发布时间：2023-04-03 09:51:11
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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，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。
海洋生物活性物质获取用海
从国内几家从事海洋生物医药研究的科研院所了解到，所涉及的海洋生物医药产业几乎都以养殖、捕捞作为产品原料来源，而且原料多数为常见、成本低廉的海洋生物及衍生物。例如，中科院海洋所以虾、蟹壳为原料提取壳聚糖，制成海洋生物保健品，主要用来提高机体免疫力；提取水母毒素用以研究水母蜇伤；从海带、红藻、绿藻、褐藻中提取藻类多糖用来治疗慢性肾衰；从卡拉胶藻中提取卡拉胶，主要功效是抗肿瘤。而单独申请某一片海域作为原料供给的案例很少，从调研情况来看，只了解到中科院南海海洋研究所为提取海马体内生物活性物质和养殖螺旋藻而申请海域。
由于海洋生物医药产业的原料来源几乎都取自海水养殖和捕捞，备择性相对较大，对用海要求也就相对较低。从某种意义上说，能够进行海水养殖和捕捞的海域也就都能够满足相关海洋生物医药的原料供给。海洋环境因素对海洋生物医药产业影响主要是水体中重金属的含量对生物资源的影响。海洋水体中重金属含量超标，会影响海洋生物个体生长，从而影响到体内生物活性物质的生成。例如，卡拉胶藻的生长会受重金属影响，但可以在富含氮和磷的水环境中生长，和鱼类、贝类混养会吸收水体中的氮、磷元素，防止水体富营养化，而且释放能够杀死致病弧菌的物质。但通过一定的化学方法可以将重金属从活性物质中分离，从而得到含量较纯的活性物质。
海洋生物医药产业用海应参考海水养殖、捕捞用海的管理政策，保证该海域的海洋环境质量，要禁止围填海等严重影响海洋生态环境的开发活动，滨海城镇的生活污水、垃圾处理和工业废水处理设施建设，污水排放口位置要严格论证，保持海洋生物物种丰富，生态结构稳定。
此外，也要加强养殖用海自身废水排放的监督、控制和管理。某些海洋生物活性物质在提取、合成和制备过程中会对附近海域环境造成一定程度的影响。例如，从虾、蟹壳中提取甲壳素，其生产过程中会产生污染物排入海洋。
针对此类情况，应该要求这种生产过程严格执行相应的污水排放标准，达标排放，做到对海域环境影响最小。在开发和利用海洋生物资源时，要充分考虑海洋环境的承载能力，坚持海洋生物资源可持续利用的理念。海洋生物活性物质大多含量甚微，如果大规模提取、纯化进行商品化生产，有可能破坏海洋生物资源的生态平衡，以至于对环境造成不可逆的恶性影响。
罕见基因种质资源获取用海
某些海洋生物活性物质的提取和研发要应用一些特定海洋生物的基因资源和特殊活性物质，而这些海洋生物只生存在某一特定环境下的海域，这些海域往往是海洋自然保护区或特殊海洋环境类型的海域。对于这种用海，除了应考虑保证周边海域海洋环境质量，还应该考虑与省级海洋功能区划的结合，将该海域设定为海洋保护区或保留区，海洋保护区需严格执行保护区的相关管理规定，严格执行Ⅰ类海水水质标准。
有计划地对重要经济鱼虾越冬、产卵场投放人工鱼礁，严格控制陆源污染物超标向近海水域排放，对重要鱼虾产卵场的水质要严格检测，保护鱼虾类的正常繁殖生长，保护该海域的特殊基因种质资源。
海洋生物医药产业用海应全面规划、合理布局
