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海洋生态修复方法范文1
【关键词】砂质海岸 岸滩修复 岸线整治
辽西海岸是整个渤海沿岸原生态保持完好的沙质海岸，但海岸侵蚀给沿海地区经济建设带来了极大的危害，不但能影响人类的生存条件，而且还会限制沿海工农业、渔业、盐业和旅游业的发展。根据国家海洋局有关监测数据表明，绥中原有82.54km的海岸线侵蚀长度已达40.8km，侵蚀岸线约占海岸线长度的50%。2002年-2008年监测数据分析表明绥中沿海每年侵蚀陆域面积约1.0 km2，年侵蚀的最大宽度约10m。因此，研究海岸侵蚀机制及时建设防护工程显得尤为重要，对沿海地区社会经济持续发展具有重要的战略意义。本文以绥中天龙寺岸段为整治修复试点地段，对其进行现状调研并编制整治修复方案，从而为改善该地区岸段破坏现状提出科学依据，为辽西海岸防治与修复奠定坚实的基础。
1 海岸整治措施概述
海岸整治修复技术的研究对于海岸及其工程的防护、滩涂的开垦开发以及湿地保护等都具有重要的理论和现实意义。建设海岸整治修复工程是解决海岸线后退、海岸建筑物冲刷的有效途径[1]。
1.1 海岸防护工程措施
海岸侵蚀的防治方法主要通过修建建筑物措施如丁坝、离岸堤、海堤等，或是采用人工补沙（人工育滩）方式，即利用外来泥沙补给侵蚀破坏的海岸[2]。
修建建筑物即所谓的“硬性”工程措施，能够部分拦截沿岸输沙，直接或间接地防止海岸泥沙流失，目前已得到广泛的应用。但也能造成该岸段上游和下游发生淤积或冲刷现象，由此可能引发新的问题。人工补沙“软性”措施是将泥沙补给到侵蚀破坏岸段，除了有效缓解侵蚀状况外，还可以维持周边海岸的输沙平衡，将生态环境影响降至最低。事实证明，人工补沙是海岸侵蚀防治最为经济的工程措施，不仅用于侵蚀岸段的整治修复还能长效地防治海岸侵蚀[3]。
1.2 人工补沙方法
根据泥沙堆积在海岸剖面上的位置，人工补沙可分为四种方式[4]：（1）沙丘补沙（Dune Nourishment），将外来的补给泥沙堆积在平均位以上；（2）滩肩补沙（Nourishment of Subaerial Beach， Berm Nourishment），将外来的补给泥沙堆积在平均潮位以上形成宽而高的滩肩，目前是比较常见的补沙类型；（3）剖面补沙（Profile Nourishment），将外来的补给泥沙吹填在整个海滩剖面上；（4）近岸补沙（Shoreface Nourishment，Bar Nourishment），将外来的补给泥沙抛填在平均低潮位以下形成人工沙坝，依靠自然波浪的作用将泥沙向岸滩输移，该方式较具潜力的发展方向，是人工补沙研究中备受关注的课题。
2 海岸沙滩现状
海沙资源是国家严格控制开采的海洋资源之一，随着绥中沿岸经济的发展，建筑业用沙数量会越来越大，绥中天龙寺岸滩海沙的随意开采，直接破坏了该岸段原生沙质海岸的自然性和完整性。另外，绥中沿岸沙堤修建的小渔港已达20多处，平均约每3～4km就有一个小港。绥中天龙寺岸段东侧渔港建设和西侧养殖池塘建设的随意性、无序性破坏了海岸的自然环境和海岸原生沙质海岸的完整轮廓和成熟形态。根据绥中天龙寺岸段标志桩观测数据[5]，滩肩陡坎高度达到1m，陡坎后退数率达到1.7m/a，平均数率为0.8m/a。说明绥中天龙寺西侧海岸已遭受到破坏。
3 整治修复方案
本次整治修复区域为绥中天龙寺岸段，根据绥中县发展规划及海洋功能区划，确定本工程项目重点是修复因非法采砂和岸滩工程无序开发导致的岸滩破坏，恢复绥中天龙寺沙滩景观，成为市民和游客的亲水场所。因此，确定整治修复功能内容包括沙滩养护工程，西侧防波堤修复工程和景观岸线整治工程。
3.1 沙滩养护工程
设计整治沙滩长度为1040m，宽约200m，池塘清理面积约84000m3。此部分两段来组织施工，第一段为干滩沙滩整理施工，长度为1040m，宽约100米左右。第二段为海底100米范围内抛砂施工。另外干滩沙滩中池塘清理面积约8372m2。
沙滩填筑前应对原地面存在的杂物进行清除，对大于1：5的陡坡进行台阶处理根据现场实际情况，可以采用推土机等大型机械辅以人工进行施工。沙滩的清理和池塘的清淤工作，根据换填深度选择机械或人工施工，可采用挖掘机或推土机挖除换填直至达到设计标高。
3.2 防波堤修复工程
为具体落实天龙寺概念性规划，维护天龙寺沙滩生态安全，本工程主要任务是在天龙寺西侧与长滩河河口相接处修筑防波堤。参考绥中县塔山镇长滩河河口整治工程设计方案内容，整治修复工程护岸长度380m，向北220m处堤顶宽3m，向南160m处堤顶宽13m，基床外肩放坡为1：2.0，基床顶部标高为3m，护岸采用浆砌石结构。
抛石前复核基地底的回淤及地质情况，对路基用地范围内原来地面以下的现场草皮淤泥必须予以清除。工程基床总长380m，基床抛石采用压茬分层，分段施工，整个基床分2段施工。开挖基坑，其上抛填10-50kg的块石基床。基床抛石共划分为2-3层，每层厚度约为2m。在基床之上砌筑浆砌石墙，浆砌石墙的外侧和顶部浇筑混凝土，在墙体外露部分的混凝土上镶嵌蘑菇石。墙后回填10-100kg的抛石棱体，从下之上在护岸的面层依次铺设200mm厚二片石，200厚6%水泥稳定碎石和大理石面层。
3.3 景观岸线整治修复工程
为具体落实天龙寺沙滩概念性规划，与沙滩区域有效衔接，维护天龙寺沙滩的生态安全，计划在沙滩范围内打造长达1170m，宽约15米的沿岸景观带。工程主要包括准备阶段、砌筑工程阶段、路面铺设阶段以及绿化工程。准备阶段包括平整场地、放线定位、标高测量、挖土方、渣土清运、土方回填及修整找平验收；砌筑工程包括墙面清理、浇水混凝土湿墙面、吊垂直等、弹灰层控制线、基层处理、抹底层砂浆、弹线分格、粘分格条、抹罩灰面、起条勾缝以及养护；路面铺设阶段程序包括现场清理、测量放线、基槽挖土、路床夯实、级配砂石、素混凝土垫层和铺装面层；最后绿化种植。
3.4 后期管护方案
充分利用海域动态监视监测系统全过程监测，同步拍摄绥中天龙寺岸段周边海域现状、规划施工情况、景观旅游情况等。调查绥中天龙寺岸段工程后期海域周边现状，调查监测海流、波浪、悬沙等水动力现状以及生态指标要素；通过与工程整治修复前监测指标的对比，分析整治与修复工程对海域的相互作用影响，提出工程维护方案。
4 结语
根据项目的整治与修复内容及海岸破坏现状，确定本次整治修复规划总面积为23.5×104 m2。补偿因非法采砂所造成的岸滩破坏，修复养护长度为1 km的沙滩；整治修复西侧与河口相连接的长为380m的护岸；整治岸滩环境，整治修复工程区域受损岸线，同步配备景观设施形成景观岸线，使该区域成为市民和游客的亲水场所。通过海岸整治修复项目在绥中天龙寺岸段的实施，能够全面改善该岸段原生沙质海岸的破坏现状及危害程度，兼顾岸段的生态保护，使沙质海岸更具生态性、观赏性和完整性，改善和提高当地的旅游价值，加速当地旅游产业的发展，从而逐步实现绥中海岸带经济可持续发展的战略目标。
参考文献：
[1] 李艳红，陈琴琴，喻国.海滩泥沙促淤防冲技术研究进展与展望.海岸工程，2007，26（4）：27-34.
