疏浚土倾倒后悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

疏浚土的处置是航道疏浚整治中需要解决的问题.疏浚土在倾倒区倾倒之后,大部分疏浚土会沉积在抛泥区附近,其余泥沙将在抛泥点的局部区域形成高浓度悬沙,在重力、波浪、潮流、风生流等因素作用下扩散输移.建立了平面二维潮流、悬沙浓度增量输移扩散的数学模型,采用有限单元法离散求解,研究了虾峙门口外航道整治工程中疏浚土倾倒后悬浮泥沙在水体中的扩散输移,以此分析抛泥后不同悬沙浓度增量的悬浮泥沙的扩散范围.虾峙门口外外海处设置了1#、2#、3#倾倒区,模型计算结果表明,各悬沙浓度增量的悬浮泥沙扩散最大面积的最小值及包络线面积的最小值均发生在3#倾倒区抛泥的工况,原因在于3#倾倒区位于外海,水深明显大于1#、2#倾倒区,其倾倒区容积最大.可见,在水动力条件相当的情况下,水深条件形成的各倾倒区容积对悬浮泥沙的扩散和输移是有影响的.倾倒区容积越大,对悬浮泥沙扩散和输移越有利.从经济因素来看,疏浚船的运输距离所发生的运费是不可忽略的,疏浚航道至1#、2#倾倒区的距离要短于至3#倾倒区的距离,把疏浚土运至1#和2#倾倒区的运行费用明显低于运至3#倾倒区的运行费.研究结果建议,选择1#和2#倾倒区为疏浚土倾倒区,并根据潮流方向灵活安排施工作业,可将1#倾倒区作为落潮时疏浚土的倾倒区,2#倾倒区作为涨潮时疏浚土的倾倒区.     

东碇倾倒区疏浚泥悬沙输移和海床冲淤数值模拟

采用区域海洋模型ROMS(Regional Ocean Modeling System)在东碇倾倒区建立三维水动力与泥沙输移数值模型,在水动力验证的基础上模拟预测了在冬、夏季节不同背景潮流和风场作用下的疏浚泥悬沙输移规律及海床沖淤变化。结果表明:在纯潮流作用下,悬沙扩散以抛泥点为中心,呈圆对称分布,且冬季泥沙输移扩散范围比夏季大;加入风场驱动后,悬沙扩散呈下风面拖拽的椭圆形,同时水体混合加强更有利于高浓度悬沙的扩散,但对悬沙输移的作用不明显;抛泥点位置从倾倒区中心变为西北角后,其作用主要体现在冬季较高浓度区面积的减小和由于局地水槽引导而形成的向北延伸的浓度舌;在海床冲淤方面,潮流和风场的作用主要是改变地形增量较大的面积,而更改抛泥点位置则会导致地形增量最大值出现较大的差异。     

疏浚工程对湄洲湾东吴港区水环境影响的数值模拟

为了解疏浚工程对附近海域水环境的影响,应用MIKE21软件,建立了湄洲湾港东吴港区工程附近海域的二维水动力和泥沙输运计算模型,在对潮流和悬浮沙计算结果验证可靠的基础上,分析工程对附近海域水环境的影响。结果表明,(1)疏浚工程对附近海域的潮流产生影响,流向更有利于靠离泊作业。(2)工程前后流速变小,码头栈桥区域周边流速最大可减小1.23 m/s,回旋水域流速最大可减小约0.59 m/s,东吴航道流速最大可减小约0.43 m/s;(3)悬浮沙浓度增量10 mg/L包络线的最远扩散距离为4.01 km,扩散面积为14.66 km~2;施工结束后,悬浮泥沙恢复至一类水质的时长约3 h,恢复至本底值所需时长约16 h。     

青岛海洋倾倒区疏浚物海上倾倒试验分析

根据2012-10青岛海洋倾倒区水质监测数据,采用单因子质量指数法对该倾倒区的水质进行评价。通过海上倾倒试验,了解倾倒疏浚物在该倾倒区周边海域的悬浮物扩散特征,试验结果表明:位于青岛文昌鱼水生野生动物自然保护区的部分监测站位无机氮、磷酸盐、铜、铅、镉超过GB 3097-1997《海水水质标准》中第一类水质标准,其他站位各监测因子符合GB 3097-1997《海水水质标准》中第二类水质标准;在落潮流时,倾倒疏浚物造成倾倒区周边海域悬浮物含量暂时升高,持续时间约30~50min。疏浚物倾倒后形成的云团在海流作用下向东北方向漂移,主要对青岛文昌鱼水生野生动物自然保护区西北部海域产生暂时影响,疏浚物倾倒造成水体悬浮物含量增高的影响距离为顺流方向2.9km。     

