水下冲击伤的特点及研究
犬水下冲击伤后血糖变化与肺损伤的关联分析
犬水下冲击伤后血糖变化与肺损伤的关联分析（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）作者：严军，蒋建新，周继红，杨志焕，王正国，李晓炎，宁心，张波，刘大维，董蕻，王峰，张良，杨在亮，杨列【摘要】目的探讨水下冲击伤后血糖的变化特点及其与肺损伤的关联分析。
方法成年杂种犬29只，分为3组，分别垂直于水面布放于离爆心10.36m（A组，12只）、12.79m（B组，12只）和15.25m（C组，15只）处。
爆心置TNT炸药，于水下3m爆炸。
分别检测各组别犬伤前、伤后1、4、24小时等时相点血糖水平，同时观察动物肺损伤情况，利用SPSS13.0软件对结果进行统计分析。
结果水下冲击伤后各组别、各时相点血糖水平变化显著，多集中于伤后1小时；伤后1小时血糖水平与肺伤情有一定关联性。
结论水下冲击伤后血糖水平的变化值得特别关注，并可在一定程度上有效预测肺伤情的发展。
【关键词】冲击伤；肺损伤；血糖Change of blood sugar level and its relationship with pulmonary injury after underwater blast injury in dogsYAN Jun,JIANG Jian xin,ZHOU Ji hong,YANG Zhi huan,WANG Zheng guo,LI Xiao yan,NING Xin,ZHANG Bo,LIU Da wei,DONG Hong,WANG Feng,ZHANG Liang,YANG Zai liang,YANG Lie(State Key Laboratory of Trauma,Burns and Combined Injury,Institute of Traffic Medicine,Department 4,Instituteof Surgery Research,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing 400042,China)【Abstract】Objective To explore the relationship between change of blood sugar level and pulmonary injury following underwater blast injury.Methods Twenty nine adult hybrid dogs were divided into 3 groups randomly,placed perpendicularly on water surface 10.36m (A group),12.79m (B group) and 15.25m (C group) far from the detonation point respectively.The explosion of TNT was taken 3m under water.Blood sugar level (glucose,GLU) was measured in different time points,including pre injury,post injury 1hour,4hours,and 24hours,meanwhile pulmonary injury condition of animals was observed.The acquired data were statistically analyzed by SPSS 13.0 software.ResultsThe change of GLU was significant after underwater blast injury,especially post injury 1hour.Furthermore,the relationship between GLU post injury 1hour and pulmonary injury severity was closed.Conclusion It is necessary to pay more attention to GLU which changes significantly after underwater blast injuries.The development of lung injury could be predicted by GLU to some extent.【Key words】blast injury;pulmonary injury;blood sugar水下冲击伤是由各类武器（如水雷、鱼雷、炸弹、航弹和导弹等）水下爆炸形成的水下冲击波所引起［1］。
战伤病理学第二章冲击伤解读
（二）心脏的损伤 出血、气体栓塞、心肌梗死、右心急
性扩张、右心破裂