海洋经济总产值低，海洋经济水平低下建国以来，广西的海洋经济总产值一直偏低，落后于其他大多数沿海省份。尽管我区海洋经济近年来出现了较快的发展势头和速度，但是必须清醒地看到，我区海洋经济尚处在起步阶段，我区海洋经济总量和产业规模还很弱小。2010年广西区海洋经济生产总值为570亿元，远远落后于广东省海洋经济的生产总值8291亿元；广西区海洋生产总值仅占广西区国民生产总值的6%，也远落后于广东省的18.2%。总体而言广西海洋经济仍处于低度发展，经济总产值较低，海洋经济水平低下。从经济发展模式上来看，广西沿海地区海洋经济仍处于粗放型开发阶段，海洋经济产业结构比例仍不合理，海洋产业门类仍不太齐全而且仍以低技术传统海洋产业为主，传统的海洋渔业占据了海洋经济总值超过一半的比重，海洋科技附加值偏低。因而，广西沿海地区要转变海洋经济增长方式，力推海洋经济结构战略性调整，走一条可持续发展的海洋航路。
2广西海洋经济发展方向
要真正促进广西沿海地区经济社会和谐快速发展，充分利用我区的海洋资源优势，发展好海洋经济及其依托海洋资源优势的临港产业至关重要。不仅如此，我区海洋经济的发展对扩大我区的对外开放和促进整个广西的经济发展也可以起到很强的支撑和引领作用。
2.1加强港口基建，服务海洋经济发展
充分整合利用我区各港口资源,加强港口泊位建设,疏浚深水航道,拓展港口作业区。加快建设和完善港口保安、视频、通讯、雷达、船舶识别系统和基站,加快电子口岸海运物流平台向三个沿海港口的移植工作。完善港区铁路输运系统,完善从货物装船、离岸、航行、进港到装运送达物主的一条龙物流体系,加快把沿海三大港口建成功能齐全、分类明确、吞吐量大、班期航线多、集疏运快捷大中小泊位相匹配的现代化大港,发挥港口对海洋经济的引领作用。
2.2加强环境监测,重视海洋环境保护
强化重要海洋生态功能区保护与生态修复，做好海洋污染防治工作，严格控制近海环境污染，开展局部受污海域治理。加强海洋环境监测能力建设，建立健全海洋环境监测体系，积极开展海洋环境监测能力的标准化建设，加强对各种海洋开发活动的环境跟踪监测。加强对海洋产业规划一票否决机制建设。
2.3实施人才战略,坚持科技兴海战略
海洋天然气目标市场
油气区域／油气田目标市场用途
琼东南盆地崖城香港、海南发电、化肥
莺歌海盆地乐东朱江三角洲地区／广西发电、化肥、工业／民用
东方海南、广西／广东发电、化肥、工业／民用
珠江口盆地文昌9区珠江三角洲地区发电、工业／民用
西湖凹陷／丽水区块平湖及周边上海、长江三角洲地区工业／民用
丽水温州发电、工业／民用
渤海海域锦州锦西化肥、民用
渤西天津发电、工业／民用
渤中／渤南烟台、青岛／大连发电、工业／民用
目前中国海油在辽东湾北部、渤海湾西部、海南岛近海、东海西湖凹陷已建立了天然气生产基地。辽东湾北部JZ20—2气田，于1992年8月投产，目前年产天然气3．8亿方。渤海湾西部渤西油田群，于1998年投产，目前年产天然气1亿方。海南岛近海的崖13—1气田，于1996年1月投产，目前年产天然气36亿方。东海西湖凹陷的平湖气田，于1998年11月投产，目前年产天然气4亿方。
1999年，中国海油原油、天然气产量全面超额完成国家计划，取得良好的经济效益，共生产原油1617万吨，完成国家计划的108％，天然气生产43．9亿方，完成国家计划的129％，油当量达到2056万吨，全年实现原油销售收入159亿元，天然气销售收入27．03亿元。中国海油全年实现经营利润27．5亿元，人均效益处于全国先进地位。
加强海洋天然气的勘探开发是中国海油早在1998年就制定的加快海洋石油发展的“六大发展战略”之一，力争到2015年中国近海天然气年产量达到200亿方，为此，在2010年以前需新增探明天然气地质储量3773亿方。今后15年海洋天然气增储上产的主要区域是东海西湖凹陷、琼东南盆地及茸歌海盆地。
