海洋工程施工懸浮泥沙源強(qiáng)及擴(kuò)散規(guī)律研究進(jìn)展

張 琴

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 上海 200335)

隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)利用日益加劇， 各類(lèi)海洋工程， 如港口碼頭、航道、海上風(fēng)電、海底管道管線(xiàn)、填海造陸、防波堤等逐漸增多， 其涉及的拋石、爆破、疏浚、開(kāi)挖或吹填溢流等作業(yè)環(huán)節(jié)會(huì)擾動(dòng)水底， 由此產(chǎn)生的懸浮泥沙高渾濁水團(tuán)由于水動(dòng)力條件作用產(chǎn)生的輸移、擴(kuò)散會(huì)加大周邊水體懸浮泥沙的濃度， 嚴(yán)重影響海洋水環(huán)境質(zhì)量， 威脅水生動(dòng)植物生存， 影響水生態(tài)系統(tǒng)健康[1-3]， 因而許多學(xué)者關(guān)注施工懸浮泥沙的擴(kuò)散規(guī)律和對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。開(kāi)展并準(zhǔn)確掌握海洋工程施工引起的懸浮泥沙擴(kuò)散源強(qiáng)是上述工作的基礎(chǔ)， 對(duì)于研究懸浮泥沙擴(kuò)散規(guī)律和對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響具有重要意義。對(duì)此， 國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究工作，如1990年Mott MacDonald[4]開(kāi)展了疏浚泥沙再懸浮系數(shù)試驗(yàn)， 得到絞吸式挖泥船泥沙再懸浮率， 進(jìn)而可以推算出源強(qiáng)； 1991年戴明新[5-6]通過(guò)在天津港的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料推算得出鏈斗式挖泥船和絞吸式挖泥船作業(yè)時(shí)的懸浮泥沙源強(qiáng)， 為后續(xù)很多學(xué)者開(kāi)展懸浮泥沙擴(kuò)散模擬提供了類(lèi)比依據(jù)； 陳杰等[7]通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 得到了圍填海工程溢流口懸浮物源強(qiáng)。但是總體而言， 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外針對(duì)海洋工程施工引起的懸浮泥沙擴(kuò)散源強(qiáng)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)較為少見(jiàn)，基本上采取經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和類(lèi)比分析為主， 且各類(lèi)經(jīng)驗(yàn)公式較多， 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)選取不一， 難以選擇， 因此，文章總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律研究方法和數(shù)值模型中懸浮物源強(qiáng)的選取方法， 針對(duì)不同類(lèi)型施工方式， 推薦相適應(yīng)的源強(qiáng)公式或者源強(qiáng)取值，為后續(xù)海洋工程施工過(guò)程產(chǎn)生的懸浮泥沙擴(kuò)散的研究提供參考和依據(jù)。