广利港海域悬沙分布及黄河口泥沙扩散对其影响

基于遥感影像资料和实测水文泥沙资料,对广利河口海域悬沙分布特征和黄河口入海泥沙扩散进行了分析研究.结果得出,在一般天气情况下,广利港海域工程海域含沙量比较低(＜0.1 kg/m3),黄河口泥沙向南直接扩散距离为10～20 km,对工程区无直接影响,但是在大风天气下,广利河口附近海域含沙量会增高至0.5 kg/m3以上,黄河口入海泥沙扩散向南可达30～40 km,最远可达小清河口,对工程区则有一定的影响;从广利港海域含沙量、底质特征、冲淤性质上来看,黄河口泥沙扩散对工程区是有限的,造成航道和港池淤积的主要泥沙来源为风浪和潮流作用下就地泥沙的搬运输移;黄河入海泥沙呈减小趋势,黄河改由“清8断面”入海,黄河入海泥沙浑水主轴线与广利港的距离增加,对工程区的影响趋于减小.     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

湄洲湾峰尾围垦工程施工期间海水悬浮泥沙输移扩散的数值模拟

围填海工程施工过程导致海域悬浮物迅速增加,影响周围海洋生态系统,研究围填海工程悬浮泥沙的输移扩散规律对于区域生态环境质量及工程建设的综合生态影响评价具有重要的参考意义．针对湄洲湾峰尾围垦工程施工期悬浮泥沙可能造成的生态影响,对爆破挤淤（5．17t／s）和抛石挤淤（1．39kg／s）的悬沙源强进行了分析计算．在工程海区平面二维潮流场数学模型的基础上,采用二维对流扩散数学模型对施工范围内的模型网格点（40m×40m）进行了逐点计算,数值模拟结果表明,悬浮泥沙扩散范围和形态主要受潮流控制,工程施工联合影响下悬沙质量浓度大于10mg／dm3的全潮最大影响包络面积为5．848km2,施工9h后悬沙影响基本消失,为工程施工期环境管理提供了参考依据．施工悬浮泥沙的扩散整体表现为总悬沙质量浓度在离工程区较近的范围内较大,而距离越远质量浓度越接近自然状态的本底含沙量．施工悬浮泥沙对浮游生物、游泳生物和底栖生物等均会产生一定的影响,但随着施工结束而消失,不会对海洋生态产生长期的不利影响．     

苏北大丰港海域航道临时抛泥区悬沙扩散影响研究

以大丰港航道临时抛泥区抛泥为研究对象,建立苏北辐射沙洲大丰港海域二维潮流泥沙数学模型,研究了航道临时抛泥区抛泥后的泥沙运移特征及对周边航道、锚地的影响。研究表明,在地形和边界的约束作用下,抛泥区的水质点运动具有明显的往复流特征,大潮涨落潮水质点轨迹存在一定的流路分歧;抛泥区抛泥后,高浓度含沙水体呈南北条状形态,轴线与航道基本平行;涨急和涨憩时刻抛泥,悬浮泥沙对航道具有一定的影响,而落急和落憩抛泥,悬浮泥沙对锚地影响相对较大。     

长江河口北槽抛泥作业状态下的悬沙浓度分布与扩散过程

在长江河口北槽抛泥过程中，应用ASSM－Ⅰ型声学悬浮泥沙观测系统观测悬沙浓度的时空分布规律，结合多普勒流速剖面仪走航式断面流速测量。研究发现：（1）泥沙浓度垂向分布形成至少三种结构类型，即上小下大的“L”型和指数型，上大下小的“漂浮”型；（2）受抛泥泥沙输移的影响，断面流场形成低流速区，或分布在水体表、中层，或贯穿整个水体，形成流速切变锋，它们的强度随抛泥泥沙输移扩散逐渐减弱；（3）在落潮流和颗粒重力共同作用下，抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程。小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降，中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