（三）腹腔脏器的损伤 空腔脏器：内爆效应可致胃、肠穿孔。
常见病变是浆膜下及粘膜 层出血。
含液体的脏器：损伤轻，重者膀胱破裂。
日本受原子弹袭击：早期死亡人员60%主要是因冲击伤存活的伤员中有70%有冲击伤。
二、冲击波传导方式： 空气冲击波：经空气传导的冲击波称为空气冲击波致伤作用来自单侧，向着爆炸面。 水下冲击波：经水传导的冲击波称为水下冲击波致伤作用来自各个方向，弥漫性损伤。 固体冲击波：经固体传导的冲击波称为固体冲击波。接触部分损伤，如骨折等。
4.由于大量血浆向组织间隙外渗，常导致全身有效 循环血量减少。
5.肌肉的损伤: 大体：肌纤维肿胀、横纹模糊、坏死、断裂、局部水肿，间质充血、出血、炎细胞浸润，重者可见块
状肌肉坏死、苍白质软、似鱼肉状。
由于局部组织细胞的破坏肌红蛋白、肌酸、肌酐、钾离子、磷酸根释放到细胞外液而被吸收入血液 循环损害肾脏全身代谢性性酸中毒。
水中毒 由与摄入水、内生水不能通过肾脏排除所致，表现为周围组织水肿或肺水肿，有可能 导致心力衰竭。
低血钠 血钠的总量并不低，主要是被体内蓄积过多的水分所稀释，造成稀释性低血钠症。
高血钾 是由于受损细胞内的钾进入细胞外液，又不能经肾脏排除所致。过高的血钾可以抑制 心脏活动，引起心率缓慢，或传导阻滞，严重时出现心房扑动或心室颤动或心跳停顿。
谢谢
战伤病理学第二章冲 击伤解读
第二章 冲击伤
一、概念：
冲击伤（Blast Injury）指冲击伤波作用于机体所造成的损伤。核武器及重型炸弹爆炸的瞬间 释放出巨大能量，使爆心的压力急剧增高并借气体、液体、固体等介质向周围迅速扩散，形成一种高压 高速的冲击波。冲击波具有很大的动能，可以直接或间接作用于机体引起冲击伤。
在水下爆炸冲击波作用下的新型冲击因子
在水下爆炸冲击波作用下的新型冲击因子水下爆炸是一种常见的爆炸形式，它在水下环境中产生的冲击波对周围环境和结构物造成了巨大的影响。
在水下爆炸冲击波作用下，会产生许多冲击因子，这些因子对于研究水下爆炸的影响和防护措施具有重要意义。
一、冲击波传播特性水下爆炸冲击波的传播特性是研究冲击因子的基础。
冲击波在水中传播时，会受到水的阻力和粘滞力的影响，使得冲击波的能量逐渐减弱。
此外，水的密度和压力也会对冲击波的传播产生影响。
因此，研究冲击波在水中的传播特性，可以帮助我们了解水下爆炸对周围环境和结构物的影响程度。
二、冲击波压力水下爆炸冲击波的压力是造成冲击因子的主要因素之一。
冲击波的压力与爆炸源的能量、距离和介质特性等因素相关。
在水中，冲击波的压力会随着距离的增加而减小，但相对于空气中的爆炸来说，水下爆炸的压力更加集中和强大。
因此，在水下爆炸冲击波作用下，周围环境和结构物所承受的压力将会很大，这是造成冲击因子的重要原因之一。
三、气泡效应水下爆炸冲击波产生的气体会形成气泡效应，这也是造成冲击因子的重要因素之一。
在爆炸发生后，爆炸源周围的水会迅速蒸发形成气体，而这些气体会形成一个或多个气泡。
这些气泡在上升过程中会带动周围的水形成一个巨大的气泡云，并造成剧烈的涡流和压力变化。
这种气泡效应会对周围环境和结构物产生巨大的冲击力和摩擦力，从而造成冲击因子。
四、声波效应水下爆炸冲击波产生的声波也是造成冲击因子的重要原因之一。
爆炸产生的冲击波会引起周围水分子的振动，从而形成声波。
这些声波在水中传播时会引起压力变化和震动效应，对周围环境和结构物产生影响。
声波效应不仅会造成物体振动和位移，还会对水下生物产生伤害。
因此，在进行水下爆炸研究时，需要考虑声波效应对周围环境和结构物的影响。
五、沉积物悬浮水下爆炸冲击波作用下，爆炸产生的能量会使得底部沉积物悬浮起来，形成一个底部悬浮云。
这种沉积物悬浮现象会对周围环境和生态系统产生影响。
沉积物悬浮不仅会改变水质，还会对水下生物产生伤害，并且对于海底设施和管道等结构物也会造成损坏。
水下爆破冲击波危害及安全控制措施的模拟分析
收稿日期 : 2010 06 21 作者简介 : 陈春歌 ( 1986
修回日期 : 2010 08 04 ) , 女 , 硕士研究生 , 主要研究方向为安全工程及技术。 E mail: ch ench unge_2008@ 163. com
第1期
陈春歌等 : 水下爆破冲击 波危害及安全控制措施的模拟分析
60
安全与环境工程
第 18 卷
部的传播 , 底部炮孔应力场出现衰减 , 599. 8 s 时, 底部两炮孔应力场在呈球状传播过程中出现交汇, 随后进一步衰减, 应力场在炮孔轴线处出现最大值, 此时冲击波对底部的破坏作用最大[ 见图 4 中( b) ] ; 1 199. 5 s 时, 应力场由炮孔底部传至炮孔顶部 , 并 以球形状在顶面传播 , 此时冲击波对建筑物的顶面 的破坏作用较大 [ 见图 4 中 ( c) ] , 2 239. 8 s 时, 两 炮孔的应力场在岩体顶部再次发生交汇 , 且交汇范 围随时间进一步扩大 , 此时冲击波的破坏作用最大 [ 见图 4 中( d) ] ; 随后, 3 个炮孔爆破产生的应力场 均发生衰减 , 爆破作用即将结 束时, 应 力场范围最 小 , 有效应力值最大的单元出现在炮孔轴线处。
