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邊界與海洋研究范文第1篇

關(guān)鍵字 半潛式海洋平臺；CEL；結(jié)構(gòu)參數(shù)；歐拉體

中圖分類號TE5 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2014）110-0094-02

0 引言

半潛式海洋平臺始建上世紀(jì)60年代初，一出現(xiàn)便被對海洋石油的勘測開采產(chǎn)生了深遠的影響，隨著平臺的升級，平臺性能和工作水平都有大幅提升，為深海石油的開采奠定了基礎(chǔ)。半潛式平臺具有如下幾個優(yōu)點：第一，工作水深廣，第六代半潛式海洋平臺的鉆井深度超過了12000m，工作水深也超過了3000m；第二，平臺的抗風(fēng)浪流能力較強， 能適應(yīng)惡劣海況甚至百年一遇的極端海況； 第三，平臺甲板面積和裝載量比較大，安裝轉(zhuǎn)移較方便；第四，半潛式海洋平臺與立柱式平臺（Spar） 與張力腿平臺（TLP）相比，初期投資較少等。

海洋平臺長期工作在惡劣的環(huán)境中，即使其具有足夠的強度，在風(fēng)、浪、流、地震等動荷載的作用下，仍有可能產(chǎn)生過大的振動響應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞和破壞，降低平臺實用性和生存能力，給平臺工作人員的生產(chǎn)生活帶來極大的威脅，因此對其動力響應(yīng)進行分析意義重大。1998年Bisht R S等對在風(fēng)、波浪作用下塔式海洋平臺的動力性能及結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了分析；Lee H H 也于1998年對受隨機波浪載荷作用的海洋平臺的振動響應(yīng)進行了分析。2001年，顧元憲研究了海洋平臺結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計以及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的靈敏度計算方法。Yasser E等于2004年對海上固定平臺支護樁的動力響應(yīng)及影響平臺動態(tài)特性和平臺反應(yīng)的若干參數(shù)進行了研究。2010年楊立軍，肖龍飛[8]等對半潛式平臺垂向運動性能（包括垂蕩、橫搖和縱搖） 進行數(shù)值計算分析。本文運用ABAQUS有限元軟件建立了半潛式海洋平臺的簡化模型，并對各參數(shù)屬性進行了設(shè)置。

1 建立半潛式海洋平臺有限元模型

1.1 半潛式海洋石油平臺結(jié)構(gòu)與歐拉分析簡介

半潛式海洋平臺主體結(jié)構(gòu)一般由上部甲板、平臺立柱、浮體、浮體橫撐或立柱間橫撐、甲板上部結(jié)構(gòu)組成，平臺主體通過錨鏈和立管與海底相連。下浮體一般包含雙下浮體和環(huán)形下浮體兩種形式，浮體之間用橫撐連接，浮體主要用來提供拖航及作業(yè)時所需的浮力，浮體中可設(shè)置艙室，用來裝載油水、錨泊系統(tǒng)等。立柱連接下浮體和上部甲板。平臺上部甲板主要用來存放鉆井設(shè)備、材料和作為工作人員工作生活場所。

在ABAQUS軟件中，傳統(tǒng)的拉格朗日單元的節(jié)點由材料確定，材料變形引起單元變形，拉格朗日單元通常由100%的單一材料組成，材料邊界和單元邊界一致。對于歐拉分析，其節(jié)點空間固定，單元不會發(fā)生變形，材料在單元間流動；歐拉單元可能不會100%充滿材料，很多情況下部分材料可能是空的。因此，在每個增量步中，都將對歐拉材料的邊界進行計算，歐拉網(wǎng)格一般由簡單的矩形單元組成，為材料提供流動和變形的空間，一旦歐拉材料移動到歐拉網(wǎng)格外，它就不再參與歐拉分析。

歐拉材料一般通過CEL接觸（歐拉-拉格朗日接觸）與拉格朗日單元建立聯(lián)系，常用于分析多場耦合仿真，如；流固耦合問題。因此， 用歐拉分析解決極端變形問題以及包含流體流動情況時效果顯著。

1.2 平臺模型

以“海洋石油981”半潛式鉆井平臺為參考，設(shè)計平臺主尺寸（如表1所示），在ABAQUS有限元軟件中建立平臺甲板、立柱、浮體、浮體支撐、歐拉體各部件的簡化模型，經(jīng)裝配后如圖1所示：

類型 數(shù)值 類型 數(shù)值

浮體（m） 115×20×8.5 浮體之間距離（m） 58

立柱（m） 17.5×17.5×30 立柱縱向間距（m） 55

甲板（m） 92×78×8.5 拖航吃水（m） 8.2

橫撐（m） 38×17.5×6.5 作業(yè)吃水（m） 19

排水量（t） 48206.8 生存吃水（m） 16

表1 半潛式平臺主尺寸

圖1 半潛式平臺有限元簡化模型

1.3材料屬性和接觸設(shè)置

半潛式海洋平臺所用鋼材的材料屬性：彈性階段: 泊松比λ=0.3， 彈性模量E=2×1011Pa，密度ρ=7.85g/cm3； 塑性階段: 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如表2所示。

流體部分采用歐拉體模擬，單元類型為EC3D8R，其具體材料屬性設(shè)置如下：密度ρ=1.025g/cm3，比熱：4200J，常溫下（25o）運動粘度值:0.00919cm2/s，波在水中傳播的速度一般為：v=1450m/s。

接觸設(shè)置：定義平臺各部件的接觸面，采用tie連接將各部件連為一個整體；創(chuàng)建一個空的接觸屬性：即不定義任何切向和法向?qū)傩?，再?chuàng)建一個顯式通用接觸關(guān)系（這個接觸支持歐拉體和拉格朗日體之間的接觸關(guān)系），由于定義了歐拉體，這個通用接觸將被自動擴展為CEL，即歐拉-拉格朗日接觸。

應(yīng)力/pa 塑性應(yīng)變

2.99e8 0.0000

3.01e8 0.0001

3.52e8 0.0250

3.75e8 0.1000

3.94e8 0.2000

4.00e8 0.3500

表2 塑性階段應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

2 結(jié)論

本文以“海洋石油981”半潛式鉆井平臺為參考對象，通過設(shè)計平臺主尺寸，對平臺甲板、立柱、浮體、浮體支撐等實體部件進行合理簡化，沒有運用aqua模塊而是采用歐拉體模擬海洋流體，運用CEL方法來解決流固耦合問題；利用有限元軟件ABAQUS建立了半潛式海洋平臺的有限元模型，并對模型各部件的材料屬性、各部件間的接觸屬性與邊界條件進行了設(shè)置。由此可見，運用歐拉分析可以有效處理流體流動、液體晃動、氣體流動、以及穿透等問題問題，此文僅為ABQAUS-CEL分析提供借鑒。

參考文獻

[1]劉海霞.深海半潛式鉆井平臺的發(fā)展[J].船舶，2007(3):6-10.

[2]王世圣，謝彬，曾恒一，等.3000m深水半潛式鉆井平臺運動性能研究[J].中國海上油氣，2007(8):277-281.

[3]奚立康.深水半潛式鉆井平臺設(shè)計、建造關(guān)鍵技術(shù)探討[J].船舶，2007(2):30-32.

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[5]Lee H H.Seismic and Vibration Mitigation for the Offshore Template Platform System[J].Structural Engineering and Mechanics，1998，6(3): 347-362.

[6]顧元憲，馬紅艷，姜成，亢戰(zhàn)，張洪武.海洋平臺結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計與靈敏度分析.海洋工程.2001，19(1):7-13.

[7]Yasser E. Mostafa， M.Hesham El Naggar.Response of fixed offshore platforms to wave and current loading including soil-structure interaction，Soil Dynamics and Earthquake Engineering，Volume 24，Issue 4，June 2004，Pages 357-368.

