学方向（以高频技术处理问题为主）转变。五十年代末六十年代初的硅整流器件是电力电子技术起源, 到现在为止其发展先后经历了三大时代跨越（整流器时代、逆变器时代和变频器时代）, 有力地促进了电力电子技术在社会新领域的应用。而以功率MOSFET、IGBT 为代表，集高频高压和大电流于一身的复合器件（功率半导体），是从八十年代末期和九十年代初期发展起来的，这已经表明传统电力电子技术到现在已经跨进现代电力电子时代。
2 地震预报定义及方法
地震预测主要是利用地震地质、地壳活动性、前兆异常以及环境因素等多种手段研究监测来达到防灾减灾的目的。现代地震预报技术，主要是通过地震监测考察、野外地质调查勘探、室内实验论证多方面，实现对发生地震条件、地震规律、地震前兆、地震机理的监测预报来及时制定相关对策。
2.1 地震预报定义
发震时间、发震地点和震级被称为地震预报的三要素。而地震预报综合五阶段工作程序主要包括地震形势预知、地震中期预报、短期预报、临震预报以及震后预报。震后地震趋势预报指破坏性地震发生之后，及时分析受其影响地区近期内地震活动形势（无震预报、震后强余震及更大地震预报）。
2.2 地震预报方法
地震预报方法通常有以下三类，即地震地质法、地震统计法和地震前兆法。然而这三者之间不能孤立存在，只有相互结合补充，方能获得良好的预报效果。
2.2.1 测震学预报
这种预报方法也称为“以震报震”。它主要通过利用地震活动空间、活动时间及强度变化来达到预报地震三要素（波速比、b值、围空、条带、统计预报等）的目的。到目前为止，测震学预报越来越受到了地震检测工作者的重视，也逐渐作为地震综合数据分析预报的主要依据。
2.2.2 地震前兆观测
它主要通过地震前兆监测设施提供资料，并对数据进行处理划定异常，从而有效预报地震。目前，常见的前兆监测手段一般有以下几类：地下水观测、地形变观测及电磁场观测。
2.2.3 宏观异常
通常，技术性预测总需要结合自然界动植物感官的异常反应才能达到很好的预测效果。而这种预测手段就强调通过感官来发现震前异常现象。它主要包括大规模的动物习性异常、地下水位涨落及果树重花等等等。一旦短时间内大量出现此类异常，地震来临的可能性要大得多。
3 地震预报中电子技术应用
3.1 应用背景
在“九五”期间，我国不断加大国家数字地震台网的建立（包含50 个数字地震台站），并于同时建立了一批区域数字化地震台网。其后，我国又建立了GPS 观测网络（包括25 个连续观测基准站、56 个定期复测基本站和1000 多个不定期复测区域站），从而有利保障中国地壳运动观测网络大型科学工程的有利实施。而且我国在华北、西北及西南等地区设立卫星遥感观测站，来完成在地震监测中卫星遥感技术的应用研究。如今，我国地震预报研究与国际同步进行，并且也取得了重要进展。同时我国及时建立了中国地震局地球物理勘探中心电子技术研究室，来为物探中心所从事的防震减灾事业提供先进的地球物理仪器及野外探测服务。
3.2 电子预测技术分类
3.2.1 遥感技术
该技术主要是利用卫星红外遥感异常监测地震活动。其主要的技术支持是通过卫星遥感影像的分析来判识断层。一般地，只要是断层存在的地方，无论是建筑物还是其他，其潜在的危险是不言而喻的。通过卫星遥感技术，我们可以及时准确地感知地震发生区域，并做好建筑物加固工作，并为未来城市规划做出可行性借鉴。而地质断层在卫星影像上是有非常典型特征的。在通过影像分析后，仍然需要人亲自赴野外进行实地性勘探论证。卫星遥感技术，主要是通过卫星电磁异常与地震、地震电磁的异常特征来达到对地震的实时监控。一直以来，人们都在这方面做了很多尝试。
事实上，地震在活动之前，确实会存在红外遥感所检测到的异常图像情况，而且这些异常往往都分布在很大范围。不过，这种异常的每一次出现并不意味着地震就会出现，其几率对比不成正比。因此这也需要在时间预测与空间分布相结合对应起来。也只有这样才能在一个非常低频的情况下正确处理与地震的关系。另一方面，一旦地震灾难发生，我们应该快速处理好各种信息（电磁场、电磁波以及等离子体和离子浓度、离子流、电子密度等），还包含由地震引发的地质灾害（滑坡，强降雨等等）。这样所获得的参数可以为国家应急提供很大的帮助，尤其是对启用哪个级别应急预案方面作用不言而喻。再一个这种异常出现的几率要比地震出现的几率大的多的多，不是一个数量体两个数量体，这会造成在众多的异常中获取真正的地震前兆非常困难。