1 施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律研究方法

施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律研究方法主要以現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法和數(shù)值模擬法為主， 部分學(xué)者采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與理論分析相結(jié)合或現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式開(kāi)展研究。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是理論分析和數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)，分為傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法是在海洋工程施工過(guò)程中在垂向上采集1～4個(gè)水樣， 然后采用重量法測(cè)得含沙量[8-13]。戴明新[8]通過(guò)不同類(lèi)型挖泥船施工時(shí)水中懸浮物的取樣監(jiān)測(cè)， 分析了幾種疏浚船舶的污染機(jī)理及對(duì)施工區(qū)域海域環(huán)境的影響，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明靶吸式挖泥船造成的懸浮物影響范圍最大， 鏈斗式挖泥船次之， 絞吸式挖泥船最小。何東海等[9]通過(guò)直接采取水樣來(lái)觀測(cè)疏浚物傾倒引起的懸浮泥沙擴(kuò)散濃度， 了解疏浚物傾倒后的懸浮物擴(kuò)散特征， 結(jié)果表明由傾倒引起的懸浮物濃度增加而形成的云團(tuán)在15～30 min后漂離傾倒點(diǎn)， 30～60 min后，云團(tuán)基本消失， 且由傾倒引起的懸浮物增量效應(yīng)也基本結(jié)束， 疏浚物傾倒造成水體懸浮物濃度增高的影響在順流方向1.5 km左右基本結(jié)束。張紹華等[10]采用取樣監(jiān)測(cè)法對(duì)絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)、耙吸式挖泥船疏浚和溢流引起的懸浮物擴(kuò)散濃度開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 觀測(cè)結(jié)果表明底泥懸浮后邊擴(kuò)散邊沉降， 水中含沙量隨離源距離的增加衰減較快， 離挖泥船距離越近， 水體中懸浮物濃度越大。當(dāng)溢流發(fā)生后， 挖泥船附近水域懸浮物濃度增加， 表層懸浮物濃度增幅較大。陳杰等[7，11]采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法和理論分析相結(jié)合的方式， 以圍填海工程溢流和鏈斗式挖泥船疏浚為例， 基于泥沙對(duì)流擴(kuò)散方程， 利用懸浮物擴(kuò)散現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)， 得到了圍填海工程溢流和挖泥船疏浚作業(yè)引起的懸浮物擴(kuò)散水深平均表達(dá)式， 在此基礎(chǔ)上， 對(duì)圍填海工程溢流和挖泥船施工可能引起的懸浮物擴(kuò)散范圍進(jìn)行討論， 得到了懸浮物擴(kuò)散的規(guī)律。郭玉臣等[12]在臨時(shí)性海洋傾倒區(qū)開(kāi)展了3次傾倒實(shí)驗(yàn)， 用現(xiàn)場(chǎng)采樣測(cè)得的懸浮泥沙濃度數(shù)據(jù)對(duì)泥沙輸運(yùn)擴(kuò)散模型中一些主要參數(shù)如紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)、泥沙沉速進(jìn)行了計(jì)算和率定， 在驗(yàn)證率定良好的基礎(chǔ)上利用泥沙輸運(yùn)模型對(duì)施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了進(jìn)一步研究。傳統(tǒng)采樣法操作簡(jiǎn)單、成果可靠，但能得到的樣品數(shù)有限， 主要適用于挖泥船疏浚、疏浚物傾倒和吹填溢流等定點(diǎn)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的懸浮物濃度觀測(cè)。

