关于水资源的论文.doc

题目姓名12姓名12姓名21单位省市邮编2单位省市邮编摘要泥沙运动特征的变化及其对港口航道的影响是大型海岸工程实施时需要考虑的主要问题由于海岸生态系统往往对泥沙冲淤的变化非常敏感生态评估也逐渐成为工程规划及方案可行性论证研究的重要内容本文利用泥沙数学模型以深圳湾为例研究了五种填海方案造成的海湾来沙量含沙量和泥沙冲淤分布的变化讨论了泥沙淤积速率的变化对港口航道和红树林生态系统的影响并通过岸线方案的对比指出了在分别考虑各种泥沙评价指标时对应的五种填海方案的优劣定量分析表明不同评价指标对应的方案优劣次序有所差异协调多种指标要求的综合优化岸线可以通过比较各种方案后给出关键词泥沙数学模型填海工程岸线深圳湾中图分类号TV148文献标识码A1研究背景填海对当地或周边地区潮波特性的影响已经在许多填海工程的岸线确定中得到充分重视1近年来填海工程造成的区域泥沙运动特征的改变以及对港口航道和海岸生态系统的影响也愈来愈受到广泛的关注泥沙淤积带来的问题尤其复杂例如香港维多利亚港附近由于填海造地使得一些区域潮流作用减弱形成了有利于泥沙沉降的环境沉积速率明显增大2厦门西海域的海岸工程和围垦造地使纳潮量减少了67左右潮汐对泥沙的输运能力因此大大减弱使厦门港的淤积加重通航条件受到影响每年必须花800多万元费用清理航道此外沉积环境的改变还导致珍贵的文昌鱼几乎绝迹海豚减少3过去关于填海后泥沙运动特征变化及其对港口航道影响的研究较多46对海岸生态系统影响的研究却较少本文以深圳湾填海工程为例尝试利用泥沙数学模型对填海前后海湾的来沙量冲淤分布规律港口航道和生态保护区的影响进行综合考虑通过对比分析典型填海岸线方案的优劣为填海工程的优化提供依据2研究区域概况深圳湾是深圳和香港的交界水域为珠江口东岸的一个半封闭型浅水湾如图1面积约为90km2平均水深29m注入深圳湾的河流中深圳河是最大的河流受南海不规则半日混合潮影响海湾潮流方向为往复流年均潮差137m根据近来的实测资料7和水动力学模型计算结果涨潮时深圳湾内大潮期流速为039ms065ms小潮期为031ms040ms落潮时深圳湾内大潮期流速为058ms074ms小潮期为020ms034ms深圳湾具有重要的航运功能湾内有蛇口港东角头港等主要港口在湾顶附近的福田国家红树林自然保护区和米埔自然保护区分布着大面积的泥滩和红树林是华南地区最重要的湿地生态系统该区域为许多珍稀和濒危生物物种提供了栖息地尤其是以水鸟和候鸟为主的鸟类其中包括一些在全球范围内受到威胁的种类8计划在深圳湾北岸进行的大规模填海造地工程不可避免地会改变泥沙的运动规律并对港口航道和自然保护区造成影响为减少填海对港口航道的负面影响和避免生态环境恶化有必要对深圳湾的填海工程的设计方案进行全面规划和综合论证拟议中的深圳湾北岸填海工程岸线方案共有五种见图1方案一至方案五的填海面积分别为881321095588840km2文献1利用水动力学数学模型预测了深圳湾填海后纳潮量流场潮位等海湾水动力条件的变化并讨论了流速潮位变化对防洪港口航道和红树林自然保护区的影响本文将在水动力学数学模型研究的基础上进一步探讨填海前后泥沙运动特征的变化及其影响泥沙模型基本方程根据实测资料分析冬季深圳湾各测站实测平均含沙量在之间而夏季在之间由于深圳湾水体中含沙量不高泥沙对水流的影响极小泥沙数学模型与水动力学模型可以采用非耦合的方式求解深圳