3.2.2 GPS定位测量在地震勘探运用中的新兴技术
目前该技术主要包含两种定位方法――绝对定位方法与相对定位方法。前者又叫单点定位，主要通过对地球质心为坐标原点的观测站坐标来实现定位。它的原理是通过全球定位卫星，将其到用户接收机天线之间距离观测量为基，依据卫星瞬时坐标借以确定接收点所对应坐标点。相对定位方法主要是通过导航电文中给出的钟差参数，分析信息发出点的可能性坐标，并把其作为未知数与观测点三维坐标运用数据处理办法求解，得出坐标位置。
1）精密定位技术
精密定位技术分为单点定位和相对定位两类。单点的精密技术主要通过计算卫星轨道参数和卫星钟差，再根据计算结果进行校正处理，得到精确坐标。而精密相对定位技术是将精密星历及IGS站点联测作为起算数据，对空间卫星应采用精密星历进行定轨。
2）信标差分技术
地震勘探工作中导航的精确度非常难以把握，而此技术利用已有的海上无线电信标台，在发射的信号中加入了一个副载波调制，对GPS信号进行了差分修正，使其精确度可达到米级精度。
3）广域差分技术
此技术是在广阔的地域空间内，通过设立GPS跟踪站对GPS基准网进行差分，并对GPS观测量的误差源进行区分，从而对每种误差源都模型化。通过这种技术，可是更正用户GPS观测量，削弱误差源，使定位精度得到极大改善。
4 结语
世界范围内，地震预报始终是一个难题。电子技术的应用与发展，为地震预报提供了一条准确及时更方便的科技发展之路。顺着社会的进步，相信在未来，电子技术将更加广泛地应用在自然灾害的防治方面。它将给人类带来巨大的安全保障。
参考文献
[1] 《中国地震预报概论》( 梅世蓉、冯德益等著，地震出版社1993 年版)
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【关键词】区域；基础设施；抗震保障；建议
区域交通基础设施主要是指区域交通中，具有一定的抗震防灾能力，并能在灾中及灾后充分发挥其自身功能进行救灾的铁路、公路、港口、机场水运航道、管道等设施。地震中我们要首先保证这些生命通道的可达性，才能进行积极有效的生命救援。
一 区域交通基础设施的主要特点
第一，公共性和公益性。服务范围广，服务人口多，能确保居民正常生活，维持城市基本机能。第二，系统性。交通基础设施不是指单个建筑物或构筑物，而是系统所有设施的集合。第三，整体不可分割性。如果联接区域的其中一种交通基础设施某个点遭受地震破坏，那么就会降低整个网络的可靠性，甚至会影响其他基础设施发挥效能。第四，长期性。第五，间接性。投资效益分散在服务对象上。
二 区域交通基础设施的破坏特征
第一，震害具有多样性和复杂性，基础设施结构类型多样，有地下的、半地下的和地面上的结构，也有基础长或者跨越较大的结构，破坏时难以预测整体震害的具体形式及其发展方向。第二，震害的扩散性和连锁性。震害造成的次生灾害十分严重。第三，周围地基运动造成震害，一般指地面强烈运动致使地基失效和变形而造成的基础设施破坏。
三 区域交通基础设施的破坏形式
不同种类的城市生命线系统具体震害形式是不同的。区域交通基础设施震害形式主要包括：一是铁路车辆脱轨，轨道蛇曲变形，路基龟裂或滑坡，桥头路堤塌陷造成轨排悬空，通信与信号系统破坏等。二是公路或街道出现各种形状或方向的裂缝，路面隆起、下陷、断裂，路基滑坡，路肩破裂，高速公路与城市快速路高架桥震坏导致落桥、落桁等。三是公路桥梁与铁路桥落桥或落桁，梁、框架构件或护栏破坏，支承及其组件破坏，桥墩龟裂、表层剥落、压曲、倾斜、移位、倒地等。四是港湾码头岸坡下沉、前移、滑坡，接岸结构变形、下沉，龟裂，各类桩柱龟裂、倾斜、倒落，喷砂冒水及其引起的各种震害泊地出现裂缝等。五是飞机场指挥塔及导航、通信系统震坏，飞机坡道出现裂缝等。六是水运航道堵塞、断航、航道设施破坏、水运基础设施破坏等。七是管道破坏形式。主要有管道折断、接口脱开、管体破裂、承插口裂缝等。