[2] 严恺，梁其荀.海岸工程.北京：海洋出版社，2002.
[3] Hamm L，Capobianco M， Dette H H， Lechuga A，Spanhoff R， Stive M J F.A summary of European experience with shore nourishment.Coastal Engineering， 2002， 47（2）：237-264.
[4] National Research Council. Beach nourishment and protection / Committee on Beach Nourishment and Protection[A]. National Academic Press，Washington DC，USA，1995.
[5] 王玉广，李淑媛，苗丽娟.辽东湾两侧砂质海岸侵蚀灾害与防治.海岸工程，2005，24（1）：9-17.
海洋生态修复方法范文2
关键词：城市水体生态修复技术水质状况污染成因
中图分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：
城市水体污染的特点一般是水体富营养化严重，氮磷含量超标；水体滞流，多处于厌氧状态，复氧能力差；淤积严重，透明度低，甚至出现黑臭现象；河道生态系统退化严重，自净能力差等。城市河道往往需要进行综合整治，如调整产业结构、提高污水处理率和废水回用率、控源截污、清淤、水系沟通、护岸整修、完善调水设施、沿河绿化、水质修复等等，以达到标本兼治的目的。城市水体的治理受到地形、周围建筑物等空间限制以及防洪泄洪、行船、休闲等功能需要的限制，因此有必要从河道特点和污染特征出发，构建水污染控制和水环境改善的综合技术体系，从而达到流域水环境质量改善的最终目的。具体到水体修复方法来讲，主要包括物理法、化学法与生态修复法，其中生态修复技术由于具有安全、经济、实用、系统等诸多优点而成为河流污染治理的主要技术手段。
一、我国城市水体的水质状况及其污染成因
目前全国80% 以上的城市河流受到污染, 许多大江大河的城市段已达不到Ⅲ类水质的标准。据全国2 222 个检测站的统计, 在138 个城市河道中, 符合Ⅱ、Ⅲ类水质标准的仅占23%, 超过Ⅴ类水质的占到38%, 能饮用的地面水所剩无几。2003 年度全国七大水系407 个重点监测断面中, 只有34%适于直接饮用( 属Ⅰ类水质) , 24. 8% 适于渔业生产( 属Ⅰ、Ⅱ类水质) , 38. 1%适于游泳( 属Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ类水质) , 另有38. 1% 是没有任何用途的臭水( 属Ⅴ类、劣Ⅴ类水质)。
1、点源污染
随着改革开放的不断深入, 大量的人口涌向城市, 城市内的厂矿企业急速增加, 大量生活污水、工业废水未经处理直接排入河道, 河道生态环境遭到破坏。
据统计, 长江流域劣于Ⅲ类水河长占总评价河长的22. 5%。劣于Ⅲ类的水体主要集中在城市江河段和部分支流。主要超标项目为: 氨氮、高锰酸钾指数、化学需氧量、5 日生化需氧量、总磷、石油类等。长江流域的污废水排放量, 2003 年达到270×108 t以上( 其中不含火电厂直流式冷却水和矿坑排水230. 9 × 108 t) , 其中生活污水81. 3× 108 t, 工业废水192. 1 × 108 t, 较5年前增长了35%。2003 年黄河流域废污水排放量为41. 46× 108 t, 其中城镇居民生活污水排放量为9. 46×108t, 第二产业为29. 33×108 t, 第三产业为2. 67×108t, 火电厂直流式冷却水排放量和矿坑排水量为2. 18 ×108t。
大量的污废水排入城市河道, 而这些污废水远远超出了河道的自净能力, 河道内部生态系统产生“多米诺”效应, 水质急剧恶化。
2、面源污染
城市河道的面源污染主要是以降雨引起的雨水径流的形式产生, 径流中的污染物主要来自于雨水对河道周边道路表面的沉积物、无植被覆盖的地面、垃圾等的冲刷。污染物的含量取决于城市河道的地形、地貌、植被的覆盖度和污染物的分布情况。因此, 对面源污染的控制也可理解为对城市河道周边降雨径流污染的控制。
在诸多城市的市政建设中, 雨水排水管道和污水管道是不分的, 而且不具备雨水处理工艺。大量的雨水沿着排水管道未经处理直接进入城市河道, 给河道带来了严重地污染。
3、混凝土的“包装”
在城市河道治理工程中, 片面追求河岸的硬化覆盖,只考虑河道的防洪功能。为保护城市的安全, 河堤年年加高, 并大量建设钢筋混凝土、块石等直立式护岸, 河道完全被人工化、渠道化。失去自净能力的河道反过来又加剧了河道水体的污染。
二、城市水体生态修复技术分析
1、城市水体生态修复技术
(1) 污染源处理技术
城市水体污染的主要来源是生活污水的直接排放，尤其是分散生活污染源的排放，已经成为部分地区城市水体污染的重要原因。因此，研究开发小型的具有脱氮除磷功能的生活污水处理装置尤为重要。生活污水就地处理净化槽、土地沟渠净化系统等成为城市污水处理系统的重要配套设施。固定微生物技术、微生物载体技术、电解技术、厌氧好氧技术、水解技术及磷资源的回收技术成为上述装置的重要组成部分。尤其是发展新型磷资源回收利用系统技术为恢复有限磷资源奠定了技术基础。
(2) 水体生物修复技术
生物修复是利用特定的生物（包括微生物－土著或外源微生物以及植物等）在一定条件下进行消除或富集环境污染物，从而对污染环境进行恢复的生物过程。生物修复技术是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、高效益、便于运用、发展潜力较大的新兴技术，已经成为一种新的可靠的环保技术，并得到各国环保部门的认可。植物的修复技术主要是使生态系统的退化得到遏止，生态系统的基本功能得到恢复。研究包括河流廊道、河网及岸坡的植物培育及生物群落的构建。
2、城市水体的维护
(1) 建立科学的水务管理体制
目前，我国的水资源管理涉及到水利、航运、渔业、矿产、城建、农业、林业和海洋，但没有一个真正的权力机构来统一管理水资源。长期以来在防洪减灾、城市供水、防止污染、保护水体生态环境等具体工作上都存在许多矛盾，严重妨碍了水资源的统一规划、统一调配和统筹兼顾。新的城市水务管理应具有对城市防洪、除涝、需水、供水、节水、排水、水资源保护、污水处理及回用、地下水回灌等统一管理的职能。通过建立统一的水资源管理体制实现城市水体规划、调度和水量水质的统一管理，进一步确保地区社会经济和环境的可持续发展。
