仇晓庆-启东围填海对水文环境影响的数值模拟

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1、启东围填海对水文环境影响的数值模拟——大唐电厂东侧围填区对悬沙场影响的分析仇晓庆(解放军理工大学气象学院；南京211101)摘要:本文建立悬沙二维数学模型,模拟启东大唐电厂东侧围填海工程对悬沙场的影响。首先对围填区的潮流场进行模拟，在此基础上采用悬沙模型模拟绞吸和事故状态下围填海工程海域悬沙的分布和变化,以此评估可能对围填区海域悬沙场造成的影响。关键词:启东附近海域；悬沙模拟前言填海造地是沿海地区缓解土地供求矛盾、扩大社会生存和发展空间的有效手段，具有巨大的社会和经济效益。因此，许多海岸国家和地区，特别是人多地少问题突出的城市和地区，都对填海工程非常重视。我国

2、是填海大国，据统计，1949年以来我国新围垦的海涂面积约2.63万km2，为工农业的发展和城市建设提供了宝贵的土地资源。为了促进经济的进一步发展，沿海许多地区仍在或计划实施大规模的填海造地工程[1，2]。然而，也应该看到填海工程对环境的负面影响：可能直接改变区域的潮流运动特性，引起泥沙冲淤和污染物迁移规律的变化；可能对区域生态系统、防洪和航运造成影响[3]。为减小填海的负面影响，应尽量减少填海。对于已经被破坏的重要生态系统，还可以根据其功能进行人工恢复。例如，早在1965年，美国就成立了旧金山海湾保持和发展委员会，致力于减少不必要的填海，并对已经损失的湿地进行

3、人工补偿性重建，经努力使得每年的填海面积减少到0.06km2，退化的湿权衡工程项目利弊时可以作为很好的参考地得到恢复，保存了344km2的农用、养殖用及自然保护用的湿地，也保护了生物多样性。因此我们有必要在填海造地前对其产生的影响进行全面的评估分析，以期在权衡工程项目利弊时可以作为很好的参考，以最终决定是否进行施工[4]。19本文主要分析启东附近海域大唐电厂东侧的围填区（如图1所示）施工对悬沙场的影响。此次围填海工程采用挖泥船绞吸式取沙，通过挖泥船在围填区以外的海域取沙，并采用管线将取沙吹填入围填区内形成陆地。其施工过程中由于绞吸悬沙和事故泄漏悬沙使围填区附近

4、海域中的泥沙含量增加，影响了海区环境。因此，本文在模拟工程建成后海区潮流场的基础上，对绞吸悬沙和事故悬沙进行模拟，以此分析对海区悬沙场的影响。图1工程位置1919启东附近为粉沙淤泥质海岸，面临黄海，海域为浅滩、深槽相间分布的海岸形态。近海潮汐主要受东海前进波控制，潮位和流速的相位差显示出驻波性质，涨、落潮流速最大值出现在中潮位。潮波主要从东南方向的大弯洪传入，涨潮时从大弯洪来的水体一部分由横沙与乌龙沙之间的深槽从北部进入小庙洪，大部分水体从南支进入小庙洪，落潮时小庙洪内几股水体主要汇入大弯洪入海，潮流沿着深槽呈往复运动的性质。启东附近海域的潮汐属正规半日潮型，

5、历年平均潮差3.68m，最大潮差6.87m。小庙洪水道内涨落潮最大值出现在中潮位附近水道中部，北支最大流速出现时间比南支早1-2小时。垂线平均流速在口门处涨潮大于落潮，其值分别为0.58m/s和0.54m/s。在水道中部，北支水道涨潮垂线平均流速大于落潮，其值为0.64m/s和0.50m/s；南支水道涨潮平均流速则小于落潮，其值为0.66m/s和0.73m/s，潮滩上水流流速也是落潮大于涨潮。南支大潮涨潮平均流速0.78--1.15m/s,中潮为0.48--0.68m/s,小潮为0.12--0.21m/s[5]。启东附近小庙洪水道内悬沙中值粒径0.0007mm

6、，水体含沙量受风浪和潮流影响，具有风浪大、水体含沙量高和流速大、水体含沙量高的特点，大、中潮含沙量大于小潮。小庙洪内涨落含沙量基本一致，涨潮平均为0.35mg/L，落潮为0.34mg/L，近岸含沙量偏小，季节不同含沙量有差异，冬季含沙量大于夏季。一.大唐电厂东侧围填区潮流场模拟潮流场是近岸海洋环境的重要内容，直接关系到沉积物的运移、污染物的扩散、生态环境的稳定等诸多方面，因此在分析围填区对悬沙场的影响前需要作潮流场模拟。（1）数值模型①基本方程直角坐标系下的二维海水运动方程为：（1-1）（1-2）（1-3）其中，为科氏参数，表示水面高度，为零潮面以下水深（零潮

7、面以上高程取负值），为总水深，（，）表示表面风应力，（，）底摩擦应力，为海水密度。如图1-1所示，引入广义曲线坐标变换：（1-4）广义速度量为：（1-5）19（1-6），、也称为速度的逆变张量。图2-1曲线坐标变换示意图（1-1）—（1-3）式变换为：（1-7）（1-8）（1-9）其中，,,,,,,,,坐标变换后，岸边界条件为：在Π1、Π2上，；在Π3、Π4上，。19×—计算点·—计算点·—计算点②数值计算方法图2-2变量的空间配置图2-3ADI方法示意图如图2-2所示，变量空间配置为C网格。空间差分采用中央差格式，这里不作详细介绍。时间积分采用图2-3所示的

8、ADI方法。③漫滩计算的干湿点判断方法