围堰工程对花园口经济区附近海域的海洋环境影响的数值模拟_张宏伟

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1、第11卷第3期中国水运Vol.11No.32011年3月ChinaWaterTransportMarch2011围堰工程对花园口经济区附近海域的海洋环境影响的数值模拟12张宏伟，袁仲杰（1大连花园口经济区规划建设局，辽宁大连116023；2国家海洋环境监测中心，辽宁大连116023）摘要：随着辽宁省“五点一线”沿海经济带，上升到国家战略。越来越多的沿海经济区面临着陆地资源紧缺问题，纷纷向海洋要空间，进行填海造陆。本文以大连花园口经济区的用海规划为例，其不仅充分利用了花园口独特的旅游资源环境，形成了六岛、内湖与外湖相结合的布局形式，使花园口构成了真正意义上的水城。同时也充分考虑到填海工程对环境

2、的影响，采用突堤、离岸岛式填海方案，在开发海岸带的同时保护环境，使海岸带的开发与保护相[1]协调。在本文中，采用基于ADI（隐式方向交替差分格式）离散法的波浪、潮流二维泥沙数学模型对花园口经济区附近海域进行了数值模拟，利用实测数据对本模型进行了验证，并对围堰工程造成的海洋环境影响进行了详细解析。结果表明，由于花园口经济区规划采用较为合理的突堤、离岸式填海，在满足大连花园口经济区城市建设用海用海需求同时，对海洋环境的影响在可接受的范围内，并促进了海岸带的可持续发展。关键词：围堰工程；海洋环境；数值模拟中图分类号：P371.2文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）03-0082-

3、04ττ一、前言速在x和y方向的分量。Fx、Fy为风对水面剪切力在x大连花园口经济区地处黄海北岸中部，与朝鲜、韩国和向和y向上的分量；τ、τ为波浪、潮流在水底合成剪WxWy日本隔海相望，具有独特的、其它地区不可比拟的发展优势，切力在x向和y向上的分量；Sxx、Sxy、Syx、Syy为波浪是辽宁省“五点一线”开发开放战略中重要的战略支撑点之辐射应力张量的四个分量；ε为水体紊动扩散系数；△为微分22∂∂一。但是由于其所处的明阳湾海域近岸水浅，退潮后沿岸有算子，∆=2+2。∂x∂y大面积的滩涂，景观较差，现在开发利用主要以港圈养殖和波浪辐射应力张量为滩涂养殖为主，良好的旅游休闲岸线资源开发利用力度

4、不够，⎛21n⎞⎛SxxSxy⎞⎜n(1+cosα)−22sin2α⎟没有体现花园口的滨海优势。为了适应沿海经济带发展战略，⎜⎟=E⎜⎟⎜⎝SyxSyy⎟⎠⎜n21⎟结合岸线附近地区用地规划，对花园口经济区周边海域使用⎜sin2αn(1+sinα−⎟⎝22⎠进行重新调整和规划，形成了六岛、内湖与外湖相结合的布2式中：E为波能，E=ρgH/8，H为波高，α为波向角，[2]局形式。本文针对其形成的新的规划布局进行了二维的潮n为波能传播率。流、波浪以及泥沙的数值模拟，以期解析其围堰工程对工况2．波浪方程区域的海洋环境的影响进行解析。本文采用DelftUniversityofTechnology大学

5、二、模型构造SWAN[3]模型来构建波浪模型。1．考虑波浪辐射应力作用的二维潮流方程∂N∂∂()cN∂()cN()()cN∂cNSxtyδθot在笛卡尔直角坐标系下，考虑波浪辐射应力作用的二维++++=（4）∂t∂∂∂∂xyσθσ非恒定流方程近似表述如下：式中左边第1项为N随时间的变化率；第2和第3项表∂η+∂()Du+∂()Dv=0（1）示N在地理坐标空间x，y方向上的传播；第4项为由于流∂t∂x∂y场和水深所引起的N在相对频率空间σ的变化;第5项为N∂∂∂uuu∂ηττFxWx1⎛⎞∂Sxx∂Sxy（2）在谱分布方向θ空间的传播;其中，ccccxy,,,σθ为波浪在++−+−++uvfv

6、g⎜⎟+=ε∆u∂∂∂txy∂xDDDxyρρρ⎝⎠∂∂xy,,,σθ的传递速度。其值可由方程（5）求出：gd∂∂∂vvv∂ηττFyWy1⎛⎞∂∂SSyxyy（3）dκσ∂gd++++−++uvfug⎜⎟+=ε∆vcc=(,)c=+U∂∂∂txy∂yDDDxyρρρ⎝⎠∂∂gxyκ∂k其中，D=η+h，η为自平均海平面起算的海面高度，hgddhσσ∂⎡⎤∂∂gddU（5）cU==+∇h-ck是水深；g为重力加速度；f是科氏力；u、v是垂向平均流δ⎢⎥gdt∂d⎣⎦∂∂ts收稿日期：2011-03-04作者简介：张宏伟（1980－），男，辽宁省凌源市人，大连花园口经济区规划建设局工程师，博士

7、。主要从事海域规划管理以及水动力数学模型研究工作。第3期张宏伟等：围堰工程对花园口经济区附近海域的海洋环境影响的数值模拟83gdgdS0*为开边界上的悬沙浓度，本计算参照悬沙实测资料给dkθκ1∂∂U()cc=−=−+θgdtk∂∂mκm定。式中，S是波浪传播方向θ的坐标轴。初始条件：初始悬沙浓度参照本次观测资料给定。m是垂直于S的坐标轴；h是静水水深；k是波数。五、经济区附近海域数值模拟3．泥沙输运模型概述