漳州LNG碼頭工程懸浮物影響預(yù)測(cè)研究

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司,天津 300452)

中海福建天然氣有限責(zé)任公司投資建設(shè)的秀嶼LNG接收站項(xiàng)目在港池疏浚、吹填和基槽開(kāi)挖過(guò)程中引起的懸浮物對(duì)海域的水質(zhì)產(chǎn)生一定程度的影響，污染程度與疏浚區(qū)的底質(zhì)粒度、海域水文狀況、疏浚方式等密切相關(guān)[1]。采用對(duì)流、擴(kuò)散模式，預(yù)測(cè)該工程施工過(guò)程中產(chǎn)生懸浮泥沙對(duì)海洋環(huán)境的影響。

1 潮流數(shù)值模型

1.1 基本控制方程

1)連續(xù)方程。

(1)

2)運(yùn)動(dòng)方程。

(3)

式中符號(hào)含義見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。

1.2 邊界條件

在閉邊界處法向流速為零。

開(kāi)邊界處輸入潮波：

(4)

式中：σi——第i個(gè)分潮的角速度(共取4個(gè)主要分潮：M2、S2、O1、K1);

fi、θi——第i個(gè)分潮的交點(diǎn)因子和遲角訂正;

Hi和Gi——調(diào)和常數(shù)，分別為分潮的振幅和遲角;

Vi——分潮的時(shí)角[3]。

1.3 計(jì)算域和網(wǎng)格設(shè)置

圖1 大海域計(jì)算網(wǎng)格圖

本項(xiàng)目所建立的海域數(shù)學(xué)模型計(jì)算域范圍見(jiàn)圖1，即為圖中A點(diǎn)(浮頭灣)、B點(diǎn)、C點(diǎn)(圍頭)3點(diǎn),以及岸線圍成的海域。坐標(biāo)范圍為北緯23°50′～24°45′，東經(jīng)117°45′～118°38′。模擬采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格，整個(gè)模擬區(qū)域內(nèi)由1 256個(gè)節(jié)點(diǎn)和20 354個(gè)三角單元組成。

1.4 模型驗(yàn)證

利用d1～d3、1#、2#站位的實(shí)測(cè)潮流、潮位資料，分別繪制了實(shí)測(cè)和計(jì)算的潮流潮位驗(yàn)證。驗(yàn)證點(diǎn)位置見(jiàn)圖2，驗(yàn)證點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)表1，驗(yàn)證曲線圖見(jiàn)圖3～7。

圖2 潮流、潮位驗(yàn)證點(diǎn)位置示意

站位緯度經(jīng)度驗(yàn)證點(diǎn)1#24°14.968'N118°06.096'E潮位2#24°15.993'N118°09.363'E潮位d124°17.137'N118°09.069'E潮流d224°17.000'N118°10.250'E潮流d324°15.636'N118°08.544'E潮流

圖3 1#潮位驗(yàn)證曲線

圖4 2#潮位驗(yàn)證曲線

圖5 d1站位流速流向驗(yàn)證曲線(大潮)

圖6 d2站位流速流向驗(yàn)證曲線(大潮)

圖7 d3站位流速流向驗(yàn)證曲線(大潮)

驗(yàn)證結(jié)果表明，潮位和潮流模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)潮位和潮流資料基本吻合，總體趨勢(shì)是一致的，預(yù)測(cè)流場(chǎng)能夠較好地反映工程周邊海域潮流狀況。

1.5 潮流場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果

工程前與工程后潮流場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8～11。由預(yù)測(cè)可知，大海域整體流場(chǎng)與工程前流場(chǎng)相比(圖形略)，變化不大，但在工程附近海域，流場(chǎng)變化較大。在防波堤1 km內(nèi)，最大流速變化在40%以內(nèi)，超過(guò)2 km最大流速變化較小，小于5%，說(shuō)明對(duì)潮流場(chǎng)影響已較小。

圖8 工程前漲潮中間時(shí)潮流場(chǎng)

圖9 工程前落潮中間時(shí)潮流場(chǎng)

圖10 工程后漲潮中間時(shí)潮流場(chǎng)

圖11 工程后落潮中間時(shí)潮流場(chǎng)

2 懸浮物預(yù)測(cè)模型

2.1 基本方程

在水動(dòng)力模塊基礎(chǔ)上考慮施工期間懸浮泥沙的擴(kuò)散，懸浮泥沙在海水中的沉降、擴(kuò)散過(guò)程由二維對(duì)流、擴(kuò)散方程表示[4-6]。

(5)

式中：S——懸浮泥沙質(zhì)量濃度；

Kx、Ky——水平紊流擴(kuò)散系數(shù)；

α——懸浮泥沙沉降幾率；

Q——排放源強(qiáng)度；

D——水深；

ωg——懸浮泥沙平均沉降速度，懸浮泥沙沉降速度ωg，按Stocks公式計(jì)算：

(6)

