海洋工程的内涵

海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的,且工程主体位于海岸线向海一侧的各类新建、改建、扩建工程。包括:围填海、海上堤坝工程,人工岛、海上/海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程,海底管道、海底电(光)缆工程,海洋矿产资源勘探开发及其附属工程,海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程,海上娱乐及运动、景观开发工程以及国家海洋主管部门同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。

海洋工程可以从地理上分为两大类,即海岸工程和离岸工程。其中,海岸工程包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施工程以及环境保护设施工程等。而离岸工程又可分为近海工程和深海工程。近海工程包括大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程;以及在大陆架较深水域的建设工程,如浮船式平台、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。深海工程包括移动半潜式平台、深吃水立柱平台、无人深水潜水器和遥控海底采矿设施等建设工程。

海洋环境极其复杂,海洋工程除考虑海水环境的腐蚀、海洋生物的污染等作用外,还必须能承受地震、台风、海浪和冰凌等恶劣自然因素,在浅海区还要经受岸滩演变和泥沙运移等影响。

1.海岸工程

海岸工程是为海岸带开发服务的工程,地中海沿岸国家在公元前1000年已开始航海和筑港;中国早在公元前306年至公元前200年就在沿海一带建设港口,东汉(公元25—220年)时开始在东南沿海兴建海岸防护工程;荷兰在中世纪初期也开始建造海堤,并进而围垦海涂,与海争地。长期以来,随着航海事业的发展和生产建设需要的增长,海岸工程得到了很大的发展。但“海岸工程”这个术语到20世纪50年代才首次出现,随着海洋工程水文学、海岸动力学和海岸动力地貌学以及其他有关学科的形成和发展,海岸工程学也逐步形成一门系统的技术学科。近代最著名的海岸工程是美国旧金山港口外斥资150亿美元建造的防洪堤。此外,海岸工程还是海洋工程这一概念的起源。“海洋工程”是20世纪60年代开始提出的,其内容也是近三四十年以来随着海洋石油、天然气等矿产资源的开采,逐步发展充实起来的。

2.离岸工程

20世纪后半叶开始,世界人口和经济体量的膨胀,导致人们对蛋白质、能源等的需求也急剧增加。随着对大陆架海域石油和天然气的开采,与之相对应的近海工程成为近40年来发展最迅速的工程之一。这种现象的主要标志是出现了钻探与开采石油(气)的海上平台,其作业范围由水深10米以内的近岸水域扩展到了水深300米的大陆架水域。海底采矿由近岸浅海向较深的海域发展,形成了深海工程。目前,人类已能在水深3000多米的海域钻井采油,在水深4000米的海洋底部采集锰结核。海洋潜水技术发展也很快,载人潜水器下潜深度可达10000米以上,并能进行饱和潜水,还出现了进行潜水作业的海洋机器人。这样,大陆架水域的近海工程和深海水域的深海工程(或称离岸工程)均已远远超出海岸工程的范围,其所应用的基础科学和工程技术也远远超出了传统海岸工程学的范畴,从而形成了新型的海洋工程。

海洋工程的结构型式很多,常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式结构物。重力式建筑物适用于海岸带及近岸浅海水域,如海堤、护岸、码头、防波堤、人工岛等,以土、石、混凝土等材料筑成斜坡式、直墙式或混成式的结构。透空式建筑物适用于软土地基的浅海,也可用于水深较大的水域,如高桩码头、岛式码头、浅海海上平台等。其中海上平台以钢材、钢筋混凝土等建成,可以是固定式的,也可以是活动式的。而浮式结构物主要适用于水深较大的大陆架海域。除上述3种类型外,近10多年来我国还在发展无人深潜水器,用于遥控海底采矿的生产系统。

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