海洋工程與海洋環(huán)境的相互作用隨著沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展，近海水域受到越來越嚴(yán)重的污染，海域環(huán)境質(zhì)量顯著降低，生態(tài)環(huán)境惡化，對生物資源和人類健康產(chǎn)生了有害影響。近海水域污染已成為世界各國共同關(guān)注的環(huán)境問題，特別是像中國這樣的海岸線長、海灣多的國家。海洋經(jīng)濟的發(fā)展也面臨著嚴(yán)峻的海洋自然環(huán)境。海洋災(zāi)害直接影響著海洋經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模、速度和效益。準(zhǔn)確預(yù)測海洋災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展，采取何種工程措施預(yù)防、抵御和減少災(zāi)害，也成為一個嚴(yán)重的環(huán)境問題。

為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源，有必要在海上進行各種工程建設(shè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)的規(guī)模越來越大。這些大型工程建設(shè)與海洋環(huán)境之間的相互作用也是海洋開發(fā)中應(yīng)特別注意的一個重要問題。為適應(yīng)我國海洋經(jīng)濟快速發(fā)展，海洋環(huán)境不斷惡化，海洋災(zāi)害頻繁發(fā)生，海洋工程大規(guī)模開發(fā)，海洋油氣田開發(fā)和海岸帶開發(fā)過程中后遺癥研究的需要，開展我國重大海洋環(huán)境與保護問題的研究是十分必要和緊迫的。在這方面，需要開展三類研究課題。一是研究海洋環(huán)境特征對各種污染物的作用機理和規(guī)律,二是海洋工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)研究,，三是海洋工程的防治措施和對策以及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用

一、海洋環(huán)境特征

在研究污染物遷移的基礎(chǔ)上，研究各種污染物的作用機理和規(guī)律，考慮各種自然環(huán)境因素（波浪、海流、風(fēng)、光、溫度和濕度）、物理因素（擴散、揮發(fā)、沉降、吸附和釋放），海洋水動力作用下各種污染物的擴散和轉(zhuǎn)化規(guī)律，揭示了復(fù)雜海洋條件下污染物運動和演化的化學(xué)因素，建立了海洋水質(zhì)預(yù)測模型。此外,近年來,我國沿海海域赤潮頻發(fā),現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，在加強赤潮監(jiān)測預(yù)報的同時，還應(yīng)加強建立赤潮生長機制和發(fā)展規(guī)律的研究工作，這項研究應(yīng)通過野外觀測、物理模型試驗和數(shù)學(xué)模擬相結(jié)合的方式進行。

由于野外觀測的巨大成本和許多客觀條件的限制，獲取的數(shù)據(jù)往往有多個綜合因素的共同作用，難以分離單個因素的影響。因此，它只能作為一個例子來檢驗水質(zhì)預(yù)測模型的可行性和準(zhǔn)確性，通過數(shù)學(xué)模擬建立海洋水質(zhì)預(yù)測模型是有效的方法。目前，國內(nèi)外已有許多水質(zhì)預(yù)測模型。這些水質(zhì)預(yù)測模型一般基于以下模型：流量數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作

用模型；近海水域污染物遷移轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于大范圍的海域，通?？梢允褂蒙疃绕骄绷鹘虒W(xué)模型。對于湍流影響不大的海域，不考慮湍流影響。對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口附近區(qū)域，應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，通過坐標(biāo)變換，可以建立一個三維潮流數(shù)學(xué)模型，它可以考慮復(fù)雜地形和嵌套流動效應(yīng)，從而更好地再現(xiàn)實際海域的三維潮流特征。在小范圍水域中，水流數(shù)學(xué)模型可基于N-S方程和一般K-S方程（湍流模型）根據(jù)水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對湍流的影響，建立了同時具有溫度和鹽度梯度的密度分層流的K-S模型（單流體數(shù)學(xué)模型?；诙嗔黧w模型的基本概念，還可以通過分別模擬兩相湍流輸運規(guī)律和相間相互作用規(guī)律，建立兩相湍流浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。在波浪數(shù)學(xué)模型研究中，Bi CGSTAB該方法可用于求解由橢圓緩坡方程離散的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出大尺度波浪變形的數(shù)學(xué)模型。

通過引入弱非線性波頻散關(guān)系，雙曲緩坡方程組斜率方程可以有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)，對高階Boussinesq方程的進一步研究，可以使方程從入水到深水的顏色興奮性達到較高的精度，并能提高方程的非線性精度，從而更精確地計算非線性特性。

對于具有自由水面的波場問題，通過將能有效模擬自由表面形狀的N-S方程與波浪能平衡方程相結(jié)合，推導(dǎo)出考慮波浪破碎能量損失的拋物型緩坡方程，并利用該方程對規(guī)則波和IRR進行了計算。在波流相互作用模型的研究中，提出了改進的合流緩坡模型，該模型可以模擬波浪破碎引起的波浪高度變化，可以模擬海岸波高變化和破碎波高、波浪增減水量和沿岸流在弱電流情況下，可考慮電流的影響；在強電流情況下，可在botssinesq方程中考慮電流的影響。通過將輻射應(yīng)力的計算公式與擬在拋物線中求解的變量聯(lián)系起來，可建立計算輻射應(yīng)力的新方法lic緩坡方程。該方法可用于數(shù)值模擬大面積均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力。

在近海水域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究中，基于N-S方程的深度為平均二維應(yīng)力通量代數(shù)全場模式針對近海水域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)測系統(tǒng)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，根據(jù)從三維湍流模型出發(fā)，將表面風(fēng)應(yīng)力、底部剪應(yīng)力和科里奧利力的影響引入動量方程；將反映物理、化學(xué)和生物過程影響的源項和匯項引入輸運方程該方程可以建立近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)測模型，同時可用于環(huán)境評價、水質(zhì)規(guī)劃和污染控制，

對確定近海海域水環(huán)境具有十分重要的理論價值和應(yīng)用前景需要指出的是，數(shù)學(xué)模擬無疑是研究海洋水質(zhì)預(yù)測模型的非常有效的手段，但無論采用何種數(shù)學(xué)模型，都需要處理必要的參數(shù)和邊界條件模型中的數(shù)據(jù)是水質(zhì)模型研究的技術(shù)關(guān)鍵，它直接影響水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力，這些必要的數(shù)據(jù)不能從數(shù)學(xué)模型本身獲得，有的可以通過現(xiàn)場觀測獲得，但一些最基本的體積可以通過s研究這方面的基本機理，物理模型實驗研究將是有效的手段。

能夠模擬海洋動力因素的先進實驗設(shè)備、現(xiàn)代測量儀器和測試系統(tǒng)是物理模型實驗研究的必要條件PIV和LIF的濃度場和速度場的m，可以研究非破碎波、破碎波和波流相互作用的水流，得到流場中水質(zhì)點速度的空間分布和時間過程；同時得到t波浪與波流的相互作用，可用于分析波浪的基本特征和擴散