的许多领域, 如水电站、 港口码头、 桥梁建造, 海洋湖 泊、 运河港湾航道的疏通 , 以及大坝的修建、 沉船的 打捞等领域。水下爆破作业在给工程建设带来极大 便利的同时, 由于其在装药结构、 起爆方式、 爆破环 境、 冲击波的传播途径上的复杂性和特殊性, 使得较 之陆上爆破作业具有更复杂的作用机理, 也带来了 许多安全问题。水下爆破理论研究起步较晚, 发展 也不是很完善, 使得人们无法预测爆炸本身对周边 环境的影响, 特别是陆上建筑物受爆破冲击波的影 响, 这对水下爆破作业过程中的安全控制造成了很 大的困难。 因此, 水下爆破作业的安全问题研究显 得尤为重要。
水下爆炸冲击波对有生目标的一种致伤评估模型
水下爆炸冲击波对有生目标的一种致伤评估模型覃彬;王舒;金永喜;马育敏【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(0)S1【摘要】建立水下冲击致伤模型对评估水下人员目标伤亡率、目标防护、评估武器杀伤能力与改进装备等具有重要意义。
从水下爆炸冲击波对有生目标的致伤机理出发,结合模拟反蛙人弹药的水下爆炸实验,分析超压、冲量与能量密度等物理量用于有生目标致伤评估的优点与不足。
提出了用有效冲量I_e替代冲量I作为评估参量的基本思路和方法。
基于生物水下爆冲伤实验数据,分析了冲击波参量与致伤失能概率的关系,给出了有效冲量目标50%失能的有效冲量阈值:232.276 Pa/s.在此基础上,建立了基于波尔兹曼函数描述的"冲量-失能水平"致伤评估模型。
所建立的评估模型具有实用性。
【总页数】5页(P71-75)【关键词】兵器科学与技术;水下爆炸;冲击波;有生目标;致伤评估模型【作者】覃彬;王舒;金永喜;马育敏【作者单位】中国兵器工业第208研究所;中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TJ410;TJ6【相关文献】1.水下爆炸对水下目标的毁伤评估研究 [J], 胡俊波;张志华;李庆民2.椭球罩作用下的水下爆炸冲击波反射聚焦模型 [J], 郭锐;刘磊3.小药量水下爆炸对水下目标的毁伤有效值评估 [J], 张志华;钟强晖;李庆民4.小当量战斗部爆炸冲击波对有生目标的毁伤效应分析 [J], 李川;陈海斌;张亮;聂丛林;何有为5.小当量战斗部爆炸冲击波对有生目标的毁伤效应分析 [J], 李川;陈海斌;张亮;聂丛林;何有为因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
introduction to underwater explosions research
introduction to underwater explosionsresearch水下爆炸是涉及水下疏散、水下装置和水下试验等广泛领域的重要研究课题。
本文将探讨水下爆炸的基本原理、影响因素以及其在巢湖应急救援和海底油气开发中的应用。
一、水下爆炸的基本原理水下爆炸是指在水下环境中发生的爆炸事件。
其基本原理与陆地爆炸相似，但由于水下环境的特殊性，爆炸波传播、能量释放和破坏效应具有独特性。
1. 爆炸波传播：水下爆炸时，爆炸波经历冲击波、压缩波和射线波三个阶段。
冲击波以高速度传播，并在遇到阻力时转化为压缩波。
压缩波随着距离的增加逐渐减弱，而射线波则沿水下进行远距离传播。
2. 能量释放：水下爆炸的能量释放与气体爆炸不同，大部分能量被转化为水中动能和分子振动能量。
水分子的振动会引起冲击效应，对周围物体产生破坏。
3. 破坏效应：水下爆炸的破坏效应与气体爆炸不同。
由于水的高密度和不可压缩性，爆炸波在水下波速较低，但对物体的冲击力较大。
同时，水的等效体积较高，使得水中破坏范围更广。
二、影响水下爆炸的因素水下爆炸的效果受多种因素影响，包括爆炸物质的种类、深度、距离、水质、水下结构物等。
以下是一些主要影响因素的介绍。
1. 爆炸物质的种类：不同种类的爆炸物质在水下爆炸时会产生不同的效果。
高爆炸物质（如TNT）的破坏力强，而低爆炸物质（如黑火药）则相对较弱。
2. 深度和距离：爆炸发生的深度和与目标物的距离会影响爆炸波的传播和破坏效果。
较浅的爆炸会导致更大范围的瞬时压力巨大的压缩波波前。
3. 水质：水中的盐度、温度和浊度等因素会影响爆炸波传播的速度和能量损失。
盐度高和浊度低的海水对爆炸的传播具有较好的媒介效果。
4. 水下结构物：水下结构物，如舰船、海洋平台等，会在爆炸波传播过程中产生反射和散射现象，从而影响周围区域的破坏效果。
三、巢湖应急救援中水下爆炸的应用巢湖是我国重要的内陆湖泊之一，水下爆炸的研究对巢湖的水下应急救援具有重要意义。
水下钻孔爆破水中冲击波有害效应对周围环境影响研究