現(xiàn)代方法包括光學(xué)、聲學(xué)測(cè)量方法和遙感技術(shù)反演法。光學(xué)(OBS、LISST-100X等)和聲學(xué)(ABS、ADCP、ADP和ADV等)方法是采集現(xiàn)場(chǎng)水體濁度或聲強(qiáng)信號(hào)信息， 然后對(duì)采集的濁度和聲強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定， 只有通過(guò)標(biāo)定后， 才能轉(zhuǎn)化為懸沙濃度， 因此光學(xué)、聲學(xué)儀器標(biāo)定是準(zhǔn)確研究懸沙濃度變化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[13-14]。經(jīng)率定后的光學(xué)方法一般可達(dá)到較高的精確度， 但光學(xué)方法在測(cè)量過(guò)程中對(duì)懸沙粒徑的變化非常敏感， 水動(dòng)力變化帶來(lái)觀測(cè)區(qū)域懸沙粒徑變化， 從而影響其觀測(cè)精度， 且光學(xué)方法只能進(jìn)出某個(gè)層面的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 要得到垂向水柱泥沙濃度分布， 必須使用一組設(shè)備， 由多個(gè)傳感器分布在各個(gè)水層同步觀測(cè)， 因此， 光學(xué)方法適用于現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)、線(xiàn)懸沙濃度觀測(cè)[14]， 基本不用于施工期懸浮泥沙濃度變化觀測(cè)。聲學(xué)方法可用于單寬和斷面懸沙顆粒物濃度觀測(cè)和通量計(jì)算， 如吳加學(xué)等[15-16]在長(zhǎng)江口北槽拋泥過(guò)程中， 應(yīng)用聲學(xué)懸浮泥沙觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)懸沙濃度的時(shí)空分布規(guī)律， 認(rèn)為通過(guò)聲學(xué)懸沙濃度定點(diǎn)和走航式觀測(cè)， 可以初步確定不同潮型落潮流態(tài)情況下泥沙濃度的時(shí)空變化特征及其結(jié)構(gòu)類(lèi)型、拋泥泥沙輸移對(duì)流場(chǎng)和懸沙濃度場(chǎng)的影響及拋泥泥沙輸移擴(kuò)散方向和范圍。張華等[17]采用ADCP走航式測(cè)沙技術(shù)觀測(cè)了連云港淤泥質(zhì)海岸主航道疏浚土在拋泥作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的懸浮物濃度， 分析其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 認(rèn)為將ADCP走航測(cè)沙技術(shù)運(yùn)用于含沙量較小的連云港淤泥質(zhì)海岸是可行的， 基本可以反映含沙量的平面分布特征， 高含沙量時(shí)ADCP推算值略低。因此， 聲學(xué)方法大多應(yīng)用于低濁度河口或海區(qū)，對(duì)于高濁度河口還有待進(jìn)一步深入[14]。遙感技術(shù)反演法是用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)反演懸浮物濃度， 可用于反演整個(gè)研究區(qū)域大面懸沙濃度的分布， 近幾年應(yīng)用較多， 但主要集中在自然狀態(tài)下近岸海域、湖泊的懸浮物濃度遙感反演方法的探索和應(yīng)用， 針對(duì)施工過(guò)程中懸浮泥沙濃度反演研究較少。郁斢蘭等[18]基于現(xiàn)場(chǎng)采集水樣數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)， 建立了懸浮物含量反演模型， 實(shí)現(xiàn)污染物的擴(kuò)散預(yù)測(cè)。宋南奇等[19]通過(guò)建立填海工程施工懸浮物反演模型， 將遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果相結(jié)合， 揭示填海施工造成的大范圍懸浮物的擴(kuò)散規(guī)律。遙感技術(shù)反演法的缺點(diǎn)是衛(wèi)星過(guò)境的周期較長(zhǎng)， 僅有表層數(shù)據(jù)， 反演的懸沙濃度相對(duì)誤差可達(dá)20%[20]。

