坎门渔港三期工程潮流数模汇报

1、河海大学河海大学2012.08.16 2一、前言二、自然条件三、坎门渔港潮流数学模型 四、防波堤工程潮流数值模拟五、港内泥沙冲淤分析六、结论与建议主要内容一、前言1.1 研究目的研究目的 玉环县拟在坎门湾口的南排山与黄门山之间进行三期防波堤工程建设，将坎门渔港建成深水港。为了从潮流变化和港内回淤方面探讨防波堤的合理布置，开展本项研究，成果作为坎门渔港三期（南排山外黄门山）防波堤工程可行性研究的依据。 一、前言1.2 工作依据工作依据 “浙江省玉环县坎门渔港三期（南排山外黄门山）防波堤工程潮流数学模型及泥沙分析” 合同书，2010年6月。 中华人民共和国交通运输部发布的海港水文规范（JTJ213

2、-98）。 中华人民共和国交通运输部发布的海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程（JTS/T231-2-2010）。 一、前言温州湾及附近（图号13710，比例尺1:100000，2004年5月出版，中国人民解放军海军司令部航海保证部，理论深度基准面）。漩门湾及附近（图号13711，比例尺1:25000，2005年10月出版，中国人民解放军海军司令部航海保证部，理论深度基准面）。坎门渔港水下地形测量图（比例尺1:5000，2001年11月施测，温州综合测绘院，1985国家高程基准面）。长江委水文局长江口水文水资源勘测局编制的玉环县坎门南排山避风港防波堤工程水文测验技术报告，2009年11月。 一、前言

3、1.3 研究内容和技术路线研究内容和技术路线 在分析地形、水沙因素等自然条件的基础上，建立平面二维潮流数学模型，并进行模型验证计算；然后，进行工程方案的潮流模拟，比较工程前、后流场的变化（着重比较工程前、后流速的变化）；最后，计算分析泥沙冲淤特征，比较各工程方案的优劣。 二、自然条件 2.1 地形地形 二期防波堤深度：m，理论最低潮面门山黄南排山黄门山内坎门妈祖印礁10.010.010.010.010.020.00.00.02.04.00.0 内港水域的等深线呈现以二期防波堤口门为中心的弧形，口门附近水深最深，离口门愈远，水深愈浅，西北部水深大多不足0m。 坎门湾口有南排山和黄门山，形成三条水

4、道与外海相通：（1）东口门，介于南排山与北侧坎门头之间，宽约0.7km，最小水深6m，其间有宽约0.3km、水深大于10m的深槽；（2）南口门，介于黄门山与南排山之间，宽约2.5km，水深1014m；（3）西口门，介于黄门山与小门仔之间，宽约0.5km，水深多大于10m。 2.2 潮位潮位 根据坎门海洋站多年实测潮位资料分析，坎门湾的潮汐属正规半日潮；潮差较大，多年平均潮差为4.05m；涨潮历时比落潮历时略长，多年平均涨潮历时为6h18min，多年平均落潮历时为6h7min。 2.3 潮流潮流 坎门湾的潮流有往复流、旋转流和混合流三种类型。 坎门湾的潮流属驻波型。涨、落急出现在中潮位附近，涨、

5、落憩出现在高、低潮位前后。 二、自然条件 2.4 泥沙泥沙坎门湾为淤泥质海湾，悬移质造床。东口门和西口门的底质相对较粗，中值粒径分别为0.018mm和0.022mm，其他水域的底质中值粒径为0.0070.008mm。悬移质中值粒径为0.008mm左右。坎门湾含沙量大小按大、中、小潮的顺序依次递减，涨潮含沙量大于落潮含沙量；在湾口的三个口门中，南口门的含沙量最大，西口门次之，东口门最小；坎门湾湾口的平均含沙量为0.3kg/m3左右。 二、自然条件 10三、坎门渔港潮流数学模型3.1 数学模型数学模型 水流运动的基本方程包括水体连续性方程和动量守恒方程，即 0)()(yHVxHUtH)()()()

