環(huán)抱式港池水體交換研究
——以連云港徐圩港區(qū)為例

（河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098）

環(huán)抱式港池水體交換研究
——以連云港徐圩港區(qū)為例

張瑋，陳禎，劉燃，曹昊

（河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098）

環(huán)抱式港池普遍存在水體交換能力較弱的問題，水體交換通道是提高港區(qū)水體交換能力主要方法之一。文中以規(guī)劃中的連云港徐圩港區(qū)為例，建立對(duì)流擴(kuò)散模型，通過計(jì)算研究徐圩港區(qū)對(duì)流與擴(kuò)散之間的關(guān)系，分析港區(qū)水體交換機(jī)理和主要影響因素；通過設(shè)置水體交換通道探討其對(duì)港區(qū)水體交換功能改善的主要影響因素。研究表明：對(duì)流作用在徐圩港區(qū)水體交換中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，增大流速可提高港區(qū)的水體交換能力；水體交換通道的斷面面積及斷面形狀對(duì)港區(qū)的水體交換效果影響較大。

環(huán)抱式港池；對(duì)流擴(kuò)散模型；Peclet數(shù)；水體交換通道；潮量；潮位

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，深水岸線已經(jīng)成為日益稀缺的資源。規(guī)劃中的連云港徐圩港區(qū)位于淤泥質(zhì)淺灘開敞海域，水淺坡緩，波浪作用明顯，水沙運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。采用環(huán)抱式港池，有效增加了岸線資源，同時(shí)防浪擋沙、減少泥沙回淤。然而，環(huán)抱式港池存在水體交換能力較弱的問題，如港區(qū)內(nèi)發(fā)生污染，則污染水體不易排出。因此，開展環(huán)抱式港池水體交換能力及其改善措施研究是十分必要的。

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)港灣的水體交換能力進(jìn)行研究。Liu[1]等通過POM三維水動(dòng)力模型耦合擴(kuò)散模型對(duì)膠州灣的水交換進(jìn)行了模擬。婁海峰[2]等通過模擬對(duì)流—擴(kuò)散過程來(lái)研究象山港狹灣內(nèi)外的水體交換問題。董禮先[3-4]等建立了二維對(duì)流擴(kuò)散型的海灣水交換數(shù)值模型，對(duì)象山港的不同區(qū)域水交換控制機(jī)理作了初步研究。張瑋[5]等利用對(duì)流擴(kuò)散模型模擬不同潮型對(duì)水體交換的影響并探討改善港池水質(zhì)的工程措施及其效果。何杰[6]等通過添加水體交換通道改善挖入式港池的水體交換能力，并分析潮差及潮量對(duì)水體交換效果的影響。以上研究中，更多的是探討對(duì)流擴(kuò)散模型的數(shù)值方法和實(shí)際海域應(yīng)用情況，對(duì)水體交換能力的機(jī)理卻較少涉及，同時(shí)針對(duì)水體交換通道的斷面尺寸對(duì)水體交換效果的影響也鮮有研究。

本文采用平面二維對(duì)流擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，以規(guī)劃中的連云港徐圩港區(qū)為例，對(duì)模型中對(duì)流及擴(kuò)散進(jìn)行了比較研究，分析了港區(qū)不同位置水體交換能力差異的原因。通過方案比選，探討通道斷面尺度和形狀對(duì)于改善水體交換能力的影響，研究結(jié)果可供有關(guān)部門決策時(shí)參考。

1 平面二維數(shù)學(xué)模型

1.1 研究對(duì)象概況

連云港位于江蘇蘇北沿海，潮汐運(yùn)動(dòng)受南黃海駐波系統(tǒng)控制，為正規(guī)半日潮。外海潮流為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)流，近岸受地形影響，潮流逐漸向往復(fù)流過渡，流向大致與岸線平行[7]。多年平均潮差3.4 m，平均漲潮歷時(shí)5 h 38 min，平均落潮歷時(shí)6 h 48 min。根據(jù)連云港大西山海洋站實(shí)測(cè)波浪資料統(tǒng)計(jì)，常浪向?yàn)槠玁E向，強(qiáng)浪向?yàn)槠玁向。

根據(jù)規(guī)劃，連云港徐圩港區(qū)采用環(huán)抱式單口門防波堤，口門位于-5 m（理論基面，下同）水深處，港區(qū)航道采用30萬(wàn)噸級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道底標(biāo)高-22.5 m，航道疏浚邊坡1∶7，港區(qū)防波堤環(huán)抱面積75.8 km2，港內(nèi)水域面積為31.4 km2，口門寬度為1 200 m，終期方案布置見圖1。

