漳州LNG码头工程悬浮物影响预测研究

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司,天津 300452)

中海福建天然气有限责任公司投资建设的秀屿LNG接收站项目在港池疏浚、吹填和基槽开挖过程中引起的悬浮物对海域的水质产生一定程度的影响，污染程度与疏浚区的底质粒度、海域水文状况、疏浚方式等密切相关[1]。采用对流、扩散模式，预测该工程施工过程中产生悬浮泥沙对海洋环境的影响。

1 潮流数值模型

1.1 基本控制方程

1)连续方程。

(1)

2)运动方程。

(3)

式中符号含义见文献[2]。

1.2 边界条件

在闭边界处法向流速为零。

开边界处输入潮波：

(4)

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

fi、θi——第i个分潮的交点因子和迟角订正;

Hi和Gi——调和常数，分别为分潮的振幅和迟角;

Vi——分潮的时角[3]。

1.3 计算域和网格设置

图1 大海域计算网格图

本项目所建立的海域数学模型计算域范围见图1，即为图中A点(浮头湾)、B点、C点(围头)3点,以及岸线围成的海域。坐标范围为北纬23°50′～24°45′，东经117°45′～118°38′。模拟采用非结构三角网格，整个模拟区域内由1 256个节点和20 354个三角单元组成。

1.4 模型验证

利用d1～d3、1#、2#站位的实测潮流、潮位资料，分别绘制了实测和计算的潮流潮位验证。验证点位置见图2，验证点坐标见表1，验证曲线图见图3～7。

图2 潮流、潮位验证点位置示意

站位纬度经度验证点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

图3 1#潮位验证曲线

图4 2#潮位验证曲线

图5 d1站位流速流向验证曲线(大潮)

图6 d2站位流速流向验证曲线(大潮)

图7 d3站位流速流向验证曲线(大潮)

验证结果表明，潮位和潮流模拟结果与实测潮位和潮流资料基本吻合，总体趋势是一致的，预测流场能够较好地反映工程周边海域潮流状况。

1.5 潮流场预测结果

工程前与工程后潮流场预测结果见图8～11。由预测可知，大海域整体流场与工程前流场相比(图形略)，变化不大，但在工程附近海域，流场变化较大。在防波堤1 km内，最大流速变化在40%以内，超过2 km最大流速变化较小，小于5%，说明对潮流场影响已较小。

图8 工程前涨潮中间时潮流场

图9 工程前落潮中间时潮流场

图10 工程后涨潮中间时潮流场

图11 工程后落潮中间时潮流场

2 悬浮物预测模型

2.1 基本方程

在水动力模块基础上考虑施工期间悬浮泥沙的扩散，悬浮泥沙在海水中的沉降、扩散过程由二维对流、扩散方程表示[4-6]。

(5)

式中：S——悬浮泥沙质量浓度；

Kx、Ky——水平紊流扩散系数；

α——悬浮泥沙沉降几率；

Q——排放源强度；

D——水深；

ωg——悬浮泥沙平均沉降速度，悬浮泥沙沉降速度ωg，按Stocks公式计算：

(6)

其中：v——海水分子运动粘性系数；

Ds0——悬浮物中值粒径；

ρs、ρg——悬浮物和海水的密度。

2.2 入海悬浮物位置和源强

该工程悬浮物主要是防波堤抛石、港池疏浚、沉箱填砂等施工过程中产生的具体发生点位置见图12。该工程抛石悬浮泥沙平均源强约为0.78 kg/s，港池疏浚的悬浮泥沙平均源强约为7.5 kg/s，沉箱填砂的悬浮泥沙平均源强约为0.2 kg/s。

图12 悬浮物发生点位置

2.3 预测悬浮物浓度增量分布

图13～15为抛石、港池疏浚与沉箱填砂施工期间最大可能悬浮泥沙浓度增量分布图。由图可知，抛石产生的悬浮泥沙超一(二)类水质标准面积最大为3.9 km2， 三、四类水质标准面积分别为0.7、0.3 km2，悬浮泥沙最大质量浓度增量为186.2 mg/L。港池疏浚施工期间产生的悬浮泥沙超一(二)类水质标准面积最大为3.8 km2， 三、四类水质标准面积分别为1.3、0.5 km2，悬浮泥沙最大质量浓度增量为735.1 mg/L。沉箱填砂施工期间产生的悬浮泥沙超一(二)类水质标准面积最大为1.2 km2， 三、四类水质标准面积分别为0.1 km2，没有超过四类水质标准的面积，悬浮泥沙最大质量浓度增量为137.7 mg/L。

图13 抛石产生悬浮泥沙扩散影响范围

图14 疏浚产生悬浮泥沙扩散影响范围

图15 沉箱填砂产生悬浮泥沙扩散影响范围

3 环境影响分析

根据悬浮物扩散数值模拟结果，该工程施工期间产生的悬浮泥沙对水质环境的影响主要位于工程用海区两侧1.7 km范围内，其中港池疏浚与沉箱填砂施工产生的悬浮泥沙影响区域主要在防波堤西侧。在此范围内，会对浮游生物的生长和繁殖造成一定影响，但施工结束后，水体中悬浮物含量会很快恢复到施工前的本底水平。同时，鱼类对悬浮物污染的耐受力较强，一般而言，当悬浮物质量浓度不超过200 mg/L时，而且影响时间较短时，不会直接导致鱼类死亡，而且鱼类具有游泳能力，可以逃避到周围无害的海域，因此施工期间悬浮物产生的影响较小。

4 结论

正常作业情况下，悬浮物只对防波堤两侧1.7 km范围内有影响，对其他水域不构成威胁。抛石与沉箱填砂施工期间不会对海区生物的生长和生存造成明显影响；疏浚作业过程中，在局部小范围内对少数渔业种类的幼体生存造成影响。

[1] 匡 良，娄安刚.海洋港码头扩建工程悬浮物对海洋环境影响预测研究[J].中国水运,2007,2(7):67-69.

[2] 黄祖珂，黄 磊.潮汐原理与计算[M].青岛：海洋大学出版社，2005.

[3] 袁道伟，娄安刚.田横岛码头建设对附近水域水动力影响数值研究[J].海洋科学,2003，27(12)：62-65.

[4] 娄安刚，李凤岐，吴德星，等.胶州湾疏浚物质输移扩散数值模拟[J].海洋科学.2003，27(12):45-49.

[5] 夏华永，翁美钦，殷忠斌.防城港二期围海工程后的潮流变化及溢流变化及溢流悬沙输移[J].广西科学,1997,(4):285-290.

[6] 舒良华，姜太良.悬移质潮扩散的数值预测[J].海洋学报,1993,(5):59-87.