[科普中国]-近海工程

近海工程（offshore engineering）：又称离岸工程。20世纪中叶以来发展很快。近海工程主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、半潜式平台、自升式平台、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场等项建设工程。1

近海近海，是指离陆地较近的海域，靠近陆地的海域。1中国的近海包括渤海、黄海、东海和南海。中国的近海位于北太平洋的西部边缘，东西横跨约32个经度，南北纵贯44个纬度，总面积470多万平方公里。渤、黄两海以老铁山角经庙岛群岛至山东蓬莱角的连线为界；黄海与东海以长江口北角至韩国济州岛西南角的连线为界；对东海与南海的界线说法不一，较为公认的是以南澳岛与台湾鹅銮鼻的连线为界。

近海工程结构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1O万人的海上人造城市。鉴于大型人工岛建筑需要的工期长、填料多、难于在较深海域中采用等缺陷，所谓超大型浮式海洋结构(指尺度以公里计，具有综合性、多功能性的永久性或半永久性的浮式海洋结构)的设想巳引起人们的关注。该结构可用于海上机场，海上城市，浮式海上基地等，以缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等。 日本已经于1999年8月在东京湾用6块380m长，60 m宽的矩形飘浮钢制单体拼装海上飘浮机场。

超大型浮式海洋结构物的设计和构造，对海岸和近海工程来讲是一种全新的课题，首先必须研究解决如下特有的关键技术问题：(1)环境荷载的确定：由于结构物非常庞大，将显著改变结构物附近的海洋动力环境状况．例如当结构尺度远大于波长时，用当前适用于普通结构的单一波谱来计算结构的波浪荷载是不适当的；(2)动力响应分析：对如此大的结构，因其弹性及连结变形十分显著，将产生显著的流固动力耦合作用，使得其动力响应也就更为复杂多变；(3)结构的分析计算理论和方法：理想的是采用三维模型，但由于结构的庞大，它将超出迄今可及的计算能力。因而可能需要建立各种简化的计算模型；(4)连结件的构造与设计：包括构造方案、材料的选择和研制、连结件的制造工艺、锚结构形式及锚力的计算方法研究等；(5)环境影响：超大型结构的存在改变了海上动力条件可能引起海岸的冲淤变化，超大型结构对其下面的海洋生物及水质的影响等问题仍有待于研究。1

在浅水区域，海洋石油平台一般采用固定式导管架平台；在水深较深处，一般采用FPSO、半潜式平台、Spar等浮式平台进行钻井、采油作业。

近海工程防灾减灾海洋环境因素的精确预报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。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分的活动是在近海和极浅海海域。为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。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油气开采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。因而需继续加大对影响海洋工程的环境因素的基础研究：

(1)我国近期油气开发有前景海区的海浪频谱、方向谱，浅水中波要素的统计性质和极浅海区波浪及其谱的变形；

(2)风、浪、流、水位的联合分布，极端环境要素的计算方法、设计环境参数的合理确定及风- 浪一流-潮耦合预(后)报模式研究；

(3)波浪破碎的形态、机理、破碎后的波浪及其谱的变形；

(4)渤海冰层与堆积冰的形成机制，其几何、物理和力学特性及其在潮流作用下的运动规律；

(5)渤海滩海土的静、动力学特性，工程地质性质、区域工程地质规律和分区的调查研究；

(6)近海环境地震危险性分析、设计地震动参数和频谱特性研究，强震海底多维地震动及空间分布规律研究等。

抗灾减灾工程措施随着海洋资源与空问的开发利用，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。近岸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年风暴潮损失超过6亿元，1991年DB29辅管船在南海遇台风翻沉等 )。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的海岸带的动态平衡，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的损失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害，诸如：(1)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；(2)开展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；(3)现役海岸和近海结构的剩余可靠度评价以弥补因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度的不确定性；(4)海洋工程结构因海冰、地震、风浪等激发的结构振动的减振措施和振动控制技术的研究；(5)近海结构智能技术的研究与应用 驯(安装有智能传感器、作动器和控制器的近海结构，能够通过改变自己的配置，使得结构具有能自动适应环境的功能)；(6)改变传统的结构设计思路，采取改进锚固方法等措施，使得近海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。1

海洋环境保护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。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋资源，需要在海上进行各类工程建设，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，针对我国重大的海洋环境与保护问题，重点开展研究方面的课题大体上有三类。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及防治措施与对策。

本词条内容贡献者为:

郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学