(2) 加强水体生态保护
城市水体是城市的重要组成部分，赋有供水、防洪排涝、旅游娱乐及维护环境生态平衡的重要作用。因此，在城市规划、区域流域规划及水利工程规划、设计、管理、调度中应充分考虑这一特殊水体的作用与功能。通过建设调节水库、污水库、引水冲污水道或通过湖泊河道清淤减少水体污染源等，以达到保护和改善城市水体的目的。
通过引水来增加河道流量，是改善城市水体质量的有效方法。目前国内基本上采用生物处理工艺为主，辅之以曝气氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水处理要求加以人工曝气、拦污沉渣等措施，达到处理要求；或通过人工投放生物菌种的方法对河道水体和底泥进行生物降解，以恢复水体生态环境。此外，研究适合当地的城市二级污水处理厂尾水排放通道，是防止城市环境水体污染的重要方法。
(3) 综合治理暴雨污水
城市雨水一方面是一种可贵的水资源，另一方面会对城市水体造成污染，尤其是初雨中含有大量的污染物。随着城市化进程的加快，城市雨洪控制与利用显得尤为重要，我国已开始研究收集利用雨水的技术和方法，上海和北京等城市均在着手研究雨洪水的控制与利用方法，通过对降雨强度、降雨径流和初雨水质变化规律的研究，建立后续雨水收集、传输、调蓄、处理及利用系统。在工程措施上，可以结合生态工程建设，通过管、塘、池配套设施建设，溢流技术的完善，河湖岸边水生植物合理利用，雨水净化回用以及减少侵蚀作用等措施减少污染强度，从而达到保护水体的目的。
参考文献：
[1] 李艳霞, 王颖, 张进伟, 陈建峰. 城市河道水体生态修复技术的探讨[J]. 水利科技与经济, 2006,(11)
[2] 胡静波. 城市河道生态修复方法初探[J]. 南水北调与水利科技, 2009,(02)
[3] 单明军, 刘洋, 杨婷婷, 孙海峰. 微生物制剂净化富营养化湖泊的应用研究[J]. 生态环境, 2007,(05)
[4] 王海龙, 常学秀, 王焕校. 我国富营养化湖泊底泥污染治理技术展望[J]. 楚雄师范学院学报, 2006,(03)
海洋生态修复方法范文3
关键词：城市水生态；修复技术水
随着全球科技的进步，人类活动的频繁和社会经济增长模式的转变，水资源的开发利用达到了前所未有的强度，水生态环境遭到了严重的破坏，但是城市水环境是城市生态环境的重要组成部分，也是市民休闲娱乐、维护城市生态平衡的重要手段。那么随着人们生活水平的提高，人们对水环境的质量也越来越高，在这种情况下采取生态修复的方法解决污染不是很严重格的水环境是今后城市环境治理的必然，修复受损的水生态环境是恢复水生态环境的有效途径。
1我国城市水体的水质状况及其污染成因
目前全国80%以上的城市河流受到污染，许多大江大河的城市段已达不到Ⅲ类水质的标准。据全国2 222个检测站的统计，在138个城市河道中，符合Ⅱ、Ⅲ类水质标准的仅占23%，超过Ⅴ类水质的占到38%，能饮用的地面水所剩无几。2003年度全国七大水系407个重点监测断面中，只有34%适于直接饮用（属Ⅰ类水质），24.8%适于渔业生产（属Ⅰ、Ⅱ类水质），38.1%适于游泳（属Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质），另有38.1%是没有任何用途的臭水（属Ⅴ类、劣Ⅴ类水质）。
1.1点源污染
随着改革开放的不断深入，大量的人口涌向城市，城市内的厂矿企业急速增加，大量生活污水、工业废水未经处理直接排入河道，河道生态环境遭到破坏。
据统计，长江流域劣于Ⅲ类水河长占总评价河长的22.5%。劣于Ⅲ类的水体主要集中在城市江河段和部分支流。主要超标项目为：氨氮、高锰酸钾指数、化学需氧量、5日生化需氧量、总磷、石油类等。长江流域的污废水排放量，2003年达到270×108 t以上（其中不含火电厂直流式冷却水和矿坑排水230.9×108 t），其中生活污水81.3×108 t，工业废水192.1×108 t，较5年前增长了35%。2003年黄河流域废污水排放量为41.46×108 t，其中城镇居民生活污水排放量为9.46×108t，第二产业为29.33×108 t，第三产业为2.67×108t，火电厂直流式冷却水排放量和矿坑排水量为2.18×108t。
大量的污废水排入城市河道，而这些污废水远远超出了河道的自净能力，河道内部生态系统产生“多米诺”效应，水质急剧恶化。
1.2面源污染
城市河道的面源污染主要是以降雨引起的雨水径流的形式产生，径流中的污染物主要来自于雨水对河道周边道路表面的沉积物、无植被覆盖的地面、垃圾等的冲刷。污染物的含量取决于城市河道的地形、地貌、植被的覆盖度和污染物的分布情况。因此，对面源污染的控制也可理解为对城市河道周边降雨径流污染的控制。
在诸多城市的市政建设中，雨水排水管道和污水管道是不分的，而且不具备雨水处理工艺。大量的雨水沿着排水管道未经处理直接进入城市河道，给河道带来了严重地污染。
1.3混凝土的“包装”
在城市河道治理工程中，片面追求河岸的硬化覆盖，只考虑河道的防洪功能。为保护城市的安全，河堤年年加高，并大量建设钢筋混凝土、块石等直立式护岸，河道完全被人工化、渠道化。失去自净能力的河道反过来又加剧了河道水体的污染。
2城市水生态修复技术
2.1城市水生态修复技术
2.1.1污染源处理技术
城市水体污染的主要来源是生活污水的直接排放，尤其是分散生活污染源的排放，已经成为部分地区城市水体污染的重要原因。因此，研究开发小型的具有脱氮除磷功能的生活污水处理装置尤为重要。生活污水就地处理净化槽、土地沟渠净化系统等成为城市污水处理系统的重要配套设施。固定微生物技术、微生物载体技术、电解技术、厌氧好氧技术、水解技术及磷资源的回收技术成为上述装置的重要组成部分。尤其是发展新型磷资源回收利用系统技术为恢复有限磷资源奠定了技术基础。
2.1.2水体生物修复技术
生物修复是利用特定的生物（包括微生物-土著或外源微生物以及植物等）在一定条件下进行消除或富集环境污染物，从而对污染环境进行恢复的生物过程。生物修复技术是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、高效益、便于运用、发展潜力较大的新兴技术，已经成为一种新的可靠的环保技术，并得到各国环保部门的认可。植物的修复技术主要是使生态系统的退化得到遏止，生态系统的基本功能得到恢复。研究包括河流廊道、河网及岸坡的植物培育及生物群落的构建。
2.2城市水体的维护
2.2.1建立科学的水务管理体制
