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一、为落实课程标准,学习各种自然灾害,教材必须要进行重新整合
自然灾害的成因、分布、危害、防治措施、树立减灾观是学习各种自然灾害永恒的主题,所以必须按此思路进行重新整合,否则,不利于学生的学习掌握。
课程标准对选修课程学习顺序不做具体规定,选修课程可以在必修课之前、之后或者同时开设,因而教师的教学空间很大,不必拘泥于具体知识点进行教学,这将有利于教师根据学生的情况开展创造性的教学活动。
这需要老师下大气力进行教学设计。
二、选修和必修、区域地理部分藕断丝仍连,必修内容是通向选修的桥梁
选修中大量的知识和必修相连,所以他们看起来是断了,其实丝是相连的。
比如:有关地震的知识,要涉及到了必修教材当中的相当一些内容:地震波、板块构造学说、分布及成因、地质构造、“3S”技术等等;洪水、涝渍、风暴潮等水文灾害要用海陆位置、地形地势、大气降水的时空分布、天气系统、、人口分布、经济发展等等;台风要用的低压气旋;干旱、旱灾也要用到降水的分布、各种天气系统等等;沙尘暴、寒潮要用到天气系统的冷锋、冷高压等等;
教师认真研读课程标准,准确领会课程精神,仔细研究学习必修课内容标准和选修5的内容标准,并将选修5与必修课内容标准进行对接,比如必修1的天气系统的相关内容与选修5的分析台风、寒潮、干旱、洪涝等气象灾害的形成原因这一教学内容的对接。地质灾害要用到地形地势、地质构造、人类活动等等;生物灾害要涉及到中国、世界的种植业、林业、牧业分布等等;……
学生已有的知识是桥梁,这个桥梁的搭建关系到各种自然灾害的成因、分布等知识的学习。因此学好、教好必修课是学习选修的重要基础条件。
三、教师大量的特别是学生熟悉的、身边的例子,做到旁征博引,对比分析
唐山大地震、汶川大地震、海地、智利、日本、等地地震、海啸等许多案例数字的比较,让学生从具体的实际数字当中体会地震的特点,影响地震,产生危害的因素等来分析问题,课堂在学生的感慨、震撼中进行、学生的积极性被充分调动起来。让学生感觉地理就在身边。
这需要老师时刻关注灾害的地理时事、进行大量的知识储备,为教学提供好的素材。
三、别拿豆包不当干粮,高考对选修要求也很严格、规范
因为自然灾害很多知识都和必修地理分不开,所以就是我不学,我还能答题,但是要想得高分,不容易。自然灾害尽管看似简单,但是绝对不能掉以轻心,概念、机制、原因、准确性、科学性的描述,教学中是非常重要,绝对不能满足,也绝对不能让学生满足于我了解了。这就要求我们的教学要严格、规范。
四、树立正确的减灾观——选修五学习的理念
课程标准当赋于地理一个非常基本的理念,就是学习对生活有用的地理和对终生发展有用的地理。这两个理念来讲,或许没有体现在我们具体的高考的试卷当中,但是他对终生发展是有利的。我们的教学是不是仅仅就是围绕着高考,无论我们的课时多么紧,你都不要忽略选修五教学,不能忽略让学生树立正确的减灾观。
关键词 油菜冻害;发生时期;症状;防范措施;补救措施;安徽宁国
中图分类号 S425;S565.4 文献标识码 B 文章编号 1007-5739(2012)24-0067-02
宁国地处皖南山区,属于北亚热带季风湿润气候区,地形气候多样,气候资源垂直差异显著,山区小气候独特,气象灾害频繁。据统计,极端最低气温为-14.5 ℃,月平均最低气温为-0.9 ℃,初雪最早出现时间在11月16日,断雪最迟时间为4月13日。油菜为当地主要油料作物,种植面积5 600 hm2。春季的低温连阴雨和倒春寒、秋季的早霜冻、冬季的霜冻和寒潮及伴随的大风暴雪等产生的低温冻害时有发生,是油菜生产过程中重要的灾害因素,特别是气候变暖而发生的暖冬导致油菜生长期提前,更增加了遭遇春季低温冻害的几率,对农业生产造成不利影响。
1 油菜冻害的发生时期