2000年是中国海油资产重组、机制改革后的第一年，也是海洋石油开发的第一个“海洋天然气年”，在“海洋天然气年”中，中国海油将会有一系列的重大举措推动和加快海洋天然气的勘探开发。一是经过近三年的筹建，海洋石油化学公司已于近日正式成立，这标志着位于茸歌海盆地的东方气田的开发进入了到计时，预计到2004年东方气田每年将向海南提供天然气16亿方，用于化肥工业和发电。随着科技投入的增加和钻探技术的提高，莺歌海大气区不断有新的发现，东方和乐东气田的联合开发将实现向海南、广西或广东提供天然气34亿方。二是位于渤海湾中部和南部的渤南油气田群也将在近期全面启动，预计在三年内实现向出东胶东半岛供气。三是配合国家“西气东输”工程，优先开发东海天然气的战略部署，加快东海天然气的勘探开发。开发东海天然气是“海洋天然气年”的重头戏，中国海油决定要把东海天然气的勘探作为今年的工作重点，加大投入，加大勘探工作量，争取尽快获得重要发现。
1.1建模原理
为实现多源异构遥感影像数据的统一管理，需要建立统一的数据模型。在逻辑结构上将遥感影像数据划分为描述性元数据信息和数据实体，在业务流程上将数据建模分为元数据建模和数据建模。
1.2元数据建模
遥感影像通常格式特定、数据量大，而元数据是对影像获取信息、质量信息、空间特征等的概括抽取，通常为文本格式、数据量小，具有信息丰富、读取方便等优点[11-12]。本文根据元数据描述对象的特点和数据管理要求，构建了海洋遥感影像元数据的统一模型，如图1所示。其中，数据要素级信息由元数据解析读取获得；数据集级信息可批量手工录入，便于按照专项、区块、调查单位及时间等对各专项数据进行管理；数据库级信息在数据入库时由系统自动扫描数据的存储路径、大小、状态、权限等生成。
1.3数据建模
本文基于面向对象的思路方法，将多源异构的海洋遥感数据抽象表达为数据实体、元数据、空间特征和快视图等基本组成部分及其对应关系。建立数据模型由E-R图表示，如图2所示。由于目前存档的海洋遥感影像数据包含多种星源影像、航空影像和4D产品，且同源数据还包含不同级别、类型产品，因此，需要对每种产品类型数据分别构建数据模型，完成主数据标识确定、影像ID命名规则、数据对象和元数据识别规则等定义，流程如图3所示。影像数据建模支持面向多种数据源的各种影像目录模型的定义，具备对影像数据存储方式、数据格式、坐标系统等参数的设置。
2多传感器影像数据模型实体自动提取与匹配
2.1技术路线
为将构建的数据模型应用于实践，本文提出多传感器影像数据模型实体的自动提取与匹配技术，解决了如下几个关键问题：①多源异构影像元数据自动识别与解析；②空间特征、快视图及影像覆盖范围矢量自动提取与生成；③数据ID命名规则制定及数据模型实体间自动匹配。技术路线如图4所示。
2.2元数据自动提取与输出
根据构建的数据模型，本文建立了一套自动提取与输出元数据信息表的技术流程，核心是从多源异构的元数据中提取出与元数据模型对应的字段信息，消除数据冲突，并利用元数据中关于空间特征的描述自动生成影像数据矢量覆盖范围。具体如下：1）元数据文件识别：依据建立的数据模型，对每类影像产品定义元数据文件格式。如ALOS影像产品定义“HDR-*.txt”为元数据格式。2）元数据格式解析及数据冲突消除：建立元数据提取配置文件，将多源元数据文件中的字段名称对应至提取配置模板中，消除元数据命名冲突和语义冲突。命名冲突指相同字段（如影像左上角纬度）在不同元数据中有不同名称（如ImageSceneLeftTopLatitude、SCENE_UL_CORNER_LAT等）或同一字段（如ProductType）在不同元数据中表示不同意思（产品类型或产品处理级别）。语义冲突指不同元数据对同一字段在描述方式、内容上的不同造成的语义不一致性，如投影带号在不同元数据中表示为ZoneNumber和ZoneNo.两种形式。