目前，我国的水资源管理涉及到水利、航运、渔业、矿产、城建、农业、林业和海洋，但没有一个真正的权力机构来统一管理水资源。长期以来在防洪减灾、城市供水、防止污染、保护水生态环境等具体工作上都存在许多矛盾，严重妨碍了水资源的统一规划、统一调配和统筹兼顾。新的城市水务管理应具有对城市防洪、除涝、需水、供水、节水、排水、水资源保护、污水处理及回用、地下水回灌等统一管理的职能。通过建立统一的水资源管理体制实现城市水体规划、调度和水量水质的统一管理，进一步确保地区社会经济和环境的可持续发展。
2.2.2加强水生态保护
城市水体是城市的重要组成部分，赋有供水、防洪排涝、旅游娱乐及维护环境生态平衡的重要作用。因此，在城市规划、区域流域规划及水利工程规划、设计、管理、调度中应充分考虑这一特殊水体的作用与功能。通过建设调节水库、污水库、引水冲污水道或通过湖泊河道清淤减少水体污染源等，以达到保护和改善城市水体的目的。
通过引水来增加河道流量，是改善城市水体质量的有效方法。目前国内基本上采用生物处理工艺为主，辅之以曝气氧化的方法。利用天然河道和水工建筑物，按照污水处理要求加以人工曝气、拦污沉渣等措施，达到处理要求；或通过人工投放生物菌种的方法对河道水体和底泥进行生物降解，以恢复水生态环境。此外，研究适合当地的城市二级污水处理厂尾水排放通道，是防止城市环境水体污染的重要方法。
2.2.3综合治理暴雨污水
城市雨水一方面是一种可贵的水资源，另一方面会对城市水体造成污染，尤其是初雨中含有大量的污染物。随着城市化进程的加快，城市雨洪控制与利用显得尤为重要，我国已开始研究收集利用雨水的技术和方法，上海和北京等城市均在着手研究雨洪水的控制与利用方法，通过对降雨强度、降雨径流和初雨水质变化规律的研究，建立后续雨水收集、传输、调蓄、处理及利用系统。在工程措施上，可以结合生态工程建设，通过管、塘、池配套设施建设，溢流技术的完善，河湖岸边水生植物合理利用，雨水净化回用以及减少侵蚀作用等措施减少污染强度，从而达到保护水体的目的。
总之，我国一定要结合我国水资源分布的特点，根据不同区域，不同水质环境，采取适宜的水生态环境修复措施，逐步探索适合我国水生态环境修复之路，逐步改善本区域内水生态环境，使受损的水体得以修复。树立遵循自然、利用自然、保护自然的理念，使人类与自然和谐相处。
参考文献：
[1]李艳霞，王颖，张进伟，陈建峰.城市河道水生态修复技术的探讨[J].水利科技与经济，2006，（11）
[2]胡静波.城市河道生态修复方法初探[J].南水北调与水利科技，2009，（02）
海洋生态修复方法范文4
一、以规划为引领，优化“三色”文化产业发展布局
赣榆县高度重视文化产业发展，始终把发展文化产业作为推动科学发展、转变发展方式的重要途径，出台了促进文化产业发展的一系列举措。一是把发展文化产业明确纳入全县“十二五”总体规划，纳入全县年度目标考核评价体系。二是明确文化产业主攻方向，对文化产业布局进行详细规划，东部沿海重点打造蓝色海洋文化产业，西部山区重点打造红色文化产业，中部平原重点打造绿色农耕文化产业。三是出台扶持文化产业发展具体政策，加大对重点项目和企业的培育、扶植力度，并以规划为引导，在财税、工商、投融资、土地、人才等方面为文化企业和园区提供优惠政策和保障，为文化产业的发展提供良好的政策环境。
二、以资源为依托，倾力打造“三色”文化产业品牌
赣榆县依托丰富的文化和山海旅游资源，突出“徐福故里，山海赣榆”特色，系统整合赣榆“红色、绿色、蓝色”文化资源，使之成为实现科学发展、跨越发展、率先发展新的经济增长点、调整经济结构的重要支点、转变发展方式的重要着力点。
1、依托丰富的海洋资源，倾力打造蓝色文化品牌。赣榆县依托优越的海洋风光，整合海州湾旅游度假区资源，发挥海州湾现代渔业园区――省级农业开发区的品牌优势，建设海州湾渔民文化产业园，建筑面积0.6万平方米的渔民文化展示馆，集现代渔业科普教育、渔民文化展示、标本和活体展示等功能于一体，融历史、文化、艺术于一身，使之成为展示江苏沿海渔民文化的重要阵地。挖掘徐福文化底蕴，扩建徐福庙，建成兴会寺，连续举办八届“徐福节”，在琴岛天籁片区规划建设徐福主题公园、大型徐福东渡雕塑群，创优徐福茶、徐福酒等系列“徐福”品牌，规划发展徐福动漫、徐福影视剧、徐福影视基地，着力擦亮“徐福文化”金字招牌。
2、依托悠久的历史资源，倾力打造红色文化品牌。为加快红色产业发展步伐，优化文化产业布局，发挥地区各自优势，赣榆县委县政府于2010年特别成立了抗日山风景区管委会筹委会，整合农业、民政等相关部门，实行“大部制”管理，全力进行景区筹建工作。目前，园区已形成“一核、三块、五大水系”空间格局，以抗日山烈士陵园历史文物保护、文化景观保护及山林生态保护为核心区，建设主题文化板块、生态休闲板块、新农村建设示范板块，伴有抗日山水库，红领巾水库，五一、五四水库，八一水库，三八水库从北、西、南三个方向环绕景区，园区建设初具规模。
3、依托独特的农业资源，倾力打造绿色文化品牌。大力发展农业观光旅游，建设墩尚镇泥鳅文化街、沙河镇五谷丰登文化休闲园、青口镇原朴农耕文化博览生态园、门河镇翠竹风情园、夹谷山观光休闲园、厉庄镇樱桃园、赣马镇八十一湾、石桥镇果蔬园等现代农业观光园区，扩大了就业渠道，增加了农民收入，构筑起中部绿色农耕文化产业带。
三、以创新为驱动，放大“三色”文化产业效应
面对文化大发展、大繁荣带来的新机遇、新挑战，赣榆县抢抓机遇，进一步明确了今后文化产业发展的精确定位，以政府推动、项目带动、宣传发动，全面推进文化产业向多层次、高品位、宽领域、集群化方向发展，把文化产业作为“十二五”规划的新引擎，成为推动全县经济发展的支柱产业。
一是抢抓发展新机遇，大力整合文化资源。赣榆县在抢抓江苏沿海大开发与秦山岛被列入全国首批开发利用无居民海岛名录的良好机遇的同时，将进一步优化“三色”文化元素，深度挖掘“三色”文化资源，在彰显地方特色文化上做好文章，把全县的文化产业推向更高的发展水平。
海洋生态修复方法范文5
关键词：湿地,分布与现状独特生态学意义,恢复
湿地是地球上三类最重要的生态系统（森林、海洋和湿地）之一，是分布于陆生生态系统和水生生态系统之间具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统，也是人类赖以生存的最重要的环境资源之一。湿地的定义较多,可分为广义和狭义两大类，1971年签署的《湿地公约》（1975年生效）中的定义是一种广义的被国际认可的,即:“不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带,静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体,包括低潮时水深不超过6m的水域”。因此,湿地不仅仅是我们传统认识上的沼泽、泥炭地、滩涂等,还包括河流、湖泊、水库、稻田以及退潮时水深不超过6米的海水区 [1] 。