水下钻孔爆破水中冲击波有害效应对周围环境影响研究作者：代显华来源：《中国水运》2018年第03期摘要：本文针对水下钻孔爆破的特点，为研究水下钻孔爆破水中冲击波有害效应影响规律，建立临近桥墩和临近船舶多孔水下钻孔爆破三维计算模型，采用ANSYS/LS-DYNA爆破模拟软件，获取水中结构速度、加速度、应力以及应变等动力响应特征，得到水下钻孔爆破水中冲击波有害效应影响规律，为现场实施提供理论参考。
关键词：水下钻孔爆破；水中冲击波；有害效应；周围环境；影响中图分类号：X57 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0076-02水下钻孔爆破产生的水中冲击波对周围的建筑群、船舶乃至渔业等都会产生比较大的影响。
为了研究水下钻孔爆破水中冲击波有害效应，本文将以桥墩、船舶、鱼群等为研究内容，深入全面探讨水中冲击波的有害效应。
1 水中冲击波有害效应对桥墩影响分析相对于陆地上的多种钻孔方式，水下钻孔爆破的钻孔方式比较单一，为了钻孔方便，水下钻孔爆破基本是垂直钻孔方式，此时炮孔内炸药产生的能量是向四周均匀的传播，水中冲击波传播规律具有对称性。
水中冲击波对桥墩的影响是比较大的，它的有害效应，直接威胁着桥墩的整体安全与可靠性。
1.1 水中冲击波的传播规律临近桥梁水下钻孔爆破不同时刻水中冲击波压力不同，柱状药包在0μs时刻由药卷中部起爆后；在t=49.935μs时刻，爆轰应力波迅速向药柱两端扩展；在t=99.958μs时刻，爆轰压力冲出炮孔，能量释放在水域中形成水中冲击波，在药柱两端爆轰压力是以球状向四周扩散，而中间以轴对称柱状向外扩散；在t=599.94μs之后，随着距离的增大，柱状药包爆轰压力逐渐变成球状向外扩散。
炸药爆炸后，桥梁受到地震波与水中冲击波的协同作用，导致了桥墩端部明显的较大压力。
因此，水下钻孔爆破有害效应对于桥梁结构安全的影响应该考虑两者的协同作用。
1.2 桥墩速度、加速度响应分析由于桥墩受到地震波和水中冲击波的协同作用，协同作用下桥墩各个方向的响应均有不同程度的增大，而以沿水中冲击波的传播方向增大最多。
水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护研究
第12期2020年12月广东水利水电G U A N G D O N G WA T E R R E S O U R C E S A N D H Y D R O P OW E RN o .12D e c .2020水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护研究朱 泰1,邸凌杰2(1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074;2.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074)摘 要:该文从两个方面对水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护展开研究:一是通过现场实验观测的方法,对冲击波作用下的鱼类损伤进行了研究,总结了鱼类的损伤机理㊁损伤特征以及致死率;二是着重对爆破冲击波的生态安全防护进行了研究,给出了冲击波的生态安全临界压力和鱼类安全距离的估算方法;此外,还通过工程现场实验的方法,证明气泡帷幕可以将冲击波的压力削减80%~90%,对爆破工程周边的生态环境起到明显的防护效果㊂本研究对保护航道整治工程周边的鱼类及其生存环境的安全具有重要的参考价值,对内河航道的生态安全建设具有积极的推动作用㊂关键词:生态航道;爆破冲击波;鱼类损伤;生态防护中图分类号:O 383+.1;S 931.3 文献标识码:A 文章编号:1008-0112(2020)12-0019-04收稿日期:2020-07-17;修回日期:2020-08-10基金项目:重庆市研究生科研创新项目(编号:C Y S 20281)㊂作者简介:朱泰(1995-),男,硕士研究生,从事生态航道建设研究工作㊂在航道整治工程中,尤其在礁石量巨大的山区航道中,需要采用施工效率较高的水下爆破方式对碍航礁石进行清除以保证航道的安全通航能力[1]㊂但是爆破清礁会对河流生态环境造成严重影响,主要是其产生的冲击波会导致附近鱼类的损伤[2-3]㊂而国内这方面研究较少,适用于实际工程的鱼类安全临界指标还不明确,无法判断爆破对鱼类的具体影响范围㊂所以,为进一步贯彻落实 节水优先㊁空间均衡㊁系统治理㊁两手发力 的新时代水利工作方针和党的十九大生态文明建设精神[4],切实解决水利工程存在的生态问题,开展水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护研究具有重要的现实意义,是发展生态环保㊁实现可持续发展的必然要求㊂1 水下爆破冲击波对鱼类的损伤研究1.1 