时间:2023-05-29 18:22:07
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇海洋灾害及其防治,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
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,对于紊动影响不显著的海域,可不考虑湍流影响,而对于湍流效应显著的区域,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,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。
国家自然科学基金作为国家资助基础研究的主渠道之一,多年来一直重视将基础研究与国家经济建设整体目标的紧密结合,并积极促进国际合作与学术交流,先后在重大项目、重点项目和面上项目等多个层次上资助了土木基础设施减灾领域的基础研究,在诸多方面取得了积极的进展和成果。同时,随着国家“科教兴国”重大战略的实施,国家自然科学基金也将会有更大的投入用于土木基础设施减灾学科前沿的研究。
土木基础设施减灾基础研究进展近年来国家自然科学基金对土木基础设施减灾基础研究的资助主要有以下几个方面。
.1 城市与工程减灾基础理论及关键科学问题研究国家自然科学基金在城市与工程减灾前沿领域持续地资助了大量的基础研究课题,“八五”期间由中国地震局工程力学研究所胡聿贤和谢礼立两位院士主持收稿日期:200∞9—的重大项目“城市与工程减灾基础研究”,较为集中地体现了我国这一领域基础研究的进展。全国近20所高等院校和科研院所、五座示范或典型城市的100多位专家学者投入了历时4年的研究,在以下研究方面取得了积极的成果。
.1.1 灾害的危险性分析与损伤评估理论研究地震、风、洪水、海潮、洪涝、滑坡、泥石流、火、燃爆、岩溶、塌陷、地基变形等各种自然灾害或人为灾害的成灾环境,成灾模式,灾害性荷载的特点和分布规律,并建立了相应的危险性评估理论和方法,探讨了灾害形成机制和传播规律,以及它们对工程结构和社会经济的影响,具体内容为:(1)建立了确定城市极值风速的两种危险性评估方法一组合概率法和风场函数法。(2)提出了基于地理信息系统(GIS)和人工智能的地震危险性分析理论,建造了地震构造信息系统(SⅡS),从而使现有的地震危险性分析方法和地震区划分法无论从精度上还是效率上都有了新的突破。
通过实践和理论分析,对建筑物的火灾和烟气形成机理以及燃气爆炸规律进行了研究,编制了建筑物烟气控制系统的计算机程序和燃爆灾害预测模型。
.1.2城市与工程的灾害特征及抗灾分析理论研究城市与工程体系的灾害特征和抗灾分析理论,具体有:(1)研究了地下管网等生命线系统在地震作用下的反应分析方法,提出了考虑地震动场空间相关特性和局部场地条件影响的生命线系统地震危险性分析方法以及管网破损状态的概率分析理论,对地上生命线系统进行了供水系统的地震损失分析研究。
研究并提出了城市多种灾害损失的评估模型。
在调查分析抗震结构造价变化的基础上提出了不同重要性建筑抗震设防的最佳标准。(4)研究了城市中地震触发滑坡、岩溶塌陷、采空区塌陷以及地震火灾和渗万方数据 水引发滑坡等灾害链现象,并提出了相应评估方法。
研究并提出包括斜拉桥等大跨度桥梁结构的抗震分析和隔震控制方法。
.1.3灾害荷载作用下工程结构可靠度与优化设计理论研究多种灾害作用下工程结构的可靠度和优化理论,包括:(1)研究了抗灾结构优化设计的特点与抗灾结构最优化设防水平,进行了抗灾结构最优化设防荷载与最优化设防可靠度的对比分析。(2)研究并对比了高层建筑在风和地震作用下的可靠度分析结果。
研究并提出了结构灾害荷载可以近似为无限粗糙荷载的设想,并给出了相应荷载下的结构体系可靠度计算的近似方法。(4)根据水工结构特点,研究了坝址空间随机地震动场模型,地震动合成方法以及在平稳和强度非平稳空间随机地震动场假定下建立了计算相应的结构反应和抗震可靠度方法。(5)对铁路工程提出了滑坡、泥石流、洪水等灾害的工程预报方法,并建立了相应的路段可靠度分析方法。
.1.4典型城市与重大工程综合防灾示范研究选择汕头、镇江、鞍山、唐山四座具有不同特色的中等城市作为防御多种灾害的典型,选择广州作为大城市综合防洪典型,选择多种自然灾害多发区的成昆线乌斯河一普雄段作为防御多种灾害的典型重大工程,综合运用并集成了各种工程防灾的科技成果,并采用地理信息系统、仿真系统、危险性分析系统、损失评估、应急反应和决策系统、人工智能系统等各种先进的工程防灾技术,建立了相应的城市与重大工程的防灾减灾决策系统。充分发挥了高新技术在工程减灾领域中的优势,使我国大城市和重大工程防灾减灾的理论和实践达到了一个崭新的水平。
.2结构抗震抗风振动控制研究由于本研究的前沿性和基础性,我国结构抗震抗风振动控制最近十多年的研究进展许多是在国家自然科学基金的资助下取得的,先后有近40个面上项目和若干重点项目或重大项目的子课题与此研究密切相关,研究涉及被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制、以及智能控制的各个方面。在其它有关部门的共同支持下,我国已形成了一支阵容强大的研究队伍,使我国成为继美国和Et本之后,又一个对结构控制有着深入和广泛研究的国家。
.2.1结构被动控制结构被动控制(包括更早开始研究的基础隔震)由于不需要提供外部能源、经济和易于工程应用的特点,在我国得到了广泛的研究和一定程度的应用。控制装置涉及金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞流体阻尼器、TMD、TLD、摆式质量阻尼器等各种耗能减振器。目前不少学者正致力于结构控制设计方法的研究,以期为我国减振结构的抗震抗风设计规范的制订提供依据。经过大量的理论分析和试验研究,一些耗能减振装置已开始应用于实际工程,如上海建成的两栋带竖缝的剪力墙结构、粘滞阻尼器应用于北京火车站和北京饭店等建筑的抗震加固、以及摩擦耗能器应用于沈阳市政府大楼的抗震加固等都是成功的工程实例。
我国基础隔震的研究开展较早,已经取得了理论研究、技术开发和工程应用的丰硕成果。隔震技术主要采用橡胶垫、金属涂料滑块以及精选的细砂、石墨涂层和四氟乙烯板等。目前我国已建成的基础隔震房屋有数十栋,隔震与耗能减振技术已被写入新的《建筑结构抗震设计规范》。
.2.2结构的主动控制虽然结梅的主动控制较之被动控制效果更加明显,但由于主动控制需要输入较多的外部能源,再加上系统的可靠性问题、以及更复杂和昂贵的硬件设备等原因,在我国主动控制的研究更多地集中于主动控制算法、效果仿真分析和控制装置的试验研究等方面。
研究的控制算法主要有最优控制算法、瞬时最优控制算法、智能控制算法(如人工神经网络、遗传算法等)、极点配置算法、自适应控制算法等。对主动控制装置研究较多的是主动控制调谐质量控制系统、主动锚索控制系统、主动支撑系统等,其中哈尔滨建筑大学成功进行的结构主动控制试验的整套系统的设计、生产和调试均是自行完成的。
中国国家自然科学基金委员会和美国国家科学基金会共同资助中美合作项目“南京电视塔风振控制”的研究,是由中方东南大学等单位和美方数所高校单位合作进行的。他们采用AMD系统对南京电视塔的风振实施主动控制。它的完成不仅使南京电视塔成为国内第一个实施主动控制的建筑,在国内乃至国际学术界具有重要影响,同时也将为结构控制的研究提供合适的试验场所,目前南京电视塔风振控制工程正处于紧张的现场调试阶段。
我国在混合控制方面进行了有特色的研究,提出的混合控制系统有AMD和rILD组合的混合控制系统、AND和HDS组成的混合控制系统等,并对混合控制系统的性能及对结构的抗风抗震进行了大量的试验研究。
由于半主动控制所具有的经济、有效、可靠等特点,其研究受到国内学者的极大关注。已从事的工作包括半主动控制的变刚度、变阻尼的系统装置、理论分析和试验研究等。
.2.3结构振动的智能控制结构振动的智能控制是国际振动控制研究的前沿领域。由智能材料制成的智能可调阻尼器和智能材料驱动器构造简单、调节驱动容易、能耗小、反应迅速、几乎无时滞,在结构主动控制、半主动控制、被动控制中有广阔的应用前景。适合于土木工程振动控制的智能材料有电流变液、磁液变液、压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆合金等。
我国结构振动智能控制的研究也已起步,落后于世界先进水平研究的时间并不长。目前在此方面做的工作有:研制出了出力30kN的磁流变阻尼器,提出了压电陶瓷智能摩擦阻尼器支撑及其对框架结构地震反应的半主动控制方法,分析了压电陶瓷智能力矩控制器对框架结构地震反应的主动控制效果;制作出了两相电(磁)流变阻尼器,并研究了对高耸塔架结构风振反应的半主动控制的方法;制作了形状记忆合金耗能阻尼器,进行了对结构振动反应控制的试验,等等。
.3大型复杂结构体系的抗震抗风及设计理论研究随着我国超高层建筑、超大跨度桥梁和大跨空间结构等大型复杂结构的大量兴建,结构设计呈现出更高、更长、更柔的发展趋势,许多情况下风荷载和地震作用已成为结构设计的控制因素。因此,大型复杂结构体系抗震抗风相关的科学问题及新的设计理论的研究得到我国广大学者的广泛关注。“九五”期间由国家自然科学基金委员会与国家建设部、国家地震局和中国海洋石油渤海公司联合资助了国家自然科学基金重大项目“大型复杂结构体系的关键科学问题及设计理论研究”,由同济大学项海帆院士和哈尔滨建筑大学王光远院士共同主持,研究内容包括:
.3。1设计地震动及灾害性风荷载的作用机理地震波的多维多点输入,近场强震和地震波的长周期分量对结构的作用,城市边界层中风特性的观测分析和数值模拟,建筑风洞模拟实验的基本问题和关键模拟技术,土木工程结构的数值风洞。
。3.2超高层建筑结构体系的抗震与抗风超高层建筑结构体系及相关力学问题,抗震设计理论,复杂单体及群体建筑的风振理论,超高层建筑基于位移的抗震设计。
.3.3特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震特大跨度桥梁体系、特殊结构形式及空间非线性力学问题,气动参数识别、风振及控制理论,考虑桩一土相互作用的高桥墩和塔墩抗震分析理论。
.3.4大跨空间结构新体系及关键理论新型预应力张拉结构体系及其形态分析理论,大型柔性屋盖结构的风振反应及抗风设计,大跨网壳结构的抗震性能和稳定性能。
.3.5大型复杂结构体系的现代设计理论基于可靠度的多目标复杂结构优化设计方法,结构选型及工程结构形态全面优化的实用方法,结构振动控制的设计理论与方法,基于性态的抗震设防标准与设计理论另外,项目还包括了复杂环境下海洋平台结构系统相关内容的研究,有海洋环境随机载荷及其组合,海洋平台结构可靠度与寿命评估,结构冰致振动机理及控制,结构系统的优化设计。
土木基础设施减灾基础研究的发展趋势为了推动学科交叉和遴选国家自然科学基金“十五”优先资助领域,国家自然科学基金委员会于年底召开了“重大工程灾害与防治”为主题的前沿科学研讨会。来自土木、水利、矿业、材料、力学、地球科学、信息、管理等学科的60多位专家学者,从科学发展和国家需求与可持续发展的战略高度,对“重大工程灾害与防治”这一主题的如下关键科学问题进行了研讨和论证,并建议在“十五”期间给予优先资助。这些科学问题基本体现了土木基础设施减灾基础研究的发展前沿,也是有关专家学者结合中国国情对这一领域科学研究发展趋势的展望。
.1 大型结构和生命线工程灾害响应与控制针对灾害作用的空间分布性和动力作用特性,研究大型结构和生命线工程及其周边介质相互作用的非线性时空灾害响应,研究其性态设计、控制和优化的理论和方法。
.1.1灾害场及其动力作用研究地震和风灾等危险性分析、空间分布场、衰减规律及对结构和工程系统的动力作用,为复杂的灾害响应分析提供合理的灾害作用模型。
.1.2大型结构非线性灾害响应进行建筑、桥梁、水工、海工等大型结构材料、构件和体系的灾害模拟试验,揭示其极端条件下的动力失效、破坏和倒塌机理;研究大型结构及与周边介质相互作用的材料、几何及其耦合非线性灾害响应分析和计算理论;研究新型高性能的抗灾结构体系。
.1.3结构灾害性态设计与控制研究结构多级灾害设防水准、性态水准和性态目标,建立结构灾害响应与性态的关系、以及结构灾害性态设计和控制设计的理论和方法;研究新型减振控制装置以及高性能、大出力、低能耗的智能驱动减振装万方数据 置;研究大型结构灾害响应控制的有效措施和技术、以及智能控制集成系统。
.1.4生命线工程空间灾害响应与性态优化生命线工程是维系城市与区域经济功能的基础工程设施系统(如城市供水、供气系统、道路交通系统、区域电力系统等),其灾害破坏可导致城市和区域经济与社会功能的瘫痪。此领域重点研究城市生命线工程系统的空间地震响应分析;大规模工程网络抗震可靠性的高效分析方法;区域电力工程系统的风灾易损性分析;城市生命线工程和大型工程网络的灾害性态优化与设计。
.2岩土工程灾害与环境损伤防治针对岩土体介质的多相、非均质、各向异性的复杂环境特点以及大规模地下开挖工程和今后大规模地下空间利用的诱变灾害和环境损伤,重点研究工程与灾害的相互作用、灾变行为以及防灾减灾方法和新技术。
.2.1 囫-气一液多相介质耦合作用与灾变动力学研究天然岩(土)体孔隙裂隙介质中液气多相流的耦合作用下,稳定与非稳定变形、破坏与状态变化及转化机理、条件与规律;固一液一气耦合作用及致灾的突变动力学数学模型,为工程灾害的控制提供有效路径与方法。
.2.2高应力深部地下工程的诱变灾害与防治高应力大采深条件下开挖岩体动力学特征及与围岩变形破坏、顶板灾害、瓦斯突出、岩爆的关系;采动岩体结构与地下承压水运移关系及深部开采的突水机理。
.2.3大型地下工程的环境损伤与控制重点研究大型地下开挖工程和城市地下空间利用所引起的地表沉陷和控制,地下含水层和地表水的破坏机理及保护措施。
.2.4重大工程的边坡灾害防治与预警结合重大工程研究水位大幅度变化条件下的边坡稳定性、灾变机理、风险评估与防治决策支持体系,基于3S技术的边坡灾害预报系统及综合防治技术。
.2.5重大工程地基失效与防治针对岩、土等天然材料的特点,研究岩体和原位土的静、动力学性能;土体的液化和液化后大变形;建立岩体构造面的连续~非连续介质数值模拟模型,研究地基在地震等灾害作用下的失稳、残余变形及其与结构的相互作用,以及各种地基加固措施的机理与加固效果的定量评价。
.3重大工程灾变行为与健康诊断针对复杂灾变因素的耦合作用,研究重大工程的损伤积累和灾变行为的演化规律及其检测、监测与防治的先讲技术。
.3.1 重大工程损伤积累与灾变行为考虑疲劳效应、环境腐蚀和材料老化等灾变因素的耦合作用。研究重大工程损伤积累与灾变行为的演化规律及其与抗灾能力衰减的关系,受损结构随机建模与分析及灾变预测。
.3.2重大工程检测与健康诊断研究重大工程检测与探测的先进技术及损伤评定与健康诊断方法;大型结构动力模态指纹分析;复杂结构系统动力复合反演理论;非线性损伤变量及其识别;损伤尺度谱与损伤定位;受损结构的健康诊断与性态分析。
。3.3重大工程的智能监测研究大型结构、生命线工程与岩土灾变体系的智能传感元件优化设置及粘贴与埋设技术,信号转换接口、海量数据的远距离传输技术和智能处理方法,研究在线损伤识另叭模型修正、健康诊断、安全评定与预警系统。
.3.4重大工程的安全评定与灾变防治研究重大工程安全评定的灾害风险分析、确定性的体系安全评定方法和体系可靠度评定方法及其目标水平,研究重大工程灾变控制的方法与技术以及抗灾加固的先进材料、装置与技术。
.4数字减灾工程与系统针对城市和重大工程灾害的复杂性和大规模分布性,利用现代的数字模拟和虚拟现实技术,研究再现灾害过程、破坏特征、灾害分布和虚拟减灾策略与减灾效果的数字减灾系统。
.4.1 灾害基础数据与管理系统科学划分灾害种类和级别,系统收集和整理重大灾害成因、传播和破坏特征的历史资料,开发多媒体的灾害空间数据管理系统。
。4.2数字减灾系统集成技术研究复杂结构灾害破坏和城市灾害数字建模、数字灾害试验过程模拟、仿真和虚拟现实系统的集成技术,为数字减灾系统的建设和应用提供基础。
.4.3重大工程的数字灾害仿真系统基于重大工程灾害分析的精细模型和方法,研究模拟灾害工程、再现灾害破坏的数字试验装备,重点研究数字风灾试验和数字地震灾害试验的装备,研究数字灾害试验再现灾害过程和分布的方法、技术和示范系统。
.4.4城市数字减灾系统基于城市灾害评价的宏观模型,研究城市数字灾害过程、灾害分布、减灾效果的模拟试验装备,针对典型城市的历史灾害,建立城市数字减灾示范系统。
结语当今世界已进入一个科学技术飞速发展的时期,不同学科的相互交叉、不同领域的相互渗透是现代基础科学研究的显著特征之一。土木基础设施减灾是一个跨学科的前沿研究领域,不仅涉及土木与防灾等工程学科以及材料、信息、地学等自然科学的众多学科,还涉及社会科学、经济学的多个方面。特别是高新技术的飞速发展,为土木基础设施减灾提供了新的方法和手段,同时也不断开拓出新的研究方向和新的课题。
我国在减灾研究方面有长期的工作积累和一支颇有实力的研究队伍。今后的研究应注重相关学科的交叉与融合,加强减灾基础研究与重大工程的结合,促进国际间的交流与合作。在国家自然科学基金委员会和国家有关部门的共同支持下,使土木工程减灾基础研究走在世界前列,在国家建设和经济发展中发挥更加积极的作用。
郑丙辉,中国环境科学研究院副院长、研究员、博士生导师。主要从事流域水环境管理理论与技术方法研究。负责编制“地表水环境质量评价技术规范”、“全国湖泊水库富营养化标准”等环境保护标准专项,负责“长江口及毗邻海域环境状况调查”和“长江口及毗邻海域碧海行动计划”等环境保护部专项项目(课题)。
他认为,从本质上看,人类应该减少能源消耗,降低石油资源的开采、加工和使用量,这样既节约了资源,又能起到保护环境的作用。在海域进行石油开采应考虑开采活动对海洋生物、海洋水体、大气和地质等各方面的影响。同时,应进一步完善海上油气开发工程环境影响评价制度,切实加强污染事故或自然灾害造成的生态环境风险评价。
石油泄漏污染频发的原因
航运、开采过程、自然因素等造成石油泄漏污染频发
石油污染海洋的重大事件在以前也曾发生过,那么,造成海上石油泄漏污染事件频发的原因是什么?通常如何处置?这次墨西哥湾重大石油泄漏污染事件又有哪些不同?