其中：v——海水分子運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；

Ds0——懸浮物中值粒徑；

ρs、ρg——懸浮物和海水的密度。

2.2 入海懸浮物位置和源強(qiáng)

該工程懸浮物主要是防波堤拋石、港池疏浚、沉箱填砂等施工過(guò)程中產(chǎn)生的具體發(fā)生點(diǎn)位置見(jiàn)圖12。該工程拋石懸浮泥沙平均源強(qiáng)約為0.78 kg/s，港池疏浚的懸浮泥沙平均源強(qiáng)約為7.5 kg/s，沉箱填砂的懸浮泥沙平均源強(qiáng)約為0.2 kg/s。

圖12 懸浮物發(fā)生點(diǎn)位置

2.3 預(yù)測(cè)懸浮物濃度增量分布

圖13～15為拋石、港池疏浚與沉箱填砂施工期間最大可能懸浮泥沙濃度增量分布圖。由圖可知，拋石產(chǎn)生的懸浮泥沙超一(二)類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積最大為3.9 km2， 三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積分別為0.7、0.3 km2，懸浮泥沙最大質(zhì)量濃度增量為186.2 mg/L。港池疏浚施工期間產(chǎn)生的懸浮泥沙超一(二)類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積最大為3.8 km2， 三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積分別為1.3、0.5 km2，懸浮泥沙最大質(zhì)量濃度增量為735.1 mg/L。沉箱填砂施工期間產(chǎn)生的懸浮泥沙超一(二)類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積最大為1.2 km2， 三、四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)面積分別為0.1 km2，沒(méi)有超過(guò)四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積，懸浮泥沙最大質(zhì)量濃度增量為137.7 mg/L。

圖13 拋石產(chǎn)生懸浮泥沙擴(kuò)散影響范圍

圖14 疏浚產(chǎn)生懸浮泥沙擴(kuò)散影響范圍

圖15 沉箱填砂產(chǎn)生懸浮泥沙擴(kuò)散影響范圍

3 環(huán)境影響分析

根據(jù)懸浮物擴(kuò)散數(shù)值模擬結(jié)果，該工程施工期間產(chǎn)生的懸浮泥沙對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響主要位于工程用海區(qū)兩側(cè)1.7 km范圍內(nèi)，其中港池疏浚與沉箱填砂施工產(chǎn)生的懸浮泥沙影響區(qū)域主要在防波堤西側(cè)。在此范圍內(nèi)，會(huì)對(duì)浮游生物的生長(zhǎng)和繁殖造成一定影響，但施工結(jié)束后，水體中懸浮物含量會(huì)很快恢復(fù)到施工前的本底水平。同時(shí)，魚(yú)類對(duì)懸浮物污染的耐受力較強(qiáng)，一般而言，當(dāng)懸浮物質(zhì)量濃度不超過(guò)200 mg/L時(shí)，而且影響時(shí)間較短時(shí)，不會(huì)直接導(dǎo)致魚(yú)類死亡，而且魚(yú)類具有游泳能力，可以逃避到周圍無(wú)害的海域，因此施工期間懸浮物產(chǎn)生的影響較小。

4 結(jié)論

正常作業(yè)情況下，懸浮物只對(duì)防波堤兩側(cè)1.7 km范圍內(nèi)有影響，對(duì)其他水域不構(gòu)成威脅。拋石與沉箱填砂施工期間不會(huì)對(duì)海區(qū)生物的生長(zhǎng)和生存造成明顯影響；疏浚作業(yè)過(guò)程中，在局部小范圍內(nèi)對(duì)少數(shù)漁業(yè)種類的幼體生存造成影響。

[1] 匡 良，婁安剛.海洋港碼頭擴(kuò)建工程懸浮物對(duì)海洋環(huán)境影響預(yù)測(cè)研究[J].中國(guó)水運(yùn),2007,2(7):67-69.

[2] 黃祖珂，黃 磊.潮汐原理與計(jì)算[M].青島：海洋大學(xué)出版社，2005.

[3] 袁道偉，婁安剛.田橫島碼頭建設(shè)對(duì)附近水域水動(dòng)力影響數(shù)值研究[J].海洋科學(xué),2003，27(12)：62-65.

[4] 婁安剛，李鳳岐，吳德星，等.膠州灣疏浚物質(zhì)輸移擴(kuò)散數(shù)值模擬[J].海洋科學(xué).2003，27(12):45-49.

[5] 夏華永，翁美欽，殷忠斌.防城港二期圍海工程后的潮流變化及溢流變化及溢流懸沙輸移[J].廣西科學(xué),1997,(4):285-290.

[6] 舒良華，姜太良.懸移質(zhì)潮擴(kuò)散的數(shù)值預(yù)測(cè)[J].海洋學(xué)報(bào),1993,(5):59-87.