湾的床沙组成为砂层及亚黏土层上覆海相淤泥层底质细中值粒径为00040006mm910泥沙运动以悬移质运动为主推移质运动可以忽略由于缺乏足够的悬移质泥沙级配资料本研究将悬沙按均匀沙处理悬移质非平衡输沙方程和河床变形方程分别如下11式中S为垂线平均含沙量uv分别为沿x和y方向的垂线平均流速为恢复饱和系数为悬沙沉降速度为实际水深为水流挟沙力Ky分别为沿x和y方向的泥沙扩散系数为河床变形厚度为泥沙干容重水流挟沙力公式采用常见的半经验公式12即式中A和m为经验系数V为流速大小g为重力加速度深圳湾的地形如图1泥沙模型的计算范围从深圳河口到深圳湾口赤湾烂角嘴一线共有168132个网格网格大小为100m100m模型中的流速和实际水深直接引用水动力学模型计算结果差分格式采用ADIAlternativeDirectionImplicit法13构造即计算时段t91图1深圳湾填海方案示意分为两个半时间步长在前半个时间步长内只对空间x方向作变量运算而后半个步长内只对空间y方向作变量运算差分格式中对流项采用迎风格式时间步长经调试取100s计算域开边界条件根据泥沙浓度的监测资料获得对于闭边界假设为闭边界外法线方向的单位矢量泥沙方程的初始值由实测含沙量给定模型验证模型参数的率定采用1998年1月的实测水文资料7进行在深圳湾的水文流监测点位中如图1VS3和VS4接近湾口开边界利用这两点的泥沙浓度时间序列通过线性插值得到湾口开边界假设枯水期或丰水期每个月的来沙量都等于模型预测的枯水期或丰水期月来沙量以枯水期5个月丰水期7个月将12个月的来沙量累加可以近似得到深圳湾的年来沙量如表2所示除方案二对应的年来沙量减少外其它方案的年来沙量都略有增加其中方案四增加得最多而方案三的年来沙量变化最小因此单就进出深圳湾泥沙变化最小的要求来看各方案的优劣顺序为方案三一五二四表填海前后深圳湾月来沙量和年来沙量变化单位方案枯水期丰水期年d填海后年内沙量的增减比例现状方案一方案二方案三对各种填海岸线方案的影响进行的分析表明不同的考虑对象要求的泥沙评价指标及大小不同因而对应岸线方案的优劣次序排列也有所差异如表4所以不能凭单个指标来确定填海方案综合考虑各种泥沙评价指标可以认为方案三四较优表4方案优劣比较方案年来沙量泥沙冲淤分布港口航道自然保护区冲淤变化蛇口港东角头港内湾航道外湾航道福田米埔方案一方案二方案三水动力学模型和泥沙数学模型为评估填海前后水动力学条件和泥沙运动特征变化提供了基础填海工程对海湾水质环境容量和污染物排放方式方面的影响需要利用其它模型t92图2泥沙含量计算值与测量值比较4结论参考文献林秉南赵雪华施麟宝河口建坝对毗邻海湾潮波影响的计算二维特征线理论法水利学报198031625潘少明施晓冬王建业围海造地工程对香港维多利亚现代沉积作用的影响沉积学报3洪华生陈宗团海岸带综合管理中面临的科学问题海洋管理1998128314松林丁平兴湛江湾沿岸工程冲淤影响的预测分析冲淤的数值计算海洋学报1997191647278隋淑珍张乔民华南沿海红树林海岸沉积物特征分析热带海洋199918418239倪晋仁杨小毛王光谦深港交界带经济开发过程中泥沙对生态环境的影响地理学报1998534350355张乔民于红兵陈欣树等红树林生长带与潮汐水位关系的研究生态学报1997173258265姓名12姓名12姓名2注全英文1单位市邮编China2单位市邮编China注全英文