郑丙辉:目前,海上石油开采活动日益频繁,海上石油运输也日趋活跃,世界上曾多次发生石油泄漏污染海洋的事件,对地区海洋生态环境造成了严重的影响。造成海上石油泄漏污染事件频发的原因有多种:
一是海上航运因素导致海上石油泄漏。主要是船舶与石油设施相互撞击,包括船与海洋石油设施相撞,或油轮与海洋其他船舶、海洋设施相撞所造成的海上溢油。如1989年3月24且在美国阿拉斯加州附近海域触礁的油轮“埃克森・瓦尔迪茨”号,造成3.4万吨原油流入威廉王子湾。我国渤海海域2005年发生了两起石油泄漏事故。2005年底发生的长岛溢油事故,是“大庆91”号油轮运载珠江口番禺油田石油至锦州途中因舱裂导致溢油,溢油主要影响到长岛及秦皇岛附近海域。
二是海上石油开采过程中钻塔或者油井因爆炸或其他原因沉入海底,造成大量石油泄漏。如1977年挪威北海油田突发爆炸,导致油井保险设施沉入海底,而此次墨西哥湾的“深水地平线”石油平台爆炸事故也属于此类事件。
三是自然因素造成的海上石油溢油事故。如1974年密西西比河口附近的两座石油钻塔颠覆造成的石油溢油事故,起因是由于飓风导致海底滑坡,进而导致钻塔颠覆,石油外溢。
此外,还有其他因素导致的是有泄漏污染。如2005年发生的渤海埕岛溢油事故是中石化埕岛油田因盗窃分子打孔盗油导致输油管道溢油。
海上发生石油泄漏事故后,应及时采取必要措施进行污染防治。首先,各部门应紧密配合,及时响应,快速、及时地对泄漏点进行堵漏处理,防止石油继续泄漏。针对泄漏的石油主要采取以下几种治理措施:一是使用石油扩散剂使石油迅速向海水扩散,减少石油的聚集;二是利用吸油物质和设施吸收泄漏的石油;三是利用围栏将污染区域与其他海区隔离,防止污染带继续扩大;四是当海面上石油层较厚时,采用引燃的方式将海面石油燃烧去除,但由于燃烧石油会造成大气污染,许多专家不建议用此办法。针对此次墨西哥湾的石油泄漏事件,一些专家也指出,通过在墨西哥湾水域打一口减压井也是能够遏制原油泄漏的一项可行措施,但这将需要较长的时间才能实现。
此次墨西哥湾“深水地平线”石油平台的爆炸泄漏情况现在还未得到完全遏制,原油泄漏的速度远远超过美国政府最初的预期,造成的灾情比当初预计的要严重得多。目前此次石油泄漏事件已经演变成了美国历史上最严重的石油污染大灾难。
首先是漏油点接连出现,大量石油从裂缝处涌出,堵漏工作难度加大。当局称要想顺利彻底封堵石油泄漏点,需要3~4周的时间。其次是石油泄漏点靠近海岸,距离美国路易斯安那州威尼斯东南仅约82公里,沿岸生态破坏严重。泄漏的石油污染了墨西哥湾内的自然保护区和野生动物栖息地,目前已出现大量的海洋生物死亡,现场惨不忍睹。第三,石油泄漏速度非常快。如果漏油不能得到有效缓解,几周内泄漏的石油将超过美国油轮“埃克森・瓦尔迪茨”号事件的泄漏量。如果能够在短期内堵住泄漏点,彻底清理也需要数年才能完成,造成的经济、生态损失难以计数。因此,此次事件已成为美国海洋污染的巨大灾难。
如何减少石油开发可能带来的环境污染问题
加大监督力度、落实安全生产、做好应急预案
此次泄油事件仍在继续恶化,以致美国渔业部门担心海洋生物会因污染大面积死亡,渔民生计可能毁于一旦;商务和交通部门担心,石油泄漏事件可能会影响商业交通;旅游部门担心,旅游者不会光顾受到石油污染的海滩;环境保护组织则担心,石油泄漏可能影响墨西哥湾地区数目众多的鸟类、珊瑚和哺乳动物等。美国总统奥巴马说:“我们面临巨大并可能是前所未有的环境灾害。”由此可见,此次污染事件可能带来巨大的环境和经济损失。您认为,应该如何减少石油开发可能带来的环境污染问题?
郑丙辉:要减少石油开发可能带来的环境污染问题,应从以下几方面人手:
首先,加大海洋石油开发的主管部门以及当地政府对石油开采公司的监督力度,确保各项安全生产措施能够严格落实到位,消除能够诱发突发污染灾害事件的隐患。
其次,石油开采公司应大力加强安全生产措施的落实,通过自检、自查,减少正常生产造成的石油泄漏,排除安全隐患,严防突发石油泄漏污染事故的发生。
第三,做好污染事故应对的应急预案,并开展全面演练。一旦安全事故发生,各单位、各部门必须密切配合、及时应对,采取一切必要措施,严防石油泄漏污染区域扩大,消除污染海域的石油污染,将突发石油泄漏污染事件对海洋环境的破坏降到最低。
此次事件带给石油企业的警示
石油企业应在保障安全生产的环节上敲响警钟
英国石油公司将承担全部污染带来的损失费用。据分析,总共至少要花费140亿美元。对于BP公司来说,这无疑是一笔巨大的损失。这次事件将带给全世界包括中国在内的石油企业怎样的警示?
郑丙辉:大家知道,石油本身具有易燃、易爆、有毒、有害的特点,石油开发和石油加工行业更是高环境风险的行业。
因此,全世界的石油企业应在保障安全生产的环节上敲响警钟,尤其是技术水平相对落后的发展中国家,安全事故的发生率更是居高不下,更应该在生产的各环节杜绝危险情况发生,防患于未然,减少突发事件的发生。政府更应该引以为戒,加大监督管理力度,保障石油
企业的安全运行。各单位、各部门在事故发生后更应该及时、迅速做出响应,采取一切必要的措施进行防治,把石油泄漏造成的损失减小到最低。
海域开采石油应该考虑的环境因素
考虑开采活动对海洋生物、海洋水体、大气、地质等各方面因素的影响,完善海上油气开发工程环境影响评价制度,切实加强污染事故或自然灾害造成的生态环境风险评价
这一事故让美国一些重要人士重新思考环保与能源的平衡关系。5月3日,加利福尼亚州州长施瓦辛格就突然改变其政治立场,他表示英国石油公司的漏油事故让他转向反对扩张在加州沿岸开采石油的计划。白宫方面也已经承认这个事故可能会迫使奥巴马总统重新考虑是否要开放更多海域开采石油的计划。海域开采石油应该考虑哪些环境因素?
郑丙辉:从本质上看,人类应该减少能源消耗,降低石油资源开采、加工和使用量,实现既节约资源,又保护环境的目标。
如果必须在海域进行石油开采,则应考虑开采活动对海洋生物、海洋水体、大气、地质等各方面因素的影响。从管理政策上进一步完善海上油气开发工程环境影响评价制度,切实加强污染事故或自然灾害造成的生态环境风险评价。
正常的石油开采业也会造成部分石油及油气泄漏,会对开采平台周围的生态环境造成危害,泄漏的油气还会污染石油平台周围的大气环境。如果石油平台处于洋流区,泄漏的石油还会随着海流漂移到其他海域。因此,海域石油开采应该综合权衡各种环境因素,确保安全生产,严防石油泄漏事故发生,减轻对石油平台周围生态环境的破坏,将海上石油开采活动对生态环境的影响降到最低。从管理政策上,要进一步完善国家污染物排放标准体系,提高海域油气开采的环境管理能力,对于正常生产排放的油气也应该实施严格的总量控制管理。
政府和企业应当担负怎样的责任
政府和企业应该扮演好自己的角色,相互配合,协同作战
由于此次漏油事件发生早期,美国联邦政府同意让英国石油公司着手处理漏油问题,坐视其自行善后,导致舆论对美国政府的这种监督方式产生质疑。对于突发的海洋污染事件,政府和企业应当担负怎样的责任?
郑丙辉:美国墨西哥湾发生如此严重的石油泄漏事件,而且至今不能有效地遏制石油的泄漏和浮油的扩散,更加表明美国政府对此类行业缺乏有效监控及其治理措施的不足。另外,美国政府迟迟未参与石油泄漏事件的防治,直至爆炸发生一周后才全面介入,也表现出政府在此次重大突发海洋污染事件中反应的滞后。
对于此类突发的海洋污染事件,政府和企业应该扮演好自己的角色,相互配合,协同作战,共同应对此类污染事件。对于发生海洋污染事件的企业,应该迅速调查海洋污染事件发生的原因,及时通报事件进展,给其他协同防治单位提供救援所需的一切资料和信息,确保迅速、及时、有效地开展救援和防治工作。对于政府当局,制订防治此类突发事件的应急预案,应本着先救灾、后追责的原则,一旦发生,迅速响应,及时制订防治方案,调动一切力量,全力投入抢险救灾,确保将突发海洋污染事件的影响降到最低,而不能先追究责任,后开展救灾工作,本末倒羞,不但耽误了抢险救灾的最佳时机,而且也加重了不必要的环境污染。
许多环境突发事故由安全生产事故引发
应将环境安全作为安全生产的重要组成部分,减少环境突发事件的发生
【关键词】:海洋;经济发展;环境保护
中图分类号:X2文献标识码:A文章编号:1997-0668(2008)061023-04
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,对于紊动影响不显著的海域,可不考虑湍流影响,而对于湍流效应显著的区域,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-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。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,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。
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
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。
海洋环境科研要为提高海洋环境管理和宏观决策、实现碧海行动计划目标和实现经济、社会可持续发展服务。其任务是:进行基础理论研究,探索污染物在海洋环境中迁移转化的规律,为制定海洋环境保护法规、标准和控制海洋污染提供科学依据,为应用技术开发提出理论依据和方法;进行应用技术研究,在改善经济结构过程中,寻求对污染实行源头和全过程控制的最佳模式和高效、低耗污染防治方法;开展海洋环境综合性、预测性研究,从发展战略上,进行人口、资源、发展与环境的关系研究,为制定海洋环境保护规划和海洋经济和海洋环境的宏观决策,提供科学依据。
实施碧海行动计划的技术支持涉及的内容包括环境监控的软件建设、污染治理及生态恢复工程的实用技术和设备的筛选、重大环境问题的研究等。其核心是利用高新技术的力量使碧海行动计划顺利实施,采取科学有效的措施改善及恢复海域的生态环境。
第一节*-*年的技术支持行动计划
一、海洋环境监测能力建设计划
(一)监测站位方案
根据国家海洋监测规范(GB17378-1998)和《*省近岸海域监测站位布设原则》的要求,*省沿海7市地共设立101个监测点位,覆盖各个环境功能区,基本能够控制和反应*近海环境质量状况。*省环境监测中心站将着眼于*近海环境质量监测,结合近岸海域环境功能区划和确定的污染治理重点区、生态保护区和敏感区,本着内密外疏的原则,合理布设和优化*近岸海域环境监测点位。
(二)监测能力建设
1.不断完善沿海市、县两级海域监测体系,全面开展全省近岸海域水质、沉积物和海洋生物等有关项目的监测分析工作。
2.随着海水水质监测工作的开展,有计划地培养海洋环境监测专业人员,及具备相应技术指导和技术监督能力的人员。
二、建立*近岸海域环境管理信息系统
为了合理利用海洋资源,保护海洋环境质量,提高海岸和海洋工程环境影响评价的质量和工作效率,*省环保局于1997年1月下达了《*近岸海域环境管理信息系统》课题,由*省环保局和*海洋大学共同承担,建立了《*省近岸海域环境管理信息系统》。“信息系统”作为一种现代化手段,将使环境管理部门及时了解*近岸海域环境质量状况、变化趋势、现存和潜在的环境问题等,有助于科学管理和正确决策。“*近岸海域环境管理信息系统”包括环境基础信息数据库系统、环境基础信息空间数据库系统和数值模型库系统,有助于*海洋环保工作总体工作水平的提高。应进一步完善改进“信息系统”,使其更便于操作,更具实用性。
三、筛选支持示范工程的实用技术和设备
以推广啤酒废水处理技术为重点,筛选并推广化工、制药、染料等行业废水处理技术和设备。
由于海洋污染主要是T-N、T-P污染,*省拟推广以下实用技术和设备。
(一)氮肥企业的稀氨水回收
1、生产尿素但无碳氨生产装置的企业
采用深度水解技术,将尿素解吸残液水解为NH3和CO2,与稀氨水一起经解吸塔解吸出NH3和CO2,用于尿素生产。
2、具有碳氨生产装置的企业
将各车间、工段产生的稀氨水(含氨2-3%),集中于氨回收罐,经处理,塔顶气冷凝后得到含氨>20%的浓氨水,用于生产碳酸氢铵。
3、硝酸铵及硫酸铵生产企业
采用膜分离技术,将NH3从稀氨水中分离出来,用稀硝酸或稀硫酸吸收后,用于生产。NH3脱出率可达99%。
(二)推广磷肥行业清洁生产技术,废水不外排
(三)城市污水处理厂采用高效脱氮、脱磷工艺技术
四、建设海洋环境自动监测系统与赤潮灾害监测系统
充分利用“十五”期间的海洋环境保护科研成果,以环保和海洋部门为主,基本建成海上溢油与赤潮灾害监测系统。
在莱州湾、胶州湾等赤潮高发地区设置海洋水质与赤潮观测站,增加监视次数,在赤潮发生期间,进行赤潮跟踪监测。建立环境要素数据库,建立赤潮发生次数、赤潮生物种类、赤潮发生面积和持续时间、藻毒素分布等数据库。适时开展赤潮预测预报研究,建立环境状况与赤潮灾害发生模型,进行环境状况与赤潮灾害发生变化趋势的预报预测。
五、建立包含氮、磷等非保守物质的水质预测模型,开展水质预测(氮、磷)和估算容量总量
建立海域水质模型是一项研究污染物迁移、转化规律和进行污染物控制以及保护海域水质的重要手段。通过水质模型,定量计算水体的负荷量与水质的关系,可以对污染源进行有效的控制。“十五”期间,水质模型的研究要在保守物质的输运扩散模型研究的基础上,以氮、磷等非保守物质为研究对象,在胶州湾、莱州湾等重点海域开展生态动力学模型(富营养化模型)研究;开展非点源污染物通量研究,建立入海污染物与海域水质的输入响应模型,为实现氮、磷的容量总量控制提供科学依据。
六、面源(地表、地下径流)和河口污染控制技术研究
面源污染控制由农业部门和环保科研部门共同承担,主要研究农业中使用的化肥、农药等未利用部分在地表水、地下水中的迁移转化规律及最终入海量,为海域环境管理提供依据。
入海河口污染控制技术由水利部门和环境科研、设计部门共同承担,主要研究在保证河口的水利作用条件下,河水及底泥的入海污染控制技术。
