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1、<p>　　文章編號：1672-3031(2012)03-0000-00</p><p><b>　　題目</b></p><p>　　姓名1,2，姓名1,2，姓名2</p><p>　　(1.單位，北京 100871； 2. 單位， 北京 100871)</p><p>　　摘要：泥沙運動特征的變化及其對港口

2、航道的影響是大型海岸工程實施時需要考慮的主要問題。由于海岸生態(tài)系統(tǒng)往往對泥沙沖淤的變化非常敏感，生態(tài)評估也逐漸成為工程規(guī)劃及方案可行性論證研究的重要內(nèi)容。本文利用泥沙數(shù)學(xué)模型，以深圳灣為例研究了5種填海方案造成的海灣來沙量、含沙量和泥沙沖淤分布的變化，討論了泥沙淤積速率的變化對港口航道和紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的影響，并通過岸線方案的對比指出了在分別考慮各種泥沙評價指標時對 應(yīng)的五種填海方案的優(yōu)劣。定量分析表明，不同評價指標對應(yīng)的方案優(yōu)劣次序有所

3、差異，協(xié)調(diào)多種指標要求的綜合優(yōu)化岸線可以通過比較各種方案后給出。</p><p>　　關(guān)鍵詞：泥沙數(shù)學(xué)模型；填海工程；岸線；深圳灣</p><p>　　中圖分類號： 文獻標識碼：A </p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　填海

4、對當(dāng)?shù)鼗蛑苓叺貐^(qū)潮波特性的影響，已經(jīng)在許多填海工程的岸線確定中得到充分重視［1］。近年來，填海工程造成的區(qū)域泥沙運動特征的改變以及對港口、航道和海岸生態(tài)系統(tǒng)的影響也愈來愈受到廣泛的關(guān)注。泥沙淤積帶來的問題尤其復(fù)雜。例如，香港維多利亞港附近由于填海造地使得一些區(qū)域潮流作用減弱，形成了有利于泥沙沉降的環(huán)境，沉積速率明顯增大［2］；廈門西海域的海岸工程和圍墾造地使納潮量減少了67%左右，潮汐對泥沙的輸運能力因此大大減弱，使廈門港的淤積加重、通

5、航條件受到影響，每年必須花800多萬元費用清理航道；此外，沉積環(huán)境的改變還導(dǎo)致珍貴的文昌魚幾乎絕跡，海豚減少［3］。</p><p>　　過去關(guān)于填海后泥沙運動特征變化及其對港口航道影響的研究較多［4-6］，對海岸生態(tài)系統(tǒng)影響的研究卻較少。本文以深圳灣填海工程為例，嘗試利用泥沙數(shù)學(xué)模型對填海前后海灣的來沙量、沖淤分布規(guī)律、港口航道和生態(tài)保護區(qū)的影響進行綜合考慮，通過對比分析典型填海岸線方案的優(yōu)劣為填海工程的優(yōu)化提

6、供依據(jù)。</p><p><b>　　2 研究區(qū)域概況</b></p><p>　　深圳灣是深圳和香港的交界水域，為珠江口東岸的一個半封閉型淺水灣(如圖1)，面積約為90km2，平均水深2.9m。注入深圳灣的河流中，深圳河是最大的河流。受南海不規(guī)則半日混合潮影響，海灣潮流方向為往復(fù)流，年均潮差1.37m。根據(jù)近來的實測資料［7］和水動力學(xué)模型計算結(jié)果，漲潮時深圳灣內(nèi)大

7、潮期流速為0.39～0.65m/s，小潮期為0.31～0.40m/s；落潮時，深圳灣內(nèi)大潮期流速為0.58～0.74m/s，小潮期為0.20～0.34m/s。</p><p>　　深圳灣具有重要的航運功能，灣內(nèi)有蛇口港、東角頭港等主要港口。在灣頂附近的福田國家紅樹林自然保護區(qū)和米埔自然保護區(qū)分布著大面積的泥灘和紅樹林，是華南地區(qū)最重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)域為許多珍稀和瀕危生物物種提供了棲息地，尤其是以水鳥和候鳥為

8、主的鳥類，其中包括一些在</p><p>　　收稿日期： 基金項目： </p><p>　　作者簡介：第一作者姓名（出生年-），性別，籍貫，學(xué)歷，職稱，主要從事（研究方向）研究。E_mail: </p><p>　　通信作者：姓名（出生年-），性別，籍貫，學(xué)歷，職稱，主要從事（研究方向）研究。E_mail:</p><p>　　全球范圍內(nèi)受

9、到威脅的種類［8］。</p><p>　　計劃在深圳灣北岸進行的大規(guī)模填海造地工程，不可避免地會改變泥沙的運動規(guī)律，并對港口、航道和自然保護區(qū)造成影響。為減少填海對港口、航道的負面影響和避免生態(tài)環(huán)境惡化，有必要對深圳灣的填海工程的設(shè)計方案進行全面規(guī)劃和綜合論證。擬議中的深圳灣北岸填海工程岸線方案共有五種(見圖)1，方案一至方案五的填海面積分別為8.8、13.2、10. 95、5.88、8.40km2。文獻［1］利