1.2 基本方程

1）水流連續(xù)方程

2）水流運(yùn)動(dòng)方程

圖1 徐圩港區(qū)終期規(guī)劃布置示意圖Fig.1 End stage planning layout of Xuwei harbor

式中：x，y為笛卡爾坐標(biāo)；t為時(shí)間變量；η為水位；h為總水深，且有h=d+η，d為靜水深；u，v分別為x，y方向深度平均速度；τbx，τby分別為x，y方向底部應(yīng)力；ρ0為水的密度；f為科氏力系數(shù)，且f=2Ω sin φ；g為重力加速度；Txx，Tyy，Txy分別為水平黏滯應(yīng)力項(xiàng)。

3）對(duì)流擴(kuò)散方程

4） 紊動(dòng)模型

采用Samagorinsky（1963）的亞網(wǎng)格尺度模型計(jì)算水平擴(kuò)散系數(shù)Dh。

式中：vt為水平渦流黏度；σt為湍流施密特?cái)?shù)；cs為Samagorinsky常數(shù)；l為特征長(zhǎng)度，為2倍的網(wǎng)格特征尺度[8]；Sij為變形率；Δx，Δy分別為x，y方向上網(wǎng)格長(zhǎng)度。

1.3 模型的建立和求解條件

建立模型的范圍：西自現(xiàn)有岸線，北起日照（35°22′30″N，119°33′E），東至（35°22′30″N，120°17′E），南至廢黃河口附近（34°17′00″N，120°17′E），東西寬約100 km，南北長(zhǎng)約120 km，模型范圍內(nèi)水域面積約8 650 km2，詳見圖2。

圖2 數(shù)學(xué)模型范圍示意圖Fig.2 Mathematical model of the scope

采用守恒性較好的有限體積法（FVM）數(shù)值求解上述方程組。模型計(jì)算區(qū)域的離散采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，工程區(qū)域最小網(wǎng)格尺度為20 m。

模型中的西邊界、南邊界為陸邊界，根據(jù)不可入原理取法向流速為0；北邊界、東邊界為水邊界，由東中國(guó)海潮波數(shù)學(xué)模型提供；灌河邊界位于響水大橋附近，由灌河長(zhǎng)河段模型提供。對(duì)流擴(kuò)散模型中的濃度開邊界規(guī)定為入流時(shí)水體濃度為0。

1.4 模型驗(yàn)證

潮流數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證采用2005年9月多個(gè)潮位站的潮位過程及多個(gè)潮流測(cè)點(diǎn)的流速過程。驗(yàn)證表明，連云港海域潮流數(shù)學(xué)模型所計(jì)算的潮位、流速與流向均與實(shí)測(cè)資料吻合較好，能夠較好地反映原體潮流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可用于工程問題研究。

2 水體交換研究

2.1 規(guī)劃方案結(jié)果分析

對(duì)流擴(kuò)散模型是在已建立并驗(yàn)證的連云港海域大范圍潮流數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，添加對(duì)流擴(kuò)散模塊，利用潮流模型的水動(dòng)力結(jié)果計(jì)算物質(zhì)傳輸?shù)倪^程。計(jì)算時(shí)假定水體濃度為均勻分布，并給定初始港區(qū)污染物濃度為G0=1，港區(qū)外水體濃度為G1=0，在潮流作用下，港灣內(nèi)外水體產(chǎn)生交換，在交換過程中，灣內(nèi)水質(zhì)不斷更新，濃度逐漸減小，灣內(nèi)平均濃度變?yōu)椋?

從計(jì)算結(jié)果中提取計(jì)算初始時(shí)刻后2 d、4 d、18 d高低潮位時(shí)刻徐圩港區(qū)濃度分布等值線（圖3），由圖可知：

圖3 不同時(shí)間高低潮位時(shí)刻濃度分布Fig.3 Concentration distribution in high and low tidal level at different time

1） 徐圩港區(qū)的水體交換受潮流作用明顯。漲潮時(shí)，外海清水由口門流入；落潮時(shí)，港區(qū)內(nèi)包含污染物的混合水體經(jīng)口門流出。漲潮進(jìn)水至落潮出水過程中，徐圩港區(qū)污染水體與外海清水形成水體交換。

