坎门渔港三期工程潮流数模汇报

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回淤分析河海大学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

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

“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》（JTJ213-98）。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1.3

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

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10－14m；（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、落憩出现在高、低潮位前后。

二、自然条件

2.4

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0.007－0.008mm。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

3.2

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，南起北纬27°58′22″，北至北纬28°11′45″，南北间距24.8km；西起东经121°10′46″，东至东经121°23′15″，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×20m。

123.4

边界条件3.5

参数确定

曼宁系数：n＝0.020三、坎门渔港潮流数学模型

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）。

14三、坎门渔港潮流数学模型大潮验证曲线15三、坎门渔港潮流数学模型中潮验证曲线16三、坎门渔港潮流数学模型小潮验证曲线17三、坎门渔港潮流数学模型流场特征

（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（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。

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四、防波堤工程潮流数值模拟四、防波堤工程潮流数值模拟四、防波堤工程潮流数值模拟四、防波堤工程潮流数值模拟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。

四、防波堤工程潮流数值模拟方案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（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。

5.1.1

计算公式5.1.2

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：

涨潮流落潮流（2）泥沙沉速和干容重

ω=0.00037m/s

γd=723.28kg/m3五、港内泥沙冲淤分析5.1.3

计算结果五、港内泥沙冲淤分析方案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；其他方案的港内平均淤积强度在0.26～0.39m/a之间。

5.2最终冲淤厚度计算5.2.1

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：

床面最终冲淤厚度：

五、港内泥沙冲淤分析5.2.2

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（1.08~1.74m）。

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、港内泥沙冲淤分析33六、结论与建议6.1

结论

（1）通过验证计算，表明本模型是正确的，计算结果是可靠的,可以用该模型对坎门渔港三期防波堤工程实施后的潮流场进行预报模拟。（2）方案1为坎门湾南口门全封闭方案。南防波堤截断了通过南口门经内港区进出外黄门（西口门）的水流，造成外黄门（西口门）和内港区大部分水域流速减小、泥沙淤积，东口门及其附近小范围水域流速增大、海床冲刷。（3）方案2和方案3，除坎门湾南口门全封闭外，还在东口门的南排山一侧布置了东防波堤。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。因此，与方案1比较，东口门、外黄门（西口门）及外港区的流速减小，泥沙淤积范围扩大、淤积强度增大，海床冲刷范围缩小、冲刷强度减小。

（4）方案4、方案5及方案6为坎门湾南口门不完全封闭方案。南防波堤对通过南口门经内港区进出外黄门（西口门）的水流有阻挡作用，新南口门布置在南排山一侧，阻挡作用小；新南口门愈宽，阻挡作用愈小。因此，与方案1比较，外黄门（西口门）及内黄门山东北侧水域