10、用水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，預(yù)測了深圳灣填海后納潮量、流場、潮位等海灣水動力條件的變化，并討論了流速、潮位變化對防洪、港口航道和紅樹林自然保護區(qū)的影響。本文將在水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上，進一步探討填海前后泥沙運動特征的變化及其影響。</p><p><b>　　3 泥沙模型 </b></p><p>　　3.1 基本方程 根據(jù)實測資料［7］分析，冬季深圳灣各測站實測平均

11、含沙量在0.0073～0.205kg/m3之間，而夏季在0.0137～0.2385kg/m3之間。由于深圳灣水體中含沙量不高，泥沙對水流的影響極小，泥沙數(shù)學(xué)模型與水動力學(xué)模型可以采用非耦合的方式求解。深圳灣的床沙組成為砂層及亞黏土層，上覆海相淤泥層，底質(zhì)細、中值粒徑為0.004～0.006mm［9,10］，泥沙運動以懸移質(zhì)運動為主，推移質(zhì)運動可以忽略。由于缺乏足夠的懸移質(zhì) 泥沙級配資料，本研究將懸沙按均勻沙處理。懸移質(zhì)非平衡輸沙方程和河

12、床變形方程分別如下［11］</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　式中：S為垂線平均含沙量；u、v分別為沿x和y方向的垂線平均流速；α為恢復(fù)飽和系數(shù)；ω為懸沙沉降速度;H為實際水深；φ為水流挾沙力；KxKy分別為沿x和y方向的泥沙擴散系數(shù)；η為河床變形厚

13、度(η<0為沖刷)；γm為泥沙干容重。水流挾沙力公式采用常見的半經(jīng)驗公式［12］，即</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　式中：A和m為經(jīng)驗系數(shù)；V為流速大小；g為重力加速度。</p><p>　　深圳灣的地形如圖1。泥沙模型的計算范圍從深圳河口到深圳灣口赤灣爛角嘴一線，共有168×132個網(wǎng)格，網(wǎng)格

14、大小為100m×100m，模型中的流速和實際水深，直接引用水動力學(xué)模型計算結(jié)果。差分格式采用ADI（Alternative Direction Implicit）法［13］構(gòu)造，即計算時段分為兩個半時間步長，在前半個時間步長內(nèi)，只對空間x方向作變量運算，而后半個步長內(nèi)，只對空間y方向作變量運算。差分格式中對流項采用迎風(fēng)格式。時間步長經(jīng)調(diào)試取100s。計算域開邊界條件根據(jù)泥沙濃度的監(jiān)測資料獲得；對于閉邊界，假設(shè)，為閉邊界外法線方

15、向的單位矢量；泥沙方程的初始值由實測含沙量給定。</p><p>　　模型驗證 模型參數(shù)的率定采用1998年1月的實測水文資料［7］進行。在深圳灣的水文流監(jiān)測點位中(如圖1)，VS3和VS4接近灣口開邊界，利用這兩點的泥沙濃度時間序列，通過線性插值得到灣口開邊界；河口的泥沙</p><p>　　假設(shè)枯水期(或豐水期)每個月的來沙量都等于模型預(yù)測的枯水期(或豐水期)月來沙量，以枯水期5個月

16、、豐水期7個月將12個月的來沙量累加，可以近似得到深圳灣的年來沙量。如表2所示，除方案二對應(yīng)的年來沙量減少外，其它方案的年來沙量都略有增加，其中方案四增加得最多，而方案三的年來沙量變化最小。因此，單就進出深圳灣泥沙變化最小的要求來看，各方案的優(yōu)劣順序為：方案三、一、五、二、四。</p><p>　　表2 填海前后深圳灣月來沙量和年來沙量變化 (單位：103t)</p>

17、<p>　　對各種填海岸線方案的影響進行的分析表明：不同的考慮對象要求的泥沙評價指標及大小不同，因而對應(yīng)岸線方案的優(yōu)劣次序排列也有所差異(如表4)，所以不能憑單個指標來確定填海方案。綜合考慮各種泥沙評價指標，可以認為方案三、四較優(yōu)。</p><p><b>　　表4 方案優(yōu)劣比較</b></p><p>　　水動力學(xué)模型和泥沙數(shù)學(xué)模型為評估填海前后水動力學(xué)條

18、件和泥沙運動特征變化提供了基礎(chǔ)。填海工程對海灣水質(zhì)、環(huán)境容量和污染物排放方式方面的影響需要利用其它模型。</p><p><b>　　4 結(jié)論參考文獻：</b></p><p>　　林秉南，趙雪華，施麟寶. 河口建壩對毗鄰海灣潮波影響的計算(二維特征線理論法)[J]. 水利學(xué)報，1980(3):16-25.</p><p>　　潘少明，施曉冬，

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23、t;　　張喬民，于紅兵，陳欣樹，等. 紅樹林生長帶與潮汐水位關(guān)系的研究[J]. 生態(tài)學(xué)報，1997, 17(3)：258-265.</p><p><b>　　題目（英文）</b></p><p>　　姓名（英文）1，2, 姓名（英文）1，2, 姓名（英文）2</p><p>　　(1.單位（英文）， Beijing 100871,China;

24、 2.單位（英文）， Beijing 100871,China)</p><p>　　Abstract: Attention should be paid on variations of sediment transport characteristics and their impacts on ports and navigation channels before reclaiming a bay. In

25、 general, a bay system would be sensitive to the change of sediment erosion or deposition, and thus the ecological assessment in terms of sediment models could be important for the feasibility study of the proposed optio