基于FVCOM的长江口预选倾倒区抛泥扩散数值模拟

2019年以来,长江口海域年疏浚总量约为7 000×104 m3,现有的7座吹泥站停用后,长江口倾倒区容量仅剩约3 000×104 m3,疏浚物处置缺口约为4 000×104 m3,需及时开展海洋倾倒区选划工作。通过FVCOM （Finite Volume Community Ocean Model）数值模型对预选倾倒区进行抛泥扩散模拟,并分析其影响。根据长江口航道管理局所统计的疏浚船只,结合实际情况,选定12 000 m3舱容作为代表船只进行模拟。模拟结果显示,抛泥悬浮物主要在倾倒区周围呈螺旋状扩散,从扩散范围来看,4个预选倾倒区抛泥时,其10 mg/L增量包络线均不会显著影响到附近主航道及周边环境敏感区,其中预选倾倒区D扩散影响范围最大,C次之,A和B扩散影响范围最小。从动力角度来看,长江口深水航道北侧两个预选倾倒区（A和B）倾倒扩散时,对南侧深水航道造成回淤的概率更大,深水航道南侧水动力条件优于北侧。综合抛泥扩散影响范围和动力条件来看,预选倾倒区C位置最佳。     

海域环境对悬浮泥沙扩散影响的敏感性分析

通过建立二维潮流和悬浮泥沙扩散输移的数学模型,模拟恒定点源下,悬浮泥沙在不同本底含沙量和不同水深条件下的扩散状况,探讨悬浮泥沙扩散对影响参数的敏感性。结果表明:在研究悬浮泥沙扩散影响范围时,无本底含沙量的扩散影响范围最大;本底含沙量越大,扩散影响范围越小;本底含沙量对扩散低浓度增长区的影响大于高浓度增长区;水动力相似条件下,水深增大,悬浮泥沙扩散影响范围将减小;相对于本底含沙量,水深对悬浮泥沙扩散的影响更大。     

基于现场实验结果对倾倒泥沙扩散数值模型参数率定研究

倾倒区倾倒过程泥沙输运扩散数值模型理论较为成熟,但模型的一些相关参数给定范围较大,且一般由实验室静水或河口淡水实验获取,用于海洋倾倒区的泥沙模型有一定的局限性,使得模型预测结果波动范围也很大,具有较强的不确定性,模型参数亟需物理实验数据的率定和验证。2011-2014年在沙埕港临时性海洋倾倒区开展了3次倾倒物海洋倾倒实验,对现场实验结果数据分析论证后,建立倾倒过程二维泥沙输运扩散数值模型,用实验数据对模型中一些主要参数进行计算和率定。计算率定结果表明:沙埕港倾倒区倾倒过程初期疏浚泥絮团沉降速度可达3.0 cm/s,细沙颗粒充分混合后沉降速度减小,一般小于0.5 mm/s;悬沙紊动扩散系数Dx、Dy取45 m~2/s时计算悬浮物浓度增量曲线与实测结果吻合效果最佳,建议调试值域为30~50 m~2/s。模型参数率定后计算结果的客观性和准确性进一步提高,可为海洋倾倒区选划泥沙扩散模型参数的选取提供一定参考。     

悬浮物对海洋环境影响的研究——以董家口港油品码头建设工程为例

文章利用MIKE21FM水动力模型,对董家口港油品码头工程海域进行潮流数值模拟,在潮流模拟验证吻合的基础上,建立了悬浮物输移、扩散预测模型,预测了工程在基槽开挖、块石抛填、回填溢流和港池疏浚过程中引起的悬浮物浓度,给出了悬浮泥沙的最大扩散范围,以及各类水质的超标面积,分析了工程对海洋水质环境的影响。     

海洋倾倒区容量评估模型的构建

倾倒区容量主要受海水动力过程(潮流输沙、风暴潮和风浪掀沙等)、倾倒区面积和水深地形等因素影响。本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)三维数值模型和随机动态统计分析模型, 利用倾倒区地形演变和倾倒量资料, 探讨海水动力过程(潮流输沙、风暴潮和风浪掀沙等)和倾废活动对海底地形变化的影响, 构建海洋倾倒区容量长期演变评估模型。利用FVCOM水动力和泥沙模型计算自然状态下潮流输沙引起的地形变化, 同时结合倾倒区多年实测水深和倾倒量资料, 分析倾倒量、潮流输沙和地形变化的统计关系, 通过实际资料拟合修订系数, 作为该倾倒区海浪和风暴潮等因素输沙所造成地形变化的参考值, 以此评估倾倒区容量长期演变。在设定实际地形变化阈值的前提下, 计算倾倒区容量。以长江口1#倾倒区为例, 1#倾倒区地形抬升0.5m/a,倾倒区容量约为670万方/a,模型结果和实际批复结果吻合。同时在甬江口2#倾倒区、罗源湾倾倒区、嵊泗上川山、东碇倾倒区和温州港倾倒区等验证, 模拟结果同实际观测结果相近。     

