书城科普读物海洋知识小百科——工程篇
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第16章 雄伟近岸工程(3)

花鸟灯塔像一位饱经沧桑的历史老人,经历了100多年的荣辱兴衰、酸甜苦辣。

鸦片战争后,英帝国主义打开了中国海上门户。为了方便他们军舰和船舶的往来,他们开始在我国沿海建造灯塔,花鸟灯塔就是1870年根据他们搜集的资料而建造的第一座灯塔。

从此,花鸟灯塔目睹祖国的宝藏源源不断地流向国外。

古老的华夏大地怎能容忍豺狼虎豹猖狂肆虐!辽阔的中国海疆岂能任侵略者肆意践踏!一个狂风怒吼的漆黑之夜,入侵者的舰艇突然触礁沉没。侥幸逃命的敌军指挥官惊慌失措却又大惑不解:按灯塔指示的方位,航行方向没有错呀,怎会……等他们醒悟过来,才明白是花鸟灯塔使他们上了大当!原来那天夜晚花鸟灯塔并未闪光,闪光的是另一座假灯塔!

1950年舟山解放,花鸟灯塔回到人民手中。几十年来,灯塔管理站的战士们不怕苦、不怕累,一丝不苟地工作着,使花鸟灯塔的闪闪光芒永远照耀着东海海面。

谁是航海的领路人?

自从人类开始航海,就与灯塔结下了不解之缘。雾天和夜晚在近岸航行的船只,要依靠灯塔的指引才能安全航行。千百年来,航海者就是在灯塔的指引下,平安地在海上航行。

早期的灯塔是靠燃烧木材产生的光来指引航船,后来发展到使用燃油。而到了18世纪,由于航海事业的蓬勃发展,灯塔技术也有了新的突破,人们开始使用无烟油灯和电力灯灯塔。第二次世界大战以后,灯塔技术在现代科学技术的基础上突飞猛进,各种形式的灯塔应运而生。昔日飘忽不定的灯火已被昼夜长明的光芒所代替。随着现代科学技术的发展,尽管卫星定位导航技术可使大洋轮船自动导航,但在船舶进港时依然离不了灯塔。总之,灯塔总是随着现代科学技术和航海事业的发展而不断向前发展。也许有一天,你也能设计出一种为世界所采用的灯塔呢!

什么是海上疏浚?

到过港口的人也许都会注意到,在各个港口中都会有一两艘装有巨大抓斗的船只在不停地从港池或者航道挖泥掏沙,这是在干什么呢?原来这是在进行海上疏浚作业呢。其实除了用挖泥船外,还有用其他疏浚机具进行的海上开挖、吹填和采掘等作业,这些都被称为海上疏浚,它是海岸和近海工程的重要技术措施之一。

实际上,疏浚工程历史悠久。在中国,相传大禹治水时期就有“决九川距四海,浚畎浍川”的记载,说明大约公元前2000多年,在中国沿海一带已用简单工具疏浚排灌沟渠;以后又利用船只,靠风力、水力或畜力带动耙、戽等进行疏浚作业。近百年来,特别是20世纪50年代以来,柴油机普遍应用于挖泥船,陆续出现了工作水深大、生产效率高并能适应海上恶劣环境的各种大型挖泥船。

海上疏浚工程包括海上开挖作业、海上吹填作业和海上采掘作业。海上开挖作业主要有运河、河口航道、港口航道和停泊地的开挖、浚深和维持,各种海工建筑物基坑、海底输油管线或电缆沟的开挖。海上吹填作业包括海岸、堤坝、人工岛、人造海滩的吹填和天然海滩的养护等。海上采掘作业包括清除污染物质,改良海底土壤以及采集海底矿产、建筑用砂等。

你知道什么是海岸工程吗?

虽然人类从很早以前就开始在海岸边建海港、筑海堤、修海塘,可是“海岸工程”这个术语却是在1950年美国召开的第一届海岸工程会议上才被首次提出。它是指为海岸防护、海岸带资源开发和空间利用所采取的各种工程设施,主要包括围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程和海岸防护工程,是海洋工程的重要组成部分。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。它与各门海洋科学以及生态学、环境科学有密切联系,海岸动力学为其主要专业基础。

什么是海洋工程?

一提到海洋工程,你可能马上会想到港口码头、跨海大桥、水上飞机场,可是你知道海洋工程的准确定义吗?海洋工程就是指应用海洋基础科学和有关技术学科开发利用海洋的科学。它是一门新兴的综合技术学科,包括开发利用海洋的各种建筑物或其他工程设施和技术措施。具体讲就是海洋资源开发(生物资源、矿产资源、海水资源等),海洋空间利用(沿海滩涂利用、海洋运输、海上机场、海上工厂、海底隧道、海底军事基地等),海洋能利用(潮汐发电、波浪发电、温差发电等),海岸防护等。

什么是“新型海洋工程”?