七、养殖自身污染控制技术研究
建立完善养殖系统自身污染的监测体系。重点开展自养(贝藻)与异养(鱼虾)复合养殖系统的研究,水产废弃物的综合利用研究(包括水产废弃物在养殖动物饲料中的应用及水产废弃物中生物活性物质的提取等),养殖饵料改良、提高饵料利用率研究,养殖废水处理、养殖场底泥消化处理研究等。
第二节*-2015年的技术支持行动计划
一、海域受损生态系统恢复工程研究
建立近海海域环境污染损失估算与分配模型,进行地区环境污染、生态系统恢复研究。在已有研究成果及其应用效果总结的基础上,通过实验室内模拟试验和海域小规模试验研究,提出并研究设计受损生态系统恢复工程建设体系,工程建设内容,工程投资及工程建成后效益评估预测方法。
二、大气沉降控制工程研究
在已有研究成果基础上,研究大气沉降污染发生、迁移、沉降、污染机理和规律,通过对国内外已有大气沉降污染研究成果的收集与分析,筛选控制大气沉降污染的技术和方法。通过对这些技术、方法的试验研究及结果分析,提出并设计控制海域大气沉降污染的工程。研究陆源污染产生的SO2、NOx、TSP等的污染防治和及其在大气中的迁移、转化、沉降规律,以及最终入海量,找出大气沉降与海水污染的相关性,提供大气污染沉降入海的防治措施、投资估算和预测评估工程建成的环境效益及经济效益分析。
三、面源和河口污染控制工程研究
在*省近岸海域几条主要入海河流的入海口之前建立城市污水处理厂,并进行提高氮、磷去除效果的工艺和管理技术的研究,有效削减市政污水中氮和磷对海域的污染影响,对近岸海域水质的改善将发挥重要作用。
一、进一步提高气象灾害监测预报预警能力
(一)完善气象灾害综合观测系统。进一步完善与国家综合气象灾害监测网相衔接的、适合我省气候特点和经济社会发展需要的气象灾害监测网络,重点加强山区加密自动气象观测站建设,形成合理覆盖全省的加密自动气象观测站网,建立和完善雷电、生态与农业、地质灾害、酸雨、大气成份、土壤墒情、海洋等专业的气象灾害观测网,尽快形成地面、高空相结合的气象灾害监测体系,提高我省对气象灾害及其次生衍生灾害的综合监测能力,特别要做好农村、沿海、森林草原、山区地质灾害易发区域、重要交通干线等的气象灾害监测工作。
(二)提高气象灾害预报预测能力。大力发展先进的气象灾害预报预测技术,加强预报预测业务系统建设,建立暴雨洪涝、雷电等强对流天气和大风、大雾、高温热浪、大雪、寒潮、低温冻害等气象灾害预报业务系统,以及风暴潮、沙尘暴、道路交通、森林火险、公共卫生和空气质量等专业气象预报系统,着力提高重大气象灾害预报预测的准确率和时效性。加强对重大气象灾害事件的跨部门会商分析,做好灾害性、关键性、转折性重大天气过程的预报和趋势预测,重点加雨(雪)、大雾、低温冻害等灾害及其影响的中短期精细化预报和雷电、冰雹、龙卷风等强对流天气的短时临近预报,实现对各种灾害性天气气候事件的实时动态诊断分析、风险评估和预警预测。
(三)建立气象灾害信息服务渠道。要把气象灾害预警信息工作列入政府公共服务体系建设的重要内容,加快建设各级气象灾害预警信息平台,拓展信息系统功能。广播电视部门要做好中国气象频道在我省的接收落地工作。公共场所管理部门要在人口集中的地方建立电子显示屏,明确气象灾害预警信息接收人,及时传播气象灾害预警信息。气象部门要通过广播电视、公共场所电子显示屏、手机短信等形式,针对不同的群体及时各类气象灾害预报预警信息,并提出适用的防灾避险措施。广播、电视等媒体和固定网、移动网、因特网、电子显示屏使用管理部门,应当配合气象部门及时传播气象灾害预警信息,提高气象灾害预警信息的覆盖范围。各市、县(市、区)政府要加快农村大喇叭气象灾害预警信息接收系统建设,进一步畅通预警信息渠道,提高为农民群众防灾避险提供气象灾害预警信息的时效。
二、切实增强气象灾害防范和应急处理能力
(一)认真开展气象灾害普查和气象灾害风险区划工作。县级以上政府要按照防灾减灾有关规划和要求,统筹考虑当地自然灾害特点,组织有关部门认真开展气象灾害风险普查,全面调查收集本行政区域历史上发生气象灾害的种类、频次、强度、造成的损失以及可能引发气象灾害及次生衍生灾害的因素等,建立气象灾害风险数据库,了解气象灾害在本行政区域的发生发展规律和对经济社会的影响,为科学防御气象灾害提供依据。加强灾害分析评估,根据灾害分布情况、易发区域、主要致灾因子等,逐步建立分灾种的气象灾害风险区划,确定气象灾害重点防治区和一般防治区,制订防洪涝、防风、防雷、防积涝、防雪灾、防台风、防浪、防低温冻害等气象灾害防御工程措施与非工程措施相结合的防治对策,建立不同气象灾害种类的防御方案,有针对性地制订和完善防灾减灾措施。
(二)完善气象灾害防灾减灾基础设施建设。建设和完善海堤、水库、防风林、城市排水设施、避风港口、紧急避难场所等应急基础设施,及时疏通河道,抓紧进行病险水库、堤防和海塘等重要险段的除险加固,确保工程设施防灾抗灾作用的有效发挥。要按照国家规定的防雷标准和设计、施工规范,在各类建筑物、设施和场所安装防雷装置并定期检测。针对台风、风暴潮、沙尘暴等灾害强度增加、损失加重的实际,科学制订防风、防浪、防沙工程建设标准,切实提高气象灾害的综合防御能力。
(三)全面开展气候可行性论证工作。各级气象主管机构要依法开展对城市规划、重大基础设施建设、公共工程建设、重点领域或区域发展建设规划的气候可行性论证。有关部门在规划编制和项目立项中要统筹考虑气候可行性和气象灾害的风险性,避免和减少气象灾害、气候变化对重要设施和工程项目的影响。
(四)抓紧制订和完善气象灾害应急预案。明确各灾种的应对措施和处置程序,建立监测预警、信息通报及播发、部门及社会公众防御指南、社会救助等协调联动机制,并针对气象灾害可能引发的次生衍生灾害,进一步完善相关应急预案,形成部门各司其职、各负其责、通力协作、统一有效的重大气象灾害应对体系。要加强预案的动态管理,经常性地开展预案演练,特别要强化城市人口密集区、重点保护部位和山区的气象灾害应急预案的演练,促进各单位的协调配合和职责落实。
(五)加强气象灾害应急队伍建设。加快建设人工增雨、防雹、防雷、防汛抗旱、灾害救助等各类气象灾害防范应对专业队伍、专家队伍和应急志愿者队伍。学校、医院、车站、码头、体育场馆、社区等公共场所要明确气象灾害应急联系人,确保能够及时准确地接收和传达气象灾害预警信息,组织采取应急处置措施。要加快建立乡(镇)、村气象灾害防御义务信息员队伍,及时接收传递气象灾害预警信息,帮助群众做好防灾避灾工作。定期组织相关知识和技能培训,不断提高应急队伍的整体素质。
(六)积极开展人工影响天气作业。各级气象部门要加大云水资源开发力度,在干旱缺水地区积极开展飞机、火箭等人工增雨(雪)作业,努力缓解城乡生活、工农业生产、生态环境保护用水紧张状况。要加强人工防雹工作,进一步完善我省高炮防雹作业布局,切实做好经济作物主产区的雹灾预防。要充分利用有利的天气条件,对森林草原火灾、污染物扩散、环境污染等重大突发公共事件开展人工影响天气应急作业。
(七)增强气象灾害抗灾救灾能力。气象部门灾害性天气预报警报后,各级各有关部门要及时分析对本地本部门的影响,并根据具体情况启动相关应急预案,采取有效措施,避免或者减轻气象灾害。太行山、燕山地区要高度重视气象灾害引发的山洪、滑坡、泥石流等次生衍生灾害的防范应对工作,加强查险排险,及时组织受威胁群众转移避险。要认真落实减灾救灾各项措施,全力做好气象灾害救助、恢复生产和重建家园工作,确保灾区生产生活秩序稳定。加快灾害保险和再保险等相关政策的研究和制定,充分发挥金融保险行业在灾害救助和恢复重建工作中的作用。
三、积极推进气象灾害防御工作保障体系建设
(一)全面落实气象灾害防御责任制。按照统一领导、分工协作、各负其责的原则,切实加强对气象灾害防御工作的领导和管理。县级以上政府要建立气象灾害防御工作组织领导机构和日常管理机构,日常管理机构设在当地气象部门,主要负责组织拟定当地气象灾害防御规划和年度工作计划,组织气象灾害普查和评估,对重大气象灾害防御建设项目进行论证等。同时要建立相应的运行机制,使气象灾害防御组织管理工作经常化、规范化、科学化,切实加强山区、社区、矿区、学校等气象灾害防御组织管理体系建设。
(二)加强气象灾害科技支撑能力建设。加强气象灾害发生机理、预报和防御科学技术的研究,深入开展气候变暖及其引发的极端天气气候事件对水资源、粮食生产、生态环境等的影响评估和应对措施研究,不断提高我省防御气象灾害的能力。
(三)完善气象灾害相关法规和标准建设。要加快完善与气象灾害防御工作相关的法规和规章及其相关配套制度建设,健全地方气象灾害以及防御技术标准和规范,促进气象灾害防御工作的规范化管理。
(四)加大气象灾害防御资金投入力度。各级政府要建立和完善气象灾害防御投入机制,充分利用中央、地方和社会等多方面投资,将气象灾害防御建设项目列入当地经济和社会发展规划统筹安排,抓紧组织实施“十一五”规划中有关气象防灾减灾项目的建设,加大对气象灾害监测预警、信息、应急处置、抗灾救助及防灾减灾工程、科普宣传、科学研究等方面的投入。
第一条为了防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境,根据《中华人民共和国海洋环境保护法》,制定本条例。
第二条防治船舶及其有关作业活动污染中华人民共和国管辖海域适用本条例。
第三条防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境,实行预防为主、防治结合的原则。
第四条国务院交通运输主管部门主管所辖港区水域内非军事船舶和港区水域外非渔业、非军事船舶污染海洋环境的防治工作。
海事管理机构依照本条例规定具体负责防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的监督管理。
第五条国务院交通运输主管部门应当根据防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的需要,组织编制防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急能力建设规划,报国务院批准后公布实施。
沿海设区的市级以上地方人民政府应当按照国务院批准的防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急能力建设规划,并根据本地区的实际情况,组织编制相应的防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急能力建设规划。
第六条国务院交通运输主管部门、沿海设区的市级以上地方人民政府应当建立健全防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急反应机制,并制定防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急预案。
第七条海事管理机构应当根据防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的需要,会同海洋主管部门建立健全船舶及其有关作业活动污染海洋环境的监测、监视机制,加强对船舶及其有关作业活动污染海洋环境的监测、监视。
第八条国务院交通运输主管部门、沿海设区的市级以上地方人民政府应当按照防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境应急能力建设规划,建立专业应急队伍和应急设备库,配备专用的设施、设备和器材。
第九条任何单位和个人发现船舶及其有关作业活动造成或者可能造成海洋环境污染的,应当立即就近向海事管理机构报告。
第二章防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的一般规定
第十条船舶的结构、设备、器材应当符合国家有关防治船舶污染海洋环境的技术规范以及中华人民共和国缔结或者参加的国际条约的要求。
船舶应当依照法律、行政法规、国务院交通运输主管部门的规定以及中华人民共和国缔结或者参加的国际条约的要求,取得并随船携带相应的防治船舶污染海洋环境的证书、文书。
第十一条中国籍船舶的所有人、经营人或者管理人应当按照国务院交通运输主管部门的规定,建立健全安全营运和防治船舶污染管理体系。
海事管理机构应当对安全营运和防治船舶污染管理体系进行审核,审核合格的,发给符合证明和相应的船舶安全管理证书。
第十二条港口、码头、装卸站以及从事船舶修造的单位应当配备与其装卸货物种类和吞吐能力或者修造船舶能力相适应的污染监视设施和污染物接收设施,并使其处于良好状态。
第十三条港口、码头、装卸站以及从事船舶修造、打捞、拆解等作业活动的单位应当制定有关安全营运和防治污染的管理制度,按照国家有关防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的规范和标准,配备相应的防治污染设备和器材,并通过海事管理机构的专项验收。
港口、码头、装卸站以及从事船舶修造、打捞、拆解等作业活动的单位,应当定期检查、维护配备的防治污染设备和器材,确保防治污染设备和器材符合防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的要求。
第十四条船舶所有人、经营人或者管理人以及有关作业单位应当制定防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的应急预案,并报海事管理机构批准。
港口、码头、装卸站的经营人应当制定防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的应急预案,并报海事管理机构备案。
船舶、港口、码头、装卸站以及其他有关作业单位应当按照应急预案,定期组织演练,并做好相应记录。
第三章船舶污染物的排放和接收
第十五条船舶在中华人民共和国管辖海域向海洋排放的船舶垃圾、生活污水、含油污水、含有毒有害物质污水、废气等污染物以及压载水,应当符合法律、行政法规、中华人民共和国缔结或者参加的国际条约以及相关标准的要求。
