《采用三维潮流模型分析人工岛对海湾污染物运动的影响》.pdf

第 34卷第 3期 水 道 港 口 Vo1．34 No．3 2013 年 6 月 JournalofW aterwayandHarbor Jun．2013 采用三维潮流模型分析人工岛对海湾污染物运动的影响 龚 煌，孙大鹏，孙志国 (大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 l16023) 摘 要：人 ¨l岛作为人 建造的海洋丁程结构物，其嵌入必然对其附近水域的水动力特征造成影 响。针对不同的人工岛建没预案 ．基于ECOMSED建正了大连湾海域 的三维潮流模型 ，通过拉格 朗 日粒子追踪技术，采用单个粒 和粒子群模拟 j，人连湾水域污染物输运过程 。对比分析 了人工岛嵌 入前后粒子运动的二维运动规律 ，最后从污染物扩散的角度为人 lr岛的规划以及排污 口的布置给 出推荐方案 。 关键词 ：人工岛；大连湾；ECOMSED；污染物 中图分类号：X52；O242．1 文献标识码：A 文章编号：1005—8443(2013)03—0263—09 人 口的增长和社会的发展，有限的陆地资源难以满足人fJ『的用地需求，而广阔的海洋面积为我们提供了 巨大的发展空间，为此，人 1岛的建设成为人们利用海洋资源解决土地需求矛盾的一种有效途径。早在2O世 纪60年代，国外就出现了卵石和沙坝式人工岛。到20世纪80年代，美国、日本等先后完成了一批钢筋混凝 土人工岛和钢结构人]_岛的建设E。国内外人工岛标志性]二程的完成，如关西国际机场、澳门国际机场以及 被称为 “阿拉伯之星”的迪拜帆船酒店等[ ，使得人 岛的建设技术 日趋成熟。关于人工岛水动力方面，国 内李孟国、时钟[等对如东海域西太阳沙的人T岛_r{呈进行了潮流模拟分析；秦崇仁 、季荣耀 []等人分别 探讨了人工岛局部冲刷问题和人工岛对水沙动力环境的影响；郭磊E等分析了人丁岛对周边海域水动力的 影响；方伟 等人初步分析厂滩海丁程中的环境因子与人_T二岛的相互作用；陆敏Eo利用MIKE21flowmodel 模块对嵌人人工岛的海湾水体交换进行 j，研究。应该}兑，在人T岛对海湾水环境影响及评价方面的研究还不 够成熟，由于人工岛的嵌人，海湾内环流的形成会极大程度改变该水域的水动力特征，污染物扩散变得更为 复杂，为避免人工岛建设引发恶化的环境代价，需在前期可行性研究阶段对污染物运动进行模拟和预测。 本文基于ECOMSED三维数值模型[j，以大连湾人 岛建设为研究背景，建立全湾的三维潮流模型。采 用拉格朗日粒子追踪技术，对建设人T岛前后的大连湾污染物运动进行模拟，并以人1岛对海湾污染物扩散 影响最小甚至改善其扩散状态为控制指标，从污染物扩散的角度推荐可供规划参考的人工岛建设方案和污 水排放 口的布置方式，为人工岛的规划设计提供参考意见。 1 ECOMSED模型简介 ECOMSED模式是一个模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型，是Blumberg等人在海洋数值模 型(PrincetonOceanModel，POM)及其后来的河u、陆架和海洋模式(EstuarineCoastalandOceanModel，ECOM1 基础上发展而来。该模型从N—S方程出发，采用静力学假定和Boussinesq近似假定下的封闭海洋方程组。模 型水平方向采用正交曲线坐标 ，垂向』二通过采用 盯坐标可以较直角坐标更准确方便地处理浅海的海底变 形，并在垂向一k通过嵌套2．5阶湍流闭合模型获得垂向湍流粘滞和扩散系数。为了提高计算效率，ECOMSED 收稿 日期：2013—01—20； 修回日期 ：2013—03—12 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 作者简介：龚煌f1987一)，男，湖南省娄底人，硕土研究生，士 从事海岸和近海1程研究。 Biography：GONGHuang0987一)male，mastershident． 水 道 港 口 第 34卷第3期 米用 内外模态分禺投木 ，外鄙模瓦 (垂I司 分万布呈)米用小 的时19步长 ，内邵模式 (二兰fE万布呈)米用大 的时19步