鱼类损伤机理冲击波会导致爆破中心周边产生瞬间的高压,并以波的形式向外传递㊂由于鱼体的密度与水的密度相似,冲击波通常会直接穿过鱼体进行传递㊂当冲击波产生的超高压与超低压交替产生的振动传递到鱼体内的空气腔时,由于空气具有很强的可压缩性,空气腔壁可能在压力作用下产生严重形变,进而导致其撕裂或破碎[5]㊂笔者对爆破现场的死亡鱼类进行了解剖检验,主要对鱼类的鱼鳔等内脏进行了观测(如图1所示),结果表明,只有少数爆破中心附近的鱼体表受到明显创伤,大多数被水下爆破杀死的鱼体色正常,体表完整无擦伤,但内脏表面通常呈淡绿色或绿色液体,胆囊破裂,鱼鳔破裂,部分鱼的脑血管明显充血(死亡鱼类的损伤情况如图2所示)㊂图1实验鱼类及鱼鳔示意图2 实验鱼类损伤示意㊃91㊃1.2鱼类损伤特征现场观测试验表明,冲击波会导致鱼类产生以下反常的特征状态㊂1)行为特征:水下爆破冲击波会大大降低鱼类的游动能力,使其行动缓慢麻木,甚至死亡,有些鱼会失去平衡,腹部向上或侧向在水面游动,可能是由于神经系统受损㊂2)解剖特征:水下爆破冲击波会导致鱼类内脏器官损伤出血甚至破碎㊂鱼鳔是最容易受到损伤的器官,除此之外,还有肝㊁胆㊁脾㊁肾等内脏器官㊂3)生理特征:研究表明鱼类的激素水平㊁体温㊁血压等指标均可能受水下爆破冲击波的影响产生变化[6],具体影响程度还有待研究㊂1.3鱼类死亡率的影响因素在水下爆破冲击波作用下,影响鱼类死亡率的因素主要有以下几个方面㊂1)冲击波压力研究发现死亡率随着爆心距的增大而逐渐减小㊂尚龙生等人[7]曾对生命力较强的鲫鱼和鲇鱼进行了4k g硝铵炸药水下爆炸试验,结果显示,距离爆炸中心20m以内的鱼类100%当场死亡;距离爆炸中心40m左右的鱼类33%当场死亡;距离爆炸中心50m 以外的鱼基本没有死亡㊂K e e v i n等人[8]曾选择蓝鳃太阳鱼进行了两组小药量的水下爆破实验,结果显示,鱼类在距离爆破中心35m以内时,基本全部死亡;在距离45m以外时,基本不受爆破影响㊂这种鱼类损伤程度随距离的增加而减弱的规律完全符合冲击波峰值压力随距离递减的传播特征[9-11]㊂因此可知,冲击波对鱼类的致死率与其峰值压力呈正相关关系㊂不同冲击波压力作用下的鱼类损伤情况见表1㊂表1不同冲击波压力下鱼类损伤情况冲击波压力/105P a2.0~3.53.5~7.0>7.0损伤情况少数鱼类受伤大部分鱼类受伤,部分致死几乎全部鱼类受伤,且很少存活2)鱼群种类蒋玫等[12]曾选择梅童㊁白姑鱼和鮸鱼等石首科鱼类进行水下爆破作用下的死亡率观测试验,并与其他鱼类进行对比㊂结果显示,在水下冲击波压力为0.058M P a的情况下,对爆破冲击波较为敏感的石首科鱼类100%当场死亡;而其他科属鱼类在冲击波压力分别为0.293M P a㊁0.075M P a㊁0.058M P a的情况下,在24h后的死亡率分别约为20%㊁10%㊁3%㊂因此,冲击波对鱼类的致死率存在明显的种间差异㊂导致这种差异的主要因素是不同鱼类的内脏生理结构不同㊂石首科鱼类由于具有耳石,因此对冲击波压力更加敏感㊂对于大部分鱼类,最容易受到冲击波损伤的器官就是充满空气的鱼鳔,因此,无鳔鱼类和鱼鳔较小的鱼类一般具有有较强的抵抗爆破冲击的能力㊂而鱼鳔较大㊁鱼鳔连接较为松散或鱼鳔壁较薄的鱼类更容易受到冲击波损伤[13]㊂此外,活动水域靠近水面的鱼类比深水鱼类更易受冲击波的作用导致损伤,这是因为冲击波在水面反射,可能对靠近水面的鱼类造成二次损伤[14]㊂3)个体大小体重较轻的鱼类比体重较重的鱼类更容易在爆破中受到伤害[15]㊂相比较于大型幼鱼和成年鱼,幼鱼更容易受到水下爆破冲击波的影响,特别是有鱼鳔的幼鱼㊂4)约束状态根据实测研究发现,处于自由状态的鱼类对水下爆破冲击波的承受能力要强于受约束状态的鱼类㊂这可能是由于自由状态的鱼类一般在礁石等掩蔽物周边活动,且在感受到爆破时做出一定躲避㊂而网箱养殖鱼类处于约束状态承受冲击波的全部作用,且应激反应使它们在鱼笼内乱窜[16]造成严重的损伤㊂同时,鱼笼中的水流紊动也会对鱼类造成伤害㊂5)死亡率的延迟性对爆破实验后的鱼类死亡率进行统计,发现当场的死亡率较爆破后4h以及24h的致死率要低,即死亡率随爆破后时间的推移缓慢增加㊂这是因为鱼类受到冲击波影响后的体腔出血和器官破裂可能随时间的延续愈发严重甚至导致组织坏死,进而导致部分鱼类死亡㊂此外,鱼类器官损伤可能影响鱼类正常游泳活动或捕食活动,从而死亡㊂以鱼鳔为例,一旦鱼鳔受损,鱼类将无法完成在水中上浮㊁下沉或悬停的游泳行为,使其在捕获猎物和躲避捕食者方面可能处于严重的劣势,最终导致死亡㊂㊃02㊃2020年12月第12期朱泰,等:水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护研究N o.12 D e c.20202水下爆破工程的生态防护研究为了减轻冲击波对鱼类的损伤作用,保护工程周边的生态环境,需要对水下爆破工程的生态防护措施进行研究,主要有以下方面㊂2.1冲击波压力的生态安全控制为了预防并减少水下爆破冲击波对鱼类的损伤,可以通过优化爆破施工设计以及采用微差钻孔爆破等先进工艺减少工程炸药量,控制爆破冲击波的峰值压力,从而实现鱼类的生态防护㊂研究表明,当冲击波压力在0.05M P a以上时,会对部分鱼类造成损伤;在0.03M P a以上时,可能对鱼类的神经系统造成影响[17]㊂因此,对于一般的内河航道工程,可以取0.03M P