船舶应当将不符合前款规定的排放要求的污染物排入港口接收设施或者由船舶污染物接收单位接收。
船舶不得向依法划定的海洋自然保护区、海滨风景名胜区、重要渔业水域以及其他需要特别保护的海域排放船舶污染物。
第十六条船舶处置污染物,应当在相应的记录簿内如实记录。
船舶应当将使用完毕的船舶垃圾记录簿在船舶上保留2年;将使用完毕的含油污水、含有毒有害物质污水记录簿在船舶上保留3年。
第十七条船舶污染物接收单位从事船舶垃圾、残油、含油污水、含有毒有害物质污水接收作业,应当依法经海事管理机构批准。
第十八条船舶污染物接收单位接收船舶污染物,应当向船舶出具污染物接收单证,并由船长签字确认。
船舶凭污染物接收单证向海事管理机构办理污染物接收证明,并将污染物接收证明保存在相应的记录簿中。
第十九条船舶污染物接收单位应当按照国家有关污染物处理的规定处理接收的船舶污染物,并每月将船舶污染物的接收和处理情况报海事管理机构备案。
第四章船舶有关作业活动的污染防治
第二十条从事船舶清舱、洗舱、油料供受、装卸、过驳、修造、打捞、拆解,污染危害性货物装箱、充罐,污染清除作业以及利用船舶进行水上水下施工等作业活动的,应当遵守相关操作规程,并采取必要的安全和防治污染的措施。
从事前款规定的作业活动的人员,应当具备相关安全和防治污染的专业知识和技能。
第二十一条船舶不符合污染危害性货物适载要求的,不得载运污染危害性货物,码头、装卸站不得为其进行装载作业。
污染危害性货物的名录由国家海事管理机构公布。
第二十二条载运污染危害性货物进出港口的船舶,其承运人、货物所有人或者人,应当向海事管理机构提出申请,经批准方可进出港口、过境停留或者进行装卸作业。
第二十三条载运污染危害性货物的船舶,应当在海事管理机构公布的具有相应安全装卸和污染物处理能力的码头、装卸站进行装卸作业。
第二十四条货物所有人或者人交付船舶载运污染危害性货物,应当确保货物的包装与标志等符合有关安全和防治污染的规定,并在运输单证上准确注明货物的技术名称、编号、类别(性质)、数量、注意事项和应急措施等内容。
货物所有人或者人交付船舶载运污染危害性不明的货物,应当由国家海事管理机构认定的评估机构进行危害性评估,明确货物的危害性质以及有关安全和防治污染要求,方可交付船舶载运。
第二十五条海事管理机构认为交付船舶载运的污染危害性货物应当申报而未申报,或者申报的内容不符合实际情况的,可以按照国务院交通运输主管部门的规定采取开箱等方式查验。
海事管理机构查验污染危害性货物,货物所有人或者人应当到场,并负责搬移货物,开拆和重封货物的包装。海事管理机构认为必要的,可以径行查验、复验或者提取货样,有关单位和个人应当配合。
第二十六条进行散装液体污染危害性货物过驳作业的船舶,其承运人、货物所有人或者人应当向海事管理机构提出申请,告知作业地点,并附送过驳作业方案、作业程序、防治污染措施等材料。
海事管理机构应当自受理申请之日起2个工作日内作出许可或者不予许可的决定。2个工作日内无法作出决定的,经海事管理机构负责人批准,可以延长5个工作日。
第二十七条依法获得船舶油料供受作业资质的单位,应当向海事管理机构备案。海事管理机构应当对船舶油料供受作业进行监督检查,发现不符合安全和防治污染要求的,应当予以制止。
第二十八条船舶燃油供给单位应当如实填写燃油供受单证,并向船舶提供船舶燃油供受单证和燃油样品。
船舶和船舶燃油供给单位应当将燃油供受单证保存3年,并将燃油样品妥善保存1年。
第二十九条船舶修造、水上拆解的地点应当符合环境功能区划和海洋功能区划,并由海事管理机构征求当地环境保护主管部门和海洋主管部门意见后确定并公布。
第三十条从事船舶拆解的单位在船舶拆解作业前,应当对船舶上的残余物和废弃物进行处置,将油舱(柜)中的存油驳出,进行船舶清舱、洗舱、测爆等工作,并经海事管理机构检查合格,方可进行船舶拆解作业。
从事船舶拆解的单位应当及时清理船舶拆解现场,并按照国家有关规定处理船舶拆解产生的污染物。
禁止采取冲滩方式进行船舶拆解作业。
第三十一条禁止船舶经过中华人民共和国内水、领海转移危险废物。
经过中华人民共和国管辖的其他海域转移危险废物的,应当事先取得国务院环境保护主管部门的书面同意,并按照海事管理机构指定的航线航行,定时报告船舶所处的位置。
第三十二条使用船舶向海洋倾倒废弃物的,应当向驶出港所在地的海事管理机构提交海洋主管部门的批准文件,经核实方可办理船舶出港签证。
船舶向海洋倾倒废弃物,应当如实记录倾倒情况。返港后,应当向驶出港所在地的海事管理机构提交书面报告。
第三十三条载运散装液体污染危害性货物的船舶和1万总吨以上的其他船舶,其经营人应当在作业前或者进出港口前与取得污染清除作业资质的单位签订污染清除作业协议,明确双方在发生船舶污染事故后污染清除的权利和义务。
与船舶经营人签订污染清除作业协议的污染清除作业单位应当在发生船舶污染事故后,按照污染清除作业协议及时进行污染清除作业。
第三十四条申请取得污染清除作业资质的单位应当向海事管理机构提出书面申请,并提交其符合下列条件的材料:
(一)配备的污染清除设施、设备、器材和作业人员符合国务院交通运输主管部门的规定;
(二)制定的污染清除作业方案符合防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境的要求;
(三)污染物处理方案符合国家有关防治污染的规定。
海事管理机构应当自受理申请之日起30个工作日内完成审查,并对符合条件的单位颁发资质证书;对不符合条件的,书面通知申请单位并说明理由。
第五章船舶污染事故应急处置
第三十五条本条例所称船舶污染事故,是指船舶及其有关作业活动发生油类、油性混合物和其他有毒有害物质泄漏造成的海洋环境污染事故。
第三十六条船舶污染事故分为以下等级:
(一)特别重大船舶污染事故,是指船舶溢油1000吨以上,或者造成直接经济损失2亿元以上的船舶污染事故;
(二)重大船舶污染事故,是指船舶溢油500吨以上不足1000吨,或者造成直接经济损失1亿元以上不足2亿元的船舶污染事故;
(三)较大船舶污染事故,是指船舶溢油100吨以上不足500吨,或者造成直接经济损失5000万元以上不足1亿元的船舶污染事故;
(四)一般船舶污染事故,是指船舶溢油不足100吨,或者造成直接经济损失不足5000万元的船舶污染事故。
第三十七条船舶在中华人民共和国管辖海域发生污染事故,或者在中华人民共和国管辖海域外发生污染事故造成或者可能造成中华人民共和国管辖海域污染的,应当立即启动相应的应急预案,采取措施控制和消除污染,并就近向有关海事管理机构报告。
发现船舶及其有关作业活动可能对海洋环境造成污染的,船舶、码头、装卸站应当立即采取相应的应急处置措施,并就近向有关海事管理机构报告。
接到报告的海事管理机构应当立即核实有关情况,并向上级海事管理机构或者国务院交通运输主管部门报告,同时报告有关沿海设区的市级以上地方人民政府。
第三十八条船舶污染事故报告应当包括下列内容:
(一)船舶的名称、国籍、呼号或者编号;
(二)船舶所有人、经营人或者管理人的名称、地址;
(三)发生事故的时间、地点以及相关气象和水文情况;
(四)事故原因或者事故原因的初步判断;
(五)船舶上污染物的种类、数量、装载位置等概况;
(六)污染程度;
(七)已经采取或者准备采取的污染控制、清除措施和污染控制情况以及救助要求;
(八)国务院交通运输主管部门规定应当报告的其他事项。
作出船舶污染事故报告后出现新情况的,船舶、有关单位应当及时补报。
第三十九条发生特别重大船舶污染事故,国务院或者国务院授权国务院交通运输主管部门成立事故应急指挥机构。
发生重大船舶污染事故,有关省、自治区、直辖市人民政府应当会同海事管理机构成立事故应急指挥机构。
发生较大船舶污染事故和一般船舶污染事故,有关设区的市级人民政府应当会同海事管理机构成立事故应急指挥机构。
有关部门、单位应当在事故应急指挥机构统一组织和指挥下,按照应急预案的分工,开展相应的应急处置工作。
第四十条船舶发生事故有沉没危险,船员离船前,应当尽可能关闭所有货舱(柜)、油舱(柜)管系的阀门,堵塞货舱(柜)、油舱(柜)通气孔。
船舶沉没的,船舶所有人、经营人或者管理人应当及时向海事管理机构报告船舶燃油、污染危害性货物以及其他污染物的性质、数量、种类、装载位置等情况,并及时采取措施予以清除。
第四十一条发生船舶污染事故或者船舶沉没,可能造成中华人民共和国管辖海域污染的,有关沿海设区的市级以上地方人民政府、海事管理机构根据应急处置的需要,可以征用有关单位或者个人的船舶和防治污染设施、设备、器材以及其他物资,有关单位和个人应当予以配合。
被征用的船舶和防治污染设施、设备、器材以及其他物资使用完毕或者应急处置工作结束,应当及时返还。船舶和防治污染设施、设备、器材以及其他物资被征用或者征用后毁损、灭失的,应当给予补偿。
第四十二条发生船舶污染事故,海事管理机构可以采取清除、打捞、拖航、引航、过驳等必要措施,减轻污染损害。相关费用由造成海洋环境污染的船舶、有关作业单位承担。
需要承担前款规定费用的船舶,应当在开航前缴清相关费用或者提供相应的财务担保。
第四十三条处置船舶污染事故使用的消油剂,应当符合国家有关标准。
海事管理机构应当及时将符合国家有关标准的消油剂名录向社会公布。
船舶、有关单位使用消油剂处置船舶污染事故的,应当依照《中华人民共和国海洋环境保护法》有关规定执行。
第六章船舶污染事故调查处理
第四十四条船舶污染事故的调查处理依照下列规定进行:
(一)特别重大船舶污染事故由国务院或者国务院授权国务院交通运输主管部门等部门组织事故调查处理;
(二)重大船舶污染事故由国家海事管理机构组织事故调查处理;
(三)较大船舶污染事故和一般船舶污染事故由事故发生地的海事管理机构组织事故调查处理。
船舶污染事故给渔业造成损害的,应当吸收渔业主管部门参与调查处理;给军事港口水域造成损害的,应当吸收军队有关主管部门参与调查处理。
第四十五条发生船舶污染事故,组织事故调查处理的机关或者海事管理机构应当及时、客观、公正地开展事故调查,勘验事故现场,检查相关船舶,询问相关人员,收集证据,查明事故原因。
第四十六条组织事故调查处理的机关或者海事管理机构根据事故调查处理的需要,可以暂扣相应的证书、文书、资料;必要时,可以禁止船舶驶离港口或者责令停航、改航、停止作业直至暂扣船舶。
第四十七条事故调查处理需要委托有关机构进行技术鉴定或者检验、检测的,应当委托国务院交通运输主管部门认定的机构进行。
第四十八条组织事故调查处理的机关或者海事管理机构开展事故调查时,船舶污染事故的当事人和其他有关人员应当如实反映情况和提供资料,不得伪造、隐匿、毁灭证据或者以其他方式妨碍调查取证。
第四十九条组织事故调查处理的机关或者海事管理机构应当自事故调查结束之日起20个工作日内制作事故认定书,并送达当事人。
事故认定书应当载明事故基本情况、事故原因和事故责任。
第七章船舶污染事故损害赔偿
第五十条造成海洋环境污染损害的责任者,应当排除危害,并赔偿损失;完全由于第三者的故意或者过失,造成海洋环境污染损害的,由第三者排除危害,并承担赔偿责任。
第五十一条完全属于下列情形之一,经过及时采取合理措施,仍然不能避免对海洋环境造成污染损害的,免予承担责任:
(一)战争;
(二)不可抗拒的自然灾害;
(三)负责灯塔或者其他助航设备的主管部门,在执行职责时的疏忽,或者其他过失行为。
第五十二条船舶污染事故的赔偿限额依照《中华人民共和国海商法》关于海事赔偿责任限制的规定执行。但是,船舶载运的散装持久性油类物质造成中华人民共和国管辖海域污染的,赔偿限额依照中华人民共和国缔结或者参加的有关国际条约的规定执行。
前款所称持久性油类物质,是指任何持久性烃类矿物油。
第五十三条在中华人民共和国管辖海域内航行的船舶,其所有人应当按照国务院交通运输主管部门的规定,投保船舶油污损害民事责任保险或者取得相应的财务担保。但是,1000总吨以下载运非油类物质的船舶除外。
船舶所有人投保船舶油污损害民事责任保险或者取得的财务担保的额度应当不低于《中华人民共和国海商法》、中华人民共和国缔结或者参加的有关国际条约规定的油污赔偿限额。
承担船舶油污损害民事责任保险的商业性保险机构和互保险机构,由国家海事管理机构征求国务院保险监督管理机构意见后确定并公布。
第五十四条已依照本条例第五十三条的规定投保船舶油污损害民事责任保险或者取得财务担保的中国籍船舶,其所有人应当持船舶国籍证书、船舶油污损害民事责任保险合同或者财务担保证明,向船籍港的海事管理机构申请办理船舶油污损害民事责任保险证书或者财务保证证书。
第五十五条发生船舶油污事故,国家组织有关单位进行应急处置、清除污染所发生的必要费用,应当在船舶油污损害赔偿中优先受偿。
第五十六条在中华人民共和国管辖水域接收海上运输的持久性油类物质货物的货物所有人或者人应当缴纳船舶油污损害赔偿基金。
船舶油污损害赔偿基金征收、使用和管理的具体办法由国务院财政部门会同国务院交通运输主管部门制定。
国家设立船舶油污损害赔偿基金管理委员会,负责处理船舶油污损害赔偿基金的赔偿等事务。船舶油污损害赔偿基金管理委员会由有关行政机关和缴纳船舶油污损害赔偿基金的主要货主组成。
第五十七条对船舶污染事故损害赔偿的争议,当事人可以请求海事管理机构调解,也可以向仲裁机构申请仲裁或者向人民法院提起民事诉讼。
第八章法律责任
第五十八条船舶、有关作业单位违反本条例规定的,海事管理机构应当责令改正;拒不改正的,海事管理机构可以责令停止作业、强制卸载,禁止船舶进出港口、靠泊、过境停留,或者责令停航、改航、离境、驶向指定地点。
第五十九条违反本条例的规定,船舶的结构不符合国家有关防治船舶污染海洋环境的技术规范或者有关国际条约要求的,由海事管理机构处10万元以上30万元以下的罚款。
第六十条违反本条例的规定,有下列情形之一的,由海事管理机构依照《中华人民共和国海洋环境保护法》有关规定予以处罚:
(一)船舶未取得并随船携带防治船舶污染海洋环境的证书、文书的;