邊界與海洋研究范文第2篇

關(guān)鍵詞：渦激振動；邊界層；漩渦脫落

1.引言

圓柱渦激振動（Vortex-Induced Vibration，簡稱VIV）存在于實際工程中的許多領(lǐng)域，特別是隨著海洋石油的發(fā)展，海洋管道渦激振動而疲勞失效問題越來越受到人們的關(guān)注。過去的幾十年，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對圓柱渦激振動進行了持續(xù)不斷的研究，并取得了大量的研究成果。Williamson & Govardhan.R [1-6]等人在其綜述中對近些年來圓柱渦激振動研究所取得的進展做了詳細(xì)的闡述。

本文通過將圓柱簡化成二維的質(zhì)量阻尼彈簧系統(tǒng)，建立數(shù)值模型，研究單向流動下圓柱橫向渦激振動的動力響應(yīng)及圓柱尾流場中漩渦脫落的過程?；贑FX軟件，采用k-w SST湍流模型對亞臨界狀態(tài)下（Re=10000）圓柱橫向渦激振動進行數(shù)值模擬研究。

2.控制方程

2.1 流體控制方程

粘性流動的納維-斯托克斯（Navier-Stokes）連續(xù)性方程：

其中： 是流體密度；t表示時間；V表示笛卡爾坐標(biāo)系下的速度向量場 ；u、v、w分別表示流體在x、y、z方向上的速度； 表示笛卡爾坐標(biāo)系下的向量算子

2.2圓柱運動控制方程

將圓柱簡化成質(zhì)量阻尼彈性系統(tǒng)，只考慮圓柱在垂直與流向的升力作用下，系統(tǒng)的控制方程：

其中 m為圓柱體的質(zhì)量；c為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)；k為彈簧的剛度系數(shù)； 表示作用在圓柱上垂直于流向的力，即橫向升力

3.計算模型設(shè)定

計算域的設(shè)定及網(wǎng)格模型如圖3.1a所示，流體域的左側(cè)為inlet邊界，單向來流速度0.5m/s；右側(cè)為outlet邊界，出口平均壓力為0Pa；流體域的上側(cè)、下側(cè)以及圓柱為無滑移wall邊界；前后兩個面設(shè)定為symmetry邊界。流體介質(zhì)為water，圓柱的直徑D=20mm，雷諾數(shù)Re=10000，圓柱距inlet距離為5D，距outlet距離為10D。采用單層六面體規(guī)格網(wǎng)格對整個流體域進行網(wǎng)格劃分，對圓柱邊界層處網(wǎng)格進行單獨O型網(wǎng)格處理，其壁面網(wǎng)格的最小高度為0.004D，從而保證邊界層的計算精度，如圖3.2b所示。

3.1a 計算域的設(shè)定 3.2b 圓柱邊界網(wǎng)格處理

計算的離散格式為基于迎風(fēng)格式的高階離散格式（ High Resolution） ， 非穩(wěn)態(tài)項離散格式為二階向后歐拉格式（ Second order Back ward Euler）， 時間步長 。

4.數(shù)值計算結(jié)果

4.1 圓柱橫向渦激振動力的影響

圓柱在單向流體的作用下，其圓柱表面會受到垂直于流向的升力，其大小和方向隨著流體的作用時間呈周期性的變化，如4.1a所示，其橫坐標(biāo)表示流體流動時間，縱坐標(biāo)表示流體作用于圓柱上面的力。一段時間后，升力的幅值穩(wěn)定在某一個范圍內(nèi)并呈現(xiàn)出脈動循環(huán)的趨勢，之前我們所提到的圓柱管道的疲勞失效正是由這種脈動循環(huán)的升力所致。

4.1a 圓柱上橫向升力數(shù)值計算

4.2 邊界層對漩渦脫落的影響

在圓柱形的管道表面發(fā)生的一個重要現(xiàn)象是邊界層的分離，如圖4.2a所示，當(dāng)流體以來流速度 接近結(jié)構(gòu)物前緣時，因受到結(jié)構(gòu)的阻礙速度減小而壓力增大。當(dāng)流體繞過柱體時，由于邊界層近壁處流體的動能已經(jīng)耗盡了，此時在后段高壓作用下，靠近圓柱壁面處的流體發(fā)生停滯并回流，如圖中的點4所示。流體在此區(qū)域就會旋轉(zhuǎn)運動，即形成漩渦，如圖4.2b所示。

4.2a 圓柱體表面邊界層分離（ 為邊界層厚度） 4.2b 圓柱尾流速度矢量場

數(shù)值模擬顯示，流體首先在圓柱兩側(cè)會同時回流并形成漩渦，隨著流動的繼續(xù)，兩側(cè)的漩渦產(chǎn)生相互剪切作用，使得兩側(cè)的漩渦依次脫離圓柱表面向下游流去，漩渦脫落的形態(tài)呈“2S”模式，即圓柱上下表面各脫落一個漩渦。經(jīng)過一段時間后，在圓柱的兩側(cè)就會有兩排方向相反的漩渦，稱為“卡門渦街”。如圖4.2c所示，圓柱受橫向渦激振動后，上表面脫落的漩渦方向為順時針，下表面方面為逆時針，其每一對漩渦的渦量大小基本相同。

4.2c 卡門渦街?jǐn)?shù)值模擬

5.結(jié)論

本文采用k-w SST湍流模型對亞臨界狀態(tài)下（Re=10000）圓柱橫向渦激振動進行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的結(jié)果與渦激振動的基本理論保持一致。驗證了橫向升力是圓柱產(chǎn)生渦激振動的主要動力，同時探討了邊界層對漩渦脫落過程的影響過程，最后探究了在本工況（Re=10000，U=0.5m/s）下情況下，漩渦脫落呈為“2S”形態(tài)。本文在一定程度上，對渦激振動的試驗研究起到很好的指導(dǎo)作用，說明CFD數(shù)值模擬是研究圓柱渦激振動的有效途徑之一。

參考文獻

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[2]Williamson， C.H.K.， Govardhan， R.， 2008. A brief review of recent results in vortex-induced vibrations. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96， 713735.

[3] Williamson C. H. K.， A. Roshko. Vortex formation in the wake of an oscillating cylinder. Journal of Fluids and Structures， 1988， 2：35-38

[4] Khalak A.， Williamson C. H. K.， Dynamics of a hydroelastic cylinder with very low mass and damping. Journal of Fluids and Structures， 1996， 10 （5）：455-47

邊界與海洋研究范文第3篇

關(guān)鍵詞：GPU-SPH；數(shù)值波浪水槽；波浪對直立墻作用壓力；

中圖分類號：S969.1 文獻標(biāo)識碼：A

引言

近年來在計算流體力學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來一種新型無網(wǎng)格拉格朗日數(shù)值計算方法——光滑粒子流體動力學(xué)算法（SPH）。由于原SPH方法為防止粒子的邊界穿透現(xiàn)象而讓邊界對粒子的作用力偏大，在邊界附近粒子壓力較大，影響計算精度和壓力測量結(jié)果。為達到邊界壓力計算準(zhǔn)確的目的，本研究在模型計算中加入Shepard【[Panizzo A (2004) Physical and Numerical Modelling of Subaerial Landslide Generated Waves. PhD thesis, Universita degli Studi di L'Aquila. ]】密度過濾器過濾因壓縮而密度過大的粒子，同時使用Hugehes & Graham【[Hughes, J. and Graham, D., Comparison of incompressible and eakly-compressible SPH models fro free-surface water flows, J. Hyd. Res., in press, 2010.]】算法對邊界進行密度進行修正來減少計算運行后的壓力波動現(xiàn)象，并且選擇了適用于波浪對結(jié)構(gòu)物作用模擬的參數(shù)和波浪作用力測量方法。

基于本文模型，建立弱可壓縮SPH-GPU算法建立數(shù)值波浪水槽，采用Wendland 5次光滑函數(shù)，研究波浪與直立墻相互作用，并將模擬結(jié)果與理論值和前人實驗數(shù)據(jù)進行比較，分析了規(guī)則波作用下直立墻前壓力場特性。

SPH方法數(shù)值模擬

SPH原理

SPH方法中，核插值近似法將場變量的積分形式表達如下：

(1)

其中：r為粒子的矢徑；h是光滑長度，積分區(qū)域的大小由其控制；W為核函數(shù)，本文采用Wendland提出的五次型函數(shù)，其表達式為

(2)

對于二維的計算情況，式中為，。

控制方程

對于水槽中的流體，流體運動的N-S方程：

(3) du/dt=-1/ρ ∇P+g+θ 

(4) dρ/dt=-ρ(∂v^β)/(∂x^β )

