Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2014, 4, 19-24 Published Online March 2014 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep http://dx.doi.org/10.12677/aep.2014.41B004 19 Research on the Ability of Water Exchange after the Implementation of Moon Island Tourist Resort Project in the Gulf of Tangshan International Tourism Island Runhong Jiao1, Xiaodong Li2, Xin Li1 1Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering, Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Tianjin, China 2Tianjin Yongjiu Hospital, Tianjin, China Email: vjrh@qq.com Received: Jan. 16th, 2014 Abstract By nested calculation of tidal flow and pollutant diffusion equation, and under the consideration of whether dredging sand or not of Moon Island Tourist Resort project in the Gulf of Tangshan inter- national tourism island, this paper simulates an d analyzes the water exchange capacity of this area. The water exchange ability of the original planning scheme agrees well with the dredging sand scheme, the exchange ability with the Dredging Sand Scheme is a bit better than before . In general, the water exchange ability of the two schemes after the artificial island putting into effect is very good, and about 72 hours later, the water exchange rates of the island’s main water area in two schemes are both greater than 60%. Keywords Tourist Island; Pollutant Dispersion; Water Exchange 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水 交换能力研究 焦润红1，李晓冬2，李 欣1 1交通运输部天津水运工程科学研究所，天津，中国 2天津市永久医院，天津，中国 Email: vjrh@qq.com 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水交换能力研究 20 收稿日期：2014年1月16日 摘 要 文中通过潮流和污染物扩散方程的嵌套计算，模拟分析了唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目考虑取沙与 否两种方案下，月岛规划区内的水题交换能力。原控规方案水体交换能力和原控规取沙后方案相当，取 沙后交换能力稍微优于取沙前。总体来说人工岛实施后两个方案水体交换能力很好，约72小时后，两个 方案岛内主要水域的水体交换率均大于60%。 关键词 旅游岛；污染物扩散；水交换 1. 引言 月岛旅游度假区是唐山湾国际旅游岛开发规划的重要组成部分之一。月岛是在自然岛屿的基础上通 过填海工程形成的半自然半人工的岛屿，其规划范围为 12 平方公里，位于唐山湾的西南部[1](如图1所 示)。人工岛规划图平面布置如图 2所示，图中蓝色线段为人工岛设计规划区域；本次计算在原有人工岛 规划的基础上，增加取沙区和航道(见图 2中红色线段)，底高程均为−5.5 m。 本文通过潮流和污染物扩散方程的嵌套[2-8]计算，进行原来控规方案和考虑取沙与否两种方案工程 实施后的水交换能力进行计算和分析研究。 2. 预测模式 2.1. 模型的建立 潮流计算采用 Mike 系列软件中的水动力模块(HD 模块)，污染物扩散采用 AD 模块。模型采用以下 方程： 连续方程： Figure 1. Moon island location diagram 图1. 月岛所在位置示意图 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水交换能力研究 21 Figure 2. Layout diagram 图2. 