海底输水管道敷设过程中悬浮泥沙对海洋环境影响的数值研究

海底管道敷设过程中产生的悬浮泥沙会对工程海域的水质和海洋生物造成影响.建立了2D悬浮泥沙输移模型,结合水动力模型,对舟山市临城至虾峙岛、六横岛输配水工程中海底管线敷设引起的悬浮泥沙的输移规律进行模拟研究,预测悬浮泥沙的影响程度和范围,为海洋环境影响评价提供依据.计算结果表明:1号工段管道敷设对海水水质影响最大,2号工段...     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。     

庙岛海峡周边海域表层沉积物再悬浮及悬浮泥沙输运机制

根据实测水文泥沙资料,利用悬浮泥沙沉降公式、泥沙起动流速公式、再悬浮通量与沉降通量公式以及通量机制分解方法,分析了庙岛海峡周边海域的悬浮泥沙时空分布和变化特征,计算了再悬浮通量、沉降通量、单宽悬浮泥沙输运量,探讨了表层沉积物再悬浮和悬浮泥沙运移特征及动力机制。结果表明,悬浮泥沙浓度周期变化与潮流流速周期变化具有较好的相关性,底层悬沙浓度变化对高流速的响应比较明显,表层悬沙浓度变化对低流速响应比较明显;悬浮泥沙单颗粒沉降现象不明显,除庙岛海峡外其他海域较适合悬浮泥沙絮凝沉降,并以中、底层絮凝沉降为主,且表现出自表层至底层絮凝沉降作用逐渐加强趋势;表层沉积物再悬浮对近岸浅水区、庙岛群岛周边海域水体悬浮泥沙浓度的影响显著于其他海域;悬浮泥沙输运整体以平流输运为主,垂向净环流为辅,庙岛海峡南侧向黄海输沙、北侧向渤海输沙,二者同时进行,悬浮泥沙净输运主要由水道向两侧浅滩。     

基于遥感增强嵌套模型红树林带水沙环境对码头建设的响应研究

南海北部湾铁山港码头建设期间,邻近区域红树林带植株出现受损死亡现象。本研究构建基于遥感增强包含红树林潮间带的海湾水沙嵌套模型,评估码头建设对红树林带潮流、泥沙输移及冲淤的影响。结果表明：海湾水沙嵌套模型可充分利用南海海流模拟信息,且精细化模拟了工程建设附近海域泥沙输移规律。采用全球地表水覆盖几率遥感反演数据与当地潮位的信息融合技术,为红树林带水沙模拟提供了可靠地形信息。码头建设主要影响红树林带南部潮流,涨急时流速减小,落急时部分潮沟通道流速增大。当进港方案更改为过水钢栈桥,红树林带东南部流速略有增加。码头施工期,红树林带69%～72%范围的悬浮泥沙浓度增量介于20～50 mg/L之间。码头建设前,红树林带泥沙平均冲淤量为0.27 cm/a;进港方案分别为不过水通道和过水钢栈桥,码头建设后红树林带淤积量增加的面积占比分别为96.6%和89.3%,平均冲淤量分别为0.45 cm/a和0.36 cm/a。过水钢栈桥替换不过水通道,红树林带冲淤增量下降了50.0%。研究结论可为潮间带水沙环境模拟和红树林带保护决策提供科学依据。     

青岛马斯特造船厂项目疏浚方案优选

港池疏浚产生的高浓度悬浮泥沙,对海域环境的影响不能忽视。在建立近海悬浮物二维输移扩散数值模型的基础上.采用有限元分步杂交方法求解,对两种不同施工方案下悬浮物的输移扩散进行预测模拟。根据预测结果,对比分析两种施工方法可能对附近海域水质环境适成影响的程度,为施工方案的选择提供科学依据。     

刘公岛海域潮流泥沙数值模拟研究

本文以刘公岛旅游码头扩建工程为例,探索平面二维数值模式MIKE21FM在海洋工程环境影响评价工作中的应用。在MIKE21FM的基础上,建立了刘公岛周围海域潮流场数值模型和泥沙输移数值模型,分析和预测刘公岛旅游码头工程建设前后周边海域的水动力条件和泥沙冲淤状况。数值模拟的潮位、潮流流速和流向与实测资料吻合较好,表明MIKE21FM能精确有效地模拟刘公岛及其周围海域潮流运动过程和特征。对工程建设前后数值模拟结果比较分析,表明工程建成后对周边海域的水动力特征和地形地貌环境影响甚微,为该工程的设计和规划提供技术依据。模拟结果表明,MIKE21FM模式能够模拟实际工程中的复杂流动,可以在海洋工程环境影响评价中推广应用。