本文数据冲突消除方法的实质是通过元数据配置文件将多源元数据字段名称映射到元数据模型的全局名称，通过提取配置模板和输出模板两步实现。3）元数据信息提取：将元数据文件内容全部读入内存，用程序分步定位的方法提取元数据字段信息。以ALOS影像元数据“UTMZone="51N"……”为例，提取投影带号信息需先定位至“UTMZone”字段，查找“=”后、符号“"”之间的字符串，即为带号“51N”。又如，XML格式的RAPIDEYE元数据文件中，提取成像时间需定位至以“<eop:acquisitionDate>”开始、“</eop:acquisitionDate>”结束中间的字符串，即为成像时间。元数据信息提取将原始元数据字段对应至提取配置模板字段，生成中间元数据文件。4）元数据信息输出：定义元数据输出配置模板，将中间元数据文件字段对应至元数据模型中的字段。输出配置模板按卫星影像、航空影像、4D产品和动力卫星数据等设置四类。输出时还可对模板字段进行批量统一赋值。5）矢量范围输出：由元数据提取影像四角坐标值，调用ArcGIS脚本语言函数CreateFeaturesFromTextFile_samples()，将四角坐标文本文件、分隔符、输出矢量文件和空间参考基准作为输入参数，生成带有空间参考信息的ShapeFile格式的影像范围矢量。
2.3基于GDAL的快视图自动提取
以往快视图作用仅定位于数据浏览不同，本文提出的数据模型要求将快视图匹配至影像空间特征，并录入关系型数据库实现集成管理。然而，影像产品数据集中提供的快视图通常不包含空间坐标信息，因历史原因各单位汇交数据中快视图或已丢失或因重命名已不满足数据模型识别要求，加之航空影像、4D产品通常不具备快视图，快视图自动提取面临较多问题。因此，针对多源异构影像，本文基于GDAL（GeospatialDataAbstractionLibrary）对快视图自动提取并匹配至空间特征，流程如图5所示。GDAL是X/MIT许可协议下的开源地理栅格空间数据转换库，支持几乎所有常见的遥感图像文件格式的读取、格式转换和重采样等基本操作。本文选用开放源代码的GDAL库作为多源影像的访问引擎，为影像的访问和基本处理提供统一接口。提取后的快视图具有了和影像文件一致的空间坐标和数学基准。
2.4数据模型实体自动匹配
本文在分析各类影像产品数据建模的基础上，提出基于规则的影像ID命名方法，通过指定影像惟一ID实现影像数据文件、快视图、元数据和矢量范围的自动匹配。具体如下：1）针对特定影像类型，根据数据模型定位至元数据文件，确定元数据存放目录，将元数据上级文件夹记为ParentDirectory(1)。定位至元数据的好处在于：与元数据信息提取的过程相一致避免重复搜索；部分影像数据分波段存放（如中巴、TM等）或分块存放（如WorldView），定位至影像文件很难形成与影像数据包一对一的关系。元数据文件通常与影像文件在同一目录、名称一致，并且元数据中通常有影像文件名信息。2）制定影像ID命名规则，标识惟一影像数据包。通常情况下，元数据文件名能够标识惟一影像数据包时，采用元数据文件夹名命名；若不行，则需要考虑数据文件名、或上级（ParentDirectory（1））至上几级文件夹名（ParentDirectory（N））的组合形式来命名影像ID。部分示例如表1所示。特征的相互匹配，为数据建库和入库管理奠定基础。
3多传感器海洋遥感影像集成与管理
