海洋工程环境 4-5波浪

海洋工程中的环境监测技术在人类不断探索和利用海洋的进程中，海洋工程扮演着至关重要的角色。

然而，这些工程活动在为我们带来诸多益处的同时，也可能对海洋环境造成潜在的影响。

为了实现海洋资源的可持续开发和保护海洋生态系统的健康，海洋工程中的环境监测技术应运而生，并逐渐成为保障海洋工程安全、高效运行以及海洋环境保护的关键手段。

海洋工程涵盖了广泛的领域，包括海洋油气开发、海上风力发电、海洋牧场建设、海底电缆铺设等。

这些活动往往会改变海洋的物理、化学和生物特性，例如引发海底地形的变化、导致海洋水质的污染、影响海洋生物的生存和繁衍等。

因此，准确、及时地监测海洋环境的变化对于评估海洋工程的影响、制定合理的环保措施以及防范潜在的环境风险具有重要意义。

在海洋工程的环境监测中，物理监测技术是常用的手段之一。

水温、盐度、海流、波浪等物理参数的监测能够帮助我们了解海洋环境的动态变化。

例如，通过部署温度传感器和盐度传感器，可以实时获取海洋不同深度的水温、盐度数据，这些数据对于研究海洋环流、海水混合等过程具有重要价值。

海流监测则可以采用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）等设备，精确测量海流的速度和方向，为海洋工程设施的设计和布局提供依据。

波浪监测则有助于评估海洋工程结构物所承受的波浪载荷，保障其安全性。

化学监测技术在海洋工程环境监测中同样不可或缺。

化学监测主要包括对溶解氧、营养盐、重金属、石油类污染物等的监测。

溶解氧的含量直接关系到海洋生物的呼吸和生存，营养盐的浓度变化会影响海洋生态系统的生产力。

重金属和石油类污染物等有害物质的监测则能够及时发现海洋环境污染的来源和程度，为采取有效的治理措施提供支持。

例如，利用分光光度计可以测定海水中营养盐的浓度，而气相色谱质谱联用仪（GCMS）则能够精确检测石油类污染物的成分和含量。

生物监测技术在评估海洋生态系统的健康状况方面发挥着独特的作用。

通过对海洋生物的种类、数量、分布以及生物标志物的监测，可以了解海洋生态系统的结构和功能变化。

海洋工程环境课程的教学改革研究摘要本文针对海洋工程环境课程教学存在的问题和不足，对海洋工程环境课程教学改革进行了探索。

分析了目前存在的问题，提出教学改革的措施，包括组织教学内容，丰富教学手段，加强实践教学，提高教师水平等。

关键词海洋工程环境课程教学改革中图分类号：g424 文献标识码：a0 引言海洋工程环境这门课重点介绍风、浪、流、冰对海上建筑物的作用以及工程上计算环境作用荷载的方法，最后还介绍了泥沙颗粒的基本性质及波浪潮流作用下海岸岸滩的变形淤涨规律，是船舶与海洋工程专业学生重要的专业基础课，为后续船舶设计和平台设计专业课提供基本知识储备。