(二)船舶、港口、码头、装卸站未配备防治污染设备、器材的;
(三)船舶向海域排放本条例禁止排放的污染物的;
(四)船舶未如实记录污染物处置情况的;
(五)船舶超过标准向海域排放污染物的;
(六)从事船舶水上拆解作业,造成海洋环境污染损害的。
第六十一条违反本条例的规定,船舶未按照规定在船舶上留存船舶污染物处置记录,或者船舶污染物处置记录与船舶运行过程中产生的污染物数量不符合的,由海事管理机构处2万元以上10万元以下的罚款。
第六十二条违反本条例的规定,船舶污染物接收单位未经海事管理机构批准,擅自从事船舶垃圾、残油、含油污水、含有毒有害物质污水接收作业的,由海事管理机构处1万元以上5万元以下的罚款;造成海洋环境污染的,处5万元以上25万元以下的罚款。
第六十三条违反本条例的规定,船舶未按照规定办理污染物接收证明,或者船舶污染物接收单位未按照规定将船舶污染物的接收和处理情况报海事管理机构备案的,由海事管理机构处2万元以下的罚款。
第六十四条违反本条例的规定,有下列情形之一的,由海事管理机构处2000元以上1万元以下的罚款:
(一)船舶未按照规定保存污染物接收证明的;
(二)船舶燃油供给单位未如实填写燃油供受单证的;
(三)船舶燃油供给单位未按照规定向船舶提供燃油供受单证和燃油样品的;
(四)船舶和船舶燃油供给单位未按照规定保存燃油供受单证和燃油样品的。
第六十五条违反本条例的规定,有下列情形之一的,由海事管理机构处2万元以上10万元以下的罚款:
(一)载运污染危害性货物的船舶不符合污染危害性货物适载要求的;
(二)载运污染危害性货物的船舶未在具有相应安全装卸和污染物处理能力的码头、装卸站进行装卸作业的;
(三)货物所有人或者人未按照规定对污染危害性不明的货物进行危害性评估的。
第六十六条违反本条例的规定,未经海事管理机构批准,船舶载运污染危害性货物进出港口、过境停留、进行装卸或者过驳作业的,由海事管理机构处1万元以上5万元以下的罚款。
第六十七条违反本条例的规定,有下列情形之一的,由海事管理机构处2万元以上10万元以下的罚款:
(一)船舶发生事故沉没,船舶所有人或者经营人未及时向海事管理机构报告船舶燃油、污染危害性货物以及其他污染物的性质、数量、种类、装载位置等情况的;
(二)船舶发生事故沉没,船舶所有人或者经营人未及时采取措施清除船舶燃油、污染危害性货物以及其他污染物的。
第六十八条违反本条例的规定,有下列情形之一的,由海事管理机构处1万元以上5万元以下的罚款:
(一)载运散装液体污染危害性货物的船舶和1万总吨以上的其他船舶,其经营人未按照规定签订污染清除作业协议的;
(二)未取得污染清除作业资质的单位擅自签订污染清除作业协议并从事污染清除作业的。
第六十九条违反本条例的规定,发生船舶污染事故,船舶、有关作业单位未立即启动应急预案的,对船舶、有关作业单位,由海事管理机构处2万元以上10万元以下的罚款;对直接负责的主管人员和其他直接责任人员,由海事管理机构处1万元以上2万元以下的罚款。直接负责的主管人员和其他直接责任人员属于船员的,并处给予暂扣适任证书或者其他有关证件1个月至3个月的处罚。
第七十条违反本条例的规定,发生船舶污染事故,船舶、有关作业单位迟报、漏报事故的,对船舶、有关作业单位,由海事管理机构处5万元以上25万元以下的罚款;对直接负责的主管人员和其他直接责任人员,由海事管理机构处1万元以上5万元以下的罚款。直接负责的主管人员和其他直接责任人员属于船员的,并处给予暂扣适任证书或者其他有关证件3个月至6个月的处罚。瞒报、谎报事故的,对船舶、有关作业单位,由海事管理机构处25万元以上50万元以下的罚款;对直接负责的主管人员和其他直接责任人员,由海事管理机构处5万元以上10万元以下的罚款。直接负责的主管人员和其他直接责任人员属于船员的,并处给予吊销适任证书或者其他有关证件的处罚。
第七十一条违反本条例的规定,未经海事管理机构批准使用消油剂的,由海事管理机构对船舶或者使用单位处1万元以上5万元以下的罚款。
第七十二条违反本条例的规定,船舶污染事故的当事人和其他有关人员,未如实向组织事故调查处理的机关或者海事管理机构反映情况和提供资料,伪造、隐匿、毁灭证据或者以其他方式妨碍调查取证的,由海事管理机构处1万元以上5万元以下的罚款。
第七十三条违反本条例的规定,船舶所有人有下列情形之一的,由海事管理机构责令改正,可以处5万元以下的罚款;拒不改正的,处5万元以上25万元以下的罚款:
(一)在中华人民共和国管辖海域内航行的船舶,其所有人未按照规定投保船舶油污损害民事责任保险或者取得相应的财务担保的;
(二)船舶所有人投保船舶油污损害民事责任保险或者取得的财务担保的额度低于《中华人民共和国海商法》、中华人民共和国缔结或者参加的有关国际条约规定的油污赔偿限额的。
第七十四条违反本条例的规定,在中华人民共和国管辖水域接收海上运输的持久性油类物质货物的货物所有人或者人,未按照规定缴纳船舶油污损害赔偿基金的,由海事管理机构责令改正;拒不改正的,可以停止其接收的持久性油类物质货物在中华人民共和国管辖水域进行装卸、过驳作业。
货物所有人或者人逾期未缴纳船舶油污损害赔偿基金的,应当自应缴之日起按日加缴未缴额的万分之五的滞纳金。
第九章附则
第七十五条中华人民共和国缔结或者参加的国际条约对防治船舶及其有关作业活动污染海洋环境有规定的,适用国际条约的规定。但是,中华人民共和国声明保留的条款除外。
第七十六条县级以上人民政府渔业主管部门负责渔港水域内非军事船舶和渔港水域外渔业船舶污染海洋环境的监督管理,负责保护渔业水域生态环境工作,负责调查处理《中华人民共和国海洋环境保护法》第五条第四款规定的渔业污染事故。
第七十七条军队环境保护部门负责军事船舶污染海洋环境的监督管理及污染事故的调查处理。
第七十八条本条例自2010年3月1日起施行。1983年12月29日国务院的《中华人民共和国防止船舶污染海域管理条例》同时废止。
(新华社北京讯,9月17日《经济日报》)
关键词:高原地区;地质状况;地质灾害
中图分类号:[TE132] 文献标识码:A
随着玉树地震、雅安地震的频繁发生,我国高原地区的地质状况已经引起了广泛重视。目前越来越多的研究表明,我国高原各部分的隆起是不同步的,因此对高原的研究必须分块进行【1】。而生态环境地质是环境地质学与生态科学交叉所产生的新的学科生长点,是环境地质学概念的延伸和研究领域的延拓,是人类认识自然能力发展的必然【2】。本文为此具体了基于生态环境地质的高原地区地质状况研究的难点及其地质灾害的预防,现报告如下。
一、高原地区地质状况分析-川西高原
川西高原是青藏高原东部主体的一部分。南接云贵高原,西面与藏北高原相接,东邻西秦岭和四川盆地,北面与拉脊山、布尔汗布达山、祁连山地以及柴达木盆地相邻。川西高原地势自西向东缓慢倾斜,高原面保存较完整【3】。地质一个最主要的特点是高山大河并列,高原上分布着数列北西-南东或北-南走向的山脉,长江主要支流金沙江、雅砻江、岷江呈南北向分布于高原之上,形成了该区高山深谷地貌。在研究难点中,本文认为川西高原河流阶地成因研究比较困难,主要包括以下几个方面。
(一)侵蚀基准面下降
侵蚀基准面的下降可以由气候变化导致的海平面下降引起,也可以由局部的构造抬升或下降引起。侵蚀基准面下降后,河流向外延伸,原来河口附近出现裂点,加速河流下切,以后裂点位置不断上溯,裂点以下出现阶地。河流的下切也可以从上游开始,这主要是通过沉积物通量-径流量的相对变化引起【4】。
(二)气候变化
气候变化影响到河流中水量和含沙量。气候变干,河流水量减少,地面植被稀疏,坡面侵蚀加强,河水含沙量相对增多,表现为河床堆积填高。反之,气候湿润期,水量增多,植被茂盛,河流含沙量相对减少,导致向下侵蚀。由于长期的气候干湿变化引起堆积、侵蚀交替作用,即形成气候阶地。在某些阶地沉积物里面,有一些复杂的沉积结构,有学者认为它们并非代表了小尺度构造运动的变化,更可能是河流系统对小尺度。此类小尺度或高频气候变化在格陵兰冰芯和北大西洋深海岩芯中都有明确的反映,但河流系统对这些较小幅度气候变化响应的精确时间是充满变数的。
(三)构造运动
构造运动形成的阶地比较普遍,在大面积均匀上升地区,侵蚀基准面下降,河流首先在下游段快速深切,以后河流裂点溯源而上,整个流域都将形成阶地。构造运动常呈间歇性,活动期与相对稳定期交替出现。总的来说,河流阶地的成因是很复杂的,必须具体问题具体分析,才能区分出各种叠加因素,确定阶地的主要形成原因。
我们通过分析,川西高原河流阶地在类型上多为基座阶地,相邻阶地之间的基座高差很大,阶地基座高差气候变化在此高差上很难实现,气候变化形成的阶地,其拔河高度和形成时代的关系曲线基本上直线型的,偶尔发生的构造变形不会影响到阶地的形成。因此认为气候变化不是川西高原河流阶地形成的主要原因。川西高原主要河流阶地位相表现为由上游向下游辐聚的特征,这不符合基准面下降形成的向上游辐聚的位相变化特征。因此,认为基准面下降不是川西高原河流阶地形成的主要原因。综合以上,川西高原主要河流阶地主要是由区域构造抬升产生的,气候变化起辅助作用。
二、高原地区地质状况研究的关键技术分析
(一)模型构建技术
生态环境地质质量评价中评价的方法学是十分关键的,就是研究如何用高原地区各种环境要素的各种质量参数和定量化指标反映县域内的环境要素和总体生态环境地质质量的客观属性,并将这些量化的指标用数学手段构建响应的模型,从而定量评价生态环境地质质量的优劣,以便后续工作划分质量等级。针对分析评价过程中多因素的不相容性,运用主成分分析法、误差向后传播法、层次分析法对高原地区生态环境地质质量进行评价,并比较各模型的优缺点,综合各模型的评价结果完成高原地区生态环境地质质量评价的等级划分。
(二)GIS技术
GIS技术可以模拟和预测环境影响,可以对环境因素的确立、环境质量的描述和预测进行科学分析。GIS技术支持下的环境空间属性数据库具备空间数据的采集、编辑、管理、查询、分析,图形处理和制图以及分析结果的各种输出与转化功能。评价过程中所需的空间指标要从GIS空间数据图层信息中获得,空间数据图层上评价指标的量变或质变都将影响最终评价结果。鉴于评价单元赋值的实际操作需要,从相同意义的要素条件中通过GIS技术的不同手段有针对性地提取不同表征形式的指标是研究的关键技术之一。
(三)评价单元划分
评价单元的选取和划分是为评价目标和评价方法服务的,而不仅仅是各项评价因子的信息载体,合理的选取评价单元,便于评价工作的进行和准确性的提高,这是论文的关键技术之一。鉴于高原地区生态环境地质质量评价中两个评价目标各自不同的评价对象自身的特点,需拟定针对各自特点的评价单元,以便更好地完成目标评价。
(四)评价因子选择
生态环境地质学主要是研究具有客观实体性质的生态地质环境与生态环境地质问题的学科,重点是生态环境地质问题。生态环境地质问题具有人为性、生态性、地质环境变异性,其产生是多因子共同作用的结果,具有网络链式问题群特点。高原地区生态环境地质的相关研究也要从影响生态因子各种地质要素出发,方能得出客观、真实的科学结论。
在综合运用中,指标数据的获取是生态环境地质质量评价的基础性环节,可以根据评价目标、评价单元及指标类型的不同而采取不同的提取方法。评价指标的提取都是以GIS技术为依托,参照选取指标的原则,从各个环境要素数据中提取参与生态环境地质质量评价的指标因子。在对自然生态环境地质质量评价中,以乡镇为单位进行指标赋值。
三、基于生态环境地质的高原地区地质灾害的预防
高原地区位于我国一个地质灾害多发的地区,对人民的生命财产也构成了很大的威胁,包括地震、泥石流、崩塌、滑坡等。应及时建立相应的规章制度和资金渠道,用于保障地质灾害治理工程的后期运行维护,使其能长期发挥应有的防灾作用。
(一)加强认识
高原地区是地质灾害多发地带,地震将许多山脉“抖松”,极易发生地质灾害。许多民房、集镇、城市依山而建,在审批、建设时没有进行地质灾害评估,那些地方发生地质灾害的频率高【5】。为此高原地区要按照《地质灾害防治条例》的要求,应进一步明确地方各级人民政府地质灾害防治工作的责任。国土资源部门应加强地质灾害防治工作的组织、协调、监督和指导工作。
(二)加大投入
对已发生的地质灾害处理按照治理、避让搬迁成本等因素,适宜治理的进行治理,适宜搬迁的实施异地避让搬迁。整合移民扶贫资金、地质灾害异地避让搬迁补助资金、扶贫开发资金,加大资金投入;必须树立人命关天的思想,加大对地质灾害治理的各级财政预算资金投入力度【6】。
(三)机制创新
机制创新是要求地质灾害易发区地方政府建立健全与本地区地质灾害防治需要相适应的专业监测、应急管理和技术保障队伍,加大资源整合和经费保障力度;把地质灾害 防治与扶贫开发、生态移民、新农村建设、小城镇建设、土地整治等有机结合;统筹各方资源抓好地质灾害防治、矿山地质环境治理恢复、水土保持、山洪灾害防治、河流治理和病险水库除险加固、尾矿库隐患治理、易灾地区生态环境治理等各项工作,切实提高地质灾害综合治理水平。建立地质灾害隐患定期普查制度,特别是对容易发生地质灾害的 区域经常性进行拉网式排查,做到制度化、常态化,以全面掌握地质灾害隐患情况,确保不留死角,做到心中有数。对发现的地质灾害隐患点要逐一登记造册,落实防范措施,纳入群测群防工作体系【7】。
参考文献:
[1]常宏,张培震,安芷生,等.昆仑山北坡鸭子泉河阶地发育及其构造-气候意义[J].科学通报,2005,50(9):912-917.
[2]陈诗越,方小敏,王苏民.川西高原甘孜黄土与印度季风演化关系[J].海洋地质与第四纪地质,2012,22(3):44-46.
[3]苟宗海.四川龙门山中段前陆盆地沉积相与层序地层划分[J].沉积与特提斯地质,2010,20(4):79-88.
[4]王哲,易发成.我国地质灾害区划及其研究现状[J].中国矿业,2006,15(10):47-50.
[5]李术才,李树忱,张庆松,等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究[J].岩土力学与工程学报,2007,26(2):217-225.