1． 我国湿地的分布与现状
我国是世界上湿地类型多、分布广的国家之一，就类型而言，我国不仅拥有《湿地公约》定义的全部所有类型，而且还有中国独特的干旱、半干旱区的盐沼，青藏高原的嵩草草甸湿地等特殊类型；就分布而言，北起黑龙江最北江畔、南到海南岛和南海诸岛，东自沿海，西至干旱的西北地区，甚至帕米尔高原都有湿地分布；就面积而言，根据国家林业局提供的数字显示，历史上我国湿地总面积曾经达到过6570万hm 2 ，占国土面积的7%，占世界湿地面积的11%，是世界上湿地面积最多的国家之一,而2004年的一项调查却显示，我国的湿地总面积却为3848万hm 2 ,降到了国土面积的3.77%，远低于世界6%的平均水平 [2] 。 目前我国的自然湿地面临严重威胁：a.对湿地的盲目开垦和改造；b.湿地的污染加剧；c.生物资源过度利用；d.水土资源的不合理利用；e.水土流失和泥沙淤积日益严重；f.湿地保护管理体制不完善，经费投入不足。免费论文。特别是污染和湿地资源开采过度，对天然湿地的破坏最大，我国江河中有70%遭到污染。此外，我国还有约40%湿地生态系统受到严重退化的威胁，特别是近50年来湿地的退化和丧失以惊人的速度发展。如黑龙江省三江平原地区是我国最大的沼泽区，这块湿地从1975年的500万hm 2 缩小到21世纪初的113万hm 2 。长江中下游在近30年内，因围垦而丧失湖泊面积12万km 2 ，丧失率达34.16%。其中洞庭湖面积有50年代初4300km 2 ，减少到现在的不足2270km 2 。免费论文。20世纪50～90年代围垦海岸湿地达119万hm 2 ，围垦的湿地81%改造成农田，19%用于盐业生产。东南沿海的红树林湿地面积1986年为2.12万hm 2 ，到1995年实有面积仅为1.01万hm 2 ，另外青海、西藏等地区的湖泊也大面积收缩 [3] 。
2． 我国湿地的独特生态学意义
湿地生态系统具有陆地生态学和水域生态学所无法涵盖的特征和特性，其独特性在于特殊的水文状况、陆地和水域生态系统交错带作用以及由此而产生的特殊的生态系统功能，在调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、控制土壤侵蚀、促淤造陆、净化环境、维持生物多样性和生态平衡等方面均具有十分重要的作用,有“地球之肾”之称 [4] 。
由于中国湿地的特殊自然条件和地理位置，使其在世界水禽保护中具有独特的生态学意义。
2．1 中国湿地是东半球水禽的主要越冬地
每年冬季有来自俄罗斯、日本、朝鲜和中国北方的鹤类在江苏盐城湿地越冬，包括丹顶鹤、白鹤、白枕鹤、白头鹤、灰鹤等。尤其以丹顶鹤的数量最多，有600余只，是世界丹顶鹤主要越冬地。鄱阳湖湿地，每年冬季有来自各地的白鹤2000~3000只，是世界白鹤主要越冬地之一。
沿海湿地是天鹅主要越冬地。山东荣成湿地，有天鹅5000只左右。上海崇明岛有天鹅3000~5000只。俄罗斯的红嘴鸥（Larus ridibundus）和银鸥（L．argentatus），冬季到云南越冬。
江苏的洪泽湖是大鸨（Otis tarda）的越冬地，每年10月有大鸨从俄罗斯、蒙古、朝鲜和中国北方到洪泽湖越冬，数量达5000~700只，是世界大鸨最集中分布区。
新疆天山海拔2300~2800m的巴音布鲁克湿地，每年夏天有来自各地的天鹅5000~8000只，是世界最大的天鹅繁殖地之一。中国三种天鹅，此地都有。
新疆塔里木河流域，夏季有自印度越过喜马拉雅山到新疆繁殖的赤嘴潜鸭（Netta rufina）和其他鸭。
2．2 中国湿地是南北半球候鸟迁徙途径的重要“中转站”
中国沿海湿地及岛屿是鸻鹬类和鸥类在西太平洋地区自澳大利亚、新西兰，由南向北迁徙路线的栖息地和停歇地。有的水禽经中国沿海湿地停歇后中转，再飞往西伯利亚繁殖，秋季再由北方经中国返回澳大利亚或新西兰。如上海崇明岛有39种水禽被列为中澳保护候鸟协定，夏季旅鸟多达几十万只。深圳福田红树林有红胸鸻（Charadris asiaticus）等10多种水禽，每年春天从澳大利亚集群经此迁到西伯利亚繁殖，秋天再返回澳大利亚，往返均在福田停歇。
3． 我国湿地的生态恢复与展望
湿地生态恢复的理论基础是恢复生态学。恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复和重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。所谓生态恢复是指根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法，人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程,调整、配置和优化系统内部及其外界的物质、能量和信息的流动过程和时空次序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快成功地恢复到一定的或原有乃至更高的水平 [5] 。湿地的生态恢复指在退化或丧失的湿地通过生态技术或生态工程进行生态系统结构的修复或重建，使其发挥原有的或预设的生态服务功能。湿地生态恢复的效果取决于湿地生态系统的自我维持能力。目标湿地通常受到的干扰是湿地生态过程及功能的削弱或失衡，包括湿地面积变化、水文条件改变、水质改变、湿地资源的非持续利用及外来物种的侵入等多种类型。
3．1 功能恢复——结构重建的目标
在进行功能恢复时，要注意功能平衡，既由区域生态系统植物、动物、微生物等所组成的生产—转化—分解的代谢过程和生态系统与外部环境之间物质交换及能量流动关系保证正常运行。但由于各种生物的代谢机能不同，它们适应外部环境变化的能力与大小不同，加之气候、径流、潮汐等自然因素的季节变化，所以生物与环境间相互维持的平衡不是恒定的，而是经常处于一定范围的波动，是动态平衡。
3．2 结构恢复——功能恢复的前提
生态系统的功能是以生态系统的结构为载体的。生态系统最主要的生态功能——能量流动与物质循环，也要依赖于生态系统的食物链。而在大多数生态系统中，每一项生态功能往往都由具有相似功能的若干物种组成的群体——功能群来完成。任何一个功能群的缺失都会导致系统的功能发生本质的改变，而单一物种的缺失可以通过功能群内物种间互补而弥补。凡是增加原有功能群数量，并且有利于各功能种团内物种数量增加的措施，都可认为是有利于结构恢复的，反之则是对系统结构的破坏。免费论文。这就要求在进行结构重建时，除了要增加生态系统的生物多样性外，还要维持和增加各功能群的多样性，使生物与生物之间、生物与环境之间、环境各组分之间保持相对稳定的合理结构，及彼此间的协调比例关系，维护与保障物质的正常循环畅通。