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)成果相對(duì)可靠、客觀， 但受觀測(cè)費(fèi)用、儀器設(shè)備和海上作業(yè)難度大、現(xiàn)場(chǎng)自然條件制約等影響， 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)海洋工程施工引起的懸浮物擴(kuò)散開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)仍然較少。大多數(shù)學(xué)者采用數(shù)字模擬計(jì)算的方法研究海洋工程施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律。

1.2 數(shù)值模擬法

張秀云等[21]、黃蘭芳等[22]、吳松華[23]、顧恩慧等[24]、李曉燕等[25]模擬了海底輸水管道和管線(xiàn)敷設(shè)產(chǎn)生的懸浮泥沙輸移、擴(kuò)散過(guò)程， 計(jì)算了懸浮泥沙的影響范圍和程度， 認(rèn)為管道或電纜敷設(shè)懸浮物影響范圍僅在污染源附近海域， 懸浮物濃度可在較短時(shí)間內(nèi)迅速降低， 實(shí)際影響范圍可能遠(yuǎn)小于預(yù)測(cè)范圍[21，25]。黃惠明等[26]就防波堤地基爆破擠淤產(chǎn)生的懸浮泥沙在波浪、潮流共同作用下的輸移擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬和探討， 指出爆破擠淤對(duì)水域附近的生態(tài)環(huán)境有一定影響， 但影響范圍并不大， 且持續(xù)的時(shí)間亦不長(zhǎng)。婁海峰[27]通過(guò)數(shù)值模擬得到爆破擠淤積6 h后懸浮泥沙濃度增量基本降至10 mg/L以下。彭輝等[28]、郭曉峰等[29]分別對(duì)岱山櫻連門(mén)促淤?lài)鷫üこ毯弯刂逓撤逦矅鷫üこ痰鼗茢D淤引起的懸沙擴(kuò)散進(jìn)行了模擬， 指出懸浮泥沙輸移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與潮流運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)， 潮流的方向及水動(dòng)力強(qiáng)度在一定程度上決定了懸浮泥沙的輸移擴(kuò)散方向及范圍， 爆破擠淤施工中產(chǎn)生的懸沙對(duì)周?chē)乃h(huán)境雖然有一定的影響但持續(xù)時(shí)間并不長(zhǎng)， 且影響范圍有限， 在爆破3 h后基本降至10 mg/L以下， 9 h后懸沙影響基本消失。吳修廣等[30]模擬了港池和航道疏浚過(guò)程中的懸浮泥沙擴(kuò)散過(guò)程， 認(rèn)為更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)需要根據(jù)挖泥船底部的濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果， 應(yīng)用3D模型進(jìn)行計(jì)算。郭珊[31]采用二維懸沙輸移擴(kuò)散模型模擬了不同源強(qiáng)和不同水流條件下疏浚懸浮泥沙擴(kuò)散情況。李鐵軍等[32]、匡華等[33]、陳義中等[34]、吳松華等[35]、曾小輝等[36]、Capello等[37]、黃海龍等[38]也均采用了數(shù)值模擬的方法模擬了疏浚開(kāi)挖過(guò)程產(chǎn)生的懸浮泥沙輸移擴(kuò)散規(guī)律及水深、潮型等水動(dòng)力條件對(duì)懸浮泥沙擴(kuò)散的影響。賴(lài)永輝等[39]、吳修廣等[40]、孫毛明等[41]、李佳等[42]分別建立了平面二維懸浮泥沙輸擴(kuò)散模型， 模擬傾倒區(qū)拋泥產(chǎn)生的懸浮物質(zhì)量濃度增量分布變化過(guò)程， 指出大部分疏浚泥在重力作用下迅速沉積在傾倒區(qū)內(nèi)， 少量細(xì)顆粒泥沙懸浮在水中， 在水中停留時(shí)間約2 d[39]， 為傾倒區(qū)選劃提供了依據(jù)[40-41]。張世民等[43]采用三維數(shù)值模型模擬預(yù)測(cè)了冬夏季節(jié)不同背景潮流和風(fēng)場(chǎng)作用下疏浚泥產(chǎn)生的懸沙輸移規(guī)律， 模型結(jié)果顯示冬季泥沙輸移擴(kuò)散范圍比夏季大， 風(fēng)對(duì)高濃度懸沙擴(kuò)散有利， 對(duì)懸沙輸移的作用不明顯。李思遠(yuǎn)等[44]模擬了有風(fēng)和無(wú)風(fēng)條件下疏浚泥傾倒后懸浮泥沙擴(kuò)散分布， 指出在重要的環(huán)境敏感目標(biāo)附近開(kāi)展傾倒、吹填、溢流、疏浚、鋪設(shè)水下管道或電纜等會(huì)引起懸浮泥沙的海岸工程時(shí)， 在海洋環(huán)境影響評(píng)價(jià)中進(jìn)行懸浮泥沙擴(kuò)散預(yù)測(cè)時(shí)必須考慮施工期不利風(fēng)向和不利風(fēng)速的影響。郭曉峰等[29]、陳小紅等[45]分別對(duì)深圳灣填海工程和湄洲灣峰尾圍墾工程拋石擠淤產(chǎn)生的懸浮物增量分布進(jìn)行了模擬， 指出拋石擠淤懸沙基本在圍堤前沿2 km范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。肖千璐[46]對(duì)防波堤不同拋石位置懸浮泥沙增量影響范圍進(jìn)行了對(duì)比， 指出拋石位置選定需選擇弱流區(qū)， 同時(shí)還要考慮不同施工區(qū)域同時(shí)施工對(duì)懸浮泥沙增量的相互影響?？锪嫉萚47]、郭婷婷[48]、崔雷等[49]對(duì)圍填海通常吹填溢流產(chǎn)生的懸浮泥沙擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值模擬， 指出吹填溢流產(chǎn)生的懸浮物局限于工程局部范圍， 大于10 mg/L懸浮物的最大影響距離不超過(guò)2 km[47-49]。

2 懸浮物源強(qiáng)選取方法

懸浮物源強(qiáng)是懸浮物擴(kuò)散數(shù)值模擬中的關(guān)鍵參數(shù)， 選取合適的源強(qiáng)對(duì)分析海洋工程施工懸浮物擴(kuò)散規(guī)律至關(guān)重要。