平面布置示意图 0 Hu Hv txy η ∂∂ ∂ ++= ∂∂ ∂ 运动方程： 22 2 0 uuuuu v uvgfv g t xyxCH η ∂∂∂ ∂+ ++ +−+= ∂∂∂ ∂ 22 2 0 vvvvu v uvgfu g txy yCH η ∂∂∂ ∂+ ++ +++= ∂∂∂ ∂ 污染物扩散方程： 22 22 () () xy HP HuP HvPHPHP KK txy xy ∂∂ ∂∂∂ ++= + ∂∂ ∂∂∂ 式中： η ：水位；t：时间；H：水深， Hh η = + ，h为海底到静止海面的距离；u、v：分别为沿 x、y方 向的垂线平均流速分量；f：柯氏力系数， 2 sinf ωφ = ，其中 ω 是地转角速度， φ 是地理纬度；C：谢才 系数，它与曼宁数 M的关系为 1/6 CMh= × ；g：重力加速度；P：为污染物浓度；Kx、Ky：分别是 x、y 方向的扩散系数；Kx = 5.93 /guH C ；Ky = 5.93 /gvH C 。 本数值模拟矩形网格对计算区域直接进行离散剖分及计算。为了保证局部流场计算符合潮流场的整 体物理特性，采用三层嵌套方式进行计算，三个模型分别为渤海、唐山湾海域和规划方案附近区域。计 算网格尺度采用渤海 135 m × 135 m的固定网格。唐山湾海域采用 90 m × 90 m的固定网格，规划方案附 近区域计算网格尺度采用30 m × 30 m的固定网格。 2.2. 模型初边值条件 初始浓度假设在整个月岛内水质劣于外部海域，港区内部无外源载荷，采用外部浓度为 0.5 单位， 内部浓度为 1单位的分布，如图 3所示。岸界和垂直边界采用无通量条件，开边界选为：出流，辐射条 件；入流，无梯度条件。污染物扩散方程与水动力模型网格尺度相同。 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水交换能力研究 22 3. 预测结果与分析 图4~图6和表 1分别给出了扩散 36小时、48 小时和 72小时后的岛内外最大水体交换能力分布情况 和各特征点水体交换率。可见，整体情况原来控规方案水体交换能力和原来控规取沙后方案相当，取沙 后交换能力稍微优于取沙前；在以10~14 为代表的主河流通道的中心位置和以9号为代表点位的岛底部 的局部地区水体交换相对较差，其中取沙前 13 号点位 72 小时后水体交换约为14%，21~24 为代表的主 河流通道的中心位置的交换能力相对较弱，其中取沙前 23号点位 72小时后水体交换约为 40%。总体来 说两个方案水体交换能力很好，约 72小时后，两个方案岛内主要水域的水体交换率均大于 60%。 Figure 3. The initial concentration distribution of water exchange 图3. 水体交换初始浓度平面分布 Figure 4. The representative point layout of water exchange rate 图4. 水体交换率代表点位布置图 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水交换能力研究 23 原来控规方案 原来控规方案取沙后 Figure 5. The plane distribution of water exchange rate (36 hours) 图5. 水体交换率平面分布(36 小时) 原来控规方案 原来控规方案取沙后 Figure 6. The plane distribution of water exchange rate (72 hours) 图6. 水体交换率平面分布(72 小时) Table 1. The water exchange rate each time of representative point 表1. 代表点位各时刻水体净化率(%) 时间 站位 净化能力(%) 原来控规方案 原来控规方案取沙后 36 h 72 h 36 h 72 h 1 89.7 91.6 92.5 94 2 77.9 85.6 82.6 89.9 3 48.4 68.8 65.1 85.1 4 49.3 69.7 66.5 85.5 5 42.3 66.1 63.5 84.9 唐山湾国际旅游岛月岛度假区项目实施后的水交换能力研究 24 6 37.1 63.5 59.1 83.9 7 29.6 59.4 50.6 81.7 8 21.2 52 41.8 78.3 9 14.6 42.5 25.8 72.8 10 18.2 41 16 64.9 11 10.5 37.1 4.1 45.8 12 2.1 25.2 2.6 32.2 13 6 14 6.6 15.3 14 60.3 59.5 65.1 61 15 91.5 67.8 88.3 84.5 16 62.2 63.5 71.7 87.2 17 57.2 71.6 75.4 92.1 18 52.9 89.2 89.3 93.2 19 82.5 89.2 90.8 93.2 20 98.3 98.7 95.9 97 21 17.2 48.9 36.4 76.7 22 12.6 42.9 26.6 72.7 23 15 40 17 67.8 24 20.2 40.5 20.4 65.3 4. 结论 1) 介绍人工岛项目规划方案； 2) 建立污染物扩散模型，描述污染物扩散规律； 3) 根据污染物扩散模型，分析岛外水流交换规律，对比两方案实施后的水交换能力； 4) 原控规方案水体交换能力和原控规取沙后方案相当，取沙后交换能力稍微优于取沙前。总体来说 人工岛实施后两个方案水体交换能力很好，约 72 小时后，两个方案岛内主要水域的水体交换率均大于 60%。 参考文献 (References) [1] 王勇智, 谷东起, 王文海, 等 (2012) 唐山湾潟湖沙坝海域表层沉积物粒级及分布特征. 中国海洋大学学报 , 42, 131-136. 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