二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報(bào)及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究
海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來(lái)，我國(guó)海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺(tái)，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷(xiāo)管船在南海通臺(tái)風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問(wèn)題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國(guó)東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對(duì)我國(guó)可能造成災(zāi)害的臺(tái)風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺(tái)風(fēng)在我國(guó)登陸或接近我國(guó)沿海通過(guò)時(shí)，都會(huì)在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。
在我國(guó)北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對(duì)這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來(lái)巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺(tái)的使用和安全帶來(lái)巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過(guò)深入的研究。對(duì)近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺(tái)，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對(duì)錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來(lái)進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。
我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，海域中時(shí)有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺(tái)、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。
近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動(dòng)破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對(duì)水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類(lèi)破壞機(jī)理，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的試驗(yàn)研究工作開(kāi)展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。
以下的一些研究?jī)?nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周?chē)橘|(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺(tái)及地下輸油管線與地基土動(dòng)力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。
海上水工建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來(lái)自兩個(gè)方面：其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設(shè)計(jì)不周或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差，原材料不合格，管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。
因此，發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時(shí)間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對(duì)現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評(píng)估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測(cè)的新技術(shù)和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下（風(fēng)、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設(shè)計(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來(lái)臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類(lèi)應(yīng)急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，進(jìn)行重點(diǎn)研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)物理模型，通過(guò)多媒體技術(shù)，形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過(guò)程，建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。
三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對(duì)策
為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場(chǎng)、海底隧道和海底倉(cāng)儲(chǔ)的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬(wàn)人的海上人造城市。我國(guó)澳門(mén)和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場(chǎng)。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長(zhǎng)，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場(chǎng)。
由此可見(jiàn)，隨著海洋資源與空間的開(kāi)發(fā)利用，各類(lèi)海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來(lái)越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會(huì)在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對(duì)含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對(duì)海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時(shí)處理也將會(huì)逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來(lái)的報(bào)失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。
隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開(kāi)發(fā)中的環(huán)境問(wèn)題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開(kāi)挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對(duì)海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對(duì)物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開(kāi)發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。
隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城平建設(shè)中的污水深海排放技術(shù)，感潮水域污水多點(diǎn)排放漂移擴(kuò)散研究，天然海灣、人工湖及人工運(yùn)河的水質(zhì)交換能力，人工沙灘的保護(hù)措施，灘涂圍墾對(duì)水域環(huán)境的影響等，都將是需要認(rèn)真解決的問(wèn)題。
鑒于黃河三角洲海岸線不斷依退所帶來(lái)的國(guó)土面積減少、陸上設(shè)施受到威脅甚至破壞、對(duì)黃河三角洲濕地自然條件的毀滅性破壞等一系列問(wèn)題，也是非常迫切需要研究的課題。此外，長(zhǎng)江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸開(kāi)發(fā)、灘涂圍墾和岸灘保護(hù)及整治工程對(duì)水域影響所引起的環(huán)境問(wèn)題及其對(duì)策，也是需要重點(diǎn)研究的課題。
以主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的河口和海岸帶地區(qū)以及主要海域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，建立一個(gè)數(shù)字化的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模擬系統(tǒng)。與防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)一樣，將環(huán)境工程、水利工程、土木工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立模型，通過(guò)多媒體技術(shù)，形象化地針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測(cè)由于發(fā)展經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的海域環(huán)境水污染的惡化、海洋自然災(zāi)害（臺(tái)風(fēng)、巨浪、風(fēng)暴潮、地震、冰害、地質(zhì)災(zāi)害）頻發(fā)的情況。人類(lèi)活動(dòng)特別是大規(guī)模工程建設(shè)所引起的海洋環(huán)境的變遷和海岸演變，以及它們之間的相互作用，用數(shù)字手段統(tǒng)一地加以處理，建立智能化的決策支持系統(tǒng)，以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康地發(fā)展，將會(huì)是決策部門(mén)進(jìn)行宏觀決策和具體規(guī)劃時(shí)的一個(gè)十分有效的手段。