工程施工引起的三山島附近海域的懸浮物擴(kuò)散研究

趙海勃+王昆+宋倫+劉桂英+宋永剛

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.03.004

摘 要：利用非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型，將施工引起的污染物作為線源影響輸入，模擬了三山島附近海域工程施工前后的水動(dòng)力及懸浮物濃度的平面實(shí)時(shí)分布狀況。給出不同典型時(shí)刻下該海域的潮流場及濃度場的計(jì)算結(jié)果，據(jù)此對(duì)三山島附近海域工程施工后的懸浮物對(duì)流輸運(yùn)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：三山島；非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型；懸浮物擴(kuò)散

小窯灣、大窯灣及大連灣是黃海北部的重要原生構(gòu)造灣，周圍陸地為海拔較低的丘陵地貌和堆積平原，高處經(jīng)受風(fēng)化剝蝕，低處接收沉積物堆積。常見剝蝕地貌有尖-圓頂狀侵蝕-剝蝕高丘、圓頂侵蝕-剝蝕低丘和剝蝕臺(tái)地等，地形起伏平緩，相對(duì)海拔較低。丘陵坡腳及谷地常見坡洪積、沖洪積扇裙。偶見冰川作用形成的冰積臺(tái)地、冰磧臺(tái)地，以及湖積凹地、風(fēng)成砂地等。靠近海灣灣頂陸域多見沖洪積平原、河流三角洲和海積平原。海岸為典型的基巖海岸，尤以岬角處海岸最為典型，發(fā)育海蝕崖與倒石堆、海蝕洞穴、海蝕殘丘和巖脊灘。灣頂處以堆積地貌為主，常見岸堤、潟湖、海灘、沙嘴等。

三山島位于大連灣[1]灣口東南外海區(qū)域，灣內(nèi)海底地貌以水下淺灘為主，自灣頂向?yàn)晨诰徛齼A斜，地形平坦單調(diào)。大連灣口處坡度顯著增大，水深自15 m迅速增加到30 m，坡度達(dá)到15‰，海底地形總體平坦單調(diào)。正是得力于其獨(dú)特的海況和水質(zhì)條件，其國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)——三山島海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的試驗(yàn)區(qū)和三山島市級(jí)海珍品資源保護(hù)區(qū)位于其附近海域，由于工程施工的需要，施工引起的污染物排放入海，影響其保護(hù)區(qū)的海水水質(zhì)狀況，本文利用非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型[2]，將施工引起的污染物作為線源影響輸入，模擬了三山島附近海域工程施工前后的水動(dòng)力及懸浮物濃度的平面實(shí)時(shí)分布狀況。

1 水動(dòng)力環(huán)境影響分析

在海洋環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境評(píng)價(jià)中，海流總是作為更重要的環(huán)境動(dòng)力予以詳盡的調(diào)查。在必要的海流現(xiàn)場觀測基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬的方法來解決這一問題是經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)手段。為查明擬建工程海域的海流運(yùn)動(dòng)狀況及其變化規(guī)律，本次在擬建工程海域布設(shè)兩個(gè)海流定點(diǎn)周日連續(xù)觀測站。

利用干濕動(dòng)邊界[3]淺水環(huán)流模型對(duì)工程附近海域的潮流場進(jìn)行數(shù)值模擬，以期再現(xiàn)工程海域潮汐潮流的運(yùn)動(dòng)過程，為分析本海域的環(huán)境自凈能力和工程對(duì)海洋的環(huán)境影響提供動(dòng)力學(xué)條件。

1.1 模型介紹

由于計(jì)算區(qū)域具有廣泛的外海開邊界，采用大小計(jì)算域嵌套模式，小區(qū)域的外海開邊界條件采用大區(qū)域的計(jì)算結(jié)果。

取XOY平面為平均海平面，X軸向東為正，Y軸向北為正，Z軸以平均海平面為零，向上為正。笛卡爾坐標(biāo)系下，不可壓縮流體的動(dòng)量方程為：

dudt-fv=-gηx-qx+γh2ux2+2uy2+

z(mì)γvuz(mì)