1 目前存在的问题按照中国石油大学（华东）现行船舶与海洋工程专业本科人才培养方案，海洋工程环境课程教学安排在第六学期，理论教学46 学时，实验教学两学时。

其相关课程有流体力学、船舶工程、海洋钻井工程、海洋平台工程等。

通过对教学环节各方面的分析总结，发现问题主要存在以下几个方面：（1）课时不足。

海洋工程环境课程的内容很多，囊括了所有海洋工程环境的作用力。

有限的学时分配显然很难做到将教材中的内容讲授完全，势必有些内容只能泛泛带过。

因为课时紧张，授课方式以教师讲授为主，无法发挥学生学习的主动性，也没有足够的时间与学生进行思维互动，进行启发、提问和讨论，教师毫无余地开展创新教育实验。

（2）缺乏实践。

由于实验室建设还未完备，仅开设了一门实验课，即立波的波压力测定实验，实验设备仅有一套，限制了学生实验的积极性和主动性。

而且实验也是让学生按照规定程序完成实验，不能很好调动学生的主观能动性，积极参与进来，没有达到实验的真正目的。

（3）教师工程经验不足。

海洋环境课程内容多、涉及面广，要求教师除了有较高的理论水平和教学经验之外，还必须具有一定的实践经验。

高校教师缺乏必要的实际工程经验，加上个人知识结构的局限性，要在课堂上除传授课本理论知识外，同时调动学生学习的主动性，就成了一项困难的任务。

波浪荷载在各种工程中的确定在海洋工程中，无论是在石油钻井平台还是跨海工程，波浪荷载对结构的破坏都是不容忽视的因素。

在海上大跨度桥梁的建设中，无论是施工过程还是整体设计，波浪荷载的研究都有重大工程意义，特别是对于诸如斜拉桥、悬索桥桥塔等大型墩式结构，更是如此。

波浪力的计算需要两方面理论的支持：波浪运动理论及波浪荷载计算理论。

前者研究波浪的运动，后者在已知波浪运动的前提下计算波浪对水中物体的作用。

对于规则波，常采用的波浪运动理论有Airy 理论、Stokes 理论、椭圆余弦波以及孤立波理论。

Airy 理论以静水面代替波面，适用于振幅较小、水深较大的情况；Stokes 理论可以考虑波高的2阶以及更高阶项，Airy 理论可认为是Stokes 的1阶形式；椭圆余弦波计算较为繁琐，工程运用仍较少；孤立波理论用于考虑孤立波，即水质点相对水体移动的非振动波。

关于波浪荷载计算理论，不同的结构形式是不同的。

而小直径桩的波浪荷载计算主要采用试验测量及经验分析的方法。

其中，使用最广泛的是Morrison 于1952年提出的莫里森公式，这一公式本身以及有关的试验测量理论和测量资料，都有了很大的进展，已被许多国家的设计规范所采纳。

下面我将对波浪荷载理论及其在近海结构、跨海结构、钻井平台结构中的运用作简要叙述。

1 常用的波浪运动理论1.1 微幅波理论微幅波理论是应用势函数来研究波浪运动的一种线性波浪理论。

（1）水深无限时推进波的势函数：sin()2kz gH e kx t φωω=- H 为波高，ω为波浪圆频率，2T πω=， k 为波数，2k L π=。

在无限水深的推进波中波周期T 与波长L 0不是独立的，他们之间具有一定的关系：200022gT L L gT c T ππ====0c 为波速。

（2）水深有限时推进波的势函数：()sin()2gH chk d z kx t chkdφωω+=⋅- 在有限水深的推进波中波周期T 与波长L 的关系为：222gT L thkd L gT c thkd T ππ====假定波浪在浅水中推进时，其波周期T 保持不变，则：00L c thkd L c == 它说明了在微幅波理论适用的范围内，波浪由深水向浅水推进时的波长与波速变化规律。