根据数据模型和集成管理的要求，本文研发设计了多传感器影像自动加工工具（以下简称“工具”）和海洋遥感影像管理信息系统（以下简称“系统”）。考虑到数据安全和保密需要，工具设计为单机版，系统采用C/S架构。系统采用.NetFrameWork框架搭建平台，利用ArcGISEngine组件做专业开发；服务器端部署Oracle11g数据库和ArcSDE空间数据引擎，服务器端与客户端通过内网连接。工具研发基于多传感器遥感影像数据模型实体自动提取匹配技术，对不同影像元数据操作提供统一的配置交互界面（见图6）。工具支持用户根据影像类型和建模要求配置元数据提取和输出模板，提供预定义的影像ID命名规则。模板与规则均以XML格式保存，支持用户自定义修改，扩展性强。工具能够从元数据和影像数据文件中批量生成元数据信息表、快视图和空间特征一一对应的标准数据集，并通过影像ID与原始数据包自动匹配，与后端管理系统有效衔接。依据本文构建的多源异构影像数据模型，系统按照“元数据表+快视图+空间特征数据文件”的方式，将数据存储路径记录在二进制变长字段内，并将影像对应的元数据信息表、空间特征和快视图信息存放于关系型数据库表中，从而实现了海量数据的无缝管理。系统提供数据空间范围、快视图、数据包详情的查询浏览、分析统计等功能，并支持用户通过选择元数据记录、下载相应的遥感影像数据实体。如图7所示。数据建模是整个系统的核心内容。系统将入库配置环节设计为功能模块，按照“元数据项管理—资料建模—数据建模—编目管理”的步骤，向导式指引用户完成数据建模和存储规划。其中，元数据项管理完成元数据项的定义；资料建模为元数据模型的定义；数据建模为每类资料构建数据模型；编目管理为数据入库设计相应的数据节点。系统入库需用户提供影像数据实体文件存储路径，以及影像加工工具生成的标准元数据表、快视图和矢量文件。入库过程中，系统首先根据数据模型校验是否能在指定路径下正确识别遥感影像原始数据包。校验完成后，系统根据主标识字段（即影像ID），自动匹配影像数据包、元数据表、快视图和矢量范围，并根据元数据模型判定输入元数据表信息是否正确、齐全。在所有判定条件都满足后，系统扫描并存储每条数据文件的存储路径，并将元数据表、快视图和矢量范围入库。系统支持用户浏览查询、编辑修改和数据下载等操作。用户可按数据节点、数据查询结果等方式浏览影像快视图、矢量覆盖范围和元数据表，并可对元数据表编辑修改。数据查询支持数据节点下自定义几何形状（线或多边形）、跨数据节点综合模糊查询两种查询方案。数据下载通过元数据表、快视图或矢量范围等与数据文件的自动匹配，在记录存储路径下定位相应数据文件并提供下载服务。
4结束语
运用IIS建立虚拟目录和站点信息，运用Dream－weaver编辑网页信息和进行网页设计；数据库运行环境是Access2007。（1）安装IIS并进行相应的设置。在Win－dows2007系统中，打开Internet信息服务以及万维网服务中的asp、asp．net服务。在IIS中，设置好网站的根目录和虚拟目录，启用asp选项父路径和“将错误发送到浏览器”，以方便调试。（2）利用Dreamweaver搭建本地站点，其目的是建立本地文件与Dreamweaver的联系，以便通过Dre－amweaver来管理站点文件。由于需要连接数据库，所以需要创建的是动态站点，利用站点窗口可以对本地的文件、文件夹进行创建、复制、移动和删除等基本操作，也可以对站点进行重新规划和布局。
2海洋观测仪器管理系统的设计