(1)

dvdt+fu=-gηy-qy+γh2vx2+2vy2+

z(mì)γvvz(mì)

(2)

dwdt=-qz(mì)+γh2wx2+2wy2

+z(mì)γvwz(mì)

(3)

式中， u(x,y,z,t)、v（x,y,z,t）、w（x,y,z,t）分別為x、y、z方向的流速；t為時(shí)間；η(x,y,t)為自由面升高值即水位；q(x,y,z,t)為流體動(dòng)壓值；f為柯氏力系數(shù)；g為重力加速度;γh、γv分別為水平和垂向的渦黏性系數(shù)。

連續(xù)性方程為：

ux+vy+wz(mì)=0

(4)

在水深方向上對(duì)連續(xù)性方程(4)進(jìn)行積分得自由面方程為：

ηt+x∫η-hudz+y∫η-hvdz=0

(5)

式中，h(x,y)為靜水深，H(x,y,t)=h(x,y)+η(x,y,t)為總水深。

網(wǎng)格是離散的基礎(chǔ)，這里采用不同變量定義于不同位置的交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)，具體是利用基于”circumcircle property”(CP)準(zhǔn)則的Delaunay三角剖分方法，具體的變量定義和網(wǎng)格布置見圖1，動(dòng)量方程和潮位方程均采用半隱式有限差分離散格式[4]。

圖1 變量定義及網(wǎng)格分布

1.2 潮流場的數(shù)值模擬

1.2.1 工程施工前潮流場模擬 圖2為工程區(qū)域施工前潮流場模擬結(jié)果。計(jì)算的潮流特征與實(shí)測的潮流特征基本一致，漲潮急流發(fā)生在高潮前后，西南－西向，落潮急流發(fā)生在低潮前后，東－東北向；本海區(qū)一日內(nèi)發(fā)生兩次漲、落潮流過程，一般半潮面以上為漲潮流，半潮面以下為落潮流。高、低潮時(shí)刻漲、落潮流較強(qiáng)，半潮面附近漲、落潮流較弱，并發(fā)生轉(zhuǎn)流。

圖2 工程區(qū)域施工前高、低潮時(shí)刻流場

1.2.2 工程施工后潮流場模擬 工程施工后高潮時(shí)刻和低潮時(shí)刻的潮流場見圖3，工程施工后的流場與原型流場相比，在工程區(qū)域附近其流場幾乎沒有改變。

圖3 工程區(qū)域工程后高、低潮時(shí)刻流場

通過工程前后模擬潮流場的對(duì)比，本工程區(qū)漲潮急流發(fā)生在高潮前后，西南－西向，落潮急流發(fā)生在低潮前后，東－東北向。觀測區(qū)域接近正規(guī)半日潮型和非正規(guī)半日潮流區(qū)，因受測區(qū)海底地形影響，每日兩次潮汐過程，該灣一日內(nèi)發(fā)生兩次漲、落潮流過程，一般在高、低潮時(shí)刻附近漲、落潮流較強(qiáng)，至半潮面附近漲、落潮流較較弱，并發(fā)生轉(zhuǎn)流。工程后流場與工程前的原型流場基本變化不大，僅在工程區(qū)域附近其流場結(jié)構(gòu)有細(xì)微差別。

2 水質(zhì)環(huán)境影響分析

對(duì)水環(huán)境的影響主要是工程施工作業(yè)引起部分海域懸浮物濃度增高；其次，施工船舶、施工場地等排放的污水也會(huì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

2.1 施工工程懸浮物源強(qiáng)的確定

根據(jù)對(duì)工程和施工工藝的分析，主要污染物是懸浮泥沙。本項(xiàng)目采用8 m3抓揚(yáng)式挖泥船兩組，每組配置3條500 m3非自航泥駁和2條拖輪。疏浚挖泥和基床拋石作業(yè)產(chǎn)生懸浮泥沙的發(fā)生量按《港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》[5]中提出的公式計(jì)算：

W1=W0×R/R0×T

(6)