关键词:环境工程地质 城镇化 地质环境演变 地质灾害 预测防治研究
1城镇地质环境演变与城镇地质作用
城镇环境工程地质研究思路服从环境工程地质一般研究思路。对本部门环境工程地质来说,就是必须同时紧密顾及城镇地质作用和城镇地质环境,注意从地质环境演变动态、城市类型与功能两个方面进行研究。
环境演变动态,可分为原生地质环境动态与次生地质环境变迁两方面。
原生地质环境的演变史和对其未来变化的预测,是研究城市环境工程地质的基础。这些变化常以地壳稳定性状为代表,包括地应力场、水热物理场、岩土水理及物理力学性质场等在地质历史中发生的变化。次生地质环境的变迁,如地貌形态、表层岩土介质与特性、地下水分布运移场等的变化。这种变迁常以各种工程地质现象的发生发展为代表,受控于城镇活动,在很大程度上是可控的,成为城市环境工程地质研究的重点和主要内容。
认识和划分两类动态的意义在于,既可服务于城市布局,以减少目前尚无法抵御的地质灾害可能造成的损失,又可服务于具体的城市,使研究工作直接服务于实践。
两类动态的划分,还可以明确城市环境工程地质学研究的主攻方向,以第一类动态研究作为基础,以第二类动态研究作为重点。若以自然年为时间单元,还可视第一类动态研究为相对静止,突出对次生地质环境演化的研究。
对城镇地质作用的研究,要把握城镇的类型和功能。城镇的类型、功能不同,城镇的地质作用和产生的环境工程地质问题也就不同,所以把握了它,就把握了城镇地质作用的主体,使对一个具体城镇所具有的环境工程地质问题的产生机制及根源,可以有更清楚的认识。
综合上述认识,可构成城镇环境工程地质学的研究思路(图1)。
图1城镇环境工程地质学的研究思路
2基础研究
首先要进行基础性研究,相应编制城镇环境工程地质条件图系。
这方面研究与编图的具体内容,一般包括地质、地形、地貌、水文、气象、植被等基础自然条件;矿产、地下水、热矿水、土地等资源的分布;地下水化学类型、岩土体工程地质类型、特殊土分布特征、活动性构造与地震等内容。同时要研究它们的动态特征,研究动力地质作用及自然地质灾害,对地质环境的质量进行评价。主要考虑的是与可能出现城镇环境工程地质问题有关因素。对于不同类型、不同功能的城市(区),由于可能产生的环境工程地质问题不一样,相对于产生这些问题的地质条件也不一样,还应有选择地突出这些因素。
以上内容,实际上包含了自然(基本的)地质环境条件(包括地质资源)以及天然地质环境条件对城市活动与发展的影响等基本内容,是产生环境工程地质问题的重要物质基础。具体编图时,可根据编图对象的繁简程度决定。当内容较简单时,可编综合图;内容复杂时,应考虑分区图、各种单图子图等。
3评价研究
评价研究的任务是,进行城镇环境工程地质评价,编制相应的城镇环境工程地质评价图系。这种研究是在研究原生地质环境,特别是自然地质灾害的基础上,对其质量和容量进行综合评价之后进行的。它侧重于研究城市地质作用及其诱发的地质灾害,并对其造成的次生地质环境质量进行综合评价。
研究和编图的内容,一般可包括:
(1)地质环境开发利用状况,包括水资源开发利用现状、地热资源开发利用现状、城镇地质环境有关的土地及生物资源(森林、草原等)开发利用现状,矿产(含天然建材)资源开发利用现状等,以及其开发利用所引起的环境工程地质问题。例如过量抽汲地下水或液态矿产引起的地面沉降、裂缝、塌陷;破坏森林、草原引起的斜坡失稳和土地沙化问题;采石引发的滑坡,甚至地震问题等。
(2)各类工程建设引起的环境工程地质问题,如山区城镇由于大量挖方和填方引发滑坡、泥石流问题,破坏植被引发水土流失问题以及抽排地下水引发的岩溶塌陷问题等。在特殊土地区,还会引发诸如湿陷、膨胀、裂缝等一类特殊问题。部分城市还存在人防工程引起的沉陷、塌陷问题。
(3)废弃物处置状况及其引起的城市地质环境污染问题。例如工业“三废”、生活垃圾、建筑废墟、核废料等,因处置不当而引起的对城市土地、地表地下水资源的污染,以及对地基土的破坏等。
具体图件的选择,要根据城市类型和功能确定,也就是根据具体的城市地质作用类型来选择,既突出主要的城镇环境工程地质问题,又要对潜在的问题有足够的注意,同时还要考虑到为下阶段的预测研究和编图打下基础。
城镇环境工程地质评价,要在环境分析基础上进行。环境分析可从以下环境因素分析入手:
①充分收集各项环境因素资料,建立环境因素信息库予以储存;
②编制单项环境因素图(多数情况可以收集并略加改造而成);
③分析各项环境因素的特点;
④勾绘环境因素体系轮廓(环境灾害区划轮廓),待修正;
⑤收集分析地质灾害资料;
⑥分析研究区域地质环境中的主导因素、从属因素和激发因素(只在激发灾害时才显示出其作用),以及它们相互作用的规律。
城镇环境工程地质的评价,属于针对性评价。相对来说,为局部地区或单项工程的环境工程地质评价以及单项诱发地质灾害的地质环境评价,常不以自然地质环境因素体系的地域性为边界条件。
(1)局部地区(或称小区域)环境工程地质评价
环境的特点是:主导环境因素作用明显和具体,从属因素作用较弱,而激发因素十分突出(如山区城镇人工边坡引起滑坡、工矿城镇采空塌陷等)。环境质量局部差异性明显,孕灾作用往往以个别灾害种类为主。评价应包括:
①环境质量区划。根据环境因素良性平衡程度,将环境划分为良好、中等、有害和灾害四个等级。
②对有害、灾害区进行孕灾条件的评价,指出孕灾的主导因素和激发因素,以及可能出现的灾情程度。
(2)单项工程的环境工程地质评价
在城镇环境工程地质评价中时有出现,如某些城镇或城市的某城区为大型工矿企业所在地,它可能涉及同一环境因素体系内的若干种灾害类型。评价主要包括:
①工程地基承载力条件及岩体稳定性的动态评价。应论证当与地基承载力或岩体稳定有关的环境因素发生变化时,它们是否会发生危害工程的变化。
②分析与该项工程有关的各种地质灾害的孕育机制,论证可能出现何种灾害以及灾害程度、复发频率等。
③进行环境质量区段划分。
(3)单项灾害的环境工程地质评价
这是环境工程地质评价中最基本的内容,也是较简单的一种。其主要内容是:
①进行孕灾环境因素分析,提出并区分主导因素、从属因素及其孕灾机制;
②确定灾害的激发因素,进行激发机制分析;
③对灾害程度进行评价。
4预测防治研究
预测研究的任务是对城镇地质作用及其引起的地质环境变化的趋势作出预测,并提出相应的预测图件。
城镇地质作用的预测尚未真正展开,但城市正高速发展,土地日益紧张。为了有效地利用土地,现代化城市建设正向高、大、深方向发展。
“高”,指高层建筑,几十层的大厦在国内发展很快,趋势是上百层的建筑以至过百层建筑也会增加。这些高层建筑对地基的承载性能和抗震性能要求极高。
“大”,建筑物的规模日益宏大,如高速公路、机场、港口、桥梁等的规模,其发展都十分迅速。
“深”,许多建筑物向地下发展,如地下铁道、地下仓库、商场、过江过海隧道等。
这样,现代建筑不仅对地质环境提出了更高的要求,也大大提高了塑造次生地质环境的强度,从而引起环境工程地质问题日趋严重化。另外,从城市布局看,表现出以下趋势性特色,即城市布局不严格受地质环境制约。以我国城市布局为例,即受三大因素制约:
(1)受国民经济发展战略的制约。实行改革开放形成了沿海、沿江、沿边开发带(区),形成了一大批新兴城市。如深圳、防城港区、海口和日渐扩大的上海浦东区、宁波市等。
(2)受国家建设需要的制约。如战略要地西昌市,三线建设的十堰市、攀枝花市,能源开发的宜昌市及边陲开发需要的石河子市等。
(3)受区域政治、经济发展需要的制约。如各省会城市的发展。
从以上制约城市布局的因素看,城市的选址定位,必然会涉及众多的恶劣地质环境,如区域地壳不稳定、不良工程地质性质的岩土介质分布等。这样,又会使环境工程地质问题复杂化。由于城市地质作用及作用对象的变化,必将引起环境工程地质出现一些新的情况,这些都是预测应考虑的内容。
关于治理,基本原理是通过改变某些环境因素的作用强度和频度,以达到减轻灾害或消除灾害的目的。因为地质环境是由各种环境因素组成的,一切地质现象都受环境因素综合作用的控制,任何地质灾害的孕育和激发过程,都是环境因素相互作用的过程,环境因素又分为主导因素、从属因素和激发因素,其中一部分具有不可调性,是现在还不能为人类所控制的,而大部分则在不同程度上能被人类调控,具有可调性。所以,人类可以通过调节包括自身活动内在的各种环境因素,来控制地质灾害的发生或者减轻灾情。具体的预测防治方法和内容如下:
(1)城镇或城区环境工程地质问题的预测和防治
①城镇地质作用发展趋势预测,结合城镇发展规划和现代技术发展趋势进行。包括单位城市地质环境载入量增加,城镇占地日趋增大,城镇地质灾害的后果趋于严重等。
②地质环境演化趋势预测。自然地质环境因素演化的速度是相对缓慢的,因此重点考虑的是人类的城镇地质作用,在对城镇地质作用预测基础上,进行城镇地质环境演化趋势的预测,强调演化中出现灾害的强度和频度。由于小区域环境信息带有局部性和随机性,往往难以进行长期预测,但可以从环境因素演化趋势来进行环境趋势的短期和中期预测。
③环境治理方案建议。在预测的基础上,提出环境治理方案建议,从治理和改善某些环境因素入手,提出分阶段、多方位的整治措施。主要内容包括治理步骤、主攻方向、调控环境因素指标(如强度、频度)以及防治灾害的总体目标。对于不可调控的恶劣地质环境,应提出防止灾害外延的措施。
(2)单项工程环境工程地质问题的预测与防治
①预测在人类的工程地质作用下,地质环境的演化趋势及可能出现的环境工程地质问题、地质灾害的程度和频率。
②提出治理措施,包括工程稳定措施和环境安全措施。
(3)单项灾害环境工程地质问题的预测与防治
①对灾害发展趋势进行预测,主要是灾害的强度与频度的预测。
②提出灾害地质环境整治措施的建议。
参考文献:
[1]《环境工程地质》 刘起霞 李清波 邹剑波 黄河水利出版社出版2001
[2]《环境地质工作手册》 《环境地质工作手册》编委会 中国科技文化出版社2005.9
[3]《环境工程地质学》 贾永刚 中国海洋大学出版社2003.9
关键词:浙江省 渔业灾害 灾害对策
浙江省绵长的海岸线是海陆交替、气候多变地带,饱受台风浪的侵害,每年台风经过带来的狂风、巨浪和风暴潮不仅给浙江省的渔业经济、社会发展带来极大的损失,甚至威胁到渔业人员的生命安全。同时还有干旱、病害等其它渔业灾害也时刻威胁着浙江省的渔业经济健康发展,所以研究浙江省渔业灾害的成因、类型及统计近年来不同类型的渔业灾害损失,是建设防灾减灾体系过程中不可跳过的步骤。
本文以2006-2012年的浙江省渔业灾害统计数据为依据,分析浙江省渔业灾害造成的损失程度以及造成各种损失的主要原因,并运用灰色系统理论,通过GM(1,1)数学建模,建立影响浙江省渔业灾害的多因子权重,同时针对当前浙江省渔业防灾减灾面临的形势和任务,提出渔业防灾减灾的相应对策和建议。
1.浙江省渔业灾害损失现状
浙江省是渔业大省,但渔业灾害也一直影响着浙江渔业的健康发展。2006年浙江省渔业产出(不含涉渔工业和建筑业等第二、第三产业)为4243210万元,而2006年仅水产品因各种灾害就造成了70067万元的损失[1],占总渔业产出的1.65%。截止2012年,浙江省渔业产出为6300637万元,同比增长2057427万元,增长百分比为48.5%,渔业经济发展取得了极大的成果,然而2012年因灾害造成的渔业经济损失也达142042万元,占据了2012年渔业经济2.25%,同比2006年上升了0.6%,而与2006年损失金额对比,2012年损失的金额也增长了71975万元,上升了102.7%。2006-2012年7年中,浙江省水产品总量损失共达401092吨,损失金额总数达611029万元,平均每年损失57298.9吨,平均每年损失金额为87289.9万元[1](图1)。这些触目惊心的数字都说明了渔业灾害对浙江省的渔业经济发展的负面作用在不断加大,防灾减灾刻不容缓。
1.1台风、洪涝灾害的渔业损失
浙江省是台风频发区,这种形成于热带洋面上的强烈风暴往往带来大范围的狂风、暴雨甚至是巨浪和狂潮,不仅对于海区上船只有较强的破坏力,对于陆上经过区域也会造成不同程度的灾害,甚至人员的伤亡,这是渔业灾害中破坏力最大的灾害。
根据2006-2012年浙江省由于台风和洪涝引起的渔业灾害损失的数据统计分析(图2),在7年中,造成渔业水产品损失总量达4243082吨,损失金额总数达306886万元,平均每年损失34726吨,损失金额为43840.85714万元。
1.2渔业病害的渔业损失
渔业病害灾害对水产养殖水产品可以造成极大的破坏,如九十年代的对虾疾病,导致当时过半的养殖面积失收,近年来的青蟹病造成浙江省养殖行业巨大的损失。因此鱼病防治、鱼药研发是水产养殖工作重要的组成部分,是提高水产养殖产量保证经济效益的基本前提。
根据2006-2012年浙江省由于渔业病害引起的渔业灾害损失的数据统计分析[1],在7年中,造成水产品损失总量达91375吨,损失金额总数达152490万元,平均每年损失13053.57吨,损失金额为21784.29万元。
1.3污染灾害的渔业损失
浙江省沿海地带经济发达,人口密集,工业活动和人类活动频繁,污染源多,是渔业污染灾害的重灾区。根据2006-2012年浙江省由于污染灾害引起的渔业损失的数据统计分析[1],在7年中,造成水产品损失总量达35939吨,损失金额总数达39792万元,平均每年损失5134.1吨,平均每年损失金额为5684.5万元。
1.4干旱灾害的渔业损失
浙江属于亚热带季风气候,四季分明,年气温适中,光照适宜,雨量充沛,空气湿润。所以干旱灾害对于浙江省渔业影响较小,但是也存在部分损失(图3)。
2.浙江省渔业灾害影响因子灰色关联分析
分析数据来源于浙江省海洋与渔业局提供的渔业统计年鉴,主要包括2006年至2012年浙江省渔业灾害损失数量,采用灰色系统理论的方法[2],进行浙江省渔业灾害的评估。
2.1相对灰色关联分析
3.浙江省应对渔业灾害损失的对策
渔业减灾工作是一项复杂的自然―经济―社会系统工程,涉及到多个学科与领域,根据浙江省渔业灾害灰色综合关联度结果,必须在深入研究渔业灾害的问题后,扎实稳妥的实行符合科学发展观防灾减灾策略。
3.1完善台风灾害的应对工程和管理体系
浙江沿海地区是最易受台风影响的区域,每年都会有多个台风登陆,应对台风灾害的防灾减灾措施重点主要在于预防。
对台风的形成、风力、影响范围、登陆路线等信息的准确性,特别是台风强度突变的预报能否做到及时和准确直接关系后续防灾措施能否做好。尽管台风强力突变预报技术仍是世界级的难题,很难准确预报,但随着科技的进步,目前气象监测人员已经能通过相关设备如气象卫星、气象雷达等现代化技术装备对台风的形成地和路径进行预测,及时准确预测消息将使防灾工作更有效率。同时提前准备好应急预案,根据往年防台救灾经验,加上科学预测,在台风季节到来前做好可以应对突发状况,如台风登陆路径行动方向突然变化,风力突然增强或者是降水变大可能造成洪涝等状况,必须提前做好紧急预案,并且对预案中涉及到的单位人员,都应进行预案演练,防止突发状况是发生相关人员因不熟悉预案而无法及时作出反应。
3.2提高全民环境保护意识,加大渔业水域的环境保护力度
渔业环境污染是水域环境污染一个重要的原因。改革开放以来,浙江省尽管经济发展处于全国大小城市的前列,但其粗放式的经济增长方式并没有发生实质性的转变,污染物不断增加,许多工厂的废水污水没有经过污水处理厂处理便直接排放至江河海流,造成了巨大的污染;其次是生活垃圾处理系统还有待完善,据统计[3],浙江省污水排放总量中往往有38%是生活污水,这仅是城市污水的比例,在农村这比例显然还要再高,浙江省虽然建立了生活垃圾收集处理系统,但该系统还不完善,处理污水比率还只在60%左右,且浙江省农村区域广阔,许多地方覆盖不到,所以要解决渔业水域污染灾害,必须提高全民环境保护意识,让人们意识到减少渔业水域污染,主动自觉的减少污水乱排放的行为。
3.3加大水产养殖病害防治工作
近年来,在浙江省高度重视水产养殖业的改革发展,捕捞产业处于发展瓶颈期的背景下,水产养殖业被浙江省定为“十一五”重点培育发展的十大农业优势主导产业之一,成为渔业经济发展的重要组成部分。但浙江省的水产养殖业发展也遇到一系列的发展问题,工业化带来的环境污染及养殖海洋水产品面临的病害、新品种匮乏等一系列问题也已成为影响养殖业健康发展的主要瓶颈,但特别是病害灾害一直制约着养殖业发展的发展,要解决水产养殖病害问题不可能一蹴而就,必须做好下面几个方面工作:一是开展养殖鱼塘标准化改造,传统的农村式的鱼塘,不仅产量低,而且病害发生概率也很高,对通过这些鱼塘标准化改造,帮助渔民由低效高危的养殖模式过渡到现代高效的养殖模式,既可以显著改善养殖渔区生态环境,又降低病害发生概率和提高渔民经济收入,据统计,鱼塘经标准化改造后,亩均新增产值在1000元以上。二要针对重要养殖对象开展疾病预防,针对浙江省少数重大水产养殖病害进行疫苗研制,如虾类病害疫苗等。三要调整养殖品种结构,引进产量、附加值更高,抗病性更强的品种。随着养殖技术的不断进步,许多传统的养殖品种经过培育产生了较之前更加优良的品种。
参考文献:
[1]浙江省海洋与渔业局浙江省渔业经济统计资料,2006-2012.
[2]刘思峰,郭天榜,党耀国,等. 灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1999.
[3]司言武. 浙江省环境污染治理的公共政策创新研究经济论坛.2009(4).