2．1功能模块划分依据海洋观测仪器管理系统的需求，将系统分为用户信息、管理员信息、仪器类别、仪器详细信息、仪器借用计划以及仪器的维护5个对象。设计了5个数据实体来表示这5个对象，相关数据存储在数据库中。在确定了海洋观测仪器管理系统的整体设计思路之后，还需要进一步形成相互关联的各模块。海洋观测仪器管理系统主要包括前台和后台2个模块：前台模块主要由用户操作，后台模块由管理员操作，每个模块都包含几个子模块（见图1）。2．2数据库结构设计（1）在使用MicrosoftAccess创建数据库之前，须先确定数据库存放路径，然后确定文件名称。（2）数据库逻辑结构设计。根据系统总体设计分析可知，需要创建仪器类别、仪器详细信息、借用计划信息、仪器维护记录信息、用户信息和管理员信息等6个数据表。每个数据表都必须有主键，查询、删除操作很容易通过主键实现。需要注意的是，Adminpurview字段存储的是管理员的管理权限信息，取值范围是0、1、2、4、8。其中：0代表拥有所有权限；1代表维护仪器信息的权限；2代表维护用户档案的权限；4代表维护借用计划的权限；8代表维护仪器类别的权限。使用这几个值的原因是，它们代表的二进制数能够方便与多种权限的组合及判断。2．3海洋观测仪器管理系统总体设计用户可以在前台操作进行页面显示，包括用户登录页面、登录验证页面、注销登录页面、注册申请页面、接受注册申请页面、修改个人信息页面、修改密码页面、仪器详细信息查看页面以及仪器维护页面。管理员后台管理模块需要实现的功能比较多，可以分为主页面、登录／注销、管理员管理、仪器信息管理、用户档案管理、仪器借用计划信息管理、仪器维护信息管理等几大部分。后台主页面也是一个框架，它由主框架页、左侧页面和主页面组成。为保证海洋观测仪器管理系统的数据信息的安全性，需要进行登录验证，验证通过后才可以进入系统，所以要有登录、注销模块。对管理员的管理包括添加管理员、删除管理员、更改管理员权限、修改管理员的基本信息等。仪器信息管理部分实现的功能包括仪器类别的添加、删除和修改等。仪器详细信息管理部分、用户档案管理页面、仪器借用计划管理页面、仪器维护计划页面也均有添加、修改和删除功能。
3海洋观测仪器管理系统功能的实现
3．1管理员信息管理进入管理员登录界面，管理员需要输入用户名和密码，系统会自动将账号、密码同数据库中的记录对象进行依次比对，只有提交的用户名和密码与数据库中同一条记录中的用户名和密码完全相同时，才允许进入后台管理员管理界面。进入管理员管理界面后可以进行操作员信息的添加、修改。进行操作时需要再次验证其权限。系统的管理员拥有所有的管理权限，可以修改管理员和操作员的相关信息。3．2用户信息管理用户信息管理分为管理员管理部分和用户操作部分。只有管理员能进入后台管理部分，进行用户的添加、用户信息的修改和删除操作。管理员还可以对已经提交注册申请的新用户进行审批等操作。当管理员进入此模块时，系统首先判断当前登录的管理员是否具有管理用户信息的权限。为了保证系统中数据信息的安全性，只有超级管理员和拥有此模块权限的管理员才能进行此模块的操作。前台由用户操作管理的部分只可以修改当前用户的信息。在进入前台用户主页面后，单击“新用户注册”按钮，即可在新用户注册界面进行注册。在提交注册信息后，还需要由管理员审查、批准后才能成为注册用户。用户登录后只可以修改自己的登录密码或者基本信息。3．3仪器类别管理管理员登录后台管理系统后，可以进入仪器类别管理界面（见图2）。海洋观测仪器的类别主要分为实验室观测仪器和外海观测仪器两类。在选择仪器类别后，系统会自动生成仪器类别ID，直接点击“更新”就可以实现仪器类别的添加操作。进行修改和删除仪器的类别时，在行数据对应的操作选项中选择“修改”或“删除”后，此仪器类别信息会出现在“添加／修改仪器类别”表格内，修改名称后点击“更新”按钮，即可完成对数据库内相关数据信息的修改操作。单击“删除”按钮即可实现对应行信息的删除。3．4仪器详细信息管理仪器详细信息管理分为后台管理和前台查询两部分。在后台仪器详细信息管理界面，分页显示了所有录入过的仪器的详细信息，如图3所示。管理员可以添加仪器详细信息（见图4），也可以删除、修改仪器的详细信息。普通用户登录后只能查看相关信息，没有修改权限。3．