其中：W1—挖泥作業(yè)生產(chǎn)的懸浮物源強(qiáng)（t/h）；

W0—懸浮物發(fā)生系數(shù)（t/m3），2.8×10-2t/m3；

R —現(xiàn)場流速中SS 界限粒子的粒徑加積百分比，100%；

R0—指定發(fā)生系數(shù)W0 時(shí)土粒粒徑加積百分比，89.6%；

T —挖泥船效率（m3/h）。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)，8 m3抓斗式挖泥船的工作效率為220 m3/h。懸浮物發(fā)生源強(qiáng)20.625 t/h，6.875 t/h，20.625 t/h。

2.2 施工期懸浮物影響分析

工程引起的海底懸浮泥沙擴(kuò)散模式，在通用二維輸移—擴(kuò)散方程的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮懸浮物的沉降和再懸浮效應(yīng)。在垂向混合充分的淺海，加入計(jì)算保守物質(zhì)輸運(yùn)的子模塊，建立污染物輸運(yùn)的對(duì)流擴(kuò)散模型[6]。

濃度對(duì)流擴(kuò)散方程為：

Ct+(uc)x+(vc)y+(w-ws)Cz(mì)=xkhCx+ykhCy+xkvCz(mì)+M

(7)

其中：C為濃度，M為源匯項(xiàng)，kh、kv分別為水平和垂直向的擴(kuò)散系數(shù)，ws為污染物沉降速度。

采用有限體積法[7]對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散并不能保證計(jì)算格式具有單調(diào)保持的性質(zhì)，為獲得單調(diào)保持的離散格式，需要采取與質(zhì)量守恒方程的離散相容的離散格式。采用半隱的一階迎風(fēng)有限體積法離散方程，離散格式是質(zhì)量守恒的并具有單調(diào)保持的性質(zhì)，但是時(shí)間步長要受制于穩(wěn)定性條件，為了避免施加額外的穩(wěn)定性限制條件，這里采用子迭代方法在每個(gè)棱柱上對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散。計(jì)算中所需的潮流場由前述動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算結(jié)果給出。計(jì)算網(wǎng)格與潮流場網(wǎng)格相同。

2.3 懸浮物影響濃度場預(yù)測結(jié)果

排入海水中的懸浮泥沙，受海水平流攜帶和湍流混合的作用，其影響范圍由污染源處向外圍逐漸擴(kuò)大。經(jīng)過若干個(gè)潮周期后，濃度分布趨于穩(wěn)定，即所謂的平衡濃度場。平衡濃度場形成時(shí)間的長短，取決于工程海域的水動(dòng)力條件，主要是潮流的強(qiáng)弱以及與臨近海域水交換能力的大小。在本計(jì)算海域的條件下，懸浮物的擴(kuò)散經(jīng)過16.5 d后其濃度分布已達(dá)到平衡狀態(tài)。因?yàn)槭前肴粘眳^(qū)，即取第33個(gè)潮周期的濃度場輸出作為預(yù)測濃度場。為了說明濃度場分布與潮流二者之間的相互關(guān)系，給出四個(gè)典型時(shí)刻的濃度場分布狀況。

圖4(a)為低潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受落潮流的影響呈向東擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為630 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4(b)為低潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)處向周圍擴(kuò)散。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為602 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（a）

（b）

圖4 低潮(a)及低潮后3 h(b)懸浮物濃度場分布

圖5(a)為高潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受漲潮流的影響呈向西擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為591 m。超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.002 km2，僅在源點(diǎn)附近區(qū)域。

圖5(b)為高潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，由于此時(shí)流速不大，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)均勻向周圍擴(kuò)散。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為618 m。沒有超三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（c）

（d）

圖5 高潮(c)及高潮后3 h(d)懸浮物濃度場分布

3 水質(zhì)環(huán)境影響分析

本文利用非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型，將施工引起的污染物作為線源影響輸入，模擬了三山島附近海域工程施工前后的水動(dòng)力及懸浮物濃度的平面實(shí)時(shí)分布狀況。利用已有驗(yàn)證數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該水動(dòng)力該模型處理實(shí)際問題的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。通過懸浮物濃度場的預(yù)測結(jié)果，可以看出工程施工對(duì)周邊海域的水質(zhì)環(huán)境影響并不大。懸浮物影響濃度等值線都是以源點(diǎn)為中心向四周擴(kuò)散，對(duì)水質(zhì)影響最大包絡(luò)線范圍在1.25 km2以內(nèi)，超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域僅在源點(diǎn)附近，沒有達(dá)到超過四類標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。說明懸浮物對(duì)附近海區(qū)沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樸香花.大連灣海域氨氮、磷酸鹽及藻類生長的數(shù)值模擬研究[D].大連：大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文,2005