2.1 懸浮物源強(qiáng)類(lèi)型及處理方式

懸浮物擴(kuò)散方程的求解與污染源的存在形式密切相關(guān)[5]。目前海洋工程懸浮物源一般在空間上分為固定點(diǎn)源和移動(dòng)點(diǎn)源， 根據(jù)持續(xù)時(shí)間， 又分為瞬時(shí)源和連續(xù)源。張秀云等[21]、黃蘭芳等[22]、李曉燕等[25]在模擬電纜和管道鋪設(shè)過(guò)程產(chǎn)生的懸浮物擴(kuò)散時(shí)， 均采用連續(xù)固定點(diǎn)源排放的方式處理， 顧恩慧等[24]根據(jù)海底電纜鋪設(shè)作業(yè)的施工特點(diǎn)采用了移動(dòng)點(diǎn)源的方式對(duì)懸浮物進(jìn)行模擬， 吳松華[23]分別采用了移動(dòng)點(diǎn)源和固定點(diǎn)源的處理方式對(duì)比水底管道鋪設(shè)施工引起的懸浮物擴(kuò)散情況， 指出與固定點(diǎn)源處理方式相比， 源強(qiáng)采用移動(dòng)點(diǎn)源的處理方式更貼切實(shí)際。黃惠明等[26]、婁海峰[27]、彭輝等[28]、郭曉峰等[29]在爆破擠淤產(chǎn)生懸浮物輸移擴(kuò)散模擬中，將因爆破產(chǎn)生的懸浮物概化為瞬時(shí)固定源。吳修廣等[30]、郭珊[31]、匡華等[33]、吳松華等[35]、黃海龍等[38]將疏浚時(shí)產(chǎn)生的懸浮物采用連續(xù)固定源排放的方式處理， 李鐵軍等[32]、陳義中等[34]、曾小輝等[36]采用移動(dòng)點(diǎn)源的方式模擬航道開(kāi)挖施工中產(chǎn)生的懸浮物。賴(lài)永輝等[39]、吳修廣等[40]、孫毛明等[41]、張世民等[43]、李思遠(yuǎn)等[44]在模擬拋泥引起的懸沙輸移時(shí)采用固定點(diǎn)源的方式模擬， 李佳等[42]在疏浚物拋卸模擬中引入了隨機(jī)函數(shù)， 用隨機(jī)序列來(lái)確定懸浮物源在計(jì)算網(wǎng)格中發(fā)生的節(jié)點(diǎn)位置。郭曉峰等[29]、陳小紅等[45]、肖千璐[46]在模擬拋石擠淤懸浮泥沙擴(kuò)散時(shí)選擇按連續(xù)固定源計(jì)算， 匡良等[47]、郭婷婷[48]、崔雷等[49]在模擬吹填溢流時(shí)將每個(gè)源點(diǎn)視為連續(xù)固定源。

以上研究表明， 根據(jù)工程類(lèi)型和施工特點(diǎn)的不同， 在數(shù)值模擬中對(duì)懸浮物源強(qiáng)的處理方式也不同。電纜管道敷設(shè)及航道開(kāi)挖施工懸浮物擴(kuò)散數(shù)值模擬一般采用移動(dòng)點(diǎn)源的模擬方式更佳[23]， 但移動(dòng)點(diǎn)源模擬方式需要確定施工的起始時(shí)刻或潮型， 在實(shí)際工作中， 由于施工時(shí)間不確定， 為保守考慮， 多采用連續(xù)固定源排放的方式進(jìn)行模擬， 該方法雖然與實(shí)際過(guò)程有所偏差， 但能反映最不利影響情況； 爆破擠淤由于爆破點(diǎn)一般固定在幾個(gè)點(diǎn)， 因此模擬爆破擠淤產(chǎn)生的懸浮泥沙擴(kuò)時(shí)一般采用瞬時(shí)固定點(diǎn)源的方式進(jìn)行模擬； 疏浚一般需要根據(jù)施工方案確定，航道疏浚一般按移動(dòng)點(diǎn)源計(jì)算， 小范圍疏浚一般按固定點(diǎn)源計(jì)算； 拋泥時(shí)由于其時(shí)間較短且一般在固定點(diǎn)位拋卸， 多采用瞬時(shí)固定點(diǎn)源的方式進(jìn)行模擬；拋石擠淤及圍填海溢流由于產(chǎn)生的懸浮泥沙的位置固定， 一般選擇連續(xù)固定點(diǎn)源的處理方式進(jìn)行計(jì)算。

2.2 懸浮物源強(qiáng)大小選取方法

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)海洋工程施工引起的懸浮物源強(qiáng)選取方法主要有現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)公式法和類(lèi)比分析法。