四 提高区域交通基础设施抗震保障能力的建议
1．加强区域交通基础设施结构自身的抗震性能
一是应按规范合理选址，尽量排除掉古河道、危险活动带、容易发生滑坡等不符合工程地质条件的地段，避免选择饱和状态疏松粉、细砂或粉土，软弱粘性土等在强震下易发生液化破坏的地基土。二是应设置紧急疏散道路，以提高交通恢复。三是根据新的破坏形式，及时调整相应的设计规范。四是采用消震隔震技术，增加一些隔振垫或者阻尼器，能较大程度地吸收地震能量，减轻地震灾害。
2．完善城市抗震防灾规划
区域交通基础设施要符合城市规划中的抗震防灾基本目标。遇到多发普通地震，区域基础设施一般功能要正常；遇到符合当地设防标准的地震，区域城市的一般交通基础设施及功能基本正常。遇到罕遇地震，区域城市功能不能瘫痪，要害系统和重要交通基础设施不遭受破坏，不发生严重次生灾害。
3．加大减灾科研力度，建立数字减灾系统
区域中建立防灾减灾研究中心，为区域减灾进行基础性、综合性、前瞻性的研究工作；编制并定期修编城市减灾规划，并依法实施；更新和完善灾害监测系统和灾害信息网络，建立大型灾害信息数据库；对区域生命线工程进行灾害风险识别、风险分析、风险评估和风险管理的研究；开发高科技在区域抗震防灾中的应用，建立以遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、计算机网络技术为主要支撑的数字减灾系统。
4．加强重要基础设施抗震关键技术的研究，建设区域基础设施空间信息
结合我国目前区域基础设施发展现状与趋势，进行重要基础设施灾害防治、监测与预警关键技术的研究，提高区域基础设施物抵御地震的能力。针对区域基础设施在抗震设计中存在的问题，开展相应的抗震技术研究及以计算机网络为基础的数字减灾技术研究。
5．进行重大项目安全性评价
我国区域交通基础设施规划不合理，特别是与人民生活和震后救灾有密切关系的生命线工程设施和设备，防护措施较差，因此发展城市交通枢纽安全评价、大型公用设施的安全性评价、危险源潜在区域安全评价等对结构在使用期间的安全监测与评价是非常有必要的。
6．完善防灾法律体系，开展区域综合防灾体系建设
完善减灾法律法规体系，实现依法减灾是依法治国、依法行政方略在减灾工作中的体现。综合防灾减灾立法的指导方针是最大限度地防御和减轻各种灾害所造成的人员伤亡及财产损失，坚持全面建立和健全符合我国国情的防灾减灾的立法和执法监督部门的管理体制及运行机制。
参考文献
［1］徐明君、鲍苏新.城市防灾基础设施功能安全评价指标研究［J］.工程管理学报，2011（1）
［2］宋波、黄世敏.现代城市灾害与减灾对［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008
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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
遥感技术在地震中的应用范文5
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、人工岛、输油及输气管道等)发生破坏,除其直接经济损失极大外,其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。
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。
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展,城平建设中的污水深海排放技术,感潮水域污水多点排放漂移扩散研究,天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力,人工沙滩的保护措施,滩涂围垦对水域环境的影响等,都将是需要认真解决的 问题。