油菜的正常生长发育温度在0~32 ℃,当气温低于0 ℃以下则地上部分停止生长。油菜在生长期遇到气温骤降至0 ℃以下,会引起植株体细胞冰冻或丧失生理活动,造成植株死亡或部分死亡,发生冻害[1]。宁国市11月的极端最低气温达-7.7 ℃,-3 ℃以下平均天数为3.5 d。12月极端最低气温为-12.9 ℃,1—2月为-14.5 ℃,3月为-5.3 ℃。
1.1 初冬期(临冬期)
在初冬时节,油菜未经过低温抗寒锻炼,抗寒力较弱,此时若日平均气温骤降10 ℃左右,很可能受到伤害。若连续大幅度降温、持续时间长,再加上苗弱,油菜叶片则会冻伤。
1.2 越冬期
隆冬时节持续低温,是一年中最冷的季节,又遭遇强寒流过境,降温幅度大,持续时间长,并伴有大风。若有雨雪,易发生湿型冻害,在持续无雨雪情况下,易发生干型冻害。
1.3 冬末初春
冬末初春,冷暖气流交替,气温骤暖骤寒,易造成气温回升油菜提前萌动生长,而后遭受冷空气袭击受害。3月,易遭遇倒春寒天气。油菜在现蕾抽薹后,抗寒力最弱,只要气温降至0 ℃以下,蕾薹就会出现冻害,生殖生长受阻,容易造成薹杆爆裂,花蕾和幼角受冻,产量损失严重。2010年3月的“倒春寒”天气,使当地油菜大面积受灾,减产严重,甚至5%面积绝收。
2 油菜冻害症状
2.1 根部冻害
当气温降至-5 ℃以下时,夜间根际土壤结冰,体积膨大将根抬起,根系被拔断,白天气温升高后,土壤融化下沉,根部外露受冻,严重时造成死苗。特别是高脚苗易发生根部冻害,出现持续爆冷后,根茎基部破裂,或呈烫伤状,最后死亡[2]。
2.2 叶片受冻
这是最常见的冻害现象,气温-5~-3 ℃时,叶片发生冻害,-8~-7 ℃冻害较重 。主要表现为叶片僵化、发紫、皱缩、呈水渍状。当出现较长时间冰冻后,叶片呈烫伤状,叶组织受冻死亡。一般冬前氮肥施用过重,生长过旺,叶片冻害最重。
2.3 花蕾幼薹受冻
这种现象多发生在春性较强的早熟或中早熟品种,这类品种在早播或遇到暖冬气候,提早现蕾抽薹,甚至开花,耐寒力显著下降,一旦出现0 ℃以下低温天气,就会受冻,落花落蕾。受冻严重时,蕾薹萎缩下垂,薹茎破裂,甚至倒伏死亡;轻者易受病害侵染,严重影响产量[3]。
3 冻害的预防措施
应对冻害的主要措施也是最有效的措施,就是做好冻害的综合预防工作,预防措施应以操作简便、成本低廉、效果明显、农户乐于接受为原则。
3.1 引进推广适宜宁国地区种植的抗寒品种
引进推广适宜宁国地区种植的抗性强的优良品种是预防油菜冻害的关键所在[4],油菜品种冬性越强则耐寒抗冻性也越强,生育期长、晚熟;油菜品种春性越强则越不耐寒抗冻,生育期短、早熟。在宁国地区应大力主推华协102、秦优10号、华协102号、蓉油11号、浙双8号等半冬性油菜品种,淘汰春性强的早熟、中早熟品种。同时,农业部门积极开展新品种的引进、试验示范工作,不断筛选新的主导品种。
3.2 合理播期,培育越冬壮苗
目前,宁国油菜种植模式是“一稻一油”,以直播为主,中稻收割后要及时清沟沥水,保证播期在9月底至10月初,避免过早或过迟播种。及时间苗定苗,防止苗情过密过弱,防止产生高脚苗。定苗原则为二至三叶期去小留大,叶不搭叶,留苗数为定苗数的1.5倍左右;五叶期去弱留强,去病留健,每穴定苗留2株,留苗密度一般为18.0万~22.5万株/hm2。
3.3 合理施肥,增施磷钾肥
氮、磷、钾要配合施用。增施磷钾肥可提高细胞液浓度,加厚油菜细胞机械组织,增强油菜的抗寒力;偏施氮肥、生长过旺的油菜苗,或施肥不足、植株弱小的油菜苗,抗寒性弱。重施基肥,施农家肥15 t/hm2、46%司尔物油菜专用肥375 kg/hm2、硼肥11.25~15.00 kg/hm2混合施用。合理追肥,以“早施、轻施提苗肥,腊肥搭配磷、钾,薹肥重而稳”为原则,早施、轻施提苗肥,结合间苗定苗,用人畜肥3 750~7 500 kg/hm2对尿素45 kg/hm2浇施。腊肥施用在12月中旬封冻前,以迟效有机肥和草木灰为主,覆盖苗面,施草木灰6.0~7.5 t/hm2,或磷肥150~225 kg/hm2、钾肥75~120 kg/hm2。开春后施1次薹肥,适当早一些、重一些,用尿素105~150 kg/hm2加配方肥75 kg/hm2追施,群体过旺宜少施或不施氮素肥料。