[2] 王昆,郭楠,王年斌,等.遼東灣水體交換能力模擬及保守水質(zhì)模型應(yīng)用[J].水產(chǎn)科學(xué), 2013,32(8):475-48

[3] 王昆.復(fù)雜水流的高分辨率數(shù)值模擬[D]. 大連：大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文, 2009

[4] 王昆,金生,馬志強(qiáng),等.三棱柱形網(wǎng)格下自由表面流的三維數(shù)值模擬[J].水科學(xué)進(jìn)展, 2009,20(4): 490-494

[5] JTS 105-1-2011.港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011

[6] 王昆,王年斌.遼東灣海域水體污染物輸運(yùn)的數(shù)值模擬研究[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展，2010,25(4):493-498

[7] 耿艷芬,王志力,陸永軍.基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元中心有限體積法的二維對(duì)流擴(kuò)散方程離散[J].計(jì)算物理，2009,(1):17-26

Study of Suspended Matter Diffuse from Construction

in the Sea near Sanshan Island

ZHAO Hai

--------------------------------------------------------------------------------

bo1,2,3, WANG Kun1,2,3, SONG Lun1,2,3，

LIU Gui

--------------------------------------------------------------------------------

ying1,2,3 ，SONG Yong

--------------------------------------------------------------------------------

gang1,2,3

（1. Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute，Liaoning Dalian 116023；2. Liaoning Ocean Environment Monitoring

Station， Dalian 116023；3. Liaoning Ocean Fishery Supervise Monitoring Station，Dalian 116023）

Abstract：Through non-steady conservative model about water quality trace prediction, the pollution from construction as line source, the hydrodynamics about construction was simulated and the distribution of suspended matter was simulated in the sea near Sanshan Island. The calculated result of the tidal current field and concentration field was obtained in the sea. According to the data, the status of suspensions convection transport was analyzed. In addition, the veracity and practicability of model was validated by comparing known data.

Key words：Sanshan Island; non-steady conservative model; suspended matter diffuse.

（收稿日期：2013-11-13）

采用有限體積法[7]對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散并不能保證計(jì)算格式具有單調(diào)保持的性質(zhì)，為獲得單調(diào)保持的離散格式，需要采取與質(zhì)量守恒方程的離散相容的離散格式。采用半隱的一階迎風(fēng)有限體積法離散方程，離散格式是質(zhì)量守恒的并具有單調(diào)保持的性質(zhì)，但是時(shí)間步長要受制于穩(wěn)定性條件，為了避免施加額外的穩(wěn)定性限制條件，這里采用子迭代方法在每個(gè)棱柱上對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散。計(jì)算中所需的潮流場由前述動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算結(jié)果給出。計(jì)算網(wǎng)格與潮流場網(wǎng)格相同。

2.3 懸浮物影響濃度場預(yù)測結(jié)果

排入海水中的懸浮泥沙，受海水平流攜帶和湍流混合的作用，其影響范圍由污染源處向外圍逐漸擴(kuò)大。經(jīng)過若干個(gè)潮周期后，濃度分布趨于穩(wěn)定，即所謂的平衡濃度場。平衡濃度場形成時(shí)間的長短，取決于工程海域的水動(dòng)力條件，主要是潮流的強(qiáng)弱以及與臨近海域水交換能力的大小。在本計(jì)算海域的條件下，懸浮物的擴(kuò)散經(jīng)過16.5 d后其濃度分布已達(dá)到平衡狀態(tài)。因?yàn)槭前肴粘眳^(qū)，即取第33個(gè)潮周期的濃度場輸出作為預(yù)測濃度場。為了說明濃度場分布與潮流二者之間的相互關(guān)系，給出四個(gè)典型時(shí)刻的濃度場分布狀況。