其中：為水的密度，為重力加速度；為壓力；為動量方程中的擴散項，針對本模型，使用SPH方法中最常用的人工粘度法計算擴散項 。

邊界條件及壓力計算方法調(diào)整

本文采用動態(tài)邊界條件來處理邊界粒子，包括水槽固壁邊界、造波板邊界、以及結(jié)構(gòu)物邊界。邊界粒子以一種錯列的形式安排如圖1所示：

圖1 邊界粒子排列形式圖

當(dāng)一個流體粒子接近邊界時，邊界粒子的密度會增加以至于壓力也隨其增加。當(dāng)距離流體粒子和邊界粒子之間的距離小于2h時，施加在入射流體粒子上的壓力作為排斥力隨著距離減小而增加如圖2所示。

圖2 邊界密度距離、壓力距離曲線圖

圖中h為粒子的光滑長度，也叫做影響域或者光滑域，它的大小控制著每個粒子多其周圍其他粒子的作用力大小。h的計算公式如下：

(5)   h=α*√(dx*dx+dy*dy+dz*dz)  

                  

本文中設(shè)置參數(shù)，2維坐標(biāo)軸的微變量dx、dz都為0.01m。因此計算得為。而一般情況下，了防止粒子穿透邊界層現(xiàn)象的發(fā)生，一般邊界作用力是遠大于現(xiàn)實的水壓力的。因此，如果將水流對結(jié)構(gòu)物作用壓力測點直接設(shè)置在其邊界粒子上得到的壓力值往往遠大于理論值。在距離邊界h處邊界粒子對此處粒子的直接作用力便可忽略不計。但是考慮到水粒子與邊界粒子在距離h之間時，其排斥力影響水粒子后由此粒子將仍會將較大的壓力傳遞至距離邊界h之外的粒子上，選擇將測點設(shè)置在距離邊界粒子2h與1h之間的某處位置。這樣能更加準(zhǔn)確地測出直立墻附近波浪壓力。本文選取此距離為0.002m。

計算參數(shù)選取

本文中所有計算參數(shù)根據(jù)汪立軍【[汪立軍，鄭永來，基于SPH的數(shù)值波流水槽系統(tǒng)及驗證，實驗室研究與探索[J]，324-328，2013.]】的研究成果設(shè)置，具體參數(shù)如下表：

表1 參數(shù)設(shè)置表

數(shù) 參數(shù)值

重力加速度（N/kg）

粒子直徑（m）

CLF值

聲速率

γ

rhop0值

eps壓縮率值 9.8

0.01

0.2

10

0.92

7

1000

0.3

Shepard密度過濾器

當(dāng)SPH的動態(tài)模擬越來越真實的同時，粒子壓力值出現(xiàn)很大的壓力波動。前人致力于可以通過粒子修正或發(fā)展一種不可壓縮解等方法來解決。解決這個問題的方法包括粒子修正或發(fā)展一種不可壓縮解等。其中一種最直接且計算成本最低的方法就是提供一個粒子密度過濾器，同時重置每個粒子的密度（Colagrossi 和 Landrini）。Shepard密度修正法，也稱作零階修正法，是一種快捷簡單的密度過濾器，以下計算過程每30個時間步長進行一次：

在已經(jīng)被修正過的粒子上使用一個零階修正：

波浪對直立墻作用數(shù)值模擬

波浪對直立墻作用力的數(shù)值模擬

《海港水文規(guī)范》【[海洋水文規(guī)范 JTJ 213-98[M]. 北京：人民交通出版社.1998]】中規(guī)定的方法是目前計算波浪對直立堤作用力的一種比較普遍的方法，本文通過SPH模擬規(guī)則波正向入射對直立墻的作用，并且將結(jié)果與計算方法結(jié)果及前人試驗結(jié)果進行比較。

水槽布置

水槽布置如圖3所示，水槽長11.00m,模擬水深0.33m，波高為0.05m，波長為1.04m，周期為0.8s。直立墻設(shè)置在距離左邊界10m處，造波板位于水槽最左側(cè)。左側(cè)為造波邊界，底部、右側(cè)和直立墻為固邊界。粒子間距取0.01m，整個水槽共布置140460個粒子。根據(jù)本文上部分的研究成果，在距離直立墻0.02m處設(shè)置波壓力測點布置線，沿布置線每間隔0.0025m設(shè)置一壓力測點，共321個測點，檢測波浪對直立墻作用力隨時間及深度的變化情況。

圖3 立波與直立墻作用狀況模擬水槽布置圖

造波邊界

本文造波板運動周期即為波浪周期。需要波高根據(jù)多次改變造波板運動位移，湊譜得到。

模擬結(jié)果及分析

取波峰作用時刻進行分析。將波峰對直立墻作用壓力計算結(jié)果與《海港水文規(guī)范》計算結(jié)果進行比較。根據(jù)楊成渝[楊成渝，波浪正向入射對直立堤作用研究，第十四屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集，609-613，2009.]的試驗結(jié)果擬合曲線計算最大相對波壓力值為431pa，模擬值為550pa，誤差率為27%，根據(jù)規(guī)范計算最大相對波壓力為500pa，誤差率為10%。圖4給出了SPH模擬立波波峰作用下墻面上的壓力分布與規(guī)范計算值的比較。綜上所述，本文數(shù)值模擬與計算值和試驗吻合較好，較為精確地反映了波浪對直立墻作用的力學(xué)特性。

圖4 海港水文規(guī)范計算值與數(shù)值模擬值波峰作用壓強深度曲線比較

邊界與海洋研究范文第4篇

【關(guān)鍵詞】：混凝土 耐久性 氯腐蝕 Fick定律 結(jié)合理論 耐蝕劑

國內(nèi)外對基于氯離子傳輸?shù)幕炷聊途脡勖Ｐ瓦M行了大量的研究，成果主要集中于應(yīng)用Fick第二擴散定律來預(yù)測飽和混凝土的氯離子擴散使鋼筋銹蝕的使用壽命。自從Collepardi[65]于1972年提出了基于Fick第二定律計算氯離子擴散系數(shù)的方法，F(xiàn)ick第二定律被普遍應(yīng)用于混凝土中氯離子擴散的研究中。Fick定律雖然得到了比較廣泛的應(yīng)用，但它是基于以下假定提出的：①材料必須是均質(zhì)的；②氯離子不與材料發(fā)生反應(yīng)；③材料的氯離子擴散系數(shù)必須恒定；④不考慮荷載引起的裂縫。

事實上以上假設(shè)并不確切，首先，從氯離子侵蝕誘導(dǎo)鋼筋銹蝕影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性出發(fā)，研究的關(guān)鍵是保護層范圍內(nèi)的氯離子擴散，而在這一范圍內(nèi)，由于邊界效應(yīng)，混凝土的骨料分布是不均勻的[66]；其次，混凝土對氯離子具有一定的結(jié)合能力，氯離子可以同水化生成物結(jié)合生成復(fù)鹽或進入凝膠結(jié)構(gòu)或被混凝土的內(nèi)部孔隙物理吸附；再者，擴散系數(shù)D是用來反映混凝土對氯化物侵蝕抵抗能力的參數(shù)，在常規(guī)的Fick擴散方程中假定D為常量，這與實際情況并不吻合。由于混凝土是一種水硬性材料，其水化過程需要經(jīng)過很長時間才能完成，隨著混凝土的不斷水化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越密實，因此氯離子擴散系數(shù)D是一個隨時間、氯離子濃度等條件變化的參數(shù)。實際上，不僅Fick定律的理論假設(shè)與實際混凝土材料相差甚遠,而且其數(shù)學(xué)解也與實際混凝土的試驗結(jié)果相差較大[67]。盡管Fick定律可以用來預(yù)測使用壽命，但至今仍沒有建立完整的理論體系[68]，一些學(xué)者已對Fick第二定律的合法性提出了質(zhì)疑。