海洋工程设计服务中的水动力学问题海洋工程设计服务涉及到许多复杂的水动力学问题。

水动力学是研究流体（如水）在运动和与其相互作用过程中的规律的学科。

在海洋工程设计中，水动力学问题的解决对于确保项目的安全性、可靠性和经济性至关重要。

一、水动力学问题的背景和重要性海洋工程设计涉及到许多与水流和波浪相关的问题。

当海洋结构物如码头、桥梁、海上风力发电机等与海洋环境相互作用时，水动力学问题就变得尤为重要。

这些结构物所受到的水动力荷载和波浪力量会对其稳定性和工作效果产生直接影响。

因此，准确地评估和预测海洋环境中的水动力学现象，成为确保工程可持续发展的关键。

二、水动力学问题的研究内容1. 海洋水流模拟在海洋工程设计中，了解海洋环境中的水流情况对于海洋结构物的定位和排水系统的设计至关重要。

通过数值模拟方法，可以对海洋中的水流进行精确的建模和预测。

这些模拟可以帮助工程师确定适当的传动设备和材料选择，以确保项目稳定且耐久。

2. 波浪模拟波浪是海洋工程设计中的另一个关键因素。

波浪会产生压力、摩擦力和负荷，可能会对结构物造成损坏。

因此，准确地模拟和预测波浪的特性对于工程结构物的合理设计和可靠性评估至关重要。

通过数值模拟和实验方法，可以研究波浪的特征、频谱和运动规律，以便更好地了解波浪与海洋结构物的相互作用。

三、水动力学问题的解决方法解决海洋工程设计中的水动力学问题通常需要综合运用数值模拟、物理模型实验以及现场观测等多种方法。

1. 数值模拟数值模拟是解决水动力学问题常用的方法之一。

通过计算流体力学方法（如有限元分析、有限体积分析、边界元法等），可以模拟和预测水流和波浪的运动，以及与结构物的相互作用。

这些方法可以提供关于流体速度、压力、力和应力等关键参数的信息，帮助工程师分析结构物的稳定性、检验设计方案的可行性，并优化设计。

2. 物理模型实验物理模型实验通过建立缩比的物理模型来模拟实际海洋环境中的水动力学情况。

物理模型实验可以在控制的环境下观察和测量水流和波浪在结构物周围的行为，从而验证数值模拟结果的准确性。

海洋工程项目的环境影响评估海洋，占据着地球表面约 71%的面积，是地球上最为广阔和神秘的领域之一。

随着人类社会的发展和科技的进步，对海洋资源的开发和利用日益频繁，海洋工程项目也层出不穷。

然而，这些项目在为人类带来经济利益和发展机遇的同时，也不可避免地对海洋环境产生了各种影响。

因此，海洋工程项目的环境影响评估就显得至关重要。

海洋工程项目的类型多种多样，包括海洋油气开发、海上风电建设、港口码头建设、海洋养殖、海底电缆铺设等等。

每一种项目都有其独特的特点和环境影响方式。

以海洋油气开发为例，在勘探和开采过程中，可能会发生石油泄漏事故，对海洋生态系统造成严重破坏。

泄漏的石油会在海面上形成油膜，阻碍阳光透入海水，影响海洋植物的光合作用，进而影响整个食物链。

此外，开采过程中产生的废弃物和废水如果处理不当，也会对海洋水质造成污染。

海上风电建设虽然属于清洁能源项目，但在建设过程中，风机基础的施工可能会破坏海底地形和底栖生物的栖息地，施工产生的噪声也可能对海洋生物的行为和繁殖产生干扰。

港口码头建设需要进行填海造陆等工程，这会直接改变海岸线的形态和海洋的水动力条件，导致泥沙淤积、海岸侵蚀等问题。

而且，港口运营过程中产生的船舶污水、垃圾等也会给海洋环境带来压力。

海洋养殖在一定程度上可以提供丰富的海产品，但过度的养殖可能导致水体富营养化，引发赤潮等生态灾害。

同时，养殖过程中使用的药物和饲料也可能对海洋环境造成污染。

海底电缆铺设虽然对海洋表面的影响相对较小，但在铺设过程中可能会破坏海底的地质结构，影响底栖生物的生存环境。

海洋工程项目对环境的影响是多方面的，包括对海洋生态系统、水质、海洋物理环境、地质结构等的影响。

对海洋生态系统的影响可能表现为生物多样性减少、物种灭绝、生态平衡破坏等。

例如，石油泄漏会导致大量海洋生物死亡，一些珍稀物种可能因此濒临灭绝。

水质的污染会影响海洋生物的生存和繁殖，导致海洋生物的健康状况下降。

海洋物理环境的改变，如水流、波浪、温度等的变化，可能会影响海洋生态系统的物质循环和能量流动。