環抱式港池內水體交換與改善措施綜述

摘 要：環抱式港池的防波堤可起到防止海浪對港內船只的不利影響以及減少泥沙回淤的作用。然而，環抱式港池對于池內水體跟港池外凈水交換是不利，存在水體交換不暢的不足。水體交換通道是提高環抱式港池內水體交換能力有效措施，水體交換通道的斷面面積及斷面形狀對環抱式港池內水體交換能力改善影響較大。對流作用在環抱式港池水體交換中占有絕對優勢，增大流速可提高港區的水體交換能力。在港池開口朝向正對波浪情況下，港池水體隨漲潮潮流增加、落潮潮流減小而出現港池內水位變化，導致港池內外水體交換能力下降。

關鍵詞：環抱式港池；港池水質；潮型；工程措施；潮流

前言

隨著我國經濟的快速發展，深水岸線已經成為日益稀缺的資源。而環抱式港池可有效增加碼頭岸線資源，提供船條件。規劃中的連云，達到“淺水深用”的目的，同時能夠防止海浪對港內船只的不利影響、減少泥沙回淤的目的。然而，由于水體只能通過唯一一個口門進出環抱式港池，環抱式港池普遍存在水體交換能力較弱的問題，如果環抱式港池內存在污染源，則被污染水體較難被排出，導致環抱式港池內水體水質下降，甚至污染源不能隨潮流運動和港池外水體進行交換，從而環抱式港池內污染源水體達不到完全稀釋。因此，開展環抱式港池水質水體交換能力及改善措施研究是十分必要的。文章通過方案比選，探討潮型及港池位置、工程措施和潮流對于改善水體交換能力的影響。

1 潮型和港池位置對水體交換能力的影響

潮型和港池位置直接影響環抱式港池水動力條件，進而影響環抱式港池水體交換能力。

（1）潮型不同時，環抱式港池內水體交換能力受其影響也不同。潮型越大，環抱式港池內水體和池外凈水的交換周期越短；潮型越小，環抱式港池內水體和池外凈水的交換周期越長。

（2）環抱式港池水體區域不同時，對于環抱式港池內水體交換能力影響差異較大。環抱式港池水體區域越靠近港池口門，其水動力條件越好，從而港池水體交換能力效果越好，港池該水體區域水體交換周期越短；環抱式港池水體區域越靠近港池末端，即離港池口門越遠，其水動力條件越弱，該水體區域的水體交換周期越長。

2 工程措施對水體交換能力的影響

工程措施可以改善環抱式港池水動力條件，從而縮短環抱式港池的水體交換周期，主要包括：開通水體交換通道，在防波堤設置水體交換通道，增加港區進出潮量根據地形等條件；抽（灌）水，在環抱式港池的4個角點上布設抽水（或灌水）站；利用河道排澇，利用港區涉水涵閘，將澇水排入環抱式港池，從而改善港池的水質條件。

進一步分析得知，水體交換能力與過水斷面的大小、抽灌水流量的多少、排澇流量及持續時間有關。平均過水斷面面積越大，通道的進出潮總量越大，港池的水動力越能得到改善，港池的水體交換能力越強，水體半交換周期最短。當過水斷面面積相同時，斷面寬度越寬，港池的水動力越能得到改善，水體交換能力越強。

3 潮流對水體交換能力的影響

對于波浪作用比較顯著的碼頭海灣區域，當環抱式港池開口與波浪方向一致時，潮流和波浪可以疊加，通過港池口門的漲潮流增強、落潮流減弱，從而導致環抱式港池內水體和池外凈水交換量減小，尤其是距港池門口較遠的地方，該部分污染水體的不到有效稀釋和置換，最終導致港池內水體污染嚴重，環境容量降低。主要表現為：

（1）潮流對環抱式港池水體的交換影響顯著。漲潮時，外海凈水由口門流入，稀釋港池內的已污染水體；落潮時，稀釋后的污染水體經口門流出，從而使港池內污染水體與外海凈水形成水體交換。

（2）在各個環抱式港池中，水體交換能力和該水體距港池門口距離有關。距離越近的港池區域，水體濃度下降速率越快，水體交換能力越強；反之，距離港池口門越遠，水體交換能力最弱。增加環抱式港池內水體與池外凈水交換量，可以有效增加港池內水體環境容量，最為有效的辦法就是增加港池與池外水體交換通道。

4 結論及建議

（1）對于淤泥質海岸，一般多采用環抱式防波堤建環抱式港池，能夠有效防浪擋沙、減少泥沙回淤的目的。環抱式港池的水體交換受潮流作用明顯；港池距口門越近，水體交換能力越強；各港池尾部水體交換能力較差。對流作用在環抱式港池的水體交換中占有絕對優勢，要想提高港區的水體交換能力，需要增加港區的水流流速。另外，水體交換通道的斷面面積和斷面形狀是影響水體交換能力的主要因素。水體交換通道平均過水斷面面積越大，斷面寬度越寬，港池水體交換能力就越強。

（2）潮型和港池位置通過影響水動力條件，從而改變港池水體交換能力。潮型越大，港池內水體和池外凈水的交換周期越短；潮型越小，環抱式港池內水體和池外凈水的交換周期越長。港池水體區域越靠近口門，其水動力條件越好，從而港池水體交換能力效果越好；港池水體區域越靠近港池末端，其水動力條件越弱，該水體區域的水體交換周期越長。

（3）為改善環抱式港池內末端港池的水動力條件，提高其水體交換能力，可采取以下工程措施：抽水（或灌水）、利用河道排澇等。

（4）就工程的可行性和經濟性考慮：利用該排澇方案，只要水量充分，持續時間足夠長，則可既改善港池內水質，又節省人力物力；但在無雨季節，港池水體交換的問題需要另外考慮。

參考文獻

[1]何杰，葉文強，辛文杰.環抱式單口門港池水體交換能力研究[J].水運工程，2009（02）-0087-05.

[2]張瑋，王國超，劉燃，等.環抱式港池水體交換和改善措施研究[J].水運工程，2013（04）-0037-05.