5仪器借用计划管理在仪器借用计划管理界面，分页显示了所有的仪器借用计划（见图5）。管理员登录后可以维护借用计划，进行借用计划的审批、修改和删除。普通用户可以提交、查看借用计划，借用计划的添加如图6所示。3．6仪器维护信息管理管理员登录后可以进行仪器维护记录的添加、修改以及删除，而普通用户登录后只能进行查询。3．7系统测试与系统设计完成后要进行系统测试，以便发现问题并进行改进，使用的过程中也可以修改和完善。测试后上传到服务器并开通互联网网站，用户可以通过域名访问该网站。
4结束语
1.1国家战略定位
模糊缺乏国家战略层面的对海洋战略性新兴产业的发展定位。在《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》重点扶持发展的七大战略性新兴产业中，只对包括海洋油气开发装备、海洋风能利用装备、海水淡化和综合利用等装备在内的海洋工程装备产业提出了具体的产业化配套政策，其他包括海洋生物技术、海洋新型能源仅有所提及，其产业开发重点和扶持导向不明确，特别是缺乏权威的产业发展评估和路线图，也没有明确的国家产业发展定位。尽管国家发展改革委、工信部、海洋局、能源局等国家职能部门，最近针对海洋工程装备制造、海水淡化、海上风电等海洋战略性产业发展相继出台了一些专项规划和产业扶持意见，但与国家沿海区域发展和海洋经济发展试点战略协调不足，且受到政策和资金成本的制约，地方政府贯彻落实的成效并不明显，缺乏针对海洋战略性新兴产业发展属性的政策创新，未能构建海陆统筹的全局发展战略框架和产业发展定位。
1.2政策措施协调不足
近年来，国家相继启动实施了沿海经济带、蓝色经济区及海洋经济创新发展区域示范等一系列涉海开发战略，也通过国家财政专项资金及海域使用金等对海洋生物、海洋装备制造、海水淡化等海洋战略性新兴产业进行了重点扶持，但基本以国家财政资金和行业专项资金为主，国家专项综合资金及地方配套资金不足，资金扶持力度和覆盖面远不能满足海洋战略性新兴产业培育和发展的需要，且政策创新力度明显不足，陆海产业扶持政策之间缺乏协调。国家缺乏有针对性的产业培育引导政策，特别是针对涉海科技成果转化和创新型中小企业培育的引导政策，涉海小微科技创新企业“死亡谷”问题突出。现有的产业扶持政策多出自海洋职能部门，实施中缺乏部门协调，地方又以争取国家政策支持为主，难以突破国家政策框架，政策效应难以充分发挥。
1.3行业低端竞争激烈
鉴于海洋战略性新兴产业的发展潜力，沿海各地都出台了发展定位趋同的产业规划，在一定程度上助推了区域恶性竞争，形成海洋战略性新兴产业培育遍地开花，但产业化发展严重滞后的局面。对于海洋装备制造、海上风电等少数几个已初步实现产业化发展的产业，各地普遍加大招商和投资力度，将有限的政策资金投入其中，并给予最大限度的土地、融资、税收等优惠，在短期内扭曲了其市场要素价格，降低了投资主体的投资风险和成本，引发了投资热潮和地区间的重复建设，导致了国内部分低端船舶配套装备、海洋工程装备、海水淡化装备及风电装备制造能力短期内得到极大提升，但产业链高端装备设计制造能力不足，出现产能结构性过剩，严重影响到国内海洋战略性新兴产业的培育和健康发展。
1.4海洋技术创新薄弱
随着我国海洋科技创新投入的不断加大，我国在海水种苗繁育、海洋生物医药、海工装备制造、海水综合利用等诸多海洋战略性新兴产业领域都取得了一定突破，但在一些关键技术环节和创新能力方面和西方发达国家还有很大差距，产业培育与发展受制于技术创新的局面仍未得到有效改善。关键核心技术和装备依赖进口，相关产品成本过高、竞争力弱，制约了相关产业的快速发展。如在海水淡化装备制造领域，海水膜组件、能量回收装置和海水高压泵等反渗透关键设备仍需进口，海水淡化工程关键设备国产化率不足50％。国内756项与海水淡化相关的专利中，具有自主知识产权的仅占15％［9］。关键核心技术未实现突破，再加上海洋科技创新机构的行政壁垒，科技成果转化与专业配套能力不足，造成部分海洋战略性新兴产业培育技术瓶颈比较突出。