从20世纪后半期开始,世界人口迅速膨胀,经济飞速发展,对能源的需求量也急剧增加。随着海洋资源开发和海洋空间利用的规模不断扩大,与之相适应的近海工程已成为近30年来发展最迅速的海洋工程之一。它的主要标志是钻探与开采石油(气)的海上平台的作业范围由水深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,现已能在水深1000多米的海域钻井采油,在水深6000多米的大洋进行钻探,在4000米深的洋底采集锰结核;海洋潜水技术发展也很快,潜水深度越来越深,载人潜水器下潜深度可达10000米以上,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(或称离岸工程)和深海水域的深海工程均已远远超出海岸工程的范围,所应用的基础科学和工程技术也超出了传统海岸工程学的范畴,从而形成了现在我们通常所说的“新型海洋工程”。

海洋工程需要解决问题包括哪几个方面?

正如前面所说,海洋工程是一门综合技术学科,海洋工程需要解决的问题可多呢,归纳起来主要有以下3个方面:

(1)海洋开发基础性工程技术:它涉及到工程地址的选择、该地区海洋环境资料的收集和整理、海洋工程地质的调查研究、防腐蚀技术研究等方面。

(2)海洋工程结构物的设计和建造:海洋工程结构物总的来说可分成离岸工程结构物和海岸工程结构物。海岸工程结构物包括各种海岸防护设施、海港工程设施及海洋土木建筑等。离岸工程结构物包括为海底油气开发需要的各种平台、储油、系泊设施以及建造这些设施所需要的辅助设备等。目前,各种人工岛、海底隧道、海上机场等的设计和建造也在这个行列里。

(3)海洋能、深海海底锰结核等的开发:它包括利用波浪、潮汐、海流、海水温差或盐差发电的技术和各种发电站的建造。

此外,海洋工程还包括海洋钻探、动力定位、水下设备等各种专业配套设备、各种仪器等研究。

海洋工程会不会对海洋环境带来影响?

俗话说“水能载舟,亦能覆舟”,兴建海洋工程也是如此,科学合理地兴建海洋工程能造福人类,不合理地兴建海洋工程设施也会给人类带来灾难。海洋工程可能破坏它所在海域的原有的海洋生态环境系统,造成水域污染等灾害。如建造核电站就是如此,核电站一般修建在海边,它的冷却水是海水,海水冷却了电站,本身的温度就会升高,破坏了原来的水温环境,造成鱼类和贝类由于不能适应海水温度变化而逃离或死亡,破坏生态平衡。再如填海造陆、围垦滩涂也能给人类带来负面影响加剧环境污染,破坏生态平衡,以致得不偿失;因为人工岛和新海岸压缩了海域,改变了海岸线走向,势必引起海流运动的变化,破坏渔场,影响航运和养殖业生产。因此,海洋工程建设应该服从“经济发展与环境保护相协调”的原则,进行科学的论证,权衡利弊,谨慎为之。

世界海洋工程建设开始于什么时候?

海洋工程的开发建设已经有了几千年的历史,早在公元前1000年,腓尼基人就在地中海沿岸建立了海上船舶碇泊区,并砌石堤加以防护。中国在公元前306年~公元前200年就在竭石(今秦皇岛以南)、转附(今芝罘岛)、琅田(今青岛以南)等地兴建了海港,自东汉(公元25年~220年)以来还相继兴建了规模宏大的钱塘江海塘、苏北海堰、浙东海塘、闽粤海堤等,唐代(公元618年~907年)建成的海塘、海堤长达数千千米,成为世界上最古老、最长的海岸防护工程。随着生产的发展,人们从消极的防御进而与海争地,在沿海开始了用于农业、制盐等的围海工程,如中国在汉代就有小规模的围海。荷兰在中世纪初也开始建筑海堤围海,并于20世纪30年代完成了世界上规模最大的须德海围海工程。此外,为了适应不断发展的海上航运和捕捞业,沿海国家和地区陆续兴建了众多的渔港、避风港、商港、军港和修造船设施等海港工程。还通过整治大河河口和海上疏浚,获得了通海深水航道。这些都属于海洋工程的范围。自20世纪50年代以来,海洋工程又增加了沿海潮汐发电工程、环境保护工程、用于水产养殖的海上农牧场和水下渔礁等渔业工程,以及在沿岸水域建造海上平台等内容。

但是“海洋工程”这一术语却是到20世纪60年代才提出来的,它的内容也是近几十年来随着海洋石油、天然气等矿产的开采而逐步发展充实起来的。

荷兰有哪两大闻名于世的海洋工程?

说到海洋工程,不能不提到荷兰人民在与自然界斗争过程中所创造的丰功伟绩。荷兰是一个水乡之国,人多地少,地势低洼,在向大海要土地的过程中,荷兰人建成了两大世界闻名的海洋工程。

一个是位于荷兰西北的艾瑟尔湖工程。这个工程开始于1927年,经过几代人艰苦卓绝的奋斗,建成一条33千米的海上长堤,硬是在海里围出一个艾瑟尔湖,使荷兰的陆地面积增加了五分之一。

另一个是三角洲工程。这个工程位于福克角新水道上。从20世纪50年代开始,荷兰政府投巨资在荷兰南部的韦斯特思尔德的福克角新水道口上,修建了一座开关式移动性的防潮闸。它的建成使鹿特丹地区的100多万居民免受洪涝之苦。

防波堤在防治海水入侵中有什么作用?