3.4 中耕培土,覆盖防寒
中耕培土,有利于增加根部土层厚度,将缩茎段埋入土中,提高保温抗寒能力。特别是对高脚苗更要培土,不仅可减轻冻害,还可防止倒伏,培土时要将根颈部位全部埋入土中。冬前施用土杂肥,或用稻草、作物秸秆等覆盖在油菜苗间,可以保持地温相对稳定,稻草、作物秸秆腐烂后又可作有机肥。寒潮来临前,也可用稻草、作物秸秆轻轻覆盖在油菜上,避免冷空气对叶片的直接伤害,寒潮过后,即可揭去。
3.5 排涝抗旱
旱与涝都可加重冻害。要开好“三沟”,清沟排渍,防止田间积水,降低田间湿度,促进根系健壮生长,提高抗冻能力。长期干旱,应及时灌溉,保持土壤湿润,降低土壤温差,减轻冻害。在寒潮来临前,可浇稀粪水,增加土壤溶液浓度,防止土壤结冰。
3.6 摘除早薹
摘除早薹早花也是防治过早抽薹开花而遭受冻害的一项有效措施。已经抽薹的油菜,在薹高30 cm以上时及时摘薹,用刀片去除10~20 cm主薹,可以延迟开花,避开早春低温冻害,对生长健壮的油菜,还有促进分枝,增多结果的作用。摘薹可在春节后选择晴天、气温较高时摘薹,摘薹后应及时追施速效性肥料,促恢复生长,瘦弱植株若不及时追肥反而会造成损失[5]。
3.7 喷施多效唑控旺防冻
对因播栽早、长势旺、有徒长趋势的油菜,在越冬前即12月20日前后,用15%多效唑可湿性粉剂750~900 g/hm2对水900 kg/hm2均匀喷施叶片,能抑制油菜旺长,有效防止早薹,调整株型,增加植株抗寒能力。
3.8 灾害性天气的监测预报
当前我国已加强了对全国范围内的灾害性天气的监测预报,当地农业部门要根据国家农业气象预测加强对油菜品种选择、生产栽培的技术指导。当地气象部门要根据国家气象预测趋势,及时做好灾害性天气的实时监测工作,以便于指导农户提前做好相应防范措施[6]。
3.9 加强防冻救灾的宣传和技术指导
油菜冻害发生比较严重的一个重要原因,是农户缺乏对冻害灾害的防范意识,轻防范、重救灾。一是由于油菜是无限花序植物,灾后往往容易迅速恢复生长,从表面上掩盖了受冻减产现象;二是由于当前预防措施繁重,费工费时,成本高;三是由于农技部门宣传指导不到位,近年气候变暖,出现暖冬,农户对油菜冻害的防范认识不到位,产生麻痹思想,影响了冻害预防工作的有效实施。
4 油菜冻害的补救措施
4.1 苗期受冻
苗期冻害发生后,要根据菜苗受冻害程度,采取一定的补救措施。选晴天温度较高时,及时摘除冻叶,若产生根拔应及时培土压蔸,减轻对根系的伤害。冬前冻害主要是增施提苗肥,配合磷、钾肥料,促进苗壮,提供植株的抗冻能力,有死苗缺蔸时,要移苗补缺,保证种植密度。越冬期间受冻,要增施腊肥,尤其要增加有机肥的施用量,防止苗势继续恶化。
4.2 返青期冻害
返青期冻害发生后,要根据菜苗受冻害程度,采取一定的补救措施。主要是叶片损失大,导致春发不足,削弱苗势,应采取重施返青肥,利用早春温度回升的有利条件,促进菜苗春发,壮大营养体;同时进行松土,增加土壤通气条件,提高土温,促进发根苗壮。
4.3 蕾薹受冻
在冻后晴天用刀割除冻薹,用刀从折断枯死茎段以下2 cm处斜面割除受冻菜薹,切口要平,以减少伤口面积。并重施速效肥,追施复合肥150 kg/hm2左右,叶面喷施硼肥750 g/hm2、磷酸二氢钾1.5 kg/hm2,促进分枝发育,恢复生长,防止花而不实,以保证产量。冬水是油菜的命,春水是油菜的病,要及时清理水田油菜“三沟”,并清沟土壤培土壅蔸护根,以减轻冻害和渍害,促进油菜生长。油菜受冻伤口或摘、割油菜薹伤口容易感染多种细菌,引起油菜病害。要及时喷施菌核净、多菌灵、甲基硫菌灵和代森锰锌等,防治病害。
5 参考文献
[1] 李继红.油菜冻害的发生原因及防御措施[J].现代农业科技,2012(2):98.