2） 距離口門越近的港池，水體濃度下降速率越快。圖3（b）～圖3（g）為徐圩港區(qū)不同日期的高低潮位時(shí)刻濃度分布，顯然五、六港池的水體濃度降低最快，三、四港池次之，一、二港池最慢。

3） 在各個(gè)港池中，港池尾部水域的水體濃度相對(duì)其他水域來(lái)說(shuō)則下降較慢，是水體交換能力最弱的水域。

由于徐圩港區(qū)各個(gè)港池的水體交換能力不同，因此在進(jìn)行具體評(píng)價(jià)時(shí)，按照水體半交換周期標(biāo)準(zhǔn)分港池進(jìn)行討論。表1統(tǒng)計(jì)了規(guī)劃方案中各港池水體半交換周期，結(jié)果表明：三、五、六港池水體交換效果較好，5 d內(nèi)水體完成半交換；一、二、四港池水體交換效果較差，水體半交換周期超過10 d。

表1 規(guī)劃方案各港池半交換周期Table 1 Half time of exchange for each basin in planning d

2.2 對(duì)流擴(kuò)散比較研究

由公式（4）可知，對(duì)流擴(kuò)散方程包含對(duì)流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)。對(duì)流和擴(kuò)散對(duì)水體濃度的作用有所不同，兩者的關(guān)系通常用Peclet數(shù)來(lái)表示，其形式為：

式中：Pe為無(wú)量綱Peclet數(shù)；U為網(wǎng)格內(nèi)平均流速；l為特征長(zhǎng)度。

根據(jù)以往研究結(jié)果[10]，當(dāng)Pe≥2時(shí)，水流表征為對(duì)流占優(yōu)；當(dāng)Pe<2時(shí)，水流表征為擴(kuò)散占優(yōu)。由式（6）知，擴(kuò)散系數(shù)Dh與湍流施密特?cái)?shù)σt密切相關(guān)，Kays[11-12]根據(jù)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果建議σt在0.5～1.0之間，本文根據(jù)連云港實(shí)際情況，模型中σt取為1。為研究對(duì)流及擴(kuò)散對(duì)徐圩港區(qū)水體交換能力的影響，利用已計(jì)算出的水動(dòng)力結(jié)果，計(jì)算2005年9月4日至2005年10月4日期間徐圩港區(qū)Peclet數(shù)的平均值及其分布，詳見圖4。由圖可知，徐圩港區(qū)各水域內(nèi)Peclet數(shù)一般超過50，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2，說(shuō)明對(duì)流作用在徐圩港區(qū)水體交換中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)散作用相對(duì)較小。因此，徐圩港區(qū)水體交換能力主要與港區(qū)內(nèi)的水流流速有關(guān)。

圖4 徐圩港區(qū)Peclet數(shù)平均值分布Fig.4 Mean of Peclet number distribution of Xuwei harbor

本文也對(duì)σt進(jìn)行了敏感性分析，模型計(jì)算中分別取σt=0.2、0.5、5、10，計(jì)算結(jié)果顯示各港池半交換周期并無(wú)明顯變化，從另一方面佐證了徐圩港區(qū)水體交換主要依靠對(duì)流的作用。

2.3 徐圩港區(qū)水動(dòng)力條件分析

由上述結(jié)論可知，徐圩港區(qū)水體交換主要依靠對(duì)流的作用，也就是與水流速度有關(guān)。大潮期間，徐圩港區(qū)的水動(dòng)力作用最強(qiáng)，漲落潮過程中港區(qū)平均流速等值線詳見圖5。

圖5 徐圩港區(qū)大潮期間平均流速分布Fig.5 Mean of velocity distribution during the spring tide of Xuwei harbor

由圖5可知：五、六港池的平均流速最大，三、四港池次之，一、二港池平均流速最??；各個(gè)港池中，港池尾部的平均流速最低，基本不足0.01～0.02 m/s。港池中漲落潮平均流速的分布狀態(tài)與水體交換能力基本一致，說(shuō)明像徐圩港區(qū)這樣的環(huán)抱式港池，水體交換能力主要取決于水流流速的大小。由此可以推斷，若要改善徐圩港區(qū)的水體交換能力，則應(yīng)從提高港區(qū)水流流速方面著手。