关键词:气候变化;影响;适应技术;框架
中图分类号:P951 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2013)05-0001-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2013.05.001
气候变化对人类社会的生存与发展已构成严峻挑战,尤其是气候变暖对自然生态系统和人类活动的负面影响日益加剧,可以预见,未来气候变化可能会在农业、林业、水资源、海岸带、生态系统以及人类健康等敏感行业和区域产生重大不利影响。面对气候变化已经成为事实的情况下,减缓和适应气候变化是应对气候变化挑战的两个有机组成部分。对于广大发展中国家来说,减缓全球气候变化是一项长期、艰巨的挑战,而适应气候变化则是一项现实、紧迫的任务。只有适应气候变化,才能实现可持续发展。如何根据现有的科学认识,研究和选择积极主动的适应方法和技术,才是我们应对气候变化的明智选择[1-7]。本研究以气候变化影响显著的农业、林业、水资源、海岸带、生态系统以及人类健康等重点领域为对象,通过分析上述行业和领域受气候变化影响及其所作响应的基础上,构建各领域应对气候变化的适应技术框架,以期为适应技术清单的建立和选择提供理论参考和技术依据。
1 气候变化对重点领域的主要影响[8-16]
1.1 农业领域影响
农业生产受气候变化影响较大,气候与气象灾害的频繁发生给农业生产带来巨大损失。国家评估报告指出,如果不采取任何措施,今后20-50年中国的农业生产将受到气候变化的严重冲击,到21世纪后半期,中国主要农作物如小麦、水稻和玉米的产量最多可下降37% 。气候变化将严重威胁中国长期的粮食安全。综合分析和总结相关文献,气候变化对农业领域的影响主要表现在以下若干方面:作物产量减少;病虫害频发;地力下降;适应性生产技术落后;种植模式和结构改变;旱情加剧等。
1.2 林业领域影响
气候变化已经对林业产生了重要影响。未来全球将持续变暖,极端气候事件发生的频率和强度增加,从而对林业发展产生诸多方面的影响,综合分析和总结相关文献,气候变化对林业领域的影响主要表现在以下若干方面:林业灾害频发(火灾、病虫害等);林业生长周期和生长界限改变;林业生态系统退化;林业碳汇功能减弱等。
1.3 水资源领域影响
在气候变化影响下,水资源问题将面临更大的不确定性和严峻的挑战性,如干旱灾害和洪水灾害等频发,温度和降雨量或蒸发量变化规律和趋势难以预测等问题突出。综合分析和总结相关文献,气候变化对水资源领域的影响主要表现在以下若干方面:干旱缺水;洪涝灾害;水环境恶化;水土流失;冰川积雪融水加剧等。
1.4 海岸带领域影响
自从IPCC第一次评估报告后,气候变化对海岸带的影响已成为重点研究领域之一,海岸带作为应对气候变化的重点地区,气候变化对其影响有着多方面的、不同尺度的体现。综合分析和总结相关文献,气候变化对海岸带领域的影响主要表现在以下若干方面:海水温度升高;海平面上升;海水倒灌入侵;风暴潮等气候灾害事件增加;滩涂湿地面积减少;海岸带地区生物多样性破坏;围海造地工程受到破坏等。
1.5 生态系统领域影响
气候变化正在普遍改写人类及其它地球生命体所熟悉并赖以存在的生态系统,影响生态系统和生物多样性从而影响生态系统的安全、服务和资源供给能力,威胁发展的生态基础。综合分析和总结相关文献,气候变化对生态系统领域的影响主要表现在以下若干方面:生物多样性降低;生物迁徙通道和周期改变;外来物种侵入;稀有物种濒临灭绝等。
1.6 人体健康领域影响
极端气温和致命热带疾病将成为更多地区和更多人口的严重困扰,气候变化严重影响人类健康,社会公共卫生压力正不断加大,尤其是落后地区将因贫困和增加的健康风险而限于更为窘迫的发展状态。综合分析和总结相关文献,气候变化对人体健康领域的影响主要表现在以下若干方面:热浪频发;流行疾病频发和潜在区增加;脆弱人群增加;公共卫生安全压力增加;贫困地区死亡率增加等。
2 应对气候变化的响应和适应措施[17-24]
2.1 农业领域响应和适应措施
气候变化导致农业生产的不稳定性增加,农业生产布局和结构将出现变动,农业生产条件改变,生产成本和投入大幅度增加产量波动加大。综合分析和总结相关文献,农业领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:调整农业发展布局;调整农作物种植模式;优选农作物品种和品质;发展节水灌溉农业;防控农业病虫害;研发先进装备工具;加强社会宣传和引导;加强气候变化对农业的影响评估、模拟和预测等。
2.2 林业领域响应和适应措施
气候变化会影响到林业生态系统(尤其是高纬度的寒温带森林)的结构、组成、功能和生产力,极端气候事件会增加林业灾害(火灾、病虫害等)的发生频率与强度,从而危及林业的安全。综合分析和总结相关文献,农业领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:加强林业灾害预警、动态监测与防治;恢复和重建林业生态系统的;加大林业生态工程功能建设;加强林业保护立法等。
2.3 水资源领域响应和适应措施
水资源对气候变化的响应不仅是在水资源量上更加短缺,还包括水质量和水环境严重恶化,水资源灾害频发以及水资源供需平衡问题突出。综合分析和总结相关文献,水资源领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:发展节水集水技术;加强水利基础工程建设;有步骤地实施跨流域调水工程;开展污水治理和循环利用;加强水资源灾害防治;水资源保护立法和社会宣传等。
2.4 海岸带领域响应和适应措施
海岸带对气候变化的响应一是海洋灾害频发,如海洋风暴潮以及海岸地质灾害频发;二是海平面升高,海水侵蚀倒灌现象严重;三是海岸带滩涂湿地减少,生态系统遭受破坏等。综合分析和总结相关文献,海岸带领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:加强海洋灾害预警、监测和防治;建设海岸带堤防工程;建立海岸带生态保护区;做好海岸带开发利用规划等。
2.5 生态系统领域响应和适应措施
气候变化给人类及自然生态系统带来的风险和危害日趋增大,不同类型的生态系统应对气候变化产生不同的反应特征,如沙漠绿洲数量和面积不断缩减,草原生态系统退化,森力生态系统病虫灾害增加,生态系统生物多样性降低。综合分析和总结相关文献,生态系统领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:建立生态系统动态监测站点;加强灾害预警和防止;保护濒危物种,防止有害物种入侵;建立各类生态保护区;加大生态系统保护立法等。
2.6 人体健康领域响应和适应措施
气候变化及其引起的生态环境变化对人体健康产生了一系列影响,包括极端气候事件导致死亡、营养不良和意外伤害的增加,传染病的流行强度、范围和传播种类发生变化而导致人群患病风险和疾病负担的加重以及空气污染等造成心肺系统疾病的增加等,尤其以脆弱人群健康响应更为突出。综合分析和总结相关文献,人体健康领域应对气候变化的响应和适应措施主要包括以下若干方面:气候变化致病机理研究;气候变化与健康预警研究;气候变化相关的疾病负担和成本效益评估;公共卫生环境条件改善;脆弱人群心理辅导等。
3 应对气候变化的适应技术框架构建
3.1 适应技术框架构建原则和依据
(1)遵循国际和国家相关技术规范、规程;
(2)适应技术表达方式要方向明确;
(3)适应技术应用措施要切实可行和可操作;
(4)适应技术要易于检索和选择。
3.2 适应技术框架的表达
各领域应对气候变化的适应技术种类丰富,如何有效地选择和描述适应技术,就需要有一个分门别类对适应技术的表达方式。通过对各领域适应技术表达方式的界定,才能更好地构建适应技术框架,为各领域应对气候变化作出适应和科学的技术选择。综合对所收集的上万例应对气候变化的技术成果分析归纳,对各领域适应技术门类归纳为11项表达方式。
(1)预警方向技术。各领域应对气候变化的影响中,预警技术是应对气候变化的重要适应技术之一,预警技术主要在对气候灾害风险评估和预测基础上创建的,属于规划适应技术范畴。
(2)工程方向技术(研发)。各领域应对气候变化的工程技术种类最为丰富,具有多方向性特点,是在气候变化过程中所研发和实施的具体工程技术措施,具有较强的可操作性和实用性。
(3)动态监测方向技术。各领域应对气候变化的动态监测技术主要是对气候变化影响在时间和空间的响应和反馈,是基于“3S”技术手段的一种技术表达方式。
(4)评估方向技术。各领域应对气候变化的评估技术主要是灾害评估,即包括灾害预测评估还包括灾后评估,应对气候变化灾害评估体系的科学建立可以为更大可能的减缓灾害影响和建立有针对性的预警技术提供服务保障。
(5)灾害防控方向技术。各领域应对气候变化的灾害防控技术主要针对各类频发灾害所做的具体研发技术,灾害防控的适应技术主要目的是降低灾害所产生的风险和影响程度。
(6)适应空间方向技术。各领域应对气候变化的适应空间方向技术主要针对气候变化所带来的影响,具有不同地域性的空间分布特征,因此适应技术具有特定空间的适应性,应对气候变化的适应技术选择要因地制宜。
(7)适应长效性方向技术。各领域应对气候变化的适应长效性方向技术主要针对气候变化所带来的影响,具有不同的时效性特征,因此适应技术具有特定时间阶段的适应性,应对气候变化的适应技术选择要因时制宜。
(8)模型分析方向技术。各领域应对气候变化的计量模型应用领域较为广泛,主要表达在相关性分析、各种预测、评估以及动态监测等方面,模型表达方式主要以丰富的数据和科学理论为支撑。
(9)重大工程方向。各领域应对气候变化的重大工程设计属于国家战略规划范畴,投资规模较大、设计标准较高,对气候变化响应和影响程度较为长远。
(10)各领域行业标准和规范。各领域应对气候变化的行业标准和规范主要是政府部门所出台的技术规程、标准、法规以及政策,从行政管理和立法角度建立适应技术应对气候变化的保障机制。
(11)社会影响和舆论宣传。各领域应对气候变化的社会影响和舆论宣传主要是提高人们认识和使用适应技术的思想意识,改变人们破坏气候资源的不良行为,降低气候变化对人类社会负面影响。
3.3 适应技术框架的构建
应对气候变化适应技术框架构建包括两方面表述内容,一方面明确表述应对气候变化影响中适应技术主要应用在哪些重点领域,另一方面明确表述各领域适应技术的表达方式,以便于归类和选择。综合相关文献分析[1,2,5],本研究共划分6大重点领域和11种类型的适应技术表达方式,并对专利检索的上万条技术数据进行归类表达,具体如表1所示。
4 应对气候变化的适应技术清单选择
4.1 适应技术清单选择一般步骤
在建立应对气候变化的适应技术框架基础上,根据适应技术应用领域以及表达方式,如何选择和应用适应技术是一个需要考虑的重要问题,依据相关文献分析[26-29],本研究提出选择和分析适应技术通常包括四个步骤。
第一,充分分析各领域受气候变化的影响以及脆弱性和敏感性;
第二,正确表达各领域应对气候变化的响应和优先考虑选择的适应对策和措施;
第三,科学评估应对气候变化的适应技术成本效益;
第四,有效选择适应技术并示范及推广应用。
4.2 适应技术清单选择的深入思考
根据相关文献和本研究综合分析,目前,尽管应对气候变化的专利技术数量庞大,但是各领域应对气候变化的适应性响应和具体的适应技术措施还比较单一,仅集中于某一个领域的某一方面,其他方面的适应技术之间相互联系和依赖性相对较差,可选择性不强,而且对适应技术的表达方式、选择的理论依据以及适应性效果分析还比较薄弱,还需要在建立适应技术框架基础上进一步加强研究分析,保障适应技术表达清晰、归类明确、选择科学、依据充分。
适应技术的成本效益分析多被应用于海平面上升、农业和水资源管理等区域项目评估中,但是,在应对气候变化的适应性成本效益方法分析方面的研究和成果还很有
限。应推进相关研究, 以便为制定和实施适应对策提供科学依据。
在适应技术框架中,适应技术在空间性和时效性方面的表述和归类还较为薄弱,应对气候变化过程中适应技术的选择要做到因地制宜,因时制宜,因此时间跨度和空间跨度范围内的适应技术研究也是未来适应技术研究的重点方面之一。
参考文献(References)
[1]科学技术部社会发展科技司,中国21世纪议程管理中心.适应气候变化国家战略研究[M].北京:科学出版社,2011.[Social Development Attend to Technology Division of Ministry of Science and Technology (MOST), The Administrative Center for China’s Agenda 21.Studies on National Strategy of Climate Change Adaptation[M].Beijing: Science Press,2011.]
[2]国家发展和改革委员会应对气候变化司,中国21世纪议程管理中心.气候变化对中国的影响评估及其适应对策:海平面上升和冰川融化领域[M].北京:科学出版社,2012. [Department of Climate Change, National Development & Reform Commission of China, The Administrative Center for China’s Agenda 21. Effects of Climatic Changes on China and Corresponding Countermeasures:Fields of Sea Level Rise and Glacier Melting[M]. Beijing: Science Press,2012.]
[3]陈宜瑜.对开展全球变化区域适应研究的几点看法[J].地球科学进展,2004,19(4):495-499.[Chen Yiyu. Several Points of View about Adaptation to Global Change[J]. Advance in Earth Sciences,2004,19(4):495-499.]
[4]潘家华,郑艳.适应气候变化的分析框架及政策涵义[J].中国人口・资源与环境,2010,20(10):1-5.[ Pan Jiahua,Zheng Yan. Analytical Framework and Policy Implications on Adapting to Climate Change[J]. China Population,Resources and Environment,2010,20(10):1-5.]
[5]《气候变化国家评估报告》编写委员会.气候变化国家评估报告[R].北京:科学出版社,2007.[National Assessment Report of Climate Change Compiling Committee. National Assessment Report of Climate Change[R].Beijing: Science Press,2007.]
[6]丁一汇,林而达,何建坤.中国气候变化―科学、影响、适应及对策研究[M].北京:中国环境科学出版社,2009:201-207. [Ding Yihui,Lin Erda,He Jiankun. Chinese Climate Change:Sience,Impact, Adaptation and Policy Research [M].Beijing: China Environmental Science Press,2009:201-207.]
[7]IPCC.Climate Change 2007-Impact, Adaptation and Vulnerability.Contribution of Working Group Ⅱto the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[R]. Cambridge, UK and New York, USA: Cambridge University Press, 2007.
[8]周曙东,周文魁,朱红根,等.气候变化对农业的影响及应对措施[J].南京农业大学学报:社会科学版,2010,10(1):33-37. [Zhou Shudong,Zhou Wenkui,Zhu Honggen,et al. Impact of Climate Change on Agriculture and its Countermeasures[J]. Journal of Nanjing Agricultural University:Social Sciences Edition,2010,10(1):33-37.]
[9]张兵,张宁,张轶凡.农业适应气候变化措施绩效评价[J].农业技术经济,2011,(7):43-49. [Zhang Bing,Zhang Ning,Zhang Yifan.Performance Evaluation of Agricultural Measures Adaptation to Climate Change[J].Journal of Agrotechnical Economics,2011,(7):43-49.]
[10]齐闯.林业应对气候变化的系统性思考[J].林业经济,2012,(1):39-47.[Qi Chuang.A Systemic Thinking on Forestry Response to Climate Change[J].Forestry Economics,2012,(1):39-47.]
[11]孔凡斌.林业应对全球气候变化问题研究进展及我国政策机制研究方向[J].农业经济问题,2010,(7):105-109. [Kong Fanbin. Progress in Global Climate Change Research and Policy Research of Chinese Forestry[J]. Issues in Agricultural Economy,2010,(7):105-109.]
[12]Xia J, Zhang L. Climate Change and Water Resources Security in North China[M]// Wagener T. Regional Hydrological Impacts of Climatic Chang:Impact Assessment and Decision Making. Wallingford: IAHS Publication No. 295, 2005: 167-173.
[13]夏军,Thomas Tanner,任国玉,等.气候变化对中国水资源影响的适应性评估与管理框架[J].气候变化研究进展,2008,4(4):215-219. [Xia Jun, Thomas Tanner,Ren Guoyu,et al. Potential Impacts of Climate Change on Water Resources in China: Screening for Adaptation and Management[J]. Advances in Climate Change Research,2008,4(4):215-219.]
[14]赵慧霞,吴绍洪,姜鲁光.自然生态系统响应气候变化的脆弱性评价研究进展[J].应用生态学报,2007,18(2):445-450. [Zhao Huixia,Wu Shaohong,Jiang Luguang. Research Advances in Vulnerability Assessment of Natural Ecosystem Response to Climate Change[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(2):445-450.]
[15]何霄嘉,张于光,张九天,等.中国生物多样性适应气候变化策略研究[J].现代生物医学进展,2012,12(20):3966-3984. [He Xiaojia,Zhang Yuguang,Zhang Jiutian,et al. Study on Strategies of How Biodiversity Adapt to Climate Change in China[J]. Progress in Modern Biomedicine,2012,12(20):3966-3984.]
[16]钱颖骏,李石柱,王强,等.气候变化对人类健康影响的研究进展[J].气候变化研究进展,2010,6(4):241-247[Qian Yingjun,Li Shizhu,Wang qiang,et al. Advances on Impact of Climate Change on Human Health[J]. Advances in Climate Change Research,2010,6(4):241-247.]
[17]蔡运龙.全球气候变化下中国农业的脆弱性与适应对策[J].地理学报,1996,51(3):202-212. [Cai Yunlong. Sensitivity and Adapyation of Chinese Agriculture Under Global Climate Change[J]. Geography Journal,1996,51(3):202-212.]
[18]朱建华,侯振宏,张小全.气候变化对中国林业的影响与应对策略[J].林业经济,2009,(11):78-83.[ Zhu Jianjun,Hou Zhenhong,Zhang Xiaoquan. The Impact of Climate Change on Chinese Forestry and Its Adaptation Proposals[J]. Forestry Economics,2009,(11):78-83.]
[19]丁一汇.人类活动与全球气候变化及其对水资源的影响[J].中国水利,2008,(2):20-27. [Ding Yihui. Human Activity and The Global Climate Change and Its Impact on Water Resources[J]. China Water Resources,2008,(2):20-27.]
