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Advances in Environmental Protection
环境保护前沿
, 2014, 4
,
19-24
Published Online
March
2014 in
H
ans. http://www.hanspub.org/journal/aep
http://dx.doi.org/10.12677/aep.2014.41B004
19
Research on the
A
bility of
W
ater
E
xchange
a
fter the
I
mplementation of
Moon Island
Tourist Resort P
roject
in
the Gulf of
Tangshan
I
nternational
T
ourism
I
sland
Runhong
Jiao
1
,
Xiaodong
Li
2
,
Xin
Li
1
1
Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering
,
Tianjin Research Institute of Water
Transport Engineering,
Tianjin
, China
2
Tianjin
Yongjiu Hospital
,
Tianjin
, China
Email:
vjrh@qq.com
Received
: Jan. 16
th
, 2014
Abstract
By
nested
calculation of
tidal flow and pollutant
diffusion equation, and
under
the consideration of
whether
d
redging sand
or
not
of
Moon Island
Tourist Resort
project in
the Gulf of Tangshan
inter-
national tourism
island
, this paper s
imulates
an d
analy
zes the
water
exchange capacity
of this
area.
The
water exchange
ability
of
the original planning
scheme
agrees
well with the
d
redging
sand scheme, the exchange ability
with the
Dredging
S
and
Scheme
is
a bit better tha
n
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,
t
he
water exchange
rates
of
the island
’
s main
water
area
in
t
wo 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:
F
igure 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
F
igure 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 xyx
CH
η
∂∂∂ ∂+
++ +−+=
∂∂∂ ∂
22
2
0
vvvvu v
uvgfu g
txy y
CH
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 sin
f
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;
K
x
、
K
y
:分别是
x
、
y
方向的扩散系数;
K
x
=
5.93
/
guH C
;
K
y
=
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%
。
F
igure 3.
The initial concentration distribution of water exchange
图
3.
水体交换初始浓度平面分布
F
igure 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
F
igure 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
F
igure 6.
The plane distribution of water exchange rate
(72 hours)
图
6.
水体交换率平面分布
(72
小时
)
T
able 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%
。
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