漳州LNG碼頭工程懸浮物影響預測研究

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司,天津 300452)

中海福建天然氣有限責任公司投資建設的秀嶼LNG接收站項目在港池疏浚、吹填和基槽開挖過程中引起的懸浮物對海域的水質產生一定程度的影響，污染程度與疏浚區的底質粒度、海域水文狀況、疏浚方式等密切相關[1]。采用對流、擴散模式，預測該工程施工過程中產生懸浮泥沙對海洋環境的影響。

1 潮流數值模型

1.1 基本控制方程

1)連續方程。

(1)

2)運動方程。

(3)

式中符號含義見文獻[2]。

1.2 邊界條件

在閉邊界處法向流速為零。

開邊界處輸入潮波：

(4)

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

fi、θi——第i個分潮的交點因子和遲角訂正;

Hi和Gi——調和常數，分別為分潮的振幅和遲角;

Vi——分潮的時角[3]。

1.3 計算域和網格設置

圖1 大海域計算網格圖

本項目所建立的海域數學模型計算域范圍見圖1，即為圖中A點(浮頭灣)、B點、C點(圍頭)3點,以及岸線圍成的海域。坐標范圍為北緯23°50′～24°45′，東經117°45′～118°38′。模擬采用非結構三角網格，整個模擬區域內由1 256個節點和20 354個三角單元組成。

1.4 模型驗證

利用d1～d3、1#、2#站位的實測潮流、潮位資料，分別繪制了實測和計算的潮流潮位驗證。驗證點位置見圖2，驗證點坐標見表1，驗證曲線圖見圖3～7。

圖2 潮流、潮位驗證點位置示意

站位緯度經度驗證點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#潮位驗證曲線

圖4 2#潮位驗證曲線

圖5 d1站位流速流向驗證曲線(大潮)

圖6 d2站位流速流向驗證曲線(大潮)

圖7 d3站位流速流向驗證曲線(大潮)

驗證結果表明，潮位和潮流模擬結果與實測潮位和潮流資料基本吻合，總體趨勢是一致的，預測流場能夠較好地反映工程周邊海域潮流狀況。

1.5 潮流場預測結果

工程前與工程后潮流場預測結果見圖8～11。由預測可知，大海域整體流場與工程前流場相比(圖形略)，變化不大，但在工程附近海域，流場變化較大。在防波堤1 km內，最大流速變化在40%以內，超過2 km最大流速變化較小，小于5%，說明對潮流場影響已較小。

圖8 工程前漲潮中間時潮流場

圖9 工程前落潮中間時潮流場

圖10 工程后漲潮中間時潮流場

圖11 工程后落潮中間時潮流場

2 懸浮物預測模型

2.1 基本方程

在水動力模塊基礎上考慮施工期間懸浮泥沙的擴散，懸浮泥沙在海水中的沉降、擴散過程由二維對流、擴散方程表示[4-6]。

(5)

式中：S——懸浮泥沙質量濃度；

Kx、Ky——水平紊流擴散系數；

α——懸浮泥沙沉降幾率；

Q——排放源強度；

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公式計算：

(6)

其中：v——海水分子運動粘性系數；

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

該工程懸浮物主要是防波堤拋石、港池疏浚、沉箱填砂等施工過程中產生的具體發生點位置見圖12。該工程拋石懸浮泥沙平均源強約為0.78 kg/s，港池疏浚的懸浮泥沙平均源強約為7.5 kg/s，沉箱填砂的懸浮泥沙平均源強約為0.2 kg/s。

圖12 懸浮物發生點位置

2.3 預測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，拋石產生的懸浮泥沙超一(二)類水質標準面積最大為3.9 km2， 三、四類水質標準面積分別為0.7、0.3 km2，懸浮泥沙最大質量濃度增量為186.2 mg/L。港池疏浚施工期間產生的懸浮泥沙超一(二)類水質標準面積最大為3.8 km2， 三、四類水質標準面積分別為1.3、0.5 km2，懸浮泥沙最大質量濃度增量為735.1 mg/L。沉箱填砂施工期間產生的懸浮泥沙超一(二)類水質標準面積最大為1.2 km2， 三、四類水質標準面積分別為0.1 km2，沒有超過四類水質標準的面積，懸浮泥沙最大質量濃度增量為137.7 mg/L。

圖13 拋石產生懸浮泥沙擴散影響范圍

圖14 疏浚產生懸浮泥沙擴散影響范圍

圖15 沉箱填砂產生懸浮泥沙擴散影響范圍

3 環境影響分析

根據懸浮物擴散數值模擬結果，該工程施工期間產生的懸浮泥沙對水質環境的影響主要位于工程用海區兩側1.7 km范圍內，其中港池疏浚與沉箱填砂施工產生的懸浮泥沙影響區域主要在防波堤西側。在此范圍內，會對浮游生物的生長和繁殖造成一定影響，但施工結束后，水體中懸浮物含量會很快恢復到施工前的本底水平。同時，魚類對懸浮物污染的耐受力較強，一般而言，當懸浮物質量濃度不超過200 mg/L時，而且影響時間較短時，不會直接導致魚類死亡，而且魚類具有游泳能力，可以逃避到周圍無害的海域，因此施工期間懸浮物產生的影響較小。

4 結論

正常作業情況下，懸浮物只對防波堤兩側1.7 km范圍內有影響，對其他水域不構成威脅。拋石與沉箱填砂施工期間不會對海區生物的生長和生存造成明顯影響；疏浚作業過程中，在局部小范圍內對少數漁業種類的幼體生存造成影響。

[1] 匡 良，婁安剛.海洋港碼頭擴建工程懸浮物對海洋環境影響預測研究[J].中國水運,2007,2(7):67-69.

[2] 黃祖珂，黃 磊.潮汐原理與計算[M].青島：海洋大學出版社，2005.

[3] 袁道偉，婁安剛.田橫島碼頭建設對附近水域水動力影響數值研究[J].海洋科學,2003，27(12)：62-65.

[4] 婁安剛，李鳳岐，吳德星，等.膠州灣疏浚物質輸移擴散數值模擬[J].海洋科學.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,1997,(4):285-290.

[6] 舒良華，姜太良.懸移質潮擴散的數值預測[J].海洋學報,1993,(5):59-87.