[2] 薛汉军.油菜的冻害及防治措施[J].陕西农业科学,2011,57(5):270-272.
[3] 曾庆香.冬播油菜冻害田间补救方法[J].农业科技与信息,2011(11):38.
[4] 艾劲松,高金梅,王新妩.低温冻害对油菜产量的影响[J].安徽农业科学,2011,39(3):1405-1406.
例1 近年来,地震及其衍生灾害对我国造成的影响不断加重。2010年8月13日四川映秀等多地发生了汶川地震后最大的泥石流;2011年7月5日四川映秀因泥石流一天内两次组织居民紧急疏散;2013年7月10日四川映秀连续发生两次泥石流,映秀通往汶川、成都的道路全部出现不同程度阻断,映秀镇暂时成为了“孤岛”。读图,回答下列问题。
(1)据图推测“5・12”汶川地震发生时映秀、北川两地的灾情程度,并说明判读依据。
(2)运用灾害的关联性原理,简述“5・12”地震对“8・13”泥石流爆发的影响。
解析 (1)灾情程度主要看图中的地表破裂程度和烈度的大小。映秀和北川两地位于地表破碎带附近,且烈度大,地面遭受地震破坏的程度大,所以灾情严重。 (2)泥石流的爆发主要具备三个重要条件,地形陡峻、具有丰富的松散物质、短时间有大量水流。此题主要分析地震对泥石流发生提供了物质基础,即地震后大量的碎屑物质。
答案 (1)两地灾情严重。两地皆位于板块移动造成的地表破裂带附近,烈度在X级以上(烈度大)。
(2)灾害的发生具有关联性,一种或一次灾害的发生会引发其他灾害的发生。汶川地震使得山体大范围断裂松动,岩石破碎;并触发崩塌、滑坡,造成大量的碎屑物堆积于沟谷和坡麓,为本次泥石流的发生提供了物质基础。
点拨 地震烈度表示地面及房屋等建筑物遭受地震影响受破坏的程度。同一地震只有一个震级,根据破坏程度由弱到强可以划分为1~12个烈度。烈度大小与地震等级、震源深度、震中距离、土壤和地质条件、建筑物的性能、震源机制、地貌和地下水位等因素有关。
例2 海啸是一种具有强大破坏力的海浪。当地震发生于海底,因震波的动力而引起海水剧烈的起伏,形成强大的波浪,向前推进,将沿海地带淹没的灾害,称之为海啸。下图为世界某区域图,读图回答问题。
图中A地和B地受海啸影响较小的是何地,并回答判断的理由。
解析 本题主要考查引起海啸的主要原因――地震。根据轮廓可以判断该地为东亚,A地位于我国东部沿海,B处位于日本群岛,二者都靠近亚欧板块和太平洋板块的交界处,多火山地震。A处距板块边界较远,且近海为大陆架浅海,不利于海啸的形成和传播,所以A处受海啸的影响较小。
答案 A。地震是引发海啸的主因,由于A地离板块边界比B地远,大的断层带较少,B地位于太平洋板块和亚欧板块的碰撞边界,地震发生的频率和破坏度都比较高,故A地震发生的频率和破坏度比B低;或B濒临深海,有利于海啸的形成和传播。而A地区沿海大陆架宽广,不利于海啸的形成和传播。
点拨 许多自然灾害发生之后,常常会诱发或同时爆发出一连串的次生灾害,常见的自然灾害的灾害链归纳如下:
干旱――森林火灾、蝗灾
洪涝――滑坡、泥石流、流行疾病