3．3 我国湿地生态恢复的成功范例
a．我国在湿地生态恢复方面最为成功的例子是贵州威宁的草海。为了扩大耕地面积,1970年曾排水疏干草海,湖中的鱼类、贝类、虾和水生昆虫等几乎绝灭,所剩水禽也寥寥无几,地下水位下降,农业减产,自然生态失去平衡。1980年政府决定恢复草海,实施蓄水工程,恢复水面面积20km 2 ,平水期可达29km 2 。目前,生物物种已得到恢复,湿地恢复效果良好,被国外专家视为中国湿地生态恢复的成功典范。该湿地作为我国特有物种黑颈鹤的主要越冬栖息地,目前已被建立为国家级自然保护区 [4] 。
b．长江口九段沙湿地生态工程。1996年专家对九段沙生态系统全面调研后，通过促进植物群落演替的方式来加速九段沙新生湿地的淤积与发育。1997年在九段沙实施了近100 hm 2 面积的种青促淤生态工程。5年之后成功达到了预定目标，与此同时，九段沙湿地的水质净化能力得到大大提升，其生态价值也被人们认识，2002年建立了九段沙湿地自然保护区，2005年九段沙湿地上升为国家级自然保护区。
像上述事例，我国其他地方还有许多。可喜的是，随着人们生态意识和可持续发展意识地不断提高，人们对湿地的认识也在不断地深入，越来越多的学者加入到对我国湿地保护的相关研究之中，同时，我国中央和地方政府将根据《全国湿地保护工程规划（2002—2030）》，计划在2006年至2010年，投资70多亿元，开展湿地恢复的试验性工作，保护和合理利用好一批湿地，并且把湿地保护纳入法律保护的框架内 [2] ，有效遏止我国湿地保护的严峻形势，实现我国湿地生态系统的良性循环和可持续发展。
参考文献：
[1] 刘守江．中国湿地资源的现状、问题与可持续发展研究．宜春学院学报(自然科学)，2004，26（6）：10．
[2] 我国湿地保护形势严峻．淄博晚报，2007年2月1日B 8 ．
[3] 张明亮，焦士兴．我国生态环境进化的问题分析及对策．国土与自然资源研究，2003，32（3）：32-34．
海洋生态修复方法范文6
关键词：容错；科学工作流；决策树模型；工作流引擎
在科学发现和工程仿真中，使用一系列相关软件完成数据收集、建模、模拟、分析成为普遍现象。各步骤间可能有数据依赖或控制依赖关系，这些软件相互协作才能获得最终结果。科学工作流管理系统对这些软件及其数据依赖关系进行组合，并控制各部分在时间、空间以及资源等约束条件下按序完成，已经成为复杂科学计算流程管理的必要手段，有效推动了科研进展[1]。面向大规模数据集和复杂计算流程的超算环境科学工作流技术提供了自动化、流程化的方法，并为用户屏蔽作业投递和数据传递转换等细节，极大地促进了超算环境和应用平台的协同发展。
在超算环境中，资源失效是常见现象，如计算结点死机或网络模块出现故障等问题造成无法正常工作等。据估计E级计算的平均无故障时间(MeanTimeBetweenFailure，MTBF)已缩短为数分钟[2]。资源失效会造成任务和流程中断执行。另外，在复杂流程(通常表现为稠密大规模有向图)中组件数量大、配置烦琐，对系统环境变量及运行参数有严格要求，用户使用易出现配置错误导致软件组件运行异常，也同样造成任务运行失败和流程中断执行。如何对任务运行失败进行预防或者失败后进行自动恢复，以保证流程整体自动持续运行，是工作流容错研究的重点问题。
容错作为科学工作流管理系统的重要组成部分，随着科学工作流运行环境从单机、集群、异构多集群到云的变迁，涌现出多种容错策略，在不同的运行模式下，为工作流平台的稳定运行提供了有力保障。特别是对于长时间运行的科学工作流，或者数据处理步骤繁多的流程，提供错误自动恢复机制尤为重要。
国内外已经出现了很多工作流系统平台，这些工作流系统都提供了容错相关的功能。比如美国加州大学研究者基于PtolemyII[3]系统开发的Kepler[4]系统，广泛应用于包括生态学、分子生物学、化学、计算机科学、电子工程和海洋学等领域；美国南加州大学信息科学研究所开发的系统Pegasus[5]，已应用于地震及灾害模拟，引力波探索(LaserInterferometerGravitational-wave-Observatory，LIGO)等领域；英国曼切斯特大学计算机科学学院开发的Taverna[6]工作流套件，广泛应用于生命科学等领域；英国加地夫大学开发的Triana[7]网格集成计算环境，可用于天文学计算和网络数据处理等领域。这些工作流管理系统的容错功能将在本文第二部分进行阐述。
为了支持超算环境下科学和工程计算领域数值模拟流程的高效设计与自动执行，中国工程物理研究院计算机应用研究所自主研发了HSWAP工作流应用平台[8-9]，以高性能应用软件作为组件封装的基本单位，配置简单，部署便捷，支持跨平台应用的协作。本文设计的容错模型和方法将以HSWAP系统为验证平台，基于日志分析，利用数据驱动的方式实现了容错功能，为错误自动恢复、工作流无间断运行提供了重要支撑。
1科学工作流容错的分类
容错的设计需要考虑可灵活配置的错误恢复策略、与工作流执行引擎的解耦模型、容错处理的全生命周期管理等问题。如此设计方可将容错服务功能方便集成到多种科学工作流系统。HSWAP是面向高性能计算领域的工作流系统平台，其以封装数值模拟软件和应用形成松耦合、粗粒度的工作流为特色，下文提出的容错模型和方法设计在该类平台上的实现十分便捷。
面向基于数据流的科学工作流管理系统，Ustun等[13]提出了多数据实例相关的容错框架。首先识别出数据处理管线(pipeline)中的错误模式，提出的恢复方法包括容许限定次数的失败项、以哑数据代替因错误数据而不能执行的任务输出、立即重执行错误任务(需考虑数据实例依赖关系)、依赖工作流实例的恢复(考虑中间数据的存储代价和生成代价)等。另外，文献中利用编程语言模型中的异常处理等技术[14]或研发新的异常处理语言[15]给容错研究带来了新技术路线，但由于和原工作流系统的紧耦合性，不易推广。
2典型工作流系统的容错设计
Taverna科学工作流管理系统中的容错采用了任务重试和替换任务两种策略，任务重试中工作流设计者可定义最大重试次数，该策略也可应用于子工作流容错；替换任务允许在任务重试达到最大次数后选择执行一个不同的任务。