戴明新[8]通過(guò)在天津港的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料推算得出生產(chǎn)率為500 m3/h的鏈斗式挖泥船作業(yè)時(shí)的懸浮泥沙源強(qiáng)為6.23 kg/s， 1 600 m3/h絞吸式挖泥船作業(yè)時(shí)的懸浮泥沙源強(qiáng)為2.25 kg/s。陳杰等[7]通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 確定了圍填海工程溢流口懸浮物源強(qiáng)最高可達(dá)3 796 kg/s， 平均為617～1 137 kg/s。陳杰等[11]通過(guò)生產(chǎn)率為500 m3/h的鏈斗式挖泥船疏?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 結(jié)合泥沙對(duì)流擴(kuò)散方程， 推算得到挖泥船正常作業(yè)時(shí)懸浮物源強(qiáng)約6.23 kg/s， 與戴明新[8]的研究結(jié)果一致。

由于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所需人力物力較大， 國(guó)內(nèi)針對(duì)施工引起的懸浮物擴(kuò)散現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)較為少見(jiàn)， 多數(shù)學(xué)者采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法確定懸浮物源強(qiáng)[5]。不同施工方式產(chǎn)生的懸浮物源強(qiáng)計(jì)算公式不同， 但所有經(jīng)驗(yàn)公式均涉及到一個(gè)重要參數(shù)： 懸浮物起懸比， 即工程中懸沙量占泥沙總量的百分比[5]。管線(xiàn)埋設(shè)產(chǎn)生的懸沙泥沙源強(qiáng)由埋設(shè)橫截面積、埋設(shè)速度、沉積物干容重和起懸比相乘計(jì)算得到， 起懸比一般均采用10%～30%[22-25]，吳松華[23]、李曉燕等[25]取懸沙源強(qiáng)為1.89～8.32 kg/s，黃蘭芳等[22]、顧恩慧等[24]取電纜敷設(shè)源強(qiáng)為37.5～123.86 kg/s。爆破擠淤產(chǎn)生的瞬時(shí)懸浮物源強(qiáng)采用每次爆破擠淤的泥量與起懸比相乘計(jì)算得到， 起懸比一般均采用5%～8%[26-29]， 不同爆破量產(chǎn)生的懸浮泥沙源強(qiáng)差異較大， 彭輝等[28]在對(duì)爆破擠淤的模擬中根據(jù)單次爆破擠淤的置換量及起懸比得到各爆破點(diǎn)的懸沙源強(qiáng)為0.97～2.12 kg/s， 郭曉峰等[29]、李照宇等[50]得到各爆破點(diǎn)的懸沙源強(qiáng)分別為5 170 kg/s和1 250 kg/s。疏浚物拋卸懸浮物源強(qiáng)采用單位時(shí)間拋卸量與起懸比相乘計(jì)算得到， 起懸比一般取5%～10%[39-44]， 傾倒體積在3 150～12 000 m3時(shí)， 拋泥源強(qiáng)在472.5～2 000 kg/s[39-44]。拋石擠淤懸浮泥沙源強(qiáng)計(jì)算時(shí)一般認(rèn)為淤泥中粒徑小于0.05 mm的顆粒全部懸浮，源強(qiáng)量值與拋石擠淤入海淤泥量(一般按擠淤量的5%計(jì))、淤泥中懸浮泥沙顆粒所占百分比和顆粒物濕密度成正相關(guān)， 與淤泥天然含水率成負(fù)相關(guān)， 泥沙源強(qiáng)在1.39～4.11 kg/s[29，45-46]。