3 水體交換通道方案

水體交換通道是提高港區(qū)水體交換能力的常用工程措施。其原理是利用漲落潮期間，港區(qū)內(nèi)外的潮位差，將海水引入港池或排放到外海，形成水體交換。對(duì)水體交換較差的港池布置水體交換通道后，可增強(qiáng)港池內(nèi)的水流流速，有效改善港池水質(zhì)。

3.1 方案設(shè)計(jì)

在規(guī)劃方案的基礎(chǔ)上，對(duì)水體交換能力較差的一、二、四港池分別設(shè)置水體交換通道，通道一端設(shè)在防波堤上，另一端設(shè)在港池末端中部（詳見圖6（a））。水體交換通道斷面為矩形，為研究斷面尺度對(duì)水體交換能力的影響，按照不同寬度和底面高程對(duì)方案進(jìn)行劃分：方案一、方案三和方案四的寬度都為100 m，底面高程分別為0 m、-2 m、-4 m；方案二、方案四、方案五和方案六的底面高程都為-4 m，寬度分別為50 m、100 m、150 m、200 m。表2統(tǒng)計(jì)了各方案斷面尺寸和平均過水?dāng)嗝婷娣e，其中，平均過水?dāng)嗝婷娣e定義為平均海平面到通道底部的高度與斷面寬度的乘積。各組方案計(jì)算時(shí)，初始時(shí)刻設(shè)置港區(qū)及水體交換通道的水體濃度G0=1.0，港區(qū)外為清水（圖6（b）），其余設(shè)置與規(guī)劃方案相同。

圖6 水體交換通道方案Fig.6 Water exchange channel scheme

3.2 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

為比較各方案水體交換通道對(duì)港區(qū)水體交換效果及水動(dòng)力的影響，作如下統(tǒng)計(jì)：通過對(duì)流擴(kuò)散模型計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)得到各方案中一、二、四港池的水體半交換周期，詳見表3；通過模型中水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，得到各組方案與規(guī)劃方案在大潮期間平均流速的差值分布圖，詳見圖7；在水體交換通道端點(diǎn)布置流量采樣斷面N1，N2，N4（圖6（a）），通過水動(dòng)力模塊計(jì)算得到大潮期間各采樣斷面的流量，并對(duì)流量時(shí)間過程積分，得到各采樣斷面的潮量。并規(guī)定：水流經(jīng)水體交換通道流進(jìn)港池時(shí)段，為各水體交換通道的進(jìn)潮過程，該過程N(yùn)1，N2，N4斷面流量為正值，潮量為進(jìn)潮量；水流經(jīng)水體交換通道流出港池時(shí)段，為各水體交換通道的出潮過程，該過程N(yùn)1，N2，N4斷面流量為負(fù)值，潮量為出潮量。潮量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表2 各方案斷面尺寸和平均過水?dāng)嗝婷娣eTable 2 Cross-sectional size and mean discharge section area of each scheme

表3 各組方案水體半交換周期Table 3 Half time of water exchange for each scheme d

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

3.3.1 斷面面積對(duì)水體交換的影響

對(duì)比表2、表3、圖7及表4可知：水體交換通道的平均過水?dāng)嗝婷娣e越大，通道的進(jìn)出潮總量越大，對(duì)港池的水動(dòng)力改善越好，港池的水體交換能力越強(qiáng)。方案六平均過水?dāng)嗝婷娣e最大，其進(jìn)出潮總量最大，相對(duì)規(guī)劃方案的平均流速增加量最大，水體半交換周期最短。方案一平均過水?dāng)嗝婷娣e最小，其進(jìn)出潮總量最小，相對(duì)規(guī)劃方案的平均流速增加量最小，水體半交換周期最短。其余方案也有類似的規(guī)律，因此增大水體交換通道的平均過水?dāng)嗝婷娣e，可增加進(jìn)出潮量，增強(qiáng)港池的水動(dòng)力條件，提高其水體交換能力。

3.3.2 斷面形狀對(duì)水體交換的影響及原因分析

圖7 各組方案與規(guī)劃方案在大潮期間平均流速的差值分布Fig.7 Difference distribution of mean velocity during the spring tide between each scheme and planning scheme

表4 各組方案潮量統(tǒng)計(jì)Table 4 Tidal influx statistics of each scheme 106m3

方案二與方案三平均過水?dāng)嗝婷娣e相同，僅斷面形狀不同，方案二底面高程較低，方案三斷面寬度較寬。但是表4中方案三各水體交換通道的進(jìn)出潮總量大于方案二，且相對(duì)規(guī)劃方案的速度差值增加也更為明顯（詳見圖7），水體交換效果也好于方案二（詳見表3）。說(shuō)明水體交換通道的平均過水?dāng)嗝婷娣e相同時(shí)，斷面寬度越寬，進(jìn)出潮總量越大，對(duì)港池的水動(dòng)力改善越好，水體交換能力越強(qiáng)。