實際應(yīng)用中，氯離子在混凝土中的滲透性一般通過加速試驗確定，這些加速試驗主要應(yīng)用壓力、濃度梯度或電學(xué)方法等測定氯離子的擴散性能[69]。很多研究者從影響氯離子擴散系數(shù)的因素出發(fā)，試驗研究了結(jié)構(gòu)[70-75]、環(huán)境[76-79]、養(yǎng)護條件[80-83]、水泥與摻合料[75,84-94]、荷載[95-98]等因素對擴散系數(shù)的影響情況，定性、定量的得到了一些研究成果。

已有的研究成果顯示，環(huán)境的氯離子濃度對氯離子向混凝土中擴散有影響，不同的環(huán)境條件，氯離子濃度具有一定的差異。氯離子侵蝕鋼筋混凝土的環(huán)境可以分為海洋環(huán)境（浸沒區(qū)、潮汐區(qū)、浪濺區(qū)、大氣區(qū)）、除冰鹽環(huán)境和鹽湖地區(qū)及工業(yè)環(huán)境等情況。2002年出版的日本土木學(xué)會混凝土標(biāo)準(zhǔn)提出近海大氣區(qū)的混凝土表面氯離子濃度（用混凝土質(zhì)量比表示）為：浪濺區(qū)0.65%，岸線附近0.45%，離海岸距離0.1km處0.225%，0.25km處0.15%，0.5km處0.1%，1km處0.075%。而美國ACI365委員會開發(fā)的一個用于使用壽命設(shè)計的計算程序中，取海上和近海鹽霧區(qū)的混凝土表面氯離子濃度值為：潮汐浪濺區(qū)為瞬時到定值0.8%，海上鹽霧區(qū)以每年0.1%的累積速度到最終定值1.0%，離海岸800m內(nèi)以每年0.04%的累積速度到最終定值0.6%，離海岸1.5km內(nèi)以每年0.02%的累積速度到最終定制0.6%[104]。賈道祥[105]給出了環(huán)境影響系數(shù)的取值（表1.1），通過環(huán)境影響系數(shù)對擴散系數(shù)進行線性修正。但其研究僅針對于海洋環(huán)境，且各種海洋環(huán)境的區(qū)分并沒有明確的界限，因此具有很大的局限性。

已有的研究成果在預(yù)測混凝土中氯離子濃度分布時往往不考慮鋼筋的存在。事實上，鋼筋的存在將阻礙氯離子的傳輸，使氯離子的傳輸路徑發(fā)生改變，進而影響氯離子濃度的分布情況，忽視鋼筋影響將高估鋼筋上表面位置處的氯離子濃度達到臨界值所需的時間，進而高估了鋼筋銹蝕開始時間，因而研究考慮鋼筋影響時的氯離子傳輸規(guī)律，對于準(zhǔn)確地預(yù)測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕損傷耐久壽命具有重要意義。從理論上實現(xiàn)對考慮鋼筋影響時構(gòu)件截面內(nèi)氯離子濃度分布規(guī)律的研究是極其困難的，Burden[138]基于Fick定律的擴散方程，將鋼筋截面簡化成8邊形并應(yīng)用數(shù)值分析對考慮鋼筋存在時構(gòu)件截面內(nèi)的氯離子濃度分布進行了研究；Stanley [139]采用相同的簡化方式研究了考慮鋼筋影響時所預(yù)測的銹蝕開始時間的衰減系數(shù)（考慮鋼筋影響時的預(yù)測結(jié)果與Fick第二擴散定律擴散方程預(yù)測結(jié)果的比）隨鋼筋直徑與保護層厚度比值變化的規(guī)律，以及變參數(shù)下，考慮鋼筋與不考慮鋼筋時對預(yù)測結(jié)果的影響。但以上研究的方法和結(jié)論均只局限于氯離子來源于一個邊界，而對于兩個邊界同時遭受氯離子侵襲的情況（如梁和矩形截面柱的角部）及其它復(fù)雜的多邊界情況如異型截面構(gòu)件則不能適用，因而缺乏普適性，而且所做的簡化偏離了工程實際情況。若以鋼筋上表面保護層深度處氯離子濃度達到臨界值判斷鋼筋銹蝕開始耐久壽命，則這一簡化又夸大了鋼筋上表面對氯離子傳輸?shù)淖璧K作用，理論上低估了鋼筋銹蝕開始時間。因而，考慮鋼筋存在情況下建立鋼筋周圍氯離子濃度分布的預(yù)測方法，對于合理準(zhǔn)確地預(yù)測鋼筋銹蝕起始時間是有重要意義的，需要進一步研究。

邊界與海洋研究范文第5篇

關(guān)鍵詞：海上人工島嶼；聯(lián)合國海洋法公約；領(lǐng)海劃界

中圖分類號：D914.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0257-5833（2017）06-0099-08

作者簡介：楊顯濱，上海大學(xué)法學(xué)院講師 （上海 200444）

海洋承載著國家發(fā)展基石，涉及海權(quán)關(guān)鍵的島嶼是我國未來的主要斗爭方向。根據(jù)《聯(lián)合國海洋法公約》（UNCLOS）第121條規(guī)定，島嶼是指“四面環(huán)水并在時高于水面的、自然形成的陸地區(qū)域”。早在1958《中華人民共和國關(guān)于領(lǐng)海的聲明》中就強調(diào)中國領(lǐng)海寬度為12海里，這不但適用于中國大陸，還適用于包括南沙群島在內(nèi)的南海諸島。1除了自然島嶼，人類隨著自然的進步開始在海上利用科技與人力建造人工島嶼，例如迪拜投資建設(shè)的目前世界最大人工島群――棕櫚島。由于人工島嶼直接牽扯到海洋劃界、資源權(quán)屬等國家發(fā)展的重要利益，其興建往往伴生著巨大爭議與不確定性。2015年來，中國在南沙群島赤瓜礁、東門礁、永暑礁等礁盤上開展填海工程、建設(shè)飛機跑道引起東南亞各國廣泛關(guān)注。2自第三次聯(lián)合國海洋法會議后，島嶼制度的多方面問題，在國際法上依然模糊但很重要，尤其涉及到人工島嶼，其涉及法律關(guān)系、權(quán)屬義務(wù)更為復(fù)雜。

在人工島嶼的國際法界定中應(yīng)明確海上人工島嶼權(quán)利與義務(wù)的邊界到底能達到何種界限。如：修建本國人工島嶼的范圍能否突破領(lǐng)海或?qū)俳?jīng)濟區(qū)（Exclusive Economic Zone， EEZ）、人工島嶼能否作為國家劃分領(lǐng)海的基線、主權(quán)國是否在人工島嶼上享有同島嶼一樣的權(quán)利與義務(wù)，這些深刻而牽扯范圍極廣的國際法問題均需要深入研究并明確邊界，為實踐提供明確的規(guī)劃與指導(dǎo)效應(yīng)。

一、海上人工島嶼的概念與法律屬性

（一）海上人工島嶼概念

至今學(xué)界尚未對“海上人工島嶼”有明確的定義分析，對于人工島嶼是否屬于島嶼，國際社會存在不同觀點。如上所述，UNCLOS將“島嶼”定義位“四面環(huán)水、露出水面、非人工建造、形成一定土地區(qū)域”，這四項標(biāo)準(zhǔn)是UNCLOS下判定“島嶼”的關(guān)鍵性因素。但是這樣模糊的標(biāo)準(zhǔn)并無法區(qū)別島嶼與礁石等概念，而島礁包括島嶼、巖礁或低潮高地。1例如，島嶼在潮汐時需要高出水面的閾值是多少可判定為公約下的“島嶼”，而“一定區(qū)域”又缺乏現(xiàn)實可行的準(zhǔn)確判斷標(biāo)準(zhǔn)。而對于島嶼與人工島嶼的定義與區(qū)別，UNCLOS中并沒有詳細(xì)說明，僅對權(quán)利、義務(wù)進行籠統(tǒng)的描述。UNCLOS第121條規(guī)定，島嶼需要具備支撐人類正常生存和經(jīng)濟活動的條件，這是島嶼和巖礁最顯著的區(qū)別?，F(xiàn)在國際上普遍的認(rèn)知是“島嶼必須保有淡水、能夠種植維持人類生存的植物、可提供一些居住材料、并足以支撐一定數(shù)量人群的生活?！?

