－－以中国海监唐山维权执法基地建设工程为例

近年来，伴随着世界各国海上开发活动的逐年增加，国际海洋国土纷争不断升级，中国面临的海洋维权形式日趋严峻。为了维护中国的海洋权益，维护海洋开发秩序，保护海洋环境，更好地为海洋经济发展保驾护航，中国海监在逐步增强海上执法力度、增加行政执法力量、提高保障及防灾减灾能力的同时，亦有规划地开展海监执法基地、训练保障基地等基础设施建设，以不断适应海洋经济飞速发展的新局面。在此形势下，唐山市国土资源局为解决海监公务执法船艇停靠、补给、维修养护及执法人员办案、训练基础设施条件有限等迫切问题，选址位于唐山市乐亭县祥云岛东侧、京唐港五港池挡沙堤西侧的海域，兴建海监维权执法基地。项目建设中涉及抛石围堰、吹填溢流两种施工方式，会引起悬浮物输移扩散现象，对海域水质产生影响，其影响程度与工程区域底质、该海域水动力状况密切相关川。本研究祸合二维浅水水动力数值模型及物质输运数值模型，对该填海工程周边海域的潮流场及工程建设过程中两种施工方式产生的悬浮物的输移、扩散趋势进行了数值模拟研究，对悬浮物浓度分布状态、超标面积进行了数值预测，分析了该工程对海域水质环境的影响。

1潮流数值模型

1.1基本控制方程

潮流作为近岸海域最重要的环境动力因素对海水中的物质输运扩散起着至关重要的作用，潮流在各种流动成分中占支配地位。由于海岸、河口地带的浅海中潮流水平速度远大于垂向速度，且垂向混合较快速充分，因此潮流场数值模拟可采用深度平均的二维浅水潮波方程「’」。

a)连续性方程a+-业}i业     

axa(Hv)  ay(1)动量方程血次川刁u刁u刁uat十u ax十”- _ Jvat十g鲤内av     

av    av丽十u丽十”可十Ju十g鲤u    uZ + vZax几H:uz丁vz_。CZ H=0(2)      

(3)式中x,y—原点置于未扰动静止海面的直角坐标系方向      坐标轴;u,v沿x,y方向的垂向平均流速分量;     

t—时间;刀—自静止海面向上起算的海面波动     

(潮位);H一总水深，H=}+d,d—静水深>f     

(:orioLi、参数;g—重力加速度;C—Chezy系数，C      = Hvb，;;u—Manning系数·1. 2初始条件和边界条件   

由于潮流数值模型控制方程组(1),(2)和(3)为非定常方程组，因此需要设置的定解条件包括初始条件和边界条件。   

a)初始条件。在潮流计算中，初始流场不易确定，一般采用所谓的“冷启动”，即认为初始条件与计算的最终结果无关。因此，计算初始条件可设置为:    uo(x>y>to)=:。(x>y>to)=no(x>y>to)=0       

(4)    式中，ua, va, }。分别为初始流速和潮位。   

b)边界条件。在上述数值模型中，需给定两种边界条件，即闭边界条件和开边界条件。①开边界条件:所谓开边界条件，即水域边界条件，可以给定水位或流速，本次数值模拟中给定开边界的潮位，计算域内有3个开边界，利用渤海潮汐系统预测的潮位作为初步的开边界进行计算;②闭边界条件，即水陆交界条件。在该边界上，水质点的法向流速为0，即:v,=0    式中，，;为边界外法线方向。   

对于潮滩而言，水陆交界的位置随着潮位的涨落而变化，数值计算中考虑了动边界内网格节点的干湿变化。

1. 3计算域及网格设置   

图1为计算域网格布置，采用非结构化三角形网格系统，依距工程海域由远及近逐次加密。整个模拟区域内由13 403个节点和25 510个三角单元组成，大海域计算网格间距约500 xn，工程海域计算网格间距约30 m01. 4数值模型的验证   

本次数值模拟验证中，采用2009年6月15-16日和6月22-23日在京唐港附近海域2个潮位站以及2个海流测J点连续定点观测获得的潮位、流速及流向观测资料进行对比验证，潮位观测站及海流观测点位置分布见图2}   

图3为实测大潮时段内2个潮位站潮位过程的数值结果与实测值的比较。计算潮位与实测值吻合较好，涨、落潮的峰值、相位均比较吻合，表明模型模拟的潮位过程与实际情况比较一致。图4为该大潮期内2个海流观测点处平均流速、流向的数值结果和实测结果的对比。数值模拟过程线与实测值吻合较好，能够有效反映工程海域的水动力状况，可以作为进一步分析研究该海域相关海洋工程问题的基础性资料。

1. 5潮流场预测结果   

工程海域主要受辽东湾沿岸流影响，临近外海区域潮流形式基本为SW一NE向往复流，工程区域周边受京唐港五港池及其口门挡沙堤掩护影响，流速相对较小，涨落潮最大流速一般不超过0. 25 xn/s，小于开阔海域流速。工程岸边区域受较浅水深和复杂地形影响，流向多变、流速较小。为了数值描述潮流的运动，图5给出了工程海域在工程前涨急时刻和落急时刻的流场矢量分布，计算中虽采用了不同尺度的网格，但整个计算域内，流场变化合理，无突变。为了研究拟建工程对所在海域水动力的影响，对工程后流场进行了数值模拟研究。图6给出了工程海域在工程建成后对流场影响的

4结论与建议   

a)钦州湾水域潮流以往复流为主，落潮流强于涨潮流。沉积物特征表明航道及深水区为淤泥质细颗粒泥沙，悬沙平均中值粒径为0. 008 5 xnxn左右。    b)在分析本海域潮流、泥沙条件的基础上，应用潮流泥沙物理模型试验研究环抱式和半环抱式方案航道影响，模型潮位、水流和泥沙淤积验证良好，具备方案试验条件。模拟试验研究表明，2种航道方案航道走线范围内水流流速增加、减少幅度均在0. 10 m/、左右。    c)半环抱式方案受单侧防波堤挑流影响，航道涨、落最大横流均较大，最大横流为0. 41 m/s;环抱式方案航道最大横流为0. 36 xn/s，泥沙淤积小于半环抱式方案。    d)鉴于半环抱式单侧口门挑流作用，航道横流较大，泥沙淤积较强，不利船舶安全及航道维护等问题。应尽量利用横流较小，淤积强度不大的环抱式方案。