摘要：隨着沿海經濟的迅猛發展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環境質量明顯下降，生態環境日趨惡化，並對生物資源和人體健康產生有害影響。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境，精確預報海洋災害的發生、發展和應該採取何種防災減災工程措施，也成爲嚴重關注的環境問題。爲了開發海洋資源，需要在海上進行各類工程建設，大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。爲了適應我國海洋經濟的快速發展，針對我國重大的海洋環境與保護問題，重點開展研究方面的課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特徵對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策。
關鍵詞：海洋經濟 海洋環境 環境保護 海洋災害
前言
隨着沿海經濟的迅猛發展，近海海域遭到越來越嚴重的污染，使海域環境質量明顯下降，生態環境日趨惡化，並對生物資源和人體健康產生有害影響。近海水域的污染已成爲世 界各國，特別是象我國這樣具有相當長的海岸線和衆多海灣的國家所共同關心的環境問題。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境，海洋災害直接影響着海洋經濟的發展規模、速度和效益，精確預報海洋災害的發生、發展和應該採取何種防災、抗災和減災工程措施，也成爲嚴重關注的環境問題。爲了開發海洋中的
空間、礦產、漁業、能源等物質資源，需要在海上進行各類工程建設，在目前科技日益發展的情況下，工程建設的規模日益巨大，這些大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。爲了適應我國海洋經濟的快速發展，海洋環境的日益惡化，海洋災害的頻發和海洋工程向大型化發展，近海石油氣田的開發，以及海岸帶開發過程中的後效問題的研究需要，針對我國重大海洋環境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特徵對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特徵對各類污染物的作用機理和規律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究爲基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、溼度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋複雜條件下的運動及演變規律，並建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由於現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作爲對某一水質預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較爲有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基於以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，對於較大範圍的海域，通常可採用深度平均的潮流教學模型，對於紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對於湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，採用座標變換，可建立一種能夠考慮複雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特徵。在較小範圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型爲基礎，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用於模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數學模型。也可以基於多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用於大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關係，可使雙曲型緩坡方程能
夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，並提高方程的非線性精度，可以更精確的計算較深水域波浪的非線性特徵。
針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態的N— S方程和波能平衡方程的結合，可導出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面，對於弱流情形，可採用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對於強流情形，可採用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應力的計算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯繫起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基於N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作爲目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可爲環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。