為分析造成這種現(xiàn)象的原因，現(xiàn)來(lái)考察圖8中方案二與方案三的過水?dāng)嗝媾c潮位的關(guān)系圖。圖8（a）中，潮位等于平均海平面（0 m）時(shí)，兩個(gè)方案的過水?dāng)嗝婷娣e相同；圖8（b）中，潮位高于平均海平面，斷面寬度較寬的方案，過水?dāng)嗝婷娣e較大，增加的面積如圖中陰影所示，且隨著潮位升高面積增量也越大；圖8（c）中，潮位低于平均海平面，底面高程較低的方案，過水?dāng)嗝婷娣e較大，增加的面積如圖中陰影所示，且隨著潮位降低面積增量也越大。

以一港池N1點(diǎn)為例來(lái)說(shuō)明斷面形狀對(duì)于進(jìn)出港池潮量的影響，統(tǒng)計(jì)方案二和方案三在大潮期間進(jìn)出潮過程的平均潮位（詳見表5），并繪制N1點(diǎn)潮位時(shí)間過程和N1斷面流量時(shí)間過程圖（詳見圖9）。由圖表可知，兩個(gè)方案在N1點(diǎn)潮位時(shí)間過程相似，差別較小，流量時(shí)間過程差別較大。但是，在進(jìn)潮過程中N1點(diǎn)平均潮位高于平均海平面，出潮過程中低于平均海平面，進(jìn)潮過程的平均潮位明顯大于出潮過程。因此，進(jìn)潮過程中方案三的過水?dāng)嗝婷娣e大于方案二，進(jìn)潮量較大；出潮過程中的過水?dāng)嗝婷娣e小于方案二，出潮量較小。由此導(dǎo)致一港池方案三的凈潮量和總潮量大于方案二。類似地，也可以分析二港池、四港池的進(jìn)出潮量，得出相近的結(jié)果。

圖8 方案二與方案三的過水?dāng)嗝媾c潮位關(guān)系圖Fig.8 Relationship between the discharge cross-section and tidal level of the second scheme and the third scheme

表5 進(jìn)出潮過程N(yùn)1點(diǎn)平均潮位Table 5 Mean tide level of N1 for the tide inlet and outlet process m

圖9 方案二和方案三N1點(diǎn)潮位和N1斷面流量時(shí)間過程Fig.9 Time series of the N1 tide level and N1 cross-sectional flow of the second scheme and the third scheme

3.3.3 一、二港池交換能力差異及原因分析

規(guī)劃方案中，一港池水體半交換周期略高于二港池，添加水體交換通道后，一港池水體半交換周期均有所改善且小于二港池，特別地有些方案（方案一~方案三）二港池的半交換周期甚至高于規(guī)劃方案。說(shuō)明添加水體交換通道后，一港池的水體交換功能改善較顯著，二港池水體交換功能改善不明顯，部分方案中水體交換效果甚至變差。

一、二港池水體交換效果差異的主要原因在于：添加水體交換通道后，一港池的污染水體會(huì)流向二港池，對(duì)一港池水體交換較為有利，但對(duì)二港池有不利影響。對(duì)比表4中各方案凈潮量可發(fā)現(xiàn)，N1斷面的凈潮量均為正，N2，N4的凈潮量均為負(fù)，說(shuō)明添加水體交換通道后，N1斷面進(jìn)港水量大于出港水量，N2，N4斷面出港水量大于進(jìn)港水量。由于一、二港池距離較近，一港池的部分污染水體會(huì)流向二港池，并隨著凈潮量的增大，自一港池流向二港池的污染水體也越多，因此各方案中一港池水體半交換周期均小于二港池。再加上方案一~方案三的平均過水?dāng)嗝婷娣e相對(duì)較小，進(jìn)出潮總量也較小，對(duì)二港池的水體交換能力改善效果不能抵消一港池污染水體流進(jìn)二港池造成的不利影響，因此水體半交換周期沒有降低，甚至高于規(guī)劃方案。平均過水?dāng)嗝婷娣e增大后（如方案四～方案六），進(jìn)出潮總量增大，水體交換能力得到增強(qiáng)，水體半交換周期也隨之下降。