6、()(2222yUxUHNfHVxZHgHyHVUxHUUtHUxbbxsx)()()()()(2222yVxVHNfHUyZHgHyHVVxHUVtHVybbysy3.2 计算模式计算模式 采用有限体积法离散上述基本方程；通过离散得到的线性代数方程组，用高斯消去法求解。 11三、坎门渔港潮流数学模型3.3 模型范围及网格尺寸模型范围及网格尺寸图3.1 潮流数模计算范围及网格剖分 模型范围，南起北纬275822，北至北纬281145，南北间距24.8km；西起东经1211046，东至东经1212315，东西间距20.5km；其面积为508.4km2。 采用正方形网格剖分计算域，网格尺寸为20m

7、20m。 123.4 边界条件边界条件3.5 参数确定参数确定 曼宁系数：n0.020三、坎门渔港潮流数学模型+ + + + + + + + + + + + 长海大青苏爷岛大连秦皇岛连云港大戢山济州岛福江宝岛仪间大陈岛平坛台湾朝鲜半岛九州图3.2 中国东部海区潮波模拟计算网格图南澳布袋苏澳24N 26N 28N 30N 32N 34N 36N 38N 40N 117E 119E 121E 123E 125E 127E 129E Scale0 100 200km40 N 24N 26N 28N 30N 32N 34N 36N 38N 40N 117E 119E 121E 123E 125E 12

8、7E 129E Scale0 100 200km40 N 35 N 30 N 0 100 200km25 N 35 N 30 N 0 100 200km25 N 模型的水边界采用潮位控制，潮位过程由东中国海潮波数学模型提供。 对于随潮位变化的浅滩动边界，采用网格干、湿判断法进行处理。 13三、坎门渔港潮流数学模型3.6 验证计算验证计算 模型验证取用2009年11月3日11月10日的实测大、中、小潮水文资料，测站布设见图2.3，有2个潮位测站（W1、W2）和6条测流垂线（S1 S6）。 潮位站测流点图2.3 现场水文泥沙测验站位图14三、坎门渔港潮流数学模型图3.3(a) 大潮潮位验证曲线黄门

9、山水产码头 *：实测值 -：计算值图3.4(a) 大潮流速验证曲线(2009年11月3日) *：实测值 -：计算值大潮验证曲线15三、坎门渔港潮流数学模型图3.3(b) 中潮潮位验证曲线黄门山水产码头 *：实测值 -：计算值 *：实测值 -：计算值(2009年11月6日)图3.4(b) 中潮流速验证曲线中潮验证曲线16三、坎门渔港潮流数学模型图3.3(c) 小潮潮位验证曲线黄门山水产码头 *：实测值 -：计算值(2009年11月9日)图3.4(c) 小潮流速验证曲线 *：实测值 -：计算值小潮验证曲线17三、坎门渔港潮流数学模型流场特征流场特征图3.5(a) 大潮流场图（工程前 涨急）水产码头

10、潮位相位示意图 （1）计算水域的潮汐属正规半日潮型，潮波为驻潮波。 （2）涨潮时，潮水由东口门和南口门进入坎门湾内，其中，由南口门进入湾内的水流大部分通过外黄门（西口门）流出，然后沿西南方向流往瓯江口；由东口门进入湾内的水流主要经过二期防波堤口门进入坎门渔港现有港区（内港区）。三、坎门渔港潮流数学模型图3.5(b) 大潮流场图（工程前 落急）水产码头潮位相位示意图 （3）落潮时，由西口门和南口门西侧（马祖印礁至黄门山之间）流来的潮水由南口门东侧（马祖印礁至南排山之间）退出；坎门渔港现有港区的潮水经过二期防波堤口门由东口门退出。 （方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）图4.1(a)