中國同越南、菲律賓、馬來西亞、文萊等有海洋沖突的國家均為UNCLOS的約國，受其約束。研究UNCLOS的具體規(guī)定無疑為研究海上人工島嶼提供最為有力的依據(jù)。遺憾的是，UNCLOS并未對“人工島嶼”有明確的定義。根據(jù)《國際公法百科全書》的定義，將“人工島嶼”認(rèn)定為：四面環(huán)水的在漲潮時能露出水面的暫時性或永久性的人造固定平臺。3有學(xué)者將其定義為：將泥土和巖石經(jīng)過加工混合放置于海中的人造地，它固定在海床上，在時露出水面，具有永久特性，且它和其他島嶼一樣屬于領(lǐng)土。4或人工島嶼是“在并非陸地之處建立人工平臺結(jié)構(gòu)物”。5筆者認(rèn)為，從地質(zhì)角度考察，海上人工島嶼應(yīng)同島嶼一致，四面環(huán)水且能在最時露出水面的一定土地區(qū)域；從人類影響角度分析，人工島嶼同自然島嶼最大的區(qū)別是由“人工建造”，可供人類生產(chǎn)生活而具有一定的經(jīng)濟價值。因此，海上人工島嶼的概念可定為：由人工建造的四面環(huán)水、潮汐最時露出水面的具有一定經(jīng)濟價值的、可供一定數(shù)量的人類生活的土地或類似結(jié)構(gòu)區(qū)域。

（二）海上人工島嶼是主權(quán)國家行使領(lǐng)海管轄權(quán)之地

目前海上人工島嶼的建造方式主要有兩種，一種為在已有的暗礁、礁石、小島嶼上擴建形成島嶼，如我國在永暑礁上建設(shè)飛機跑道，擴大面積，筆者稱為“擴建式人工島嶼”；另外一種為直接在海中填入原料，由海床堆積成為新的島嶼，例如迪拜通過砂石填埋而成的棕櫚島，稱為“填海式人工島嶼”。二者的共性是在人類活動的直接干預(yù)下形成新的“島嶼”，但兩者間在權(quán)利義務(wù)方面又有不同?！皵U建式島嶼”的相關(guān)規(guī)范并不完善，馬來西亞實際控制的南海彈丸礁，就是用吹填的方法擴展成為人工島嶼。6有學(xué)者認(rèn)為，“擴建式島嶼”可以認(rèn)定為國家領(lǐng)土取得方式中的“添附”。7而“填海式島嶼”一般由填海國家通過國內(nèi)法明確其填海的權(quán)利與義務(wù)，如美國《海洋資源和工程發(fā)展法》和《海岸帶管理法》、日本《公有水面填埋法》、英國《海洋與海岸帶準(zhǔn)入法案》、韓國《海洋開發(fā)基本法》的規(guī)定。我國《海域使用管理法》第2條規(guī)定了有關(guān)填?；顒拥膬?nèi)容：填海造地的海域范圍應(yīng)為內(nèi)水、領(lǐng)海的水體、海底、底土和水面。其它諸如國家海洋局《關(guān)于加強海上人工島建設(shè)用海管理的意見》等部門規(guī)章也對人工島嶼的建造管理做了相應(yīng)規(guī)定。領(lǐng)海對于國家而言，具有主權(quán)屬性，海上人工島嶼可視為是主權(quán)國家行使領(lǐng)海管轄權(quán)之地。沿海國在本國具有管轄權(quán)的海域修建人工島嶼，必然受到其國內(nèi)法的規(guī)制與調(diào)整。

（三）海上人工島嶼應(yīng)受國際法規(guī)制

海上人工島嶼的修建地點一定是在海上，即使是在一國的領(lǐng)海內(nèi)，海上人工島嶼的規(guī)制也應(yīng)當(dāng)受到國際法的規(guī)制。例如海上人工島嶼修建后對于船舶無害通過的影響、人工設(shè)施修建后對于生物多樣性的影響，必然受到國際法的約束。目前，有關(guān)海上人工島嶼修建的最權(quán)威國際公約是UNCLOS，其第56條第2款規(guī)定沿海國對人工島嶼、設(shè)施和結(jié)構(gòu)的建造和使用有管轄權(quán)。第80條規(guī)定上述權(quán)利在大陸架范圍內(nèi)比照適用，即一國可以對其建造的人工島等設(shè)施進行使用、管理。第87條規(guī)定人工島嶼的建造可延伸至公海范圍，允許各國在國際法規(guī)制范圍內(nèi)建造人工島嶼。其它關(guān)于人工島嶼的規(guī)定分別是第11條、第60條、第77條和第147條。沿海國有權(quán)建造并管理人工島嶼，但需遵循國際法的規(guī)定。 二、海上人工島嶼面臨的現(xiàn)實國際法難題

（一）海上人工島嶼的概念模糊

根據(jù)UNCLOS第121條的規(guī)定，島嶼的領(lǐng)海、毗連區(qū)、專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架同陸地領(lǐng)土的規(guī)定相同，可以擁有12海里的領(lǐng)海、24海里的毗連區(qū)以及200海里的EEZ。因此對島嶼的爭奪將直接擴大沿海國的主權(quán)范圍。但是UNCLOS中概念的不完善，是現(xiàn)行國際海權(quán)爭端的一項重要原因。有關(guān)“島嶼”定義的本身，即存在諸多模糊之處。第121條規(guī)定島嶼制度，第1款為定義，即“四面環(huán)水并在時高于水面的自然形成的陸地區(qū)域”，但如前文所述，該項定義極難在現(xiàn)實中區(qū)別島嶼與巖礁、時露出一定高度的礁石。對此，第121條第3款做出了補充性的限定，即巖礁不能維持“人類居住”或“其本身的經(jīng)濟生活”時，不能享有島嶼擁有的EEZ與大陸架等權(quán)利。按照UNCLOS的規(guī)定，認(rèn)定海南島、臺灣島此類的大型島嶼并不存在困難，容易出現(xiàn)爭議的是小型的巖礁，人類居住并不難理解，只要島礁上有人生活就可以認(rèn)定為人類居住，但是“維持其本身的經(jīng)濟生活”卻缺乏明確的定義。我國《海島保護法》第1章第4條規(guī)定了“無居民海島屬于國家所有，國務(wù)院代表國家行使無居民海島的所有權(quán)”。而維持本身的經(jīng)濟生活是指必須依靠島礁上的資源形成完整的供給鏈，抑或是僅僅靠外界資源供給就可以保證人類的生產(chǎn)生活即可認(rèn)定為島嶼？對此，1958年《大陸架公約》也并未對什么是可供人類居住的島嶼做出說明。1筆者認(rèn)為，如果是必須依靠島礁資源形成的完整供給鏈條維持經(jīng)濟生活，那么島嶼就應(yīng)當(dāng)具備相當(dāng)大的面積腹地才有可能提供所需的基礎(chǔ)資料。而僅依靠外界資源供給，是否僅在極小的能夠露出面的巖石上安排數(shù)名士兵或者漁民常駐，即可認(rèn)定為“島嶼”而取得EEZ等權(quán)利仍存在較大的疑問。

“島嶼”概念的模糊直接引發(fā)了現(xiàn)實的不確定性，而海上人工島嶼的概念更是在UNCLOS中只字未提，雖然有多條內(nèi)容直接規(guī)制人工島嶼，但什么是人工島嶼、怎樣判定人工島嶼、人工島嶼具有的權(quán)利義務(wù)在公約中并未涉及，導(dǎo)致了現(xiàn)實適用的困難。2沿海國根據(jù)自身利益的需要去選擇性解釋國際法，日本一直妄圖在沖之島礁建設(shè)人工設(shè)施而將其轉(zhuǎn)變?yōu)閸u嶼，這當(dāng)然為中國等利益相關(guān)國家和地區(qū)所不能接受。而類似海上鉆井平臺、大型巖礁燈塔等內(nèi)容是否屬于海上人工島嶼也并沒有明確的說明，根據(jù)條文研究，由于UNCLOS（如第79條第4款）多將人工島嶼與鉆井平臺、燈塔設(shè)施等并列列舉，從而將鉆井平臺等設(shè)施排除于海上人工島嶼之外。但依然無法改變“海上人工島嶼”概念模糊的現(xiàn)狀，有待于國際法做出更為詳盡的解釋。