進(jìn)一步地，將以方案三為例，分析各方案中N1斷面與N2，N4斷面進(jìn)出港水量產(chǎn)生差異的原因。圖10、圖11、圖12為方案三大潮期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由圖可知，當(dāng)水體交換通道的港內(nèi)采樣點(diǎn)（N1，N2，N4）的潮位低于港外采樣點(diǎn)（W1，W2，W4）時(shí)，N1，N2，N4斷面流量表現(xiàn)為進(jìn)港流量；當(dāng)港內(nèi)采樣點(diǎn)潮位高于港外采樣點(diǎn)時(shí)，N1，N2，N4斷面則表現(xiàn)為出港流量。說(shuō)明各通道進(jìn)出潮過程中的水流方向與通道兩端的潮位差密切相關(guān)。一港池水體交換通道兩端潮差過程與二、四港池相反，因此其進(jìn)出潮過程也與二、四港池相反。

圖10 各采樣斷面流量時(shí)間過程Fig.10 Time series of the cross-sectional flow of each sampling

圖11 各通道兩端潮差時(shí)間過程Fig.11 Time series of the tidal range on both ends of each channel

圖12 各采樣點(diǎn)潮位時(shí)間過程Fig.12 Time series of the tidal level of each sampling site

4 結(jié)論及建議

1） 淤泥質(zhì)海岸傳統(tǒng)上多采用環(huán)抱式防波堤建港，水體交換能力相對(duì)天然條件有所減弱，對(duì)該類型港池的水體交換能力進(jìn)行研究具有工程實(shí)際意義。

2） 規(guī)劃方案的結(jié)果分析表明：徐圩港區(qū)的水體交換受潮流作用明顯；港池距口門越近，水體交換能力越強(qiáng)；各港池尾部水體交換能力較差。

3） 水體交換主要與對(duì)流及擴(kuò)散有關(guān)。研究表明：對(duì)流作用在徐圩港區(qū)的水體交換中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)散作用相對(duì)較小。因此，要想提高徐圩港區(qū)的水體交換能力，需要增加港區(qū)的水流流速。

4） 水體交換通道的斷面面積和斷面形狀是改善水體交換能力的主要影響因素。水體交換通道平均過水?dāng)嗝婷娣e越大，進(jìn)出潮總量就越大，港池流速增加也越多，水體交換能力也就越強(qiáng)；平均過水?dāng)嗝婷娣e相同時(shí)，則斷面寬度較寬的方案，港池水體交換能力相對(duì)要強(qiáng)。

5） 對(duì)一、二、四港池添加水體交換通道后，一港池的污染水體會(huì)流向二港池，對(duì)一港池水體交換較有利，但對(duì)二港池的水體交換有不利影響。

6） 水體交換通道可以改善徐圩港區(qū)的水體交換效果，但若要明顯降低水體半交換周期，必須采用較大的過水?dāng)嗝婷娣e，工程量較大。有關(guān)部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，慎重考慮，采取合理工程方案。

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Researches on water exchange for encircled basin— Take Xuwei harbor in Lianyungang as an example

ZHANG Wei，CHEN Zhen，LIU Ran，CAO Hao
（Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence of Ministry of Education，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China）

The encircled basin has a weak capability for water exchange.Water exchange channel is one of the main methods to improve harbor water exchange capability.A convection-diffusion model based on the project of Xuwei harbor in Lianyungang is established and calculated for researching the relationship between convection and diffusion，analyzing the mechanism of harbor water exchange and the main influencing factors.The main factors of influencing harbor water exchange improvements is studied when setting water exchange channels.Results indicate that：convection play a dominate role in the water exchange of Xuwei harbor；water exchange capability in harbor can be enhanced by increasing current velocity；cross-sectional area and shape of the channel have a great effect on the result of water exchange in Xuwei harbor.

encircled basin；convection-diffusion model；Peclet number；water exchange channel；tidal influx；tidal level

U653.3

：A

：1003-3688（2014）03-0001-08

10.7640/zggwjs201403001

2013-12-10

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃） （2012AA112509）；江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（20100714-30HDKY001-2）；2011年度江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程（CXZZ11_0449）

張瑋（1958— ），男，山東青島市人，教授，博導(dǎo)，主要從事港口航道工程研究。E-mail：zhangweihhu@vip.sina.com