仇曉慶-啟東圍填海對水文環(huán)境影響的數(shù)值模擬

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1、啟東圍填海對水文環(huán)境影響的數(shù)值模擬——大唐電廠東側(cè)圍填區(qū)對懸沙場影響的分析仇曉慶(解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院；南京211101)摘要:本文建立懸沙二維數(shù)學(xué)模型,模擬啟東大唐電廠東側(cè)圍填海工程對懸沙場的影響。首先對圍填區(qū)的潮流場進(jìn)行模擬，在此基礎(chǔ)上采用懸沙模型模擬絞吸和事故狀態(tài)下圍填海工程海域懸沙的分布和變化,以此評估可能對圍填區(qū)海域懸沙場造成的影響。關(guān)鍵詞:啟東附近海域；懸沙模擬前言填海造地是沿海地區(qū)緩解土地供求矛盾、擴(kuò)大社會(huì)生存和發(fā)展空間的有效手段，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，許多海岸國家和地區(qū)，特別是人多地少問題突出的城市和地區(qū)，都對填海工程非常重視。我國

2、是填海大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1949年以來我國新圍墾的海涂面積約2.63萬km2，為工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和城市建設(shè)提供了寶貴的土地資源。為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，沿海許多地區(qū)仍在或計(jì)劃實(shí)施大規(guī)模的填海造地工程[1，2]。然而，也應(yīng)該看到填海工程對環(huán)境的負(fù)面影響：可能直接改變區(qū)域的潮流運(yùn)動(dòng)特性，引起泥沙沖淤和污染物遷移規(guī)律的變化；可能對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)、防洪和航運(yùn)造成影響[3]。為減小填海的負(fù)面影響，應(yīng)盡量減少填海。對于已經(jīng)被破壞的重要生態(tài)系統(tǒng)，還可以根據(jù)其功能進(jìn)行人工恢復(fù)。例如，早在1965年，美國就成立了舊金山海灣保持和發(fā)展委員會(huì)，致力于減少不必要的填海，并對已經(jīng)損失的濕地進(jìn)行

3、人工補(bǔ)償性重建，經(jīng)努力使得每年的填海面積減少到0.06km2，退化的濕權(quán)衡工程項(xiàng)目利弊時(shí)可以作為很好的參考地得到恢復(fù)，保存了344km2的農(nóng)用、養(yǎng)殖用及自然保護(hù)用的濕地，也保護(hù)了生物多樣性。因此我們有必要在填海造地前對其產(chǎn)生的影響進(jìn)行全面的評估分析，以期在權(quán)衡工程項(xiàng)目利弊時(shí)可以作為很好的參考，以最終決定是否進(jìn)行施工[4]。19本文主要分析啟東附近海域大唐電廠東側(cè)的圍填區(qū)（如圖1所示）施工對懸沙場的影響。此次圍填海工程采用挖泥船絞吸式取沙，通過挖泥船在圍填區(qū)以外的海域取沙，并采用管線將取沙吹填入圍填區(qū)內(nèi)形成陸地。其施工過程中由于絞吸懸沙和事故泄漏懸沙使圍填區(qū)附近

4、海域中的泥沙含量增加，影響了海區(qū)環(huán)境。因此，本文在模擬工程建成后海區(qū)潮流場的基礎(chǔ)上，對絞吸懸沙和事故懸沙進(jìn)行模擬，以此分析對海區(qū)懸沙場的影響。圖1工程位置1919啟東附近為粉沙淤泥質(zhì)海岸，面臨黃海，海域?yàn)闇\灘、深槽相間分布的海岸形態(tài)。近海潮汐主要受東海前進(jìn)波控制，潮位和流速的相位差顯示出駐波性質(zhì)，漲、落潮流速最大值出現(xiàn)在中潮位。潮波主要從東南方向的大彎洪傳入，漲潮時(shí)從大彎洪來的水體一部分由橫沙與烏龍沙之間的深槽從北部進(jìn)入小廟洪，大部分水體從南支進(jìn)入小廟洪，落潮時(shí)小廟洪內(nèi)幾股水體主要匯入大彎洪入海，潮流沿著深槽呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。啟東附近海域的潮汐屬正規(guī)半日潮型，

5、歷年平均潮差3.68m，最大潮差6.87m。小廟洪水道內(nèi)漲落潮最大值出現(xiàn)在中潮位附近水道中部，北支最大流速出現(xiàn)時(shí)間比南支早1-2小時(shí)。垂線平均流速在口門處漲潮大于落潮，其值分別為0.58m/s和0.54m/s。在水道中部，北支水道漲潮垂線平均流速大于落潮，其值為0.64m/s和0.50m/s；南支水道漲潮平均流速則小于落潮，其值為0.66m/s和0.73m/s，潮灘上水流流速也是落潮大于漲潮。南支大潮漲潮平均流速0.78--1.15m/s,中潮為0.48--0.68m/s,小潮為0.12--0.21m/s[5]。啟東附近小廟洪水道內(nèi)懸沙中值粒徑0.0007mm

6、，水體含沙量受風(fēng)浪和潮流影響，具有風(fēng)浪大、水體含沙量高和流速大、水體含沙量高的特點(diǎn)，大、中潮含沙量大于小潮。小廟洪內(nèi)漲落含沙量基本一致，漲潮平均為0.35mg/L，落潮為0.34mg/L，近岸含沙量偏小，季節(jié)不同含沙量有差異，冬季含沙量大于夏季。一.大唐電廠東側(cè)圍填區(qū)潮流場模擬潮流場是近岸海洋環(huán)境的重要內(nèi)容，直接關(guān)系到沉積物的運(yùn)移、污染物的擴(kuò)散、生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定等諸多方面，因此在分析圍填區(qū)對懸沙場的影響前需要作潮流場模擬。（1）數(shù)值模型①基本方程直角坐標(biāo)系下的二維海水運(yùn)動(dòng)方程為：（1-1）（1-2）（1-3）其中，為科氏參數(shù)，表示水面高度，為零潮面以下水深（零潮

7、面以上高程取負(fù)值），為總水深，（，）表示表面風(fēng)應(yīng)力，（，）底摩擦應(yīng)力，為海水密度。如圖1-1所示，引入廣義曲線坐標(biāo)變換：（1-4）廣義速度量為：（1-5）19（1-6），、也稱為速度的逆變張量。圖2-1曲線坐標(biāo)變換示意圖（1-1）—（1-3）式變換為：（1-7）（1-8）（1-9）其中，,,,,,,,,坐標(biāo)變換后，岸邊界條件為：在Π1、Π2上，；在Π3、Π4上，。19×—計(jì)算點(diǎn)·—計(jì)算點(diǎn)·—計(jì)算點(diǎn)②數(shù)值計(jì)算方法圖2-2變量的空間配置圖2-3ADI方法示意圖如圖2-2所示，變量空間配置為C網(wǎng)格?？臻g差分采用中央差格式，這里不作詳細(xì)介紹。時(shí)間積分采用圖2-3所示的

8、ADI方法。③漫灘計(jì)算的干濕點(diǎn)判斷方法