坎門漁港三期工程潮流數(shù)模匯報

坎門漁港三期（南排山—外黃門山）防波堤工程

潮流數(shù)學(xué)模型及泥沙回淤分析河海大學(xué)2012.08.16

2一、前言二、自然條件三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型

四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬五、港內(nèi)泥沙沖淤分析六、結(jié)論與建議主要內(nèi)容一、前言1.1研究目的

玉環(huán)縣擬在坎門灣口的南排山與黃門山之間進(jìn)行三期防波堤工程建設(shè)，將坎門漁港建成深水港。為了從潮流變化和港內(nèi)回淤方面探討防波堤的合理布置，開展本項研究，成果作為坎門漁港三期（南排山—外黃門山）防波堤工程可行性研究的依據(jù)。

一、前言1.2

工作依據(jù)

“浙江省玉環(huán)縣坎門漁港三期（南排山—外黃門山）防波堤工程潮流數(shù)學(xué)模型及泥沙分析”合同書，2010年6月。中華人民共和國交通運輸部發(fā)布的《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）。中華人民共和國交通運輸部發(fā)布的《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JTS/T231-2-2010）。一、前言溫州灣及附近（圖號13710，比例尺1:100000，2004年5月出版，中國人民解放軍海軍司令部航海保證部，理論深度基準(zhǔn)面）。漩門灣及附近（圖號13711，比例尺1:25000，2005年10月出版，中國人民解放軍海軍司令部航海保證部，理論深度基準(zhǔn)面）?？查T漁港水下地形測量圖（比例尺1:5000，2001年11月施測，溫州綜合測繪院，1985國家高程基準(zhǔn)面）。長江委水文局長江口水文水資源勘測局編制的《玉環(huán)縣坎門南排山避風(fēng)港防波堤工程水文測驗技術(shù)報告》，2009年11月。

一、前言1.3

研究內(nèi)容和技術(shù)路線

在分析地形、水沙因素等自然條件的基礎(chǔ)上，建立平面二維潮流數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行模型驗證計算；然后，進(jìn)行工程方案的潮流模擬，比較工程前、后流場的變化（著重比較工程前、后流速的變化）；最后，計算分析泥沙沖淤特征，比較各工程方案的優(yōu)劣。

二、自然條件

2.1地形

內(nèi)港水域的等深線呈現(xiàn)以二期防波堤口門為中心的弧形，口門附近水深最深，離口門愈遠(yuǎn)，水深愈淺，西北部水深大多不足0m。

坎門灣口有南排山和黃門山，形成三條水道與外海相通：（1）東口門，介于南排山與北側(cè)坎門頭之間，寬約0.7km，最小水深6m，其間有寬約0.3km、水深大于10m的深槽；（2）南口門，介于黃門山與南排山之間，寬約2.5km，水深10－14m；（3）西口門，介于黃門山與小門仔之間，寬約0.5km，水深多大于10m。

2.2

潮位根據(jù)坎門海洋站多年實測潮位資料分析，坎門灣的潮汐屬正規(guī)半日潮；潮差較大，多年平均潮差為4.05m；漲潮歷時比落潮歷時略長，多年平均漲潮歷時為6h18min，多年平均落潮歷時為6h7min。2.3

潮流坎門灣的潮流有往復(fù)流、旋轉(zhuǎn)流和混合流三種類型。

坎門灣的潮流屬駐波型。漲、落急出現(xiàn)在中潮位附近，漲、落憩出現(xiàn)在高、低潮位前后。

二、自然條件

2.4

泥沙坎門灣為淤泥質(zhì)海灣，懸移質(zhì)造床。東口門和西口門的底質(zhì)相對較粗，中值粒徑分別為0.018mm和0.022mm，其他水域的底質(zhì)中值粒徑為0.007－0.008mm。懸移質(zhì)中值粒徑為0.008mm左右。坎門灣含沙量大小按大、中、小潮的順序依次遞減，漲潮含沙量大于落潮含沙量；在灣口的三個口門中，南口門的含沙量最大，西口門次之，東口門最??；坎門灣灣口的平均含沙量為0.3kg/m3左右。

二、自然條件

10三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型3.1數(shù)學(xué)模型水流運動的基本方程包括水體連續(xù)性方程和動量守恒方程，即

3.2

計算模式采用有限體積法離散上述基本方程；通過離散得到的線性代數(shù)方程組，用高斯消去法求解。

11三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型3.3

模型范圍及網(wǎng)格尺寸模型范圍，南起北緯27°58′22″，北至北緯28°11′45″，南北間距24.8km；西起東經(jīng)121°10′46″，東至東經(jīng)121°23′15″，東西間距20.5km；其面積為508.4km2。采用正方形網(wǎng)格剖分計算域，網(wǎng)格尺寸為20m×20m。