Triana工作流系统的容错是面向用户的，如错误发生时，会产生警告信息，并允许用户修改后继续执行；在工作流级支持轻量级的检查点/重启动和工作流服务的选择。在中间件级和任务级，所有预定义的异常会被Triana引擎感知(死锁、活锁和内存泄露除外)；在最底层的资源失效方面，借助GridLabGAT工具可以识别资源失效，但是错误恢复机制还未完善。
Pegasus的容错是基于DAGMan和HTCondor开展的。例如，在作业运行错误后进行重试或重新提交处理，通常可以在作业文件中设置作业重试次数。针对数据传输的可靠性问题，Pegasus传输服务会首先尝试高性能的并行传输，失败后会进行更安全的低速单连接传输。如果重试次数已达最大，将生成修复工作流待后续重新运行。另外，Pegasus还支持进行重新资源规划以重用失败时已生成的数据，并通过调度任务到不同资源来实现容错。
Kepler科学工作流系统中的容错是通过一个称为Checkpoint的复合actor实现的。actor是Kepler中的专有概念，表示一个执行组件。检查点复合组件包括一个子工作流和若干可替换的子工作流，当错误发生后，发出错误时间信息，检查点内所有工作流停止执行并处理错误，决定是否重运行该子工作流或者运行一个可替换的具有同样功能的子工作流。
已有工作流系统的容错存在的问题有：容错生命周期管理不健全，如Taverna、Triana等；容错处理与执行任务紧耦合，扩展方式不灵活，如Kepler、Taverna等；没有独立的容错机制，依赖其他(网格基础设施提供的)资源管理工具实现，如Pegasus、Triana等。
异常处理可以采用基于事件-条件-动作(Event-Condition-Action，ECA)的模型[10]构建。ECA模型如图4所示，针对不同的错误事件，在不同的条件下执行相应的动作。
3容错模型和方法设计
3.1容错全生命周期管理
工作流执行异常出现后，对异常的发生、消息的流转以及针对异常的处理进行全面的分析，有助于给出全面系统的容错方案。容错的生命周期如图2所示，首先是错误发生，生成错误事件，然后错误被监控工具识别监测，最后进入错误处理流程，包括错误恢复策略以及相关的恢复动作。
为支持容错，工作流系统在设计时应考虑异常状态管理以及错误信息的传递，比如错误发生后，流程执行中断进入待恢复状态，还要考虑错误事件的描述，事件消息的发出和相应的消息跟踪。容错处理流程的过程如图3所示，包括异常信息监测、错误信息识别、错误信息分类、错误恢复处理四种主要的功能步骤。
异常信息监测是指异常事件消息发出后，容错模块能够感知和探测到异常；错误信息识别则是从工作流系统日志等记录中有效识别出错误信息；错误信息分类则是为了进一步的容错处理缩小处理方式范围；错误恢复处理则是采取相应的执行动作，以使得工作流从中断暂停状态转移至继续执行或等待用户救援状态。
3.2基于决策树的ECA容错模型
工作流系统的容错分为任务级和工作流级[10-11]，其中任务级又可分为任务重试、检查点/重启动、替换资源、多副本运行等，工作流级可分为替换任务、冗余多任务、用户定义的异常处理、基于修复工作流等。具体分类如图1所示。任务重试是在任务出错后，简单地重新执行该任务，通常会设置一个最大重试次数，即超过该重试次数后若还没有恢复成功，则放弃重试。检查点重启动机制[12]需要任务本身支持检查点重启动功能，在任务运行过程中进行一定间隔的检查点信息保存，在任务异常出错后能够从最近的检查点恢复执行。替换资源方式是指在任务运行失败后，切换到其他资源继续运行该任务，以应对资源失效造成的异常。任务多副本运行是指同一个任务(同一实现)在多种资源上同时运行，确保至少有一个运行成功，这是一种预防失效的方式。工作流级容错的替换任务方式是指任务运行失败后，会执行任务的另一种实现，该实现同样完成原来任务的目标；冗余多任务是指会同时运行多个替换任务，也是预防失效的方式；用户定义的异常处理机制通常是在组件级别对出错情况进行处理。基于修复工作流是指工作流执行过程中异常发生后记录失败的任务信息，生成新的工作流以备后续提交重新运行。
在ECA模型中，事件集表示所有发生的事件，每类事件都有一个明确的标识，表明相应的信息，比如任务运行失败、网络服务超时等异常信息。条件集里的条件表明当前工作流系统的运行状态和运行环境，比如工作流引擎是否停止响应、资源是否可用等。动作集里的动作表明实现错误恢复需要执行的命令，可以是单个命令，也可以是多步骤的多条命令组合成的复合动作。ECA模型具有很好的灵活性，针对同一事件，对应不同的条件下，则可执行不同的动作指令；在相同条件下，不同事件也可对应不同的动作指令。
在异常事件和环境条件可监测、可探察的前提下，灵活配置错误恢复动作是ECA模型的特色。本文扩展了简单的ECA模型，使得事件发生后，可以结合多个条件来最终选择相应的动作执行。具体地，引入决策树算法，基于决策树高效实现事件-条件集合到动作集合的映射。基于决策树的错误恢复动作选择示例如图5所示。
基于决策树模型设计的错误恢复针对每个事件都有一颗不同的决策树。允许不同的事件有不同的处理逻辑，比如图5中事件1的处理逻辑必须判断两个条件才能给出最终的恢复动作，而事件2在条件3满足的前提下只需判断一个条件就可以决定恢复动作。另外，不同事件的决策顺序也不相同，图5中事件1需要先判断条件1，然后判断条件2或条件3；而事件2则先判断条件3，然后视结果可能判断条件1。如此设计有助于减少环境探查，快速决定错误恢复动作。具体的执行动作决策如算法1所示。
算法1中决策变量是指某一个条件的布尔值，即对任一条件，都有两个状态表示是否满足。比如计算结点网络故障不可达(无法连接)、计算结点可连接两个状态，每个状态下都有后续不同的处理逻辑。
3.3错误信息和恢复动作
针对超算环境科学工作流系统的执行特征，设计了错误事件信息的要素，如图6所示。错误信息包括错误信息的发出位置、出错模块、引入环境、产生时间、发生频率、严重等级、造成影响等七个维度。
虽然错误信息包含的要素较多，但在实际工作流执行过程中能够获得的信息却是有限的，需要建立日志系统来存储和分析历史错误信息，补充相对完整的错误信息，方便后续的错误恢复策略选择决策。
