徐圩港区环抱式港池最大流速研究

作者:张玮;耿聪 刊名:水运工程 上传者:秦佳佳

【摘要】在利用潮流数学模型对连云港港徐圩港区防波堤工程方案进行比选优化时,发现港区内涨潮最大流速是决定方案能否成立的关键指标之一。经过分析认为,港区内涨潮最大流速与港区水域面积、防波堤口门过水断面面积有关,此外还受涨潮潮差和涨潮历时的影响。根据潮流数学模型的计算结果,拟合了港区内涨潮最大流速计算的经验公式,相关性较好,计算精度较高,可以用于徐圩港区防波堤工程方案的初步评估。

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根据规划,连云港的港口布局为“一体两翼”,其中,“一体”就是目前的主港区,“两翼”分别为“南翼”的徐圩港区和“北翼”的赣榆港区。徐圩港区位于主港区以南靠近埒子口处,属于淤泥质浅滩开敞海域,水浅坡缓,波浪作用明显,水沙运动复杂。为在徐圩港区建设30万吨级航道,达到“浅水深用”的目的,需要布置环抱式防波堤,防浪挡沙,改善港区泊稳条件,减少泥沙回淤,降低运营成本。经过分析论证,在一期工程中,就应建设大环抱防波堤,这样可以一次形成港口布局,减少重复建设,节约部分工程造价。当然,大环抱防波堤也有不足之处,其中需要特别引起关注的就是:在开发建设初期,港区内的水域面积较大,造成港内涨潮流速过高,不利于船舶进出。经过分析,认为港区内最大流速主要与港区水域面积有关,可通过减少港区水域面积来达到降低流速的目的。通常可使用潮流数学模型来研究各种工程措施的效果[1-6],但是,这样往往需要一定的时间,而且还要花费一定的人力和物力。如能提供更为简单可靠的手段,比如说经验公式,预估不同方案港区内最大流速,由此对工程方案进行初步评价,则可以大大提高工作效率。本文拟采用潮流数学模型,模拟计算徐圩港区防波堤不同布置方案港区内的涨潮最大流速,根据计算结果,分析主要影响因素,拟合经验公式,可供方案初步评估时使用。1环抱式方案在进行徐圩港区防波堤起步工程方案研究时,分别考虑了“大环抱”、“中环抱”和“小环抱”等多种方案。其中,大环抱类方案6个,防波堤口门宽6001000m,布置于-5m(理论基面,下同)等深线处,进港航道为30万吨级,航道底宽360m,航道底高程-22.5m;中环抱类方案3个,口门布置于-4m等深线处,进港航道与大环抱类方案相近;小环抱类方案1个,口门布置于-3m等深线处,进港航道仅为10万吨级。作为参考,仅给出大环抱类方案中的初选方案2、优化方案1以及规划终期方案(图13)。图1大环抱初选方案2图2大环抱优化方案1图3规划终期方案2潮流数学模型2.1基本方程1)连续方程。0txhUyhUxy22222gg2g++++=6^h@6^h@(1)运动方程。tUUxUUyUfUgxhNxxxyxyxx++=--++2gtg^xhctUUxUUyUfUgxhNxUyU2222xxxyxyxxxx++=--+++2g2tg^xhcm(2)tUUxUUyUfUgxhNyxyyyxyy---2gtgx++=+^h+tUUxUUyUfUgyhNxUyUyxyyyxyyyy2222---2g2tgx++=+++^hcm(3)式中:x,y为直角坐标系坐标;t为时间变量;h为平均水深;为相对于平均海平面的潮位;Ux,Uy为x,y方向上的垂线平均速度;为水流密度;g为重力加速度;Nx,Ny为x,y方向的水平紊动黏性系数;f为科氏参数(f=2sin,为地球旋转角速度,为纬度);x,y为波流共同作用下床面剪切应力在x,y方向的分量。2.2求解方法采用ADI算法数值求解上述方程组,也就是把每一个时间步长分成两步进行,前半步隐式计算x方向流速分量及潮位,显式计算y方向流速分量;后半步隐式计算y方向流速分量及潮位,显式计算x方向流速分量。2.3模型建立及求解条件数学模型西自现有岸线,北起日照(352230N,11933E),东至(352230N,12017E),南至废黄河口附近(341700N,12017E),东西宽约99.7km,南北长约119.3km,模型范围内水域面积约8648km2。采用矩形网格对于模型计算区域进行离散,并利用网格嵌套法进行逐渐加密,模型最大网格尺度为405m405m,工程区域网

参考文献

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