热带气旋――狂风、暴雨、风暴潮、洪涝灾害
地震――水灾、火灾、海啸、滑坡、崩塌、瘟疫蔓延
滑坡――泥石流、堰塞湖溃坝形成洪水
火山活动――火山爆发、冰雪融化、泥石流、大气污染
生物灾害――疾病传播、当地生态环境恶化
例3 读下图,完成下列要求。
下图示意美国本土飓风、地震灾害的空间分布。
(1)判断甲、乙自然灾害的种类并说明判断的依据。
(2)说明为防范上述灾害应采取的措施。
解析 (1)灾害甲位于美国西海岸,地处环太平洋地震带,应为地震。灾害乙位于美国东、南部沿海,临大西洋及墨西哥湾,是飓风影响的地区。(2)针对地震和飓风等自然灾害,应加强监测与预报,制定防灾减灾的应急预案,进行防灾的教育和培训,修建防御设施等。
答案 (1)甲为地震。(西临太平洋)地处环太平洋地震带;乙为飓风。东部处在北大西洋飓风侵袭路径上;南部接近飓风源地。
(2)加强灾害监测与预报;制定防灾应急预案;修建避难场所等工程性防御设施;进行防灾教育和培训等。
点拨 自然灾害的减灾措施虽有共性,但在具体实施时,应根据不同的自然灾害强调其减灾重点。
时间跨度大、影响范围广的自然灾害,如干旱、洪涝等,其减灾措施除了平时的防御措施及预警外,应强调遭灾时的抗灾。
时间跨度小、影响范围广的自然灾害,如地震、海啸等,其减灾措施除平时的防御措施及预警外,应强调灾后的救援。
时间跨度小、影响范围小的自然灾害,如泥石流、滑坡等,其减灾措施重点是工程、生物措施的实施。
2013年4月20日,四川雅安芦山县发生7.0级地震。据此回答下题。
1.芦山地震与2008年汶川8.0级地震震中位置同处龙门山断裂带,但芦山地震造成的损失较小,主要原因有( )
①震级较低 ②提前预报 ③防震意识强 ④救援及时
A.①②③ B.①③④
C.②③④ D.①②④
2. 下列自然灾害与地震关联性较强的是( )
①台风 ②滑坡 ③干旱 ④寒潮 ⑤泥石流 ⑥海啸
A.①②③ B.④⑤⑥
C.②⑤⑥ D.③④⑥
3. 堰塞湖是指河道因山崩、冰碛物、泥石流或火山熔岩阻塞而成的湖泊。下图为“5・12”汶川地震中北川县地质灾害发育程度分区示意图。结合有关知识,读图回答下列问题。
(1)说出汶川地震引发的地质灾害类型。据图说明极重灾区空间分布的特点。
(2)分析唐家山堰塞湖形成的自然原因。
4. 阅读图文资料,完成下列要求。
2012年9月7日,云南省彝良县与贵州省威宁自治县交界地区连续发生里氏5.7级(震源深度14公里)和5.6级(震源深度10公里)的地震,震中位置如图所示,地震造成严重的人员伤亡和财产损失。震后,连续多日的阴雨天气和多地发生滑坡严重影响救援工作的顺利开展。
(1)据材料分析,此次地震震级不高但破坏性大的原因。
(2)据材料分析,诱发滑坡的主要因素。
5. 阅读图文资料,完成下列要求。
台湾岛是我国最大的海岛,全岛海拔百米以下的平原低地约占全岛总面积的30%,其余为山地和丘陵。海拔超过3000米的高山不下百余座,故台湾岛亦被称为“高山岛”。
(1)甲、乙所在地自然灾害类型有何不同?