a作为其生态安全临界压力值;如果工程周边有养殖场或产卵场,为确保安全可以取0.02M P a 作为其生态安全临界压力值㊂不同鱼类可承受的压力值见表2㊂表2不同鱼类的安全临界压力M P a 安全控制标准鱼类品种自然状态网箱养殖高度敏感石首科鱼类0.010.005中度敏感鲈鱼㊁梭鱼㊁石斑鱼0.03~0.0350.02~0.025低度敏感野鲤鱼㊁鲟鱼㊁冬穴鱼0.035~0.050.025~0.04 2.2鱼类的安全距离为保护爆破工程水域的鱼类,在施工前可以对周边鱼群的位置进行调查并确定附近是否有鱼类产卵场㊁索饵场及越冬场,同时,对鱼类的生态安全距离进行估算㊂根据这些结果可以对工程方案进行生态安全优化设计,从将爆破影响范围内的生态危害降到最小,确保工程的生态防护效果㊂针对有鳔鱼类,现有安全距离的估算公式如下[18]:R=42.3W-0.13f W0.28d0.22w (1)式中R为安全距离,m;W为炸药的重量,k g; W f为鱼的重量,k g;d w为爆破发生处的深度,m㊂该公式的结果表示炸药在水深较浅的水域中爆破时约90%鱼类存活的大致距离㊂而现在水下爆破工程多采用钻孔爆破,相比于传统水下爆破工艺,释放到水体中的能量更少,因此,该公式的计算结果较为可靠㊂对于不同炸药量工况下鱼卵和幼鱼的安全距离,加拿大渔业水域爆破物使用指南[19]中的规定见表3所示㊂表3不同炸药量下鱼卵及幼鱼的安全距离炸药量/k g距离/m0.515120545106525100501431002002.3生态安全防护设施在冲击波峰值压力难以控制且鱼类安全距离得不到保证的情况下,可采用一些生态安全防护设施对鱼类进行保护㊂现阶段较为有效的设施便是气泡帷幕装置,即在水底安装与空气压缩机相连接的有孔钢管,产生大量气泡形成空气壁,通过气泡振荡㊁气泡压缩性㊁隔绝热传导以及气泡与水之间的粘滞力来降低水中冲击波的能量㊂本文对长江三峡水利枢纽工程下游泄水箱涵出口的水下爆破开挖工程中的气泡帷幕使用效果进行了研究(见表4所示),由表4可见,冲击波压力在经过气泡帷幕时被削减了85%~95%,可以有效减少冲击波对周边鱼类及生态环境的有害影响㊂表4气泡帷幕前后冲击波压力对比测次药量/k g距离/m测点水深/m冲击波压力/M P a气泡帷幕前气泡帷幕后1151780.4820.0482152080.5250.0323151880.5180.0534152280.4230.0555151580.4580.0476151680.5330.0523结语水下爆破冲击波对生态环境具有严重的负面效应,其产生的超高压力会造成鱼类的鱼鳔等内脏器官损伤甚至死亡,因此需要对其进行生态安全防护㊂防护理念主要包括:①将爆破冲击波压力控制在鱼类安全临界压力之下;②根据鱼类的安全距离对工程进行生态优化设计;③安装气泡帷幕来减轻爆破工程的生态危害性㊂研究结果对于鱼类资源的保护具有积极意义,对航道的生态安全建设具有一定参考价值㊂㊃12㊃2020年12月第12期广东水利水电N o.12 D e c.2020参考文献:[1]王瑞兰,黄誉艳,刘惠康.某沉管工程水下基槽开挖施工方案比选探讨[J].广东水利水电,2017(5):39-44.[2]郑美燕.水利工程规划设计过程中需要考虑的生态环境因素[J].广东水利水电,2013(4):76-79.[3]张家福,黄汉禹,郑国权.滃江梯级水电站开发对鱼类的影响及对策[J].广东水利水电,2010(2):12-14. [4]李彬.广东省水利工程生态建设若干技术要求[J].广东水利水电,2019(9):25-30.[5] K o s c h i n s k i,S v e n.U n d e r w a t e r N o i s e P o l l u t i o n F r o mM u n i t i o n s C l e a r a n c e a n d D i s p o s a l,P o s s i b l e E f f e c t s o n M a r i n e V e r t e b r a t e s,a n d I t s M i t i g a t i o n[J].M a r i n e T e c h n o l o g y S o c i e t y J o u r n a l,2011,45(6):80-88. [6]晏正碧,王志坚.水下爆破对渔业资源的影响研究进展[J].安徽农业科学,2011,39(5):2795-2797. 