容错设计考虑了在发生异常事件后可配置不同的处理方式。支持的处理方式如图7所示，有重试、替换、重启动、错误传播、忽略、标注和用户介入七类。重试又包括任务重试和子流程重试，任务重试表示仅重运行出错任务，子流程重试则重运行出错任务所在的子流程(工作流的一个子结构)。替换类的处理包括替换资源、替换任务和替换子流程。替换资源表示同一任务在不同的资源上重运行；替换任务表示选择执行另一个具有同样功能但不同实现的任务；替换子工作流则表示选择执行另一个具有相同功能的子工作流执行。重启动(或称检查点-重启动)方式一般需要任务实现支持，在任务运行过程中，会以一定间隔保留后续恢复时所需的数据信息(检查点信息记录)，在错误恢复时，会从检查点处重新加载信息继续执行而不会从头开始计算。错误传播是指将错误信息从出错任务所在的执行模块传递到工作流系统引擎、用户界面以及日志系统(将来可能通过网络远程传输给客户端或其他系统)。对于一些不影响流程主要功能完成度的异常信息，可采取忽略的处理措施。对于未知异常，可采取标注的方式记录异常出现的场景及其造成的影响等信息。当任务配置参数出现错误引发异常时，通常需要用户介入，以用户的专业知识修正任务配置参数，才能够达到错误恢复的目的，这可通过科学工作流的“人在回路”(humanintheloop)等技术实现。
3.4容错与科学工作流系统的关系
异常信息和处理方法、处理策略设计好之后，应该考虑如何将容错与科学工作流系统进行有效融合，既能有效发挥出容错的重要作用，又不影响原有工作流系统的设计。本文提出如图8所示的设计架构来确定各子系统间的关系。容错服务和科学工作流引擎独立开发和部署，基于远程过程调用(RemoteProcedureCall，RPC)和日志服务及消息来进行交互。
异常事件发生后，由监控模块探测到错误信息，生成错误事件传递给科学工作流引擎，进而形成错误事件信息，并将该信息发送至日志服务器(可基于ElasticSearch-Logstash构建)。容错服务会间隔轮询日志服务获得所有出错事件，并用预先配置好的错误恢复准则进行错误分析，然后触发错误恢复动作，完成错误恢复。
如此的容错架构设计有三方面的优点：一是模块化，将容错服务与工作流管理系统和日志系统解耦，实现了松耦合以及容错模块可插拔、可替换的目的；二是服务化，将所有错误统一集中管理，并实现了高并发的处理逻辑，可同时处理不同用户、不同工作流实例的错误恢复；三是单向消息机制，数据传输代价小、效率高、逻辑清晰，在实际系统开发中简单实用。
4容错在HSWAP系统的实现与验证
4.1HSWAP简介
HSWAP是中国工程物理研究院计算机应用研究所开发的超算连贯计算引擎[8-9]，旨在HPC环境中使用科学工作流技术提供集成的超算服务模式助力科研人员提高工作效率。基于HSWAP开发的石油地震勘探平台以及材料高通量计算平台等行业计算平台，已在实际项目中得到应用并发挥了重要作用。
HSWAP的主要特色是为超算用户屏蔽使用超算系统的复杂性，以计算软件为基本封装单位形成可复用组件，进而实现灵活可定制业务流程的功能。流程以有向无环图(DirectedAcyclicGraph，DAG)表达，实现流程中结点间依赖管理和数据自动传递和转换功能。平台的架构和相关模型如图9所示。
4.2HSWAP的容错实现和验证
HSWAP平台提供了日志系统，这为实现上文提出的容错架构提供了方便。引擎执行过程中，会通过Logstash服务将运行时相关信息写入ElasticSearch数据库，相关信息在容错模块可以用来进行容错动作决策。
在HSWAP中提供了基于数据完整性校验的两类错误识别和恢复方法。在超算系统中，任务作业退出后，是否正常完成任务目标需要多方面的考虑，其中数据完整性是最常见的判别标准之一，特别是对于数值模拟仿真类任务，生成完整而正确的数据文件几乎是唯一的标准。基于数据判别的容错流程如图10所示，分为三个步骤，即出错标识、信息收集、错误恢复。
基于数据完整性校验的出错标识在HSWAP工作流引擎中完成，主要是利用工作流组件的自定义配置功能，对不同的任务配置不同的数据完整性校验策略，比如数据体量、数据结束标识监测等，当数据完整性不达标时，发出错误信息。日志信息会收集所有任务运行上下文信息，以便容错模块对错误进行分析定位。容错服务根据出错事件，基于可配置的ECA规则(如图11所示)，执行错误恢复逻辑，最后通过HSWAP引擎接口调用自动恢复流程执行。
面向单个数值模拟任务的检查点-重启动错误恢复方式在HSWAP的实现流程如图12所示。流程执行监控、结果文件正确性校验、重启动参数配置和输入文件准备、重投递运行等一系列过程自动化执行，无须人工干预。实际使用中结合重试、重启动两种方式，解决了资源不稳定等问题引起的执行中断问题。
HSWAP平台针对材料计算等领域高通量计算模式提供了特有支持，功能包括数百上千并行任务的并发投递、监控和容错。高通量计算模式如图13(a)所示，一般表现为大量并发执行的相似任务，用于材料分子筛选等参数扫描类计算或大数据分析等领域。在容错设计上，用户可定义高通量计算出错的判别标准，如以计算完成百分比作为失败阈值(fail_threshold)。当高通量并发任务失败比例(fail_ratio)超过此阈值，标识任务失败，并重启动失败部分的任务计算，完成容错恢复执行。高通量计算的失败比例定义为式(1)，其中num_all为该高通量所并发执行的所有子任务(或称计算实例)数，num_failed为其中运行失败的子任务数。
例如，若对某高通量计算任务，需要并发执行100次不同的通量计算(可能为不同参数运行同一软件组件)，设失败阈值为20%，若100个计算实例中失败数为20以下，则认为该高通量计算成功运行，不进入容错处理；若失败数为30，此时失败比例大于失败阈值，进入容错处理过程，只需要重试或重启动运行失败的30个计算子任务，运行完毕重复容错过程，直到满足高通量计算任务的成功运行阈值标准，或者达到最大重试次数并报告错误信息。
HSWAP平台针对高通量计算的容错过程如图13(b)所示，其中失败阈值设为20%，每个图标表示同一高通量计算任务在不同时刻的状态，图标上部表示子任务数目及状态，蓝色为正在运行，红色为失败，灰色为成功结束。实测结果表明容错模块能够正确识别错误，并按要求重运行失败的任务，满足自动恢复运行的需求。
复杂超算应用具有计算规模大、运行时间长等特征，高通量计算等复杂流程也愈加普遍。由于机器故障，程序参数配置错误等异常造成运行中断现象常常出现。依靠人工查看、修改配置、重新投递作业的方式进行错误恢复，会严重影响执行效率。在某百万亿次超算平台上，某工程项目中冲击波计算程序的实际运行情况统计如表1所示。
表1中人工重启动间隔是指在任务失败后开始计时，直到人工发现错误并投递作业，再次投递排队后继续运行的时间。由于作业可能在深夜或凌晨中断运行而用户无法及时发现，加之重投作业造成再次排队等待时间，实际应用的完成时间就会大幅增长，自动容错技术能够缩减人工重启动间隔时间，显著缩短工程仿真或其他科学研究领域的计算周期。