（二）修建海上人工島嶼的權(quán)利義務(wù)邊界不明

沿海國修建海上人工島嶼的權(quán)利及義務(wù)零散規(guī)定于國際公約中。領(lǐng)海內(nèi)修建海上人工島嶼為一國內(nèi)政，他國無權(quán)干預(yù)。不同于領(lǐng)海，沿海國并不對毗連區(qū)享有主權(quán)。公約中并沒有明確毗連區(qū)允許或者禁止人工島嶼的建造，而根據(jù)UNCLOS第56條對于EEZ的相關(guān)規(guī)定，專屬經(jīng)濟區(qū)內(nèi)可以修建人工島嶼及類似設(shè)施，EEZ內(nèi)人工島嶼的權(quán)利應(yīng)當(dāng)至少包括管轄權(quán)、資源開采權(quán)、航運權(quán)、海洋科學(xué)研究、海洋環(huán)境的保護和保全以及公約規(guī)定的其他權(quán)利。但是，沿海國在EEZ內(nèi)行使權(quán)利、履行義務(wù)時，應(yīng)適當(dāng)顧及他國利益，并以符合規(guī)定的方式行事。筆者認(rèn)為，從領(lǐng)海到EEZ，沿海國的權(quán)利義務(wù)范圍呈縮小的態(tài)勢，領(lǐng)海擁有的權(quán)利最多，EEZ擁有的權(quán)利最少，毗連區(qū)則擁有海關(guān)、檢疫等多項管理權(quán)。如果EEZ可以準(zhǔn)許沿海國修建海上人工島嶼，在毗連區(qū)內(nèi)也必然具有修建海上人工島嶼的權(quán)利，但這一點在UNCLOS及其它國際公約中并未明確，存在厘清的必要。

UNCLOS第77條第1款規(guī)定以勘探大陸架、開發(fā)其自然資源為目的，沿海國可以對大陸架行使主權(quán)權(quán)利，僅從此條款進行分析即可得知，沿海國可以在大陸架上興建人工島嶼。但是否只能出于開發(fā)資源的目的而興建人工島嶼，公約并未進行明確的規(guī)定。UNCLOS第141條第2款規(guī)定國際海底區(qū)域制度的開發(fā)原則是“開放給所有國家”，但是不得主張或行使主權(quán)或主權(quán)權(quán)利。 國際海底區(qū)域?qū)嵭衅叫虚_發(fā)制度，將管理職責(zé)分給國際海底管理局，UNCLOS在文字表述上并未出現(xiàn)人工島嶼，主要對使用設(shè)施條件進行了要求。

內(nèi)陸國是否具有修建海上人工島嶼的權(quán)利？其修建海上人工島嶼的權(quán)利、義務(wù)邊界又在哪里？在現(xiàn)有海洋法體系下，人工島嶼的建造和管理內(nèi)陸國家基本無法參與到EEZ以內(nèi)海域的人工島嶼建設(shè)中，除非沿海國同意其使用剩余權(quán)利。而“公海自由”是國際法的傳統(tǒng)原則，所有國家都有平等利用公海的權(quán)利，而根據(jù)UNCLOS第89條的規(guī)定，公海不能為任何國家所獨享或占有，即內(nèi)陸國在國力允許的情況下，可以在公海興建海上人工島嶼，但是人工島嶼并不能享有確定領(lǐng)海基線等功能，不可被認(rèn)為是“飛地”而破壞公海自由原則。而人工島嶼建造后是否只有國家才擁有所有權(quán)，如果建造者不是國家，而是組織或者個人，權(quán)利歸屬又該如何劃分。

沿海國可在領(lǐng)海、毗連區(qū)、專屬經(jīng)濟區(qū)、大陸架等區(qū)域修建人工島嶼，但是海上人工島嶼所具有的權(quán)利義務(wù)邊界并不明晰。海上人工島嶼修建過程中及建成后的環(huán)境保護、通航安全、修建間隔、設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沿海國在本國有權(quán)區(qū)域內(nèi)興建人工島嶼只能根據(jù)自身的理解。而海上人工島嶼本身享有的權(quán)利與應(yīng)當(dāng)履行的義務(wù)僅僅能參照相同類型島嶼或設(shè)施的規(guī)定。同樣，內(nèi)陸國在公海修建人工島嶼的權(quán)利義務(wù)界限也并不明確。

（三）海上人工島嶼是否可以作為劃界依據(jù)存在爭議

目前，除美國未加入UNCLOS外，絕大多數(shù)海洋大國均加入了UNCLOS受其{整，而UNCLOS最重要的作用之一就是海洋劃界，確定各國的海洋領(lǐng)土范圍。根據(jù)UNCLOS第3條的規(guī)定，領(lǐng)海的寬度由基線量起不超過十二海里；根據(jù)《領(lǐng)海及毗連區(qū)公約》第2條的規(guī)定，領(lǐng)海是沿海國領(lǐng)土的一部分，沿海國的主權(quán)可以延伸到領(lǐng)海之上空及其海床與底土。沿海國海岸線的劃定，直接決定了其領(lǐng)海、毗連區(qū)、EEZ的面積與劃分，極其重要。根據(jù)UNCLOS規(guī)定，測算領(lǐng)海寬度的正?；€是沿岸低潮線（第5條）；而島嶼在領(lǐng)海劃界的地位十分重要，在位于環(huán)礁上的島嶼或有岸礁環(huán)列的島嶼的情形下，測算領(lǐng)海寬度的基線是沿海國官方承認(rèn)的海圖上以適當(dāng)標(biāo)記顯示的礁石的向海低潮線（第6條）。但海岸線的劃定可能因時間的推移而發(fā)生變化。 人工島嶼的建造可能不會破壞原有地理水文環(huán)境，但也可能因為人類活動的影響形成新的海岸基準(zhǔn)線。對于人類干預(yù)而形成的設(shè)施，UNCLOS的立場是人工島嶼不能具備自然島嶼的地位，不能參與領(lǐng)海、專屬經(jīng)濟區(qū)或大陸架范圍的確定（第60條第8款）。人工島嶼不具備自然島嶼的劃界作用，是為了避免一些國家利用自身實力和國際法規(guī)則，通過修建人工島嶼的方式不斷擴大自己的領(lǐng)海范圍。但UNCLOS對于人工島嶼的規(guī)定同樣存在爭議，通過填海形成的新的島嶼無法具有自然島嶼的地位，但通過在已有島嶼上修建人工設(shè)施而擴大島嶼面積，改變岸線形態(tài)是否能夠作為劃界依據(jù)？UNCLOS第11條規(guī)定，為了實現(xiàn)劃定領(lǐng)海的目的，構(gòu)成海港體系組成部分的最外部永久海港工程視為海岸的一部分，而近岸設(shè)施和人工島嶼不應(yīng)視為永久海港工程，而在島嶼的海港通過人類活動修建永久海港工程的情況下，島嶼的劃界基線是否外延并沒有明確的規(guī)定。UNCLOS第7條規(guī)定了領(lǐng)海劃線的直線基線原則及其例外，公約在第47條群島水域的劃界中闡明，在低潮高地上筑有永久高于海平面的燈塔或類似設(shè)施，或者低潮高地全部或一部與最近的島嶼的距離不超過領(lǐng)海的寬度外，可將低潮高地作為基線劃定的起訖點。在群島水域的地理情形下，在低潮高地上修建包含燈塔在內(nèi)的人工島嶼設(shè)施，是否就應(yīng)當(dāng)改變原有劃界依據(jù)亟待明晰。在1805年“安娜號”案件中，一艘英國船舶于密西西比河河口截獲敵對國西班牙的商船，美國法院認(rèn)為捕獲的地點在河口小島3英里范圍內(nèi)，因此其具有管轄權(quán)，而該小島非由地質(zhì)運動產(chǎn)生形成，而是由泥沙和漂浮樹木等雜物堆積形成。從美國法院的判例進行分析，其做出裁定的依據(jù)是美國在河口擁有強有力的秩序和排他性效力。根據(jù)《奧本海國際法》的規(guī)定，如果島嶼產(chǎn)生在領(lǐng)海內(nèi)，即為添附沿海國的土地，領(lǐng)海的范圍從該新生島嶼的海岸起算。1現(xiàn)實的判例和傳統(tǒng)國際法理論也為人工島嶼能否作為劃界的依據(jù)添加了不確定性。