123.4

邊界條件3.5

參數(shù)確定

曼寧系數(shù)：n＝0.020三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型

模型的水邊界采用潮位控制，潮位過程由東中國海潮波數(shù)學(xué)模型提供。對于隨潮位變化的淺灘動邊界，采用網(wǎng)格干、濕判斷法進(jìn)行處理。13三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型3.6

驗證計算模型驗證取用2009年11月3日－11月10日的實測大、中、小潮水文資料，測站布設(shè)見圖2.3，有2個潮位測站（W1、W2）和6條測流垂線（S1－S6）。

14三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型大潮驗證曲線15三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型中潮驗證曲線16三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型小潮驗證曲線17三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型流場特征

（1）計算水域的潮汐屬正規(guī)半日潮型，潮波為駐潮波。（2）漲潮時，潮水由東口門和南口門進(jìn)入坎門灣內(nèi)，其中，由南口門進(jìn)入灣內(nèi)的水流大部分通過外黃門（西口門）流出，然后沿西南方向流往甌江口；由東口門進(jìn)入灣內(nèi)的水流主要經(jīng)過二期防波堤口門進(jìn)入坎門漁港現(xiàn)有港區(qū)（內(nèi)港區(qū)）。三、坎門漁港潮流數(shù)學(xué)模型（3）落潮時，由西口門和南口門西側(cè)（馬祖印礁至黃門山之間）流來的潮水由南口門東側(cè)（馬祖印礁至南排山之間）退出；坎門漁港現(xiàn)有港區(qū)的潮水經(jīng)過二期防波堤口門由東口門退出。

玉環(huán)縣坎門漁港三期（南排山-黃門山）防波堤工程擬建南防波堤和東防波堤，南防波堤位于南排山與黃門山之間的南口門，東防波堤南排山與坎門頭之間的東口門。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛布安ɡ颂攸c，防波堤有六種平面布置方案。4.1

三期防波堤工程布置方案四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬4.2

成果分析方案4、方案5及方案6的南防波堤未完全封堵南口門，坎門漁港有東口門、新的南口門及外黃門（西口門）與外海相通。漲潮時，潮水由東口門和新的南口門進(jìn)入港內(nèi)，由外黃門（西口門）流出；落潮時，潮水由外黃門（西口門）流入港內(nèi)，由東口門和新的南口門退出。這表明，三個方案的流路與工程前相同。但是，進(jìn)出新的南口門和外黃門（西口門）的潮量減少了，而進(jìn)出東口門的潮量增加了。

四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬方案1的南防波堤完全封堵南口門，坎門漁港只有東口門和外黃門（西口門）與外海相通。漲潮時，潮水由東口門進(jìn)入港內(nèi)，由外黃門（西口門）流出；落潮時，潮水由外黃門（西口門）流入港內(nèi)，由東口門退出。此時，進(jìn)出外黃門（西口門）的潮量進(jìn)一步減少，而進(jìn)出東口門的潮量進(jìn)一步增加。

方案3為南口門完全封堵，且在東口門布置250m長的東防波堤。它的流路變?yōu)椋簼q潮水流由新的東口門和外黃門（西口門）同時流入港內(nèi)，落潮水流由新的東口門和外黃門（西口門）同時退出。此時，進(jìn)出外黃門（西口門）的潮量繼續(xù)減少，但減小幅度小；進(jìn)出新的東口門的潮量進(jìn)一步減少，且減少幅度大。

四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬工程前后流場變化的特點：（1）方案1、方案4、方案5及方案6中，東口門流速增大，漲潮平均流速變化率為+7.2%~+42.9%，落潮平均流速變化率為+4.1%~+71.9%；方案1的流速變化最大，方案5的流速變化最小。東防波堤對通過東口門進(jìn)出灣內(nèi)的水流有阻擋作用，防波堤愈長，阻擋作用愈大；方案2的東口門流速增大，而方案3的東口門大部分水域流速減小，僅在東防波堤堤頭與坎門頭之間的水域流速增大。