11、三期防波堤工程平面布置图 图4.1(b) 三期防波堤工程平面布置图 （方案2：南防波堤，东偏北25走向，2310m长；东防波堤，南北走向，200m长） 玉环县坎门渔港三期（南排山-黄门山）防波堤工程拟建南防波堤和东防波堤，南防波堤位于南排山与黄门山之间的南口门，东防波堤南排山与坎门头之间的东口门。根据当地的地形地貌及波浪特点，防波堤有六种平面布置方案。4.1 三期防波堤工程布置方案三期防波堤工程布置方案四、防波堤工程潮流数值模拟图4.1(c) 三期防波堤工程平面布置图 （方案3：南防波堤，东偏北25走向，2310m长；东防波堤，南北走向，250m长）四、防波堤工程潮流数值模拟图4.1(d) 三

12、期防波堤工程平面布置图 （方案4：南防波堤堤根位于南排山，西偏南25走向，1755m长）图4.1(e) 三期防波堤工程平面布置图 （方案5：南防波堤堤根位于黄门山，东偏北25走向，1473m长）四、防波堤工程潮流数值模拟（方案6：南防波堤的一条堤堤根位于黄门山，东偏北20走向，1443m长；另一条堤的堤根位于南排山，西偏南50走向，859m长）图4.1(f) 三期防波堤工程平面布置图 （方案5：南防波堤堤根位于黄门山，东偏北25走向，1473m长）图4.6(a) 大潮涨急流场图水产码头潮位相位示意图四、防波堤工程潮流数值模拟4.2 成果分析成果分析（方案5：南防波堤堤根位于黄门山，东偏北25走

13、向，1473m长）图4.6(b) 大潮落急流场图水产码头潮位相位示意图 方案4、方案5及方案6的南防波堤未完全封堵南口门，坎门渔港有东口门、新的南口门及外黄门（西口门）与外海相通。涨潮时，潮水由东口门和新的南口门进入港内，由外黄门（西口门）流出；落潮时，潮水由外黄门（西口门）流入港内，由东口门和新的南口门退出。这表明，三个方案的流路与工程前相同。但是，进出新的南口门和外黄门（西口门 ） 的 潮 量 减 少 了 ， 而 进 出 东 口 门 的 潮 量 增 加 了 。 （方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）水产码头潮位相位示意图图4.2(a) 大潮涨急流场图四、防波堤工程潮流数值模拟（

14、方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）水产码头潮位相位示意图图4.2(b) 大潮落急流场图 方案1的南防波堤完全封堵南口门，坎门渔港只有东口门和外黄门（西口门）与外海相通。涨潮时，潮水由东口门进入港内，由外黄门（西口门）流出；落潮时，潮水由外黄门（西口门）流入港内，由东口门退出。此时，进出外黄门（西口门）的潮量进一 步 减 少 ， 而 进 出 东 口 门 的 潮 量 进 一 步 增 加 。 （方案3：南防波堤，东偏北25走向，2310m长；东防波堤，南北走向，250m长）水产码头潮位相位示意图图4.4(a) 大潮涨急流场图（方案3：南防波堤，东偏北25走向，2310m长；东防波堤，南

15、北走向，250m长）水产码头潮位相位示意图图4.4(b) 大潮落急流场图 方案3为南口门完全封堵，且在东口门布置250m长的东防波堤。它的流路变为：涨潮水流由新的东口门和外黄门（西口门）同时流入港内，落潮水流由新的东口门和外黄门（西口门）同时退出。此时，进出外黄门（西口门）的潮量继续减少，但减小幅度小；进出新的东口门的潮量进一步减少，且减少幅度大。 四、防波堤工程潮流数值模拟（方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）图4.8(a) 大潮涨潮最大流速变化等值线图工程前后流场变化的特点： （1）方案1、方案4、方案5及方案6中，东口门流速增大，涨潮平均流速变化率为+7.2%+42.9%，落

16、潮平均流速变化率为+4.1%+71.9%；方案1的流速变化最大，方案5的流速变化最小。东防波堤对通过东口门进出湾内的水流有阻挡作用，防波堤愈长，阻挡作用愈大；方案2的东口门流速增大，而方案3的东口门大部分水域流速减小，仅在东防波堤堤头与坎门头之间的水域流速增大。 四、防波堤工程潮流数值模拟（方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）图4.8(b) 大潮落潮最大流速变化等值线图 （2）方案1、方案4、方案5及方案6中，外黄门（西口门）流速减小，涨潮平均流速变化率为-10.8%-62.2%，落潮平均流速变化率为-6.0%-67.8%；方案1的流速变化最大（即流速变化率值最小），方案5的流速变