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T h i s s t u d y h a s a n i m p o r t a n t r e f e r e n c e v a l u e t o p r o t e c t t h e f i s h a n d t h e i r l i v i n g e n v i r o n m e n t a r o u n d t h e w a t e r w a y r e g u l a t i o n p r o j e c t,a n d h a s a p o s i t i v e r o l e i n p r o m o t i n g t h e e c o l o g i c a l s e c u r i t y c o n s t r u c t i o n o f i n l a n d w a t e r w a y.K e y w o r d s:e c o l o g i c a l c h a n n e l;b l a s t i n g s h o c k w a v e;f i s h d a m a g e;e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n㊃22㊃2020年12月第12期朱泰,等:水下爆破冲击波作用下的鱼类损伤及生态防护研究N o.12 D e c.2020。
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综述与讲座水下冲击伤的特点及研究进展黄建松(海军医学研究所,上海 200433) [关键词] 冲击波;冲击伤;爆炸;防护;生物效应[中图分类号] R846.2 [文献标识码] A [文章编号] 1009-0754(2004)02-0168-03 水雷、鱼雷、深水炸弹、航弹和导弹等武器在水中爆炸的瞬间释放出巨大的能量,形成过热和高压气泡,在周围水域产生强烈的冲击波。
水下人员或动物受此冲击波引起的各类损伤统称为水下冲击伤。
水下冲击伤为岛礁登陆作战时最常见的损伤之一,第二次世界大战中就出现过数千例水下冲击伤伤员1,2。
1 水下冲击波的特点 水的密度为空气的800倍,并具有相对的不可压缩性,与空气冲击波相比,水下冲击波具有传播速度快、传播距离远及无典型的压缩区和稀疏区等特点,所以其致伤机制和损伤特点不同于空气冲击波1,2。
脉动冲击波传递到海底被反射或吸收的比例因海底的性质不同而不同,如硬质海底小部分吸收、大部分反射。
一般说来,冲击波的压力可能与距离成反比,与装药量的3次方根成正比。
如密度为1.6的TN T球形炸药在水中形成的冲击波超压P可按库尔(COL E)经验公式(1)计算3: P=533(3QR)1.13 (1) ………………………… 式中,P为冲击波超压(kg/cm2);Q为装药量(kg);R 为距离爆心位移(m)。
冲击波主要通过超压和动压造成人体损伤,它的负压也有一定致伤作用,如引起含气器官的扩张、组织过度机械性拉伸等4。
当冲击波传至水底或其他刚性障碍物表面时会引起反射,加强冲击波效应;当水中冲击波传至水与空气的界面时,会在水中形成拉伸波,削减入射波的作用5。
水下冲击波的物理参数表现为峰值压力高、持续时间短、前沿上升极快的特点6。
2 水下冲击伤的研究方法 水下冲击损伤研究的最大困难是不能对活人进行有损伤性的实验研究,因此,目前世界各国都是采用动物试验来研究冲击伤,并将试验数据过渡到人体。
在试验中多采用以下2种方法:①研制一种特制的冲击波发生器,即激波管,利用激波管产生的冲击波进行冲击伤实验研究5。
②采用现场水下爆炸动物实验法,将实验动物静脉麻醉后,将动物颈部固定于距爆心一定距离的漂浮夹具,头露出水面,胸腹部及四肢垂直于水面并浸没于水中7。
实验动物有犬、大白鼠、家兔和羊等,大多数爆炸实验选用成年雄犬作研究对象。
观察指标和方法有动物存活情况统计、大体解剖、光镜、电镜观察等。
3 水下冲击伤的伤情特点与肺损伤机理3.1 伤情特点 近年来,第三军医大学野战外科研究所在水下爆炸方面做了大量实验研究。
研究结果和临床资料显示,肺是最易发生冲击损伤的器官,高强度冲击波直接作用于胸部造成严重的原发性损伤8。
文献1,2表明,犬水下冲击伤主要表现为明显的肺出血,在光镜下观察,发现肺泡腔内充满大量血液及血浆,肺内多数血管充/淤血明显。
统计表明,肺出血发生率为75%,肺水肿发生率为45%。
病变程度与动物所承受的超压大小及距爆心的距离有密切关系,超压越大损伤越重;相同爆炸剂量时,距爆心越近损伤越重。
综合多个文献报道2,5,7～9,水下冲击伤的临床病理特点是:①死亡率高。
由于冲击波在水中传播速度快、范围广,因此同质量炸药在水下爆炸是自由场空气冲击波损伤和致死范围的3倍10;②极少・861・海军医学杂志2004年6月第25卷第2期 Journal of Navy Medicine2004J un.Vol.25,No.2发生体表外伤。
因为人员在水下通常不会碰撞到坚硬物体而发生损伤。
③含气脏器损伤严重。
由于肺组织中含有大量气体,极易发生损伤;肺损伤的发生率为84%,是动物早期死亡的主要原因。
④腹部损伤发生率高且损伤严重。
水下或俯卧于水面的人员,腹部与水直接接触,极易发生损伤。
如消化道出血与穿孔等,这可能与水下冲击波的反射波和拉伸波有关。
⑤实质和含液体脏器损伤发生率低且损伤较轻,如胆囊、膀胱、肾盂等损伤较少。
⑥头部损伤多但较轻。
可能与发生水下爆炸时多数人员的头部在水面以上有关。