海浪对海岸的冲击力可以达到每平方米几十吨。如此巨大的压力,足以摧毁堤岸、码头和其他建筑设施。很久以来,人们通过实践发现,护卫海岸、港口及码头惟一有效的手段,就是建造防波堤。

早期的防波堤,只是把大小不等的石块在垂直于海浪的方向上码放成一条松散的石堤,在石块之间也没有很好地粘连。这样的防波堤,经过一次大的海浪就可能冲垮。后来,人们对这样松散的防波堤进行了改造,有的在堤的外侧堆放一些形状不一的异型块体,起到了较好的消波作用。由于这些块体的形状不同,作用也不一样。目前,这类异型块体已经有几百种之多,研制这类块体几乎成为一种专门的行业。有的用石块把堤身砌成斜坡状,大大地增加了堤的强度,只是工程费用较大,于是在此基础上又改用直墙。最初的直墙,是将预先制好的水泥块浮吊在海边垒建而成。限于浮吊的起吊力,水泥块不能做得太大,这又影响了建设的速度和质量。沉箱式防波堤的问世,为防波堤的建设开创了一条新的路子。

海水入侵会造成什么危害?

海水入侵后,地下水会被成化,人、畜吃水都会发生很大困难。如果长期饮用了被污染的劣质水会造成多种地方病症,如甲状腺肿、氟斑牙、氟骨病、布氏菌病、肝吸虫病等,对人体有很大的危害。

海水入侵也会给沿海经济带来很大的影响。在农业方面,它使耕地的机井、水井变成废井,大片良田不能灌溉;由于地下水成化,土地发生盐渍化,造成农业大幅度减产,甚至绝产。在我国海水入侵灾情严重的莱州湾地区,截止到1990年,3500平方千米左右的沿海平原地区已有450平方千米受到了海水入侵,有6000余眼机井报废,50多万亩耕地无法浇灌,5万亩耕地产生了盐渍化,农业生产仅粮食一项每年就少收20万吨左右。在工业方面,最直接的影响是得不到正常的供水,不得不易地建井或远距离调水供应;而使用轻度成化的地下水则造成了管道、设备锈蚀,产品质量下降,大大提高了工业生产的成本。莱州湾地区由于海水入侵所造成的工业损失每年要以数亿元计。

海水入侵是怎样发生的?

近些年来,在我国沿海北起辽东半岛,南至广西北海的许多地区,发生了海水入侵现象,对沿海经济和社会发展造成了很大危害。

“海水入侵”也有人称“海水浸染”或“海水倒灌”,是指滨海地带地下淡水被海水污染成化的现象。“海水入侵”又可以分为地下入侵和地表入侵两种形式。但是,通常所说的“海水入侵”,是指地下入侵。引起地下入侵的直接原因就是地下水位与海水水位之间的相对变化。大家都知道,在正常情况下,海水和淡水界面附近保持着一种动态平衡关系,地下淡水减少后水位降低,水压减小而难以抵挡界面另一侧海水相对加大的静压力,平衡便被破坏,海水入侵便发生了。这种情况多发生在地下水过量开采的沿海地区,如山东省的莱州湾沿海地区自1974年以来连续干旱,人们不得不大量开采地下水,出现了大面积地下水位低于海平面的负值区和水位下降漏斗,从而导致了日趋严重的海水入侵灾害。造成海水地表入侵的主要原因有,沿海地区遇到台风、风暴潮、海啸或特大天文潮,造成暂时性的高水位,海水向内陆蔓延,导致海水入侵;另外由于全球气候变暖,引起海平面上升,或区域性地壳下沉而造成的海平面相对上升也会促使区域性海水入侵的发生。

怎样防治海水入侵?

海水入侵具有隐蔽性强、危害性大、难以治理的特点。它发生的隐蔽性和发展过程的复杂性,对预防和治理都造成了很大的困难。从国内外的试验研究成果来看,目前的有效措施基本上可以归纳为三个方面:工程措施、生物措施和管理措施。

工程措施主要是实施水利工程,其根本作用是阻挡海水入侵,同时拦截淡水流往大海。阻挡海水由地下侵入内陆的具体工程措施有建筑帷幕板墙,平行于海岸的注水帷幕,挖排抽水沟,引调客水以增加淡水压力等等方法。阻挡海水由地表侵入的具体工程措施有建造防潮堤坝、修筑闸坝等。

生物工程是广义的大农业方面的措施,主要包括在海水入侵地区选育耐盐作物品种、改良耕作制度等,还包括能与海水入侵环境相适应的畜牧、水产生物、微生物种群的培育、饲养。同时大力搞好植树造林,在滨海平原的上游地区营造涵养林区,滨岸带建造基干防护林带,建设滨海平原的农田林网。所有这些措施旨在使恶性循环的环境条件向良性循环的方面发展,改善海水入侵区的生态环境条件。