黄岛港区周边海域不同重现期潮位及波高的数值模拟

刘传弟，牛光伟，杨立鹏

（1.青岛市金水水资源科技有限责任公司，山东 青岛 266100；2.青岛市水务事业发展服务中心,山东 青岛 266100；3.青岛市运输事业发展中心，山东 青岛 266100）

近岸海域的潮位、波浪对港口工程的影响非常明显，是工程设计、安全生产要考虑的主要因素，因此众多学者对不同工况下的潮位、波浪进行了大量研究。白玉川等[1]对流速与潮位耦合作用下的近岸波浪传播进行了研究，得到了波高计算公式，并进行了对比验证。孟祥东等[2]以小麦岛污水处理厂为例，对近岸波高进行数值计算，为工程设计提供了依据。肖王挺[3]研究了潮位对滨海核电厂运行控制的影响，发现潮位上升会导致机组效率下降，并提出了相关建议。刘勇[4]研究了河口港对潮流水动力的影响，结果显示，港口建设后将会对纳潮量、潮流流态、船舶航行产生影响，设计时需对港口布局、结构型式进行优化。金桂中等[5]根据实测资料对钱塘江河口特征潮位、潮汐历时的变化规律及相关的河口工程进行了研究，探讨了潮汐特性变化的原因。

黄岛港区是青岛港的重要组成部分，是以原油、成品油和液体化工品运输为主的大型专业化液体散货港区，其周边海域的水动力条件对工程建设及安全生产尤为重要，本研究以黄岛港区为例，计算其附近海域不同重现期的潮位和波浪场，给出重点工程附近的波高分布及防潮防浪水位。

1 模型及计算工况

Mike21 模型采用大模型和小模型嵌套的方法建立，潮流、波浪模块均采用三角形网格。大模型网格个数为19834，网格节点数为10650；小模型网格个数为4060，网格节点数为2420。模型地形如图1 所示。

图1 模型地形图

因附近海域S、E、SE 向风作用比较明显，所以本模型主要对这三个方向上的潮流场、波浪场进行计算，分析近岸海域的潮位和波浪变化，工况如表1 所示。

表1 计算工况

2 计算结果

2.1 潮位

边界条件采用工程100 年一遇高潮位，风资料采用100 年一遇E 向大风。近岸区域主要工程监测点选取为：对胶州湾湾口潮流顶托作用较明显的青岛港油二期20万吨级码头、油三期30 万吨级码头的近岸区域；6 个监测点位置如图2 所示。

图2 监测点位置图

对各监测点不同风向及重现期潮位值进行计算，100 年一遇高潮位介于3.15～3.16 之间；300 年一遇高潮位介于3.34～3.35 之间，300 年一遇潮位高出100年一遇工况潮位约0.2 米，且E 风向作用下的潮位略高于SE 向的工况，S 向潮位值最小。

2.2 波浪场

通过不同工况的模型计算发现，港区周边海域E、SE、S 向风吹程最大，其中E 方向100 年一遇涌浪和风浪在岸边的有效波高最大，SE 方向次之，S 方向较小，如图3 所示。外海来浪在向近岸的传播过程中衰减较小，衰减作用主要发生在近岸区域，并在靠近部分岸边处发生破碎。

图3 100 年一遇各风向有效波高分布图

当遭遇E 方向100 年一遇风浪潮时，各点的有效波高为0.61～2.01m 不等，海域最大有效波高可达3.23m（如图3(a)所示），最大波高可达6.0m（如图4(a)所示）；当遭遇E 方向300 年一遇风浪潮时，各点的有效波高为0.91～2.38m 不等，海域最大有效波高可达3.61m（如图4(b)所示），最大波高可达6.5m（如图4(c)所示）；但各监测点所在位置高程较高，受风暴潮的影响较小。

图4 不同重现期E 向大风波高分布图

2.3 防潮防浪水位计算结果

因黄岛港区岸边高程较高，在100 和300 年一遇E向风大风叠加100 和300 年一遇天文潮时，淹没范围比较小，只有靠海一侧高程比较低的位置形成了淹没，如图5 所示。

图5 不同重现期E 向大风叠加潮位的淹没范围

主要工程监测点的防潮防浪水位如表2 所示，当遭遇100 年一遇工况时，各监测点防潮防浪的允许越浪水位约为3.16m，不允许越浪水位约为4.01m；当遭遇300年一遇工况时对应的允许越浪水位约为3.35m，不允许越浪水位约为4.24m，均增加约0.2m。

表2 工程区域沿岸各测点防潮防浪水位

3 结论

通过对不同风向、重现期潮位及波浪场的数值模拟，得到主要结论如下：

（1）对于工程海域，E、SE、S 向风区长度较大，其中E方向涌浪和风浪在岸边的波高最大，SE方向次之，S 方向较小。

（2）当工程海域遭遇E 方向100 年一遇风暴潮时，海域最大有效波高可达3.23m；当遭遇300 年一遇风浪潮时，海域最大有效波高可达3.61m。

（3）当工程海域遭遇100 年一遇风暴潮时，允许越浪的防潮防浪水位约为3.16m，不允许越浪的防潮防浪水位约为4.014m；300 年一遇工况时，对应的防潮防浪水位分别约为3.351m 和4.238m。

4 工程建议

（1）近岸区域可增设汇流和外排通道系统，以解决越浪水量的汇流和回流问题，并保持越浪水量在较小范围内活动，且能较快回流到海域。

（2）近岸构筑物宜采取新型结构形式以有效消减高潮位对应的波浪爬高，减少风暴潮期间越浪水体漫流的淹没范围。