2政策导向与路径设计
2.1加强海洋战略顶层设计，完善海洋产业政策
扶持体系尽快制定《全国海洋战略性新兴产业中长期发展行动计划》，统筹陆海战略性新兴产业布局，合理布局沿海海洋战略性新兴产业发展架构，减少地方政府的无序竞争。搭建国家海洋战略性新兴产业区域协调框架和信息交流平台，引导地方政府因地制宜地开展海洋战略性新兴产业项目建设，形成区域优势互补、错位发展的空间发展格局。制订国家海洋重点产业投资目录，优先选择具有重大产业开发潜力的产业进行重点支持。落实国家战略性新兴产业发展相关优惠政策，推动国家重大基础设施建设和科技创新专项资金向海洋战略性新兴产业发展倾斜。完善国家产业扶持政策，对重点企业，特别是中小型民营企业进行专项扶持，加快海洋战略性新兴产业市场开拓进程。
2.2推进区域示范工程建设，创新海洋新兴产业培育机制
实施重点产业领域示范工程建设，积极推进海洋战略性新兴产业培育基地和产业联盟建设。制订重点行业和重点地区战略性新兴产业发展试点和示范工程建设方案，积极鼓励和引导重点企业和科研机构联合建立行业联盟，打造3～5个国家海洋战略性新兴产业培育基地。制定国家海洋战略性新兴产业发展路线图，建立面向创新型企业和市场化科研机构的政策扶持机制。整合与协调国家及地方海洋科技创新资金，建立科技创新市场化评价机制，减少行政干预和重复投入问题。
2.3实施海洋科技创新工程，推进企业科技创新平台建设
实施国家海洋科技创新工程，建立国家海洋科技创新基金和重大海洋科技专项基金专家咨询委员会，统筹国家海洋科技创新基金投入。依托青岛国家海洋科学与技术重点实验室，组建国家海洋科技创新联盟和深远海科技研发平台，打造国际海洋科技论坛，强化重大技术和装备领域的国际交流与合作。大力培育涉海企业的技术创新主体地位，推动产业技术创新战略联盟、技术创新服务平台和创新型企业建设。鼓励重点企业与科技机构联合建立海洋工程技术中心，支持企业申报和承建省级、国家级重点实验室，推进以企业为主体的产学研一体化进程。
2.4推动特色产业园区建设，加快海洋产业集聚发展进程
结合国家海洋经济创新发展试点工作，推进海洋特色产业园区建设，鼓励和引导相关企业逐步向特定的产业园区转移，同时调整各类产业园区的发展特色及核心定位，建设一批现代海洋特色产业园区，构建海洋战略性新兴产业的培育和集聚平台。鼓励涉海大中型企业及各类优势涉海企业跨区域、跨行业、跨所有制兼并重组，培育一批以海洋新兴产业为主体，具有国际竞争力的大型涉海企业集团，并通过其辐射带动及配套需求，推动整个产业链的完善和配套中小型海洋战略性新兴产业企业的集聚发展。
2.5创新海洋产业投资模式，建立和完善专业海洋产业服务体系统
筹协调国家财政扶持资金、社会资金、风险资本和金融资本，创新国家财政补贴和风险规避机制，推进国家“蓝色投资基金”和公私合作经营的“蓝色投资银行”发展，构建符合海洋战略性新兴产业发展需求的市场投融资体系。鼓励沿海地方政府围绕海洋科技孵化和产业培育平台建设，提升海洋战略性新兴产业发展专业服务能力，利用大数据和电商服务网络，构建面向小微型创新企业培育的专业化海洋中介服务网络，逐步完善区域海洋战略性新兴产业培育体系。
3结束语
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，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。