三、國際法中海上人工島嶼的權(quán)利與限制

（一）“填海式”海上人工島嶼權(quán)利范圍小于自然島嶼

UNCLOS對建造人工島嶼之后所應(yīng)該享有的權(quán)利少有規(guī)定，僅規(guī)定有沿海國可以對建造、使用管理人工島嶼享有專屬權(quán)利。EEZ內(nèi)的人工島嶼、設(shè)施和結(jié)構(gòu)，沿海國對這種人工島嶼、設(shè)施和結(jié)構(gòu)應(yīng)有專屬管轄權(quán)，包括有關(guān)海關(guān)、財政、衛(wèi)生、安全和移民的法律和規(guī)章方面的管轄權(quán)。UNCLOS第56條、第77條規(guī)定了沿海國在EEZ和大陸架中對于人工島嶼的權(quán)利和義務(wù)，包括對于人工島嶼、設(shè)施和結(jié)構(gòu)的建造和使用。而對于海上人工島嶼本身享有的權(quán)利，UNCLOS及其他國際法公約并未涉及。而根據(jù)UNCLOS，人工島嶼只能擁有500米的海上安全區(qū)，不得擁有領(lǐng)海、毗連區(qū)、專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架等區(qū)域權(quán)利。筆者認(rèn)為，判定海上人工島嶼的權(quán)利范圍首先需要判定人工島嶼的類型，即其屬于“擴建式島嶼”抑或是“填海式島嶼”，如果是“填海式島嶼”，不論其填海的區(qū)域位于領(lǐng)海或EEZ，其毫無疑問屬于UNCLOS下的人工島嶼，其權(quán)利范圍小于自然島嶼，無法確定領(lǐng)海、毗連區(qū)等權(quán)利。而如果人工島嶼屬于“擴建式島嶼”，其權(quán)利的基礎(chǔ)取決于其擴建前的島礁的性質(zhì)，如果擴建前為島嶼，則其擴建行為認(rèn)定為對于島嶼的改良，享有自然島嶼所擁有的權(quán)利。

（二）海上人工島嶼承擔(dān)的義務(wù)比自然島嶼的責(zé)任程度更高

對于國際法文件的解釋原則，根據(jù)國際法院在“伊拉克與土耳其邊界案”中做出的裁決，在相關(guān)條約措辭并不清晰的情況下，根據(jù)當(dāng)事國做出的可接受的解釋里，可以選擇附有“最小義務(wù)”的解釋。2即使按照“最小義務(wù)”理論，人工島嶼受到的約束和安全限制遠多于人工島嶼享有的相應(yīng)法律權(quán)利。

UNCLOS第60條規(guī)定國家負(fù)有義務(wù)保證人工島嶼的安全性，維護船舶通行及人工島嶼本身的穩(wěn)固。人工島嶼、設(shè)施或結(jié)構(gòu)的建造，必須妥為通知，并對其存在必須維持永久性的警告方法。已被放棄或不再使用的任何設(shè)施或結(jié)構(gòu)，應(yīng)予以撤除，以確保航行安全。可采取建造相關(guān)設(shè)施形成安全地帶，“這種地帶從人工島嶼、設(shè)施或結(jié)構(gòu)的外緣各點量起，不應(yīng)超過這些人工島嶼、設(shè)施或結(jié)構(gòu)周圍五百公尺的距離，但為一般接受的國際標(biāo)準(zhǔn)所許可或主管國際組織所建議者除外”。人工島嶼的存在和消滅都是在人工干預(yù)的情況下進行的，若無妥善的預(yù)警公示，很有可能對國際航行安全造成非常大的消極影響，故UNCLOS對人工島嶼的安全性問題用了5款（第60條第3款至第7款）的篇幅，要求各國予以尊重并遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

除以上義務(wù)外，沿海國在修建人工島嶼時，還要考慮海洋生物資源養(yǎng)護、環(huán)境保護、他國權(quán)利等多方面的內(nèi)容。不可妨礙船只無害通過，必須保護航行和飛越自由權(quán)利。如根據(jù)UNCLOS第78條的規(guī)定，沿海國在大陸架修建人工島嶼時，不得干擾、侵害航行或他國權(quán)利和自由。根據(jù)UNCLOS第194條第98款的規(guī)定，修建人工島嶼必須考慮環(huán)境保護的需要。針對建造人工島嶼產(chǎn)生的環(huán)境侵害問題，《生物多樣性公約》（Convention on Biological Diversity）要求以保護珍貴生物資源為前提去開發(fā)利用海洋資源；對生物多樣性影響嚴(yán)重的人工島嶼項目需要慎重建設(shè)利用。不僅僅是國際法上承擔(dān)的義務(wù)，國內(nèi)法也對人工島嶼的開發(fā)做了諸多限制。2001年《中華人民共和國海域使用管理法》對我國海洋進行功能劃區(qū)，制定使用海域的申請和審批制度。2008年《中華人民共和國防治海岸工程建設(shè)項目污染損害海洋環(huán)境管理條例》加強了對違法工程的懲罰力度，規(guī)定了應(yīng)先提交海岸工程建設(shè)項目環(huán)評報告的制度，經(jīng)有關(guān)部門審核后才可開工建設(shè)。受其本身性質(zhì)與特點的影響，同自然島嶼相比，海上人工島嶼具有的義務(wù)要遠遠多于自然島嶼。

（三）海上人工島嶼劃界的“宿主理論”

根據(jù)UNCLOS第121條的規(guī)定，“島嶼”與“巖礁”在法律屬性上有極大差異。島嶼的存在對國家主權(quán)意義重大，一個島嶼能夠擁有1550平方公里領(lǐng)海甚至43萬平方公里的EEZ。1而巖礁只能享有領(lǐng)海和毗連區(qū)嗬，人工島嶼享有的權(quán)利就更為稀少，僅能擁有半徑500米的安全區(qū)。由于權(quán)屬差距巨大，日本通過《領(lǐng)海法》和《漁業(yè)水域暫定措施法》將沖之鳥礁定義為“島嶼”，設(shè)立了領(lǐng)海和專屬漁業(yè)水域。日本于2012年向聯(lián)大提交關(guān)于沖之鳥礁的外大陸架劃界申請。對此，國際社會對于巖礁或人工島嶼轉(zhuǎn)變?yōu)椤皪u嶼”持極為審慎的態(tài)度，認(rèn)為此類活動可能是對人類共同財產(chǎn)的私有化。2如我國現(xiàn)在正在修建的美濟島工程，位于南沙群島中東部海域，目前島嶼面積已達6平方公里，預(yù)計全部工程完工后，陸地面積和瀉湖的面積共計將超過46平方公里。面積的改變必然會影響原先劃界基線形態(tài)，導(dǎo)致領(lǐng)海等權(quán)益的改變。出于國家利益的考慮，在島礁建設(shè)的過程中，國家意圖擴大領(lǐng)海的可能性要遠大于縮小管轄面積的可能。 筆者認(rèn)為，判斷人工島嶼能否作為劃界依據(jù)的關(guān)鍵是判定人工島嶼修建的地質(zhì)基礎(chǔ)，即人工島嶼的“宿主”。如果人工島嶼是在UNCLOS承認(rèn)的島嶼上擴建，則人工島嶼可以認(rèn)定為改善原有島嶼功能而改變的功能構(gòu)造，不影響原有島嶼的認(rèn)定，原有島嶼也不會因為人工島嶼的修建而改變成為人工島嶼，從而影響原有島嶼享有的權(quán)利。從地理的角度分析，包括中業(yè)島、太平島、南威島等擁有淡水的島嶼在內(nèi)的南沙群島，符合UNCLOS關(guān)于“島嶼”的定義。但人工島嶼在自然島嶼上的修建雖然能夠改變領(lǐng)?；€，但也不能無限擴大，如UNCLOS第47條群島基線的劃定中，不應(yīng)在任何明顯的程度上偏離群島的一般輪廓。如果依靠人工不斷擴大原有島嶼海岸線，將造成已相對穩(wěn)定的海洋區(qū)域劃分再起波瀾。在實踐中，筆者認(rèn)為以擴展后的領(lǐng)海范圍不超過人工島嶼設(shè)立前原有自然島嶼的毗連區(qū)為限，較易確定并劃分新的領(lǐng)海范圍，同時，不致一國領(lǐng)海因人工島嶼的修建而無限擴張其領(lǐng)海范圍。