一般情况下,水下冲击波只对暴露于水中的部位造成损伤,如果人员仅仅是腰以下部位浸没于水中,则其损伤部位仅局限于下半身,如出现肠损伤,而肺损伤可能不明显或不发生9。
3.2 肺损伤机理 肺是水下冲击波致伤和致死的“靶器官”。
关于水下冲击波致肺损伤的机理,可用血液动力的变化、内爆效应、碎裂效应、惯性作用、肺内液相与气相压力差等方面的理论进行解释,但肺致伤的最基本机理是,当冲击波直接作用于机体时,体内的液体成分基本上不会被压缩,而气体成分却被大大压缩,由于胸腔内气体容积急剧减小,使局部的压力数十倍至数百倍地增大,超压作用后紧接着负压作用,受压缩的气泡又急剧膨胀,撕裂了气泡周围的毛细血管或微静脉,变成新的“爆炸源”,呈放射状向周围传播能量,从而使附近组织发生损伤,如导致肺泡壁、肺毛细血管撕裂、出血等5,6。
4 水下冲击伤的安全标准与防治4.1 安全标准 人所能承受的冲击波是有一定限度的,这与人对冲击波的相对方位(站、坐、卧、面向、侧向、背向波平面)以及冲击波阵面的特征参数(峰值压力、峰值上升时间、压力持续时间)有关。
文献3中水下爆炸冲击波作用于人体而不受伤的安全标准,用最小安全距离R表示,由公式(2)计算。
R≥731K1K23Q (2) ………………………… 式中,Q为炸药量(kg);K1为爆破方法修正系数,水中爆炸时K1=1;K2为河流弯通修正系数(α≥135°时K2=1,α≥90°时K2=0.88,α≥45°时K2=0.79,α<135°时K2= 0.83) 文献11报告,狗发生轻度肺损伤(斑块状出血)的压力为0.85～1.13kg/cm2,较严重损伤(小片状出血)时压力为1.41～2.11kg/cm2。
推算到人,造成肺损伤的压力阈值为1.06kg/cm2(作用时间2 ms)。
综合有关因素,水下人员的安全标准超压值为0.3kg/cm2或冲量小于0.14kg/(ms・cm2),人员致死的压力峰值为17.6kg/cm2。
以此为依据,绘出了不同重量炸药爆炸时水下人员致死的距离曲线5。
4.2 水下冲击伤的防治 由于水下冲击波所致肺损伤最严重,是导致伤员早期死亡的主要原因,肠道损伤的发生率也较高,因此,在防护方面不仅应注意胸部防护,还应兼顾腹部防护。
当可能遭受水下爆炸性武器袭击时,应尽快从深水区转移到浅水区,并将头和身体露出水面,从而减少水中拉伸波对胸腹部和头部的损伤1,7。
冲击波防护服的目的是在人体和冲击波之间设置一个介质层,用以抵挡和削弱冲击波对人体的直接作用。
20世纪70年代采用石膏和塑料制品作胸部冲击波防护,但实际应用困难;80年代用泡沫塑料制防震服,但对强冲击波防护效果不佳; PHILL IPS等将Kevlar防弹背心用于冲击波防护,结果不仅不起防护作用,反而加重肺冲击伤12～14。
因此,对强冲击波的个人防护至今仍是国内外未能解决的一个问题。
近年来,有人研究多孔介质发泡镍对肺冲击伤的防护效果和防护机理,结果表明12,13,经发泡镍防护的动物肺损伤程度较轻,多数为轻度和中度肺出血,未经防护的对照组动物肺损伤程度严重,表现为重度和极重度肺出血,并伴有肺水肿。
可见,发泡镍可明显降低冲击波压力峰值,延长正压上升时间及缩短正压作用时间等,可以作为一种有效的防护材料,用于制作冲击防护装备。
在水下冲击伤伤员急救中,应保持伤员气道通畅、止血、给氧、骨折固定等;对有肺冲击伤表现的伤员应避免激烈运动,在转运中,应按需补液。
高压氧治疗可能对肺冲击伤具有一定的效果14。
有人用大剂量地塞米松来治疗犬严重冲击伤。
结果表明,大剂量地塞米松能通过稳定动物伤后血流动力学指标,减轻肺水肿程度等,对严重肺冲击伤有较好的治疗作用8。
5 水下冲击伤的研究趋势 上个世纪初,国外就有关于冲击伤的动物实验报告,我国在1964年爆炸了第1颗原子弹后才重视对冲击伤的研究。
随着各式武器的推陈出新,冲击・961・第2期 黄建松 水下冲击伤的特点及研究进展伤的类型也不断增加,冲击伤同其他杀伤因素(如放射线、热辐射、机械力等)同时或相继作用于人体而造成的损伤,称为复合冲击伤,如放射性复合伤,烧冲复合伤、机械创伤复合冲击伤5等。
目前虽然在冲击损伤机理、生物力学响应、人的耐受性及人体防护研究等方面取得了重要成果,积累了一定的数据和经验,但在这些特定领域中都需要进一步深入研究,如头部损伤机制、关节的响应、身体各部分对冲击的耐受性水平的定量化、更加拟人的假人以及计算机模型的研制等等15。
冲击损伤力学是研究冲击过程中人体组织或器官损伤机理及其防护的一门交叉科学,常用的研究途径有事故调查、临床研究、志愿者实验、尸体实验、假人实验、动物实验、数学模型等。
因为动物体的质量分布、形态特征、组织器官的生物力学特性与人体相比具有较大的差异,以及由于测试条件和测试技术的不同,得到的数据差异性较大,使得动物实验的定量结果难以推算到人体。
因此,冲击损伤生物力学研究要利用多种途径进行综合研究才能得出适用于人的可靠结论15,16。
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