四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬（2）方案1、方案4、方案5及方案6中，外黃門（西口門）流速減小，漲潮平均流速變化率為-10.8%~-62.2%，落潮平均流速變化率為-6.0%~-67.8%；方案1的流速變化最大（即流速變化率值最?。?，方案5的流速變化最小（即流速變化率值最大）。方案2和方案3中，外黃門（西口門）流速也減小，且流速減小的幅度較方案1大。（3）各個方案中，外港區(qū)大部分水域流速減小，由東北端到西南端，流速減小的幅度加大；距南防波堤法向距離愈近，流速減小的幅度愈大。（4）各個方案中，內(nèi)港區(qū)流速變化很小。四、防波堤工程潮流數(shù)值模擬27工程實施后的泥沙沖淤強度，可采用文獻(xiàn)[4]中的公式計算。

5.1泥沙沖淤強度計算五、港內(nèi)泥沙沖淤分析坎門灣為淤泥質(zhì)海灣，懸移質(zhì)造床。根據(jù)潮流數(shù)學(xué)模擬結(jié)果，采用半理論、半經(jīng)驗公式進(jìn)行工程實施后的港內(nèi)水下地形沖淤變化計算。

5.1.1

計算公式5.1.2

計算參數(shù)（1）含沙量根據(jù)2009年11月坎門漁港水文泥沙測驗資料，按半潮平均分別統(tǒng)計水流要素v2/gh和平均含沙量，然后采用最小二乘法進(jìn)行回歸分析，得到相關(guān)關(guān)系如下：

漲潮流落潮流（2）泥沙沉速和干容重

ω=0.00037m/s

γd=723.28kg/m3五、港內(nèi)泥沙沖淤分析5.1.3

計算結(jié)果五、港內(nèi)泥沙沖淤分析方案5的泥沙淤積最少，港內(nèi)平均淤積強度為0.05m/a；方案3的泥沙淤積最多，港內(nèi)平均淤積強度為0.45m/a；其他方案的港內(nèi)平均淤積強度在0.26～0.39m/a之間。

5.2最終沖淤厚度計算5.2.1

計算公式假定工程前、后水流挾沙能力不變，可得新沖淤平衡狀態(tài)下的水深：

床面最終沖淤厚度：

五、港內(nèi)泥沙沖淤分析5.2.2

計算結(jié)果（1）方案3的東口門，泥沙淤積，但最終淤積厚度較?。?.46m）；其余方案的東口門，海床沖刷；方案2和方案3的東防波堤堤頭前水域海床沖刷分別達(dá)到5.01m和4.37m。（2）各個方案的外黃門（西口門），泥沙淤積；方案2的最終淤積厚度最大，達(dá)到7.35~10.70m，但水深仍超過10.0m（85國家高程基準(zhǔn)，下同）；方案5的最終淤積厚度最?。?.08~1.74m）。

五、港內(nèi)泥沙沖淤分析

（3）各個方案的外港區(qū)大部分水域，泥沙淤積，由東北端到西南端，最終淤積厚度逐漸增大；距南防波堤法向距離愈近，最終淤積厚度愈大；在南防波堤堤前水域，方案3的最終淤積厚度最大，達(dá)到5.09~6.93m；但南防波堤堤前水深仍超過5.0m。（4）內(nèi)港區(qū)、二期防波堤所形成的口門及其南側(cè)小范圍水域，海床基本不沖不淤。

五、港內(nèi)泥沙沖淤分析33六、結(jié)論與建議6.1

結(jié)論

（1）通過驗證計算，表明本模型是正確的，計算結(jié)果是可靠的,可以用該模型對坎門漁港三期防波堤工程實施后的潮流場進(jìn)行預(yù)報模擬。（2）方案1為坎門灣南口門全封閉方案。南防波堤截斷了通過南口門經(jīng)內(nèi)港區(qū)進(jìn)出外黃門（西口門）的水流，造成外黃門（西口門）和內(nèi)港區(qū)大部分水域流速減小、泥沙淤積，東口門及其附近小范圍水域流速增大、海床沖刷。（3）方案2和方案3，除坎門灣南口門全封閉外，還在東口門的南排山一側(cè)布置了東防波堤。東防波堤對通過東口門進(jìn)出灣內(nèi)的水流有阻擋作用，防波堤愈長，阻擋作用愈大。因此，與方案1比較，東口門、外黃門（西口門）及外港區(qū)的流速減小，泥沙淤積范圍擴(kuò)大、淤積強度增大，海床沖刷范圍縮小、沖刷強度減小。

（4）方案4、方案5及方案6為坎門灣南口門不完全封閉方案。南防波堤對通過南口門經(jīng)內(nèi)港區(qū)進(jìn)出外黃門（西口門）的水流有阻擋作用，新南口門布置在南排山一側(cè)，阻擋作用??；新南口門愈寬，阻擋作用愈小。因此，與方案1比較，外黃門（西口門）及內(nèi)黃門山東北側(cè)水域