疏浚懸浮泥沙源強(qiáng)多采用類(lèi)比分析得到。通過(guò)類(lèi)比戴明新[5-6]的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果， 8 m3抓斗船源強(qiáng)一般取0.96～5.58 kg/s[33-34，51-54]， 13 m3抓斗船源強(qiáng)稍大， 在9 kg/s左右[34]； 1 450 m3/h絞吸式挖泥船泥沙源強(qiáng)一般取2.22～3.5 kg/s[33，55]， 1 500 m3/h絞吸式挖泥船泥船源強(qiáng)一般取2.15～2.25 kg/s[56-57]， 1 500 m3/h耙吸式挖泥船源強(qiáng)一般取3.83～5 kg/s[32，55]， 1 600 m3/h絞吸式挖泥船產(chǎn)生源強(qiáng)一般取2.25～3.75 kg/s[31-32，35]， 3 000～4 500 m3/h的耙吸式挖泥船源強(qiáng)一般取7.5～12.5 kg/s[31，36]。溢流懸浮泥沙源強(qiáng)一般可根據(jù)溢流口的入海懸沙濃度乘以泥沙溢流速度估算得到， 入海懸沙濃度一般按1 000 mg/L估算[49，55-57]， 也有按1 500 mg/L估算[48]， 吹填溢流源強(qiáng)約為0.24～2.56 kg/s[48-49，55-57]。

綜上所述， 在源強(qiáng)的選取方法上， 目前對(duì)于挖泥船疏浚懸浮泥沙源強(qiáng)研究具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，因此疏浚工程懸浮泥沙輸移數(shù)值模擬研究中懸浮泥沙源強(qiáng)的選取建議采用類(lèi)比分析法， 即類(lèi)比相同或類(lèi)似型號(hào)疏浚船的實(shí)測(cè)懸浮泥沙源強(qiáng)數(shù)據(jù)得到； 吹填溢流懸浮泥沙源強(qiáng)可采用估算法， 但缺乏更多的入海懸沙濃度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)， 對(duì)溢流口懸浮泥沙濃度爭(zhēng)議較大。管道或管線(xiàn)埋設(shè)、爆破擠淤、疏浚物拋卸、拋石擠淤等施工過(guò)程懸浮泥沙源強(qiáng)選取時(shí)建議采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法， 根據(jù)不同的施工類(lèi)型和強(qiáng)度選取不同的起懸比， 其中管道或管線(xiàn)埋設(shè)起懸比可采用10%～30%， 爆破擠淤起懸比可采用5%～8%，疏浚物拋卸起懸比可采用5%～10%， 拋石擠淤起懸比可采用5%， 實(shí)際工作中可根據(jù)施工海域流速、粒徑大小視情況調(diào)整。

在源強(qiáng)的取值大小上， 基本可劃分為3個(gè)等級(jí)：吹填溢流、拋石擠淤、小尺度爆破、8 m3以下抓斗式挖泥船、1 500 m3/h以下耙吸式挖泥船、1 600 m3/h以下絞吸式挖泥船等小型強(qiáng)度作業(yè)， 源強(qiáng)在0.97～5 kg/s之間；管道或管線(xiàn)埋設(shè)、8 m3以上抓斗式挖泥船、1 500 m3/h以上耙吸式挖泥船、1 600 m3/h以上絞吸式挖泥船等中型強(qiáng)度作業(yè)， 源強(qiáng)一般在7.16～12.5 kg/s之間， 若管道或管線(xiàn)埋設(shè)區(qū)域沉積物粒徑較細(xì)， 流速較大， 懸浮泥沙源強(qiáng)可達(dá)到37.5～123.86 kg/s； 疏浚物拋卸、大尺度爆破等大型強(qiáng)度作業(yè)， 源強(qiáng)在472.5～5 100 kg/s之間。

3 結(jié)論

上述分析表明， 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)海洋工程施工引起的懸浮物擴(kuò)散開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)較為少見(jiàn)， 施工懸浮泥沙擴(kuò)散規(guī)律研究多采用數(shù)值模擬法， 其中數(shù)值模擬中源強(qiáng)的選取多采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算， 但對(duì)公式中涉及的重要參數(shù)尚缺乏現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐， 未來(lái)可豐富此方面研究成果， 開(kāi)展施工懸浮泥沙濃度觀測(cè)， 為施工懸浮泥沙源強(qiáng)計(jì)算和施工懸浮泥沙擴(kuò)散研究提供理論依據(jù)。在海洋工程施工中， 應(yīng)結(jié)合實(shí)際施工情況， 參考不同施工類(lèi)型、強(qiáng)度及施工機(jī)械對(duì)懸浮泥沙源強(qiáng)進(jìn)行合理設(shè)置， 以正確評(píng)估懸浮泥沙對(duì)海洋環(huán)境的影響程度。