而當(dāng)人工島嶼是完全在海床上填海而成的高出海面的固定設(shè)施，或者在暗礁上修建人工設(shè)施而高出海面，則不能根據(jù)公約認(rèn)定為自然島嶼的概念。傅成教授認(rèn)為，美濟礁、諸碧礁的“吹沙填?！笔菍u嶼的改良，曾母暗沙僅為海平面以下約10米之暗灘，在此基礎(chǔ)上搭建人工平臺屬于是人工島嶼，而不是島嶼。3實際上，UNCLOS已經(jīng)基本上將低潮高地和“純粹的人工島嶼”排除在外，所以人工島嶼想要通過適用自然島嶼的概念從而獲得相應(yīng)的權(quán)利是無法達成的。

四、我國海上人工島嶼制度的完善建議

中國海洋資源豐富、海岸線漫長，但受歷史影響，與東亞、東南亞諸國長期存在海權(quán)爭端。如何利用海上人工島嶼建設(shè)擴展本國海洋權(quán)益成為新一輪的“海洋圈地”運動的重要方面，迪拜等國已經(jīng)大面積的開發(fā)建造大規(guī)模的人工島嶼。海洋是國家戰(zhàn)略資源，有必要通過對于權(quán)利義務(wù)閾值的分析，對人工島嶼的建設(shè)尋找依據(jù)；對人工島嶼的管理和開發(fā)，確定權(quán)利義務(wù)界限。

（一） 繼續(xù)擴大建設(shè)我國南海諸島礁

國家獲得領(lǐng)土有五種形式：發(fā)現(xiàn)或先占、割讓、添附、征服和長期占有。1通過擴建原有島礁建設(shè)人工島嶼的行為，可以認(rèn)定為添附。2而通過設(shè)置軍事和民用設(shè)施，我國可以實現(xiàn)長期有效控制。在1933年“東格林蘭島法律地位案”中，確定有效控制必須具備兩個要件：持續(xù)實施控制行為的意愿和實際展示控制目的的行為。3默許、承認(rèn)是國際法上的一般原則。4而一國出于國家利益的考量，在本國領(lǐng)海內(nèi)利用人工擴建島嶼，而且這種擴建的目的、手段合法，且未造成其它國家利益受損，這種擴建島嶼的行為符合“謹(jǐn)慎主權(quán)”，5可以認(rèn)定為合法。在南海島礁的建設(shè)過程中，我國通過不斷建設(shè)島礁而實現(xiàn)對于島嶼的不間斷占領(lǐng)，從而實現(xiàn)有效的主權(quán)管轄。其它國家在我國建設(shè)的時期內(nèi)并沒有提出明確的反對意思表示，可以認(rèn)為其同意、接受我國的島礁建設(shè)行為。而依照UNCLOS，擁有海域管轄權(quán)的國家，享有對海上人工島嶼管轄權(quán)，中國在領(lǐng)海、毗連區(qū)、EEZ、大陸架上建設(shè)海上人工島嶼是國際法賦予的基本權(quán)力。我國在行使建設(shè)海上人工島嶼的權(quán)利同時，也在履行國際法義務(wù)。根據(jù)我國《專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架法》第11條規(guī)定，在守法前提下，任何國家在我國EEZ內(nèi)均享有航行、飛越自由的權(quán)利，這當(dāng)然也包括我國的海上人工島嶼。因此，我國在已有島嶼的基礎(chǔ)上建設(shè)人工島嶼符合國際法規(guī)定，在國際法規(guī)定的權(quán)利閾值內(nèi)，是不容他國質(zhì)疑的。

（二） 科學(xué)界定概念、明晰權(quán)益閾值

在現(xiàn)行公約均無對于人工島嶼的通用解釋時，利用法律解釋權(quán)將為我國帶來實際利益。國際上有學(xué)者提出，人工島嶼與類似設(shè)施最大的區(qū)別在于人工島嶼使用堆積的方式修建，6從目前已有的人工島嶼修建方式分析，人工島嶼基本使用砂石等物料填埋堆積而成。筆者認(rèn)為這也是判定人工島嶼的重要因素。在區(qū)別人工島嶼與自然島嶼的過程中，是否“自然形成”是貌似明顯的標(biāo)準(zhǔn)，而“自然形成”是指完全依靠地質(zhì)運動形成還是依靠自然物料形成即可，會對人工島嶼的認(rèn)定產(chǎn)生巨大的分歧。筆者認(rèn)為，自然島嶼是完全依靠地質(zhì)運動和水文活動而產(chǎn)生形成的，人工島嶼雖然使用了海床泥土、礁石為原料，但因為人類活動的干預(yù)，依然不能改變其人工島嶼的性質(zhì)。根據(jù)“宿主理論”，我國在南海七處島嶼的填海擴建人工島嶼的行為，不會改變原有島嶼的自然性質(zhì)，僅僅是對原有島嶼的改良應(yīng)用，我國島嶼擁有的領(lǐng)海、毗連區(qū)、EEZ、大陸架的權(quán)利并不會因為擴建人工島嶼的行為而縮水。如華陽礁原有面積為東西長3海里，面積為8平方公里，在華陽礁北端，有一些礁石高出線1.2至1.6米的巖石矗立。經(jīng)過不斷吹填，目前，華陽礁的陸地面積已有231，100平方米，遠大于其自然島嶼形態(tài)。即使從已有設(shè)施分析，我國在所有七處擴建的島嶼上均修建有永久性的燈塔，燈塔作為人工設(shè)施，符合UNCLOS關(guān)于劃界的基線標(biāo)準(zhǔn)。妄圖通過認(rèn)定我國擴建島嶼而運用UNCLOS第60條規(guī)定，將我國原有島嶼認(rèn)定為僅有500米安全距離的人工島嶼是站不住腳的。2014年3月，菲律賓單方聲稱非法坐灘于仁愛礁的軍艦作為永久設(shè)施部署于此，諸如此類的行為無法認(rèn)定為海上人工島嶼的建設(shè)，無法享有海上人工島嶼具有的權(quán)利。7

（三） 制訂《海洋基本法》，完善對海上人工島嶼的國內(nèi)法支持

國內(nèi)有關(guān)海權(quán)的法律的淵源來自國際法，而國內(nèi)法的規(guī)定又將直接規(guī)劃指導(dǎo)現(xiàn)實海權(quán)斗爭，但我至今沒有統(tǒng)一的《海洋基本法》，缺少對于建設(shè)人工島嶼的合法性支持和法律制度性保障。目前，我國僅有《中華人民共和國海島保護法》作為國家加強海島管理的法律，而現(xiàn)行法規(guī)已不能滿足實踐發(fā)展的需要，甚至同我國在南海擴建人工島嶼的行為相抵觸，如《海島保護法》第38條規(guī)定，禁止破壞國防用途無居民海島的自然地形、地貌及其周邊地形、地貌。直接與我國現(xiàn)行擴建島礁的行為形成矛盾，在未來制訂《海洋基本法》過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮情勢的變化與環(huán)境的發(fā)展，廢除不合時宜的法律規(guī)定，以免落人口實。另一方面，《海洋基本法》在規(guī)制海上人工島嶼的制定過程中，應(yīng)當(dāng)吸收人類已有先進立法經(jīng)驗，如UNCLOS中的群島法律制度，南海島礁符合UNCLOS第46條第2款“群島”的定義。而國際社會早已在群島的利用和劃分上做出了先例，如加拿大設(shè)立的北極群島、挪威設(shè)立的斯匹次卑爾根群島等。通過制訂《海洋基本法》，完善對于海上人工島嶼建設(shè)的合法性依據(jù)，為海上人工島嶼的管理和設(shè)立提供法律保障。