圖4(a)為低潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受落潮流的影響呈向東擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為630 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4(b)為低潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)處向周圍擴(kuò)散。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為602 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（a）

（b）

圖4 低潮(a)及低潮后3 h(b)懸浮物濃度場分布

圖5(a)為高潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受漲潮流的影響呈向西擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為591 m。超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.002 km2，僅在源點(diǎn)附近區(qū)域。

圖5(b)為高潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，由于此時(shí)流速不大，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)均勻向周圍擴(kuò)散。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為618 m。沒有超三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（c）

（d）

圖5 高潮(c)及高潮后3 h(d)懸浮物濃度場分布

3 水質(zhì)環(huán)境影響分析

本文利用非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型，將施工引起的污染物作為線源影響輸入，模擬了三山島附近海域工程施工前后的水動(dòng)力及懸浮物濃度的平面實(shí)時(shí)分布狀況。利用已有驗(yàn)證數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該水動(dòng)力該模型處理實(shí)際問題的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。通過懸浮物濃度場的預(yù)測結(jié)果，可以看出工程施工對(duì)周邊海域的水質(zhì)環(huán)境影響并不大。懸浮物影響濃度等值線都是以源點(diǎn)為中心向四周擴(kuò)散，對(duì)水質(zhì)影響最大包絡(luò)線范圍在1.25 km2以內(nèi)，超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域僅在源點(diǎn)附近，沒有達(dá)到超過四類標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。說明懸浮物對(duì)附近海區(qū)沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王昆,郭楠,王年斌,等.遼東灣水體交換能力模擬及保守水質(zhì)模型應(yīng)用[J].水產(chǎn)科學(xué), 2013,32(8):475-48

[3] 王昆.復(fù)雜水流的高分辨率數(shù)值模擬[D]. 大連：大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文, 2009

[4] 王昆,金生,馬志強(qiáng),等.三棱柱形網(wǎng)格下自由表面流的三維數(shù)值模擬[J].水科學(xué)進(jìn)展, 2009,20(4): 490-494

[5] JTS 105-1-2011.港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011

[6] 王昆,王年斌.遼東灣海域水體污染物輸運(yùn)的數(shù)值模擬研究[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展，2010,25(4):493-498

[7] 耿艷芬,王志力,陸永軍.基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元中心有限體積法的二維對(duì)流擴(kuò)散方程離散[J].計(jì)算物理，2009,(1):17-26

Study of Suspended Matter Diffuse from Construction

in the Sea near Sanshan Island

ZHAO Hai

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bo1,2,3, WANG Kun1,2,3, SONG Lun1,2,3，

LIU Gui

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ying1,2,3 ，SONG Yong

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gang1,2,3

（1. Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute，Liaoning Dalian 116023；2. Liaoning Ocean Environment Monitoring

Station， Dalian 116023；3. Liaoning Ocean Fishery Supervise Monitoring Station，Dalian 116023）

Abstract：Through non-steady conservative model about water quality trace prediction, the pollution from construction as line source, the hydrodynamics about construction was simulated and the distribution of suspended matter was simulated in the sea near Sanshan Island. The calculated result of the tidal current field and concentration field was obtained in the sea. According to the data, the status of suspensions convection transport was analyzed. In addition, the veracity and practicability of model was validated by comparing known data.

Key words：Sanshan Island; non-steady conservative model; suspended matter diffuse.