(2)分析台湾岛自然灾害多发的原因。
1. B 2. C
3. (1)崩塌、滑坡和泥石流。沿河谷呈条带状分布(或沿东北-西南走向和西北-东南走向分布)。
(2)地质构造不稳定;岩性疏松;地形高差大、河谷陡峻(山高谷深);地震发生引发地表物质滑落,阻塞河道;降水较多,河流水量较大。
4. (1)①两个地震先后到来会有叠加效应,余震多; ②震源较浅,导致烈度大;③该地区经济发展水平较低,建筑物抗震强度低,倒塌情况严重;④震中位于县城,人口密度较大。
(2)①前期发生多次地震,岩体破坏,土质疏松。②灾后持续的降雨,导致土层松动,易形成滑动面。
关键词 低温冻害;预报方法;对策;辽宁沈阳
中图分类号 S166 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)04-0249-01
Winter Low Temperature Freezing Injury Forecast and Countermeasures in Shenyang City
LEI Zi-qian MI Lei GAO Lin SHAN Lu-lu
(Hunnan District Meteorological Bureau of Shenyang City in Liaoning Province,Shenyang Liaoning 110168)
Abstract Winter low temperature freezing injury is a common meteorological disaster,it will have varying degrees impact to all walks of bined with the actual situation of Shenyang City,this paper firstly analyzed the effects of winter frost damage on all walks of life,and then with the help of the PP method made Shenyang forecast method,finally combining forecasting results to the most vulnerable to low temperature freezing injury industry,discussed defense countermeasures,in order to provide references for related department.
Key words low temperature freezing injury;forecast method;countermeasure;Shenyang Liaoning
1 沈阳市冬季冻害的影响
1.1 冬季冻害对农作物的影响
农作物常见的自然灾害之一是冬季的低温冻害。冻害是指在植物越冬期间,当温度低于0 ℃以下时,对作物体的原生质造成影响,使植株出现受害或者是死亡的现象。还包含霜冻害以及寒潮冻害,通常情况下在春、秋、冬3季较为常见。在预防农作物冻害的过程中可以根据农作物冻害出现的类型以及影响程度,积极采取科学合理的综合防治措施,将冻害对农作物造成的损失降到最低。
1.1.1 冻害对水稻的影响。秧苗期受到低温冻害,会致水稻植株变黄,植株下部出现黄叶,一部分叶片会呈现褐色,一部分叶片呈现白色或黄色。若水稻2~3片叶时日均气温低于12 ℃,会造成水稻烂秧;若孕穗期遇低温冷害,会使颖花数降低,阻碍幼穗的正常发育;若低温冻害发生在水稻的开花期会导致水稻不育;低温持续时间较长,会延迟水稻的开花期和成熟期,导致成熟不良;在水稻成熟期遇冻害会造成谷粒伸长速度降低,再加上霜冻影响,会使成熟速度大幅降低,千粒重下降,使水稻产量大幅降低,严重影响农民收入[1]。
1.1.2 冻害对油菜的影响。油菜属于冬季作物,对低温有一定的适应性,尤其是对冬季低温适应较强的油菜来说,需在0~5 ℃的低温条件下,少则需要15 d,多则需1个月才能使油菜通过春花阶段,否则会造成油菜现蕾时间延长或者是不现蕾,导致油菜苗长期处于苗期阶段。如果冬季的气温持续低于-5 ℃就会使油菜遭受冻害,造成油菜大幅度减产[2]。
1.2 低温冻害对蔬菜的影响
低温冻害对蔬菜生长发育进程的影响主要表现为如果持续数天低温,会造成蔬菜作物的长势降低,生长进程会延缓或停止,使病虫害加剧,其中,如果叶菜、茎菜、根菜类的蔬菜遭受低温冻害,会使其产量大幅度降低,如果茄果类蔬菜此时正处于开花或者是坐果期会造成落花落果、坐果减少、出现畸形果的概率大大增加;如果出现持续低温,会使大部分露地耐寒和半耐寒的蔬菜出现凝冻现象,从而使蔬菜出现冻伤或者冻死。如果冻害现象比较严重,会导致植株生长点或者心叶呈现出水浸状溃疡或者是变色出现干枯、植株的顶芽被冻死。如果蔬菜的叶片受冻,会发黄或者发白,直至干枯,根系会逐渐停止生长,直至死亡。
1.3 冰冻对水泥混凝土路面的影响
上冻之前水泥混凝土路面的低洼处会有积水产生,在冻融之后会破坏路面的表皮,增大了表层的磨损程度,使水泥混凝土的平整度下降,行车过程比较颠簸,随着时间的推移会加大水泥混凝土路面表皮的起皮程度;如果路面混凝土板内有水分渗入,在毛细孔中进行贮存,在受冻时会形成冰晶体,没有受冻的毛细孔中的水会向冰晶表面自动进行迁移。增大了冰晶体的体积,从而产生张应力。如果混凝土材料的抗拉强度小于张应力时,会导致混凝土板表面的材料出现成片的剥落现象。在混凝土板的内部会有细微的裂缝形成,降低了道板的厚度,使承载力大幅度降低,年复一年,混凝土的强度也会逐渐降低[3-4]。
关键词 海洋环境污染 海洋灾害 海洋工程与海洋环境相互作用
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。近海水域的污染已成为世界各国,特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境,海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益,精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施,也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源,需要在海上进行各类工程建设,在目前科技日益发展的情况下,工程建设的规模日益巨大,这些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,海洋环境的日益恶化,海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展,近海石油气田的开发,以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要,针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。
在这方面,重点需要开展的研究课题大体上有三类。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吸防治措施与对策。
一、海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究
以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础,考虑各种自然环境因素(浪、流、风、光、温度、湿度)、物理因素(扩散、挥发、沉降、吸附、释放)、化学因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律,并建立海洋水质预测预报模型。此外,近年来,在我国沿海海域,赤潮频发严重。因此,除了加强赤潮的监测和预报外,也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大,且受到许多客观条件的限制,所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用,很难将其中的单因素影响分离出来,因此,往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前,在这方面国内外已有不少水质预测预报模型,这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型:水流数学模型;波浪数学模型;液流相互作用模型;近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面,对于较大范围的海域,通常可采用深度平均的潮流教学模型,对于紊动影响不显着的海域,可不考虑湍流影响,而对于湍流效应显着的区域,如排污口近区,则应考虑湍流效应。此外,采用坐标变换,可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型,这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域,水流数学模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型为基础,针对水温和盐度分层流的流动特性,考虑浮力对紊动的影响,建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k-(单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念,分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟,建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面,可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组,以提高求解效率。