17、化最小（即流速变化率值最大）。方案2和方案3中，外黄门（西口门）流速也减小，且流速减小的幅度较方案1大。 （3）各个方案中，外港区大部分水域流速减小，由东北端到西南端，流速减小的幅度加大；距南防波堤法向距离愈近，流速减小的幅度愈大。 （4）各个方案中，内港区流速变化很小。 四、防波堤工程潮流数值模拟27 工程实施后的泥沙冲淤强度，可采用文献4中的公式计算。 5.1 泥沙冲淤强度计算泥沙冲淤强度计算五、港内泥沙冲淤分析 坎门湾为淤泥质海湾，悬移质造床。根据潮流数学模拟结果，采用半理论、半经验公式进行工程实施后的港内水下地形冲淤变化计算。 )(11*2*1*SSTSnpd5.1.1 计算公式计算公

18、式5.1.2 计算参数计算参数（1）含沙量 根据2009年11月坎门渔港水文泥沙测验资料，按半潮平均分别统计水流要素v2/gh和平均含沙量，然后采用最小二乘法进行回归分析，得到相关关系如下： 3962.02*629.3ghvS2995.02*245.1ghvS涨潮流落潮流（2）泥沙沉速和干容重 =0.00037m/s d=723.28kg/m3五、港内泥沙冲淤分析（方案5：南防波堤堤根位于黄门山，东偏北25走向，1473m长）图5.6 工程实施后泥沙冲淤强度分布图 S05666 0.00.10.00.00.00.1-0.2-0.20.5-0.2-0.20.1（方案1：南防波堤，东偏北25走向，

19、2310m长）0.10.00.10.30.5-0.20.0-0.20.00.10.30.50.7-0.20.50.3-0.2-0.20.1图5.2 工程实施后泥沙冲淤强度分布图 S01666 5.1.3 计算结果计算结果五、港内泥沙冲淤分析图5.4 工程实施后泥沙冲淤强度分布图 （方案3：南防波堤，东偏北25走向，2310m长；东防波堤，南北走向，250m长）S03666 0.70.50.30.10.0-0.20.00.0-0.20.70.50.30.10.70.00.10.3 方案5的泥沙淤积最少，港内平均淤积强度为0.05m/a；方案3的泥沙淤积最多，港内平均淤积强度为0.45m/a；其他

20、方案的港内平均淤积强度在0.260.39m/a之间。 5.2 最终冲淤厚度计算最终冲淤厚度计算5.2.1 计算公式计算公式 假定工程前、后水流挟沙能力不变，可得新冲淤平衡状态下的水深： 3/2123/12113)()(qqSShh 床面最终冲淤厚度： 31hhz五、港内泥沙冲淤分析（方案1：南防波堤，东偏北25走向，2310m长）图5.8 工程后冲淤平衡时的水下地形图 (m)1985国家高程基准5.2.2 计算结果计算结果 （1）方案3的东口门，泥沙淤积，但最终淤积厚度较小（0.46m）；其余方案的东口门，海床冲刷；方案2和方案3的东防波堤堤头前水域海床冲刷分别达到5.01m和4.37m。 （2）各个方案的外黄门（西口门），泥沙淤积；方案2的最终淤积厚度最大，达到7.35 10.70m，但水深仍超过10.0m（85国家高程基准，下同）；方案5的最终淤积厚度最小（1.081.74m）。 五、港内泥沙冲淤分析 （3）各个方案的外港区大部分水域，泥沙淤积，由东北端到西南端，最终淤积厚度逐渐增大；距南防波堤法向距离愈近，最终淤积厚度愈大；在南防波堤堤前水域，方案3的最终淤积厚度最大，达到5.09 6.93m；但南防波堤堤前水深仍超过5.0m。 （4）内港区、二期防波堤所形成的口门及其南侧小范围水域，海床基本不冲不淤。 五、