[20]范代读,李从先.中国沿海响应气候变化的复杂性[J].气候变化研究进展,2005,1(3):111-114. [Fan Daidu,Li Congxian. Complexities of Chinese Coast in Response to Climate Change[J]. Advances in Climate Change Research,2005,1(3):111-114.]
[21]居,韩雪.气候变化适应行动进展及对我国行动策略的若干思考[J].气候变化研究进展,2008,(5):257-260. [Ju Hui,Han Xue. International Adaptation Activities and Considerations for China[J]. Advances in Climate Change Research,2008,(5):257-260.]
[22]吴建国,吕佳佳,艾丽.气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应[J].生态环境学报,2009,18(2):693-703.[Wu Jianguo,Lv Jiajia,Ai Li. The Impacts of Climate Change on The Biodiversity:Vulnerability and Adaptation[J]. Ecology and Environmental Sciences,2009,18(2):693-703.]
[23]李克让,曹明奎,於,等.中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评估[J].地理研究,2005,24(5):653-663.[Li Kerang,Cao Mingkui,Yu Li,et al. Assessment of Vulnerability of Natural Ecosystemsin China under The Changing Climate[J]. Geographical Research,2005,24(5):653-663.]
[24]李智.气候变化与感染性疾病的防治进展[J].抗感染药学,2008,5(4):205-208.[Li Zhi. Research Advances in Climate Change and Prevention and Treatment of Infectious Diseases[J]. AntiInfection Pharmacy,2008,5(4):205-208.]
[25]殷永元.气候变化适应对策的评价方法和工具[J].冰川冻土,2002,24(4):426-432. [ Yin Yongyuan. Adaptation Evaluation Tools and Analysis Methods for Climate Change[J].Journal of Glaciolgy and Geocryology,2002,24(4):426-432.]
[26]Smit B. Adaptation to Climatic Variability and Change [M].Guelph: Environment Canada, 1993:3- 17.
[27]居,李玉娥,许吟隆,等.气候变化适应行动实施框架[J].气象与环境学报,2010,26(6):55-58. [Juhui,Li Yuer,Xu Yinlong,et al. Action Framework for Climate Change Adaptation[J]. Journal of Meteorology and Environment,2010,26(6):55-58.]
[28]彭仲仁,路庆昌.应对气候变化和极端天气事件的适应性规划[J].现代城市研究,2012,(1):7-12.[Peng Zhongren,Lu Qingchang. Adaption Planning for Climatic Change and Extreme Weather Events[J]. Journal of Modern City,2012,(1):7-12.]
【关键词】钻孔设备和技术;能源;资源;地质灾害;基础工程;科学钻探
Resource, energy sources, circumstance, geologic hazards, foundation engineering, sustainable development, and the science and technology and facilities of underground drilling
Yin Qi-lei, Fan Li-ming
(College of Construction Engineering,Jilin UniversityChangchunJilin130061)
【Abstract】Great projects of resource, energy sources, circumstance, sustainable development, spaceflight, underground engineering, submarine engineering and polar region works are the aims cared by the whole human society. During those activities, the “Underground Drilling”, is used as a kind of engineering technique inevitably. At the present time, a new requirement is put forward due to the shortage of resource, exhausted energy sources, pollution of circumstance, frequent occurrence of geologic hazards, large scale of foundation engineering and so on. And, advanced drilling machines and techniques should become the objects which need to be researched and developed not only for the moment but also for a long period.
【Key words】Drilling facilities and techniques;Energy sources;Resource;Geologic hazards;Foundation engineering;Scientific drilling project
地球是我们人类可爱的家园。她的地下资源是人类赖以生存和发展的物质基础。我们在充分利用地下资源的同时,也必须科学地开发资源,保护资源。这个步入中年,已有47亿岁的地球,在人类仅有5000多年文明史别是近百年来的时间里,受到了严重的破坏,其资源的消耗,能源的枯竭,环境的污染,气候的恶化,地质灾害频发等,使人类的可持续发展面临严重的挑战。
资源、环境、可持续发展,上天、入地、下海、登极的宏伟计划,是人类社会关注并奋斗的永恒主题。人类社会在围绕上述活动中,都必不可少地采用“地下钻孔?”的工程手段,即通过机械设备和工具,在地球的表面包括陆地、南北极地,也包括占地球表面积70%以上的海洋,以及在外星球上进行钻孔作业,从而实现勘探资源,获取资源,开发利用能源,保护和治理环境,预防、监测和治理地质灾害等目的,同时更深入地了解和感知地球内部的信息,科学地利用并保护地球,实现人类社会的可持续发展。
1. 地下钻孔技术与资源和能源
矿产资源包括固体矿产资源和流体矿产资源。地球内部蕴藏的资源总量是恒定的,不可再生。人类社会高速发展,对资源量的需求和依赖也越来越大。当今世界资源紧缺,价格大幅上涨,现已有45种矿产资源供给不足,亟待资源的进一步勘探和开发。前几十年,对易进入地区和浅表层资源勘探开发的程度较高,资源已近枯竭;而对边远、高原、复杂条件及深部地层资源勘探不足,有待于更大的投入和开发。矿产资源的不足,带来了地质勘探的第二个春天。现今世界高度重视资源的勘探与开发,我国政府也做出了加强地质工作的决定,矿业领域的改革和开放,极大地激发了人们开发矿业地热情。投资矿业,加速勘探和开发,已成为世界(包括中国)的经济热点。先进的钻孔设备,领先的钻孔技术,应是当前较长时期内急需研究和发展的对象。发明和创造先进的钻孔工艺方法,集成和综合多种钻孔工艺方法于一体,大幅度提高钻孔速度,降低钻孔成本,研究和开发全液压动力头式勘探钻机,深孔勘探钻机,大功率钻机,多功能智能化钻机等,将对人类社会的进步和可持续发展作出大的贡献。
以石油、天然气、煤炭、煤层气为表征的能源勘探开发工作量剧增。围绕能源勘探开发所需的钻孔技术需不断创新,钻孔设备需求量大,国内外的钻孔工程界都在积极努力工作,我国也在积极引进、吸收和再创新,研制开发适合国情的能源勘探开发设备,以满足当前能源勘探开发的需求。
天然气水合物(也称可燃冰)的勘探和研究,又为人类获取新能源开辟了更广大的领域。赋存于深海海底和永冻地层中的天然气水合物,其总量是已探明的能源――石油、天然气、煤炭等能源总量的2倍以上,世界各国均在竞相研究。随着天然气水合物勘探开发技术的进步和成熟,将需要大量的天然气水合物钻孔勘探与开采的机械装备。
上述能源均属于不可再生的且存在污染的传统能源。众所周知,地球由三个圈层组成,地球的中心既地核直径达几千公里,熔融状态的物质温度高达数万度。由地表向下钻孔,每公里深的温度梯度平均为30℃,几公里深处的地下钻孔内的温度可达一百多度,可直接用于发电。有资料报道,德国2006年曾施工二口用于试验研究的地下贯通井,井深6.2公里,二口井的水平距离为12公里。由一口井向下注水,另一口井则排出近200 ℃多度高温的蒸汽,直接用于发电。地球内部的地心热能,洁净无污染,是不会枯竭的永恒能源。充分利用地心热能,是解决人类能源不足的未来希望所在。深孔、大功率的钻孔机械加之先进的钻孔工艺技术,取得快速的钻井效率,实现低的施工成本和较短的施工周期,是开发地下热能的前提条件。
水井和地热井的钻凿,旨在解决我国大部分城市供水不足和利用地热异常寻找地热资源作为能源的地下钻孔工程。地下赋存着丰富的水资源,即便是干旱的沙漠地区,其地下水也往往丰富异常。我国西部地区,地域广袤,沙漠侵袭的面积大,因而人烟荒芜。地下水的开发和利用,可使沙漠变为绿洲。多数经济欠发达或落后的地区,其主要根源就是干旱缺水。充分开发和合理利用地下水资源,是使我国经济和社会快速发展的一个重要前提。水井钻机和地热井钻机,伴随着钻孔工艺技术的进步与发展,如潜孔锤反循环钻进技术,气举反循环钻进技术,喷射钻进技术及冲洗液技术的发展,其钻井速度将大幅提高,钻井成本大幅降低,成井质量优,完井速度快,将会有很大的发展空间。目前国内水井、地热井钻凿领域技术方法落后,钻进效率不高,施工周期很长。国外,例如非洲干旱地区的水井工程在世界各国的支持下,水井钻凿均已实现了潜孔锤钻进,钻井速度快,一天一口井,迅速改变着非洲干旱地区的面貌。先进的水井钻机,必须与先进的钻孔工艺方法相结合,方能显示出水井钻孔机械的施工能力。在该领域要做的工作和待研发的机械装备数量很大,工作任务重,随着我国经济的增长和社会的快速发展,其需求量将会迅速凸显出来。
生态建筑、环保建筑和智能化建筑的理念已在全球兴起。人类生产生活用房,既要节约能源,又要满足环保要求。浅层地热和地源热泵技术的成熟和发展,已为今后将其广泛用于房舍空调和供暖奠定了基础。每栋房屋,利用地温来调节室内温度,通过地源热泵与数十至数百个地下钻孔进行能量交换,使房间内永远保持理想适宜的温度,同时又大幅度减少能源消耗,对周边环境更是没有污染。该项技术的重点还是大量地下浅层(100米左右)钻孔的施工问题。对钻孔施工机械的要求仍然是快、好、廉的原则。国内已经开始并且有计划地对浅层地热进行开发利用,从而使建筑物节能环保,温暖舒适。此类钻孔的地下施工机械,应适应城区施工作业的条件,应满足成孔、下管(U形管)、灌注等工序的要求。截至目前,还没有形成专门化的钻孔工艺技术,还没有研发出专门的机械设备施工此类钻孔。
2. 地下钻孔机械与环境和灾害防治
人类的生产和生活活动已严重污染并破坏了环境。地球数十亿年形成的能源被人类仅用数百年的时间将消耗殆尽,由此而形成的废弃物质飘逸在大气层,深入到地球表面,污染河流和海洋,使地球的气候灾害增多,地质灾害频发。地壳自身运动(板块漂移、隆升、挤压和褶皱等)、气候变暖加之人类生产生活对地球的破坏,使地球环境受到严重威胁,已经和严重影响了人类的生活。对地球环境的保护,除了充分利用太阳能、风能、水能外,还要大力开发利用地热能源。地热能、风能、太阳能等新能源是永恒、洁净、无污染的能源,可以与人类与时俱进,相依发展,满足人类可持续发展的需求。地热能源开发利用的程度如何,依赖于地下钻孔科学技术的发展和地下钻孔机械设备的研发水平。因此,我们应加大投入,快速研发,推向市场,势必会改变人类的生存条件,同时也保护了地球――我们的家园。
地震、滑坡、泥石流、高边坡塌落等地质灾害频繁发生,感知、预测、监控和治理地质灾害,是人类与自然界的挑战和较量。施工地震观测孔、沉降测量孔、挡土桩孔、锚索孔等,以预防和治理地质灾害,将地质灾害的损失减到最小,是我们的奋斗目标。深入研究钻孔科学技术,研制用于地质灾害防治的地下钻孔机械是人类社会发展所需,是人类挑战自然界的有力武器。
3. 钻孔机械与基础工程
改革开放以来,我国的基础设施和建筑工程如雨后春笋,蓬勃发展。各类基础工程量剧增:钻孔灌注桩、地下连续墙、深基坑支护、防渗墙、帷幕灌浆孔、非开挖管线铺设等地下钻孔工程量巨大,全国煞然是一个大的建设市场。
80年代钻孔灌注桩技术日渐成熟。90年代初,江西地勘局在上海首先应用了钻孔灌注桩技术,原上海探矿机械厂适时研发了GPS型系列工程钻机和配套设备,其产品一举占领全国市场的半壁江山。近些年伴随环保对泥浆排放的高标准要求和钻孔灌注桩干式作业法的诞生,以及为满足快速施工作业的要求,旋挖钻机、连续墙钻机大批量进口,同时我国也开始了研发。从设备的全部进口到设备国产化程度的提高,我们国家走过了一个引进、消化、吸收、再创造的创新过程。我国多家大型工程机械制造企业顺应时代要求,坚持自主创新,研发出多种旋挖钻机和连续墙钻机,其销售遍布全国,迎来了我国地下工程施工的第二次腾飞,同时也提升了我国基础工程施工的实力和形象,使其与国际接轨,步入了国际先进行列。上海金泰公司又瞄准了大直径硬岩钻孔施工设备的研发,产、学、研相结合,有机组合旋挖钻机与大直径潜孔锤技术,走上自主创新的研发之路,将从根本上解决大直径桩孔嵌岩的工程难题,赶超世界先进水平。
为满足非开挖管线铺设的需求,近些年各类非开挖设备发展迅速:冲击矛、夯管锤、导向钻机等随之出现,适应了管线铺设工程的需求。可控冲击矛、油压夯管锤、硬岩导向钻进技术等新设备和新技术仍在不断发展中。
4. 钻孔机械与科学钻探
人类要探知星球,就需要能够潜入到星球内部进行观察的望远镜――科学钻探。目前,地下钻孔工程的发展远落后于航天工程。陆地上最深的科学钻孔是前苏联位于科拉半岛的超深钻,孔深达12.66公里,与地球的直径相比宛如蚊虫的叮咬;南极冰钻孔深记录也是前苏联创下的3600米,至今仍未穿透冰层。我国2000~2005年实施的亚洲第一口科学钻探井――江海科学钻探工程,完全利用国产钻孔设备、机具和钻探技术,胜利完成了预期钻进孔深5332米的任务,同时也实现了预期的科学目标,解读了大陆漂移和地壳板块碰撞理论,发现了新的矿产资源及其形成机制,通过钻孔通道提前捕捉到了地震和海啸的信息,为人类提前获取地下信息、预防地质灾害提供了手段。
国际大洋钻探计划已有十几个国家参加,我国是成员国之一。该计划将在全球五大洋遍布科学钻孔,预计最大孔深超过万米,其中海水深6000米,海底钻孔深6000米。为探索海洋资源和相关科学信息,经济发达国家已投巨资建造钻探船,创新研发海上作业的钻孔设备,研究新的钻孔技术方法,以适应大洋钻探的需求。随着陆地资源的日益匮乏,开发海洋资源是必然趋势。研究海洋钻孔科学技术,超前进入研发阶段,是抢占市场先机的有识之举。
世界大国的星球探测计划和我国已经开始实施的嫦娥探月计划,最终目标都是要实现在外星球上钻孔取心,了解外星球的内部信息,勘探外星球的资源,为人类获取外星球的资源、建设人类的第二个家园而努力,而星球钻孔工艺技术和机械是实现人类梦想的必不可少的工具和手段。
让我们的地下钻孔科学技术在人类发展史上做出更多、更大的贡献!
参考文献
[1] 孙文盛. 善待地球 珍惜资源 持续发展――纪念第37个“世界地球日”[J]. 国土资源通讯 , 2006,(08)
[2] 何冠明,何国正. 石油资源和能源可持续发展战略问题探析[A]2006年中国可持续发展论坛――中国可持续发展研究会2006学术年会经济发展与人文关怀专辑 [C], 2006 .
[3] 张波,张进江,陈晨,刘明利,陈藻. 中国能源安全现状及其可持续发展[J]. 国土与自然资源研究 , 2004,(03)
[4] 刘志飞, 拓守廷. 科学大洋钻探回顾与展望[J]. 自然杂志 , 2007,(03)
[5] 刘广志. 探矿工程要不断创新才能实现跨越――关于探矿工程急待开展和参与“上天、入地、下海、登极”工程的几项建议[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) , 2005,(08) .
[6] 殷琨. 深化反循环工艺研究,促进钻探科技快速发展[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) , 2006,(03) .
[7] 张文亮,贺艳梅,孙豫红. 天然气水合物研究历程及发展趋势[J]断块油气田 , 2005,(02)
[8] 王宏语,纪云龙. 认识一种新兴资源――天然气水合物[J]资源.产业 , 2005,(01)
[9] 王秀茹. 国际地质工程与地质灾害新技术研讨会在长春召开[J]. 吉林大学学报(地球科学版) , 2006,(05)
[10] 张祖培 国际地质工程与地质灾害新技术研讨[J]. 国际学术动态, 2007,(05)
[11] 左汝强. 钻掘工程国内外发展水平与差距及建议(下)[J]探矿工程(岩土钻掘工程) , 2003,(02)
[基金项目]教育部“国家级创新人才实验计划项目”