从水波发展方程出发,可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系,可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究,可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度,并提高方程的非线性精度,可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题,通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合,可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程,用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型,可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面,对于弱流情形,可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型;对于强流情形,可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来,建立一种辐射应力计算的新方法,用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型,可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标,在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上,针对近海海域水污染的特点,从三维湍流模型出发,在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用;在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项,可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型,它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据;同时对确定水域环境容量,从而制定水域环境保护策略,也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出,在海洋水质预测预报模型研究方面,数学模拟无疑是一种十分有效的手段,但不论是何种数学模型,其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键,直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模 型本身来取得的,有些可以通过现场观测来得到,但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到,在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。
能模拟海洋动力因素的先进实验设备,现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统,可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构,获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程;并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程,可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究
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。海洋工程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6亿元,1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等)。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了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通过时,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。渤海重叠冰与堆积冰的形成,不但可给结构物以强大的冰压力,而且由于冰激引起的振动作用,也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术,至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂,断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台,为了抵抗冰害,往往建成正、倒锥体的结构型式,冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用,也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中,除进行理论分析和数值模拟外,实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中,模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行,它们各有其优缺点,发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
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工程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。
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升,造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明,地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理,至今国内外对此都很少研究,且由于试验条件的限制,国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的,如近海环境地震危险性分析,设计地震动参数和频谱特性,强震海底多维地震动及其空间分布规律,地震波传播特性及地震动输入机理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验;核电站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用,码头及护岸建筑物地震稳定性;海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化,其损伤主要来自两个方面:其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤(裂缝)、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤(低温、冻融、大气侵蚀)等;其二是设计不周或设计标准偏低,施工质量差,原材料不合格,管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
因此,发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑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的不确定性情况下,对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论;结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法;结构病害治理用的新材料、新技术和新方法;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;研究和设计使海洋工程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的各种工程措施。
为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临,发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统,如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;以主要海域和海岸带区域经济发展为背景,进行重点研究,建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构;以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统,将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合,建立数学物理模型,通过多媒体技术,形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程,建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。
三、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
为了充分利用海洋空间,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10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等,日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长,60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见,随着海洋资源与空间的开发利用,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。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带来的报失,另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。
随着人类对海洋资源的不断开发和利用,海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题,主要内容包括:航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响,深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响;破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究;大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变;海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论,如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展,城平建设中的污水深海排放技术,感潮水域污水多点排放漂移扩散研究,天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力,人工沙滩的保护措施,滩涂围垦对水域环境的影响等,都将是需要认真解决的 问题。