（收稿日期：2013-11-13）

采用有限體積法[7]對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散并不能保證計(jì)算格式具有單調(diào)保持的性質(zhì)，為獲得單調(diào)保持的離散格式，需要采取與質(zhì)量守恒方程的離散相容的離散格式。采用半隱的一階迎風(fēng)有限體積法離散方程，離散格式是質(zhì)量守恒的并具有單調(diào)保持的性質(zhì)，但是時(shí)間步長要受制于穩(wěn)定性條件，為了避免施加額外的穩(wěn)定性限制條件，這里采用子迭代方法在每個(gè)棱柱上對(duì)輸運(yùn)方程進(jìn)行離散。計(jì)算中所需的潮流場由前述動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算結(jié)果給出。計(jì)算網(wǎng)格與潮流場網(wǎng)格相同。

2.3 懸浮物影響濃度場預(yù)測結(jié)果

排入海水中的懸浮泥沙，受海水平流攜帶和湍流混合的作用，其影響范圍由污染源處向外圍逐漸擴(kuò)大。經(jīng)過若干個(gè)潮周期后，濃度分布趨于穩(wěn)定，即所謂的平衡濃度場。平衡濃度場形成時(shí)間的長短，取決于工程海域的水動(dòng)力條件，主要是潮流的強(qiáng)弱以及與臨近海域水交換能力的大小。在本計(jì)算海域的條件下，懸浮物的擴(kuò)散經(jīng)過16.5 d后其濃度分布已達(dá)到平衡狀態(tài)。因?yàn)槭前肴粘眳^(qū)，即取第33個(gè)潮周期的濃度場輸出作為預(yù)測濃度場。為了說明濃度場分布與潮流二者之間的相互關(guān)系，給出四個(gè)典型時(shí)刻的濃度場分布狀況。

圖4(a)為低潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受落潮流的影響呈向東擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為630 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4(b)為低潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)處向周圍擴(kuò)散。此時(shí)刻超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為602 m；沒有超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（a）

（b）

圖4 低潮(a)及低潮后3 h(b)懸浮物濃度場分布

圖5(a)為高潮時(shí)刻懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，從圖中可以看出，擴(kuò)散等值線受漲潮流的影響呈向西擴(kuò)散趨勢(shì)。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為591 m。超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.002 km2，僅在源點(diǎn)附近區(qū)域。

圖5(b)為高潮后3 h懸浮物擴(kuò)散影響濃度分布圖，由于此時(shí)流速不大，擴(kuò)散等值線從源點(diǎn)均勻向周圍擴(kuò)散。此時(shí)超一類和漁業(yè)水質(zhì)污染半徑為618 m。沒有超三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（c）

（d）

圖5 高潮(c)及高潮后3 h(d)懸浮物濃度場分布

3 水質(zhì)環(huán)境影響分析

本文利用非恒定保守型水質(zhì)跟蹤預(yù)報(bào)模型，將施工引起的污染物作為線源影響輸入，模擬了三山島附近海域工程施工前后的水動(dòng)力及懸浮物濃度的平面實(shí)時(shí)分布狀況。利用已有驗(yàn)證數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該水動(dòng)力該模型處理實(shí)際問題的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。通過懸浮物濃度場的預(yù)測結(jié)果，可以看出工程施工對(duì)周邊海域的水質(zhì)環(huán)境影響并不大。懸浮物影響濃度等值線都是以源點(diǎn)為中心向四周擴(kuò)散，對(duì)水質(zhì)影響最大包絡(luò)線范圍在1.25 km2以內(nèi)，超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域僅在源點(diǎn)附近，沒有達(dá)到超過四類標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。說明懸浮物對(duì)附近海區(qū)沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。

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Study of Suspended Matter Diffuse from Construction

in the Sea near Sanshan Island

ZHAO Hai

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bo1,2,3, WANG Kun1,2,3, SONG Lun1,2,3，

LIU Gui

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ying1,2,3 ，SONG Yong

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gang1,2,3

（1. Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute，Liaoning Dalian 116023；2. Liaoning Ocean Environment Monitoring

Station， Dalian 116023；3. Liaoning Ocean Fishery Supervise Monitoring Station，Dalian 116023）

Abstract：Through non-steady conservative model about water quality trace prediction, the pollution from construction as line source, the hydrodynamics about construction was simulated and the distribution of suspended matter was simulated in the sea near Sanshan Island. The calculated result of the tidal current field and concentration field was obtained in the sea. According to the data, the status of suspensions convection transport was analyzed. In addition, the veracity and practicability of model was validated by comparing known data.

Key words：Sanshan Island; non-steady conservative model; suspended matter diffuse.

（收稿日期：2013-11-13）