舟山市小干二橋工程海洋水動(dòng)力環(huán)境影響分析

摘" 要：為了解舟山市小干二橋建設(shè)工程對(duì)所在海域的水動(dòng)力環(huán)境影響，包括工程附近海域的潮流場和泥沙場的變化。該文通過建立平面二維潮流數(shù)值模型對(duì)小干二橋的潮流場以及水動(dòng)力進(jìn)行分析，并對(duì)該工程區(qū)域的泥沙環(huán)境進(jìn)行沖淤情況預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，工程實(shí)施后，沒有改變大范圍海域的流場特征，對(duì)周邊水域流場的影響主要發(fā)生在工程區(qū)附近，橋墩樁基附近流向變化較大，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯，沖淤影響僅限于工程區(qū)域附近海域，對(duì)沈家門港區(qū)和定海至沈家門航道的正常運(yùn)行均不會(huì)造成大的影響。

關(guān)鍵詞：小干二橋；海洋環(huán)境；潮流場；水動(dòng)力；沖淤變化

中圖分類號(hào)：X82" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）13-0095-04

Abstract： In order to understand the influence of Xiaogan Second Bridge construction project on the hydrodynamic environment of the sea area in Zhoushan City， including the change of tidal current field and sediment field in the nearby sea area. The tidal current field and hydrodynamic force of Xiaogan Second Bridge are analyzed by establishing a two-dimensional tidal current numerical model. Meanwhile， the erosion and silting conditions of the project area are investigated. The results show that after the implementation of the project， the characteristics of flow field in a wide range of sea areas are not changed， and the impact on the flow field in surrounding waters mainly occurs near the project area. The flow direction near the pier and pile foundation changes greatly， the flow velocity near the pier weakens and the flow direction changes obviously， and the impact of scour and silting is limited to the sea area near the project area. The normal operation of Shenjiamen Port area and Dinghai - Shenjiamen waterway will not be greatly affected.

Keywords： Xiaogan Second Bridge; The marine environment; tidal current field; hydrodynamic force; erosion and silting change

發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，建設(shè)海洋強(qiáng)國是我國重要的發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，多伴隨大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，產(chǎn)生各種生態(tài)環(huán)境影響。舟山群島地處我國東部黃金海岸線與長江黃金水道的交匯處，具有優(yōu)越的區(qū)位條件和豐富的海洋資源。“臨城新區(qū)”介于定海、普陀兩大城區(qū)之間，由臨城、勾山、小干島組成的市級(jí)主中心，是舟山城市重點(diǎn)拓展策略區(qū)。作為小干島中央商務(wù)區(qū)開發(fā)項(xiàng)目的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，小干二橋是舟山首座按城市道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的市政跨海大橋，同時(shí)也是舟山首座城市景觀橋。該項(xiàng)目的建設(shè)一方面為舟山市島群一體化發(fā)展提供便利，另一方面項(xiàng)目在建設(shè)過程中以及建成后不可避免會(huì)對(duì)附近海域造成一定影響。

本文選取小干二橋工程，采用平面二維潮流數(shù)值模型對(duì)工程影響區(qū)域進(jìn)行潮流場分析，對(duì)工程附近海域水動(dòng)力和泥沙環(huán)境影響進(jìn)行分析，以綜合評(píng)價(jià)工程項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響。

1" 工程概況

舟山市小干二橋工程位于舟山市臨城新區(qū)港島路上，作為連接舟山本島與小干島之間的第二條島際通道，橫跨定沈航道（圖1）。工程南起小干島規(guī)劃緯七路，北至本島海天大道，線路全長1 455.2 m，其中橋梁工程全長1 246 m。主橋?yàn)殡p塔結(jié)合梁自錨式懸索橋[1-2]。

2" 工程對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境影響分析

跨海橋梁的建設(shè)必然會(huì)改變工程附近海域的潮流場和泥沙場，進(jìn)而影響海床泥沙的沖淤變化。本研究通過平面二維潮流模型，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施流態(tài)、流速的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而得出項(xiàng)目所在海域水動(dòng)力以及沖淤情況的動(dòng)態(tài)變化。

2.1" 數(shù)學(xué)模型建立與驗(yàn)證

2.1.1" 基本方程

垂線平均的平面二維淺水潮波連續(xù)方程與運(yùn)動(dòng)方程為

2.1.2" 計(jì)算條件及參數(shù)選擇

1）計(jì)算基面。計(jì)算的水平面設(shè)置在1985年國家高程基準(zhǔn)面。采用直角坐標(biāo)右手系，工程區(qū)域水下地形圖采用2012年4月施測(cè)的1∶1 000和2011年9月施測(cè)的1∶5 000測(cè)圖，其余采用2007—2010年出版的海圖拼接而成。

2）計(jì)算范圍和網(wǎng)格尺寸。模型的計(jì)算范圍東邊界至東福山，西邊界設(shè)在乍浦一線，北邊界至蘆潮港-綠華山一線，南邊界至象山松蘭山（圖2）。計(jì)算域的橫向?qū)捈s155 km，縱向長度約150 km，計(jì)算域面積約為15 440 km2。網(wǎng)格布置充分利用了三角形網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，按照重點(diǎn)關(guān)鍵水域網(wǎng)格密、其他水域疏的原則剖分。計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格布設(shè)考慮了水流、地形梯度的差異，對(duì)工程附近的計(jì)算網(wǎng)格做進(jìn)一步加密，保證工程前后流場模擬精度。共布有4.4萬個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和8.3萬個(gè)三角形單元，域內(nèi)最大水深達(dá)100 m以上，最小空間步長約為10 m，計(jì)算時(shí)間步長為0.5～1 s，網(wǎng)格布置如圖2所示。

3）邊界條件。對(duì)于流場的計(jì)算，岸邊界采用可滑不可入條件。對(duì)于西側(cè)水邊界根據(jù)鎮(zhèn)海實(shí)測(cè)潮位過程推算，北邊界控制點(diǎn)根據(jù)岱山實(shí)測(cè)潮位過程推算，南邊界控制點(diǎn)根據(jù)大目涂實(shí)測(cè)潮位過程推算，其余水邊界利用全球潮汐模型（TPXO6）求得。

2.1.3" 驗(yàn)證資料

驗(yàn)證資料采用2012年4月實(shí)測(cè)水文泥沙資料。

潮位觀測(cè)：在小干島設(shè)置臨時(shí)潮位站，進(jìn)行為期半個(gè)月潮位觀測(cè)；同時(shí)抄錄定海、鎮(zhèn)海、岱山、松蘭山（大目涂）長期驗(yàn)潮站潮位資料的搜集。

水文、泥沙測(cè)驗(yàn)：在工程區(qū)域布置全潮同步水文測(cè)驗(yàn)5條垂線，進(jìn)行包括水深、潮流（流速、流向）、含沙量、懸沙及底質(zhì)粒度、海面風(fēng)速（風(fēng)向）等6項(xiàng)觀測(cè)項(xiàng)目，垂線位置如圖3所示[3]。

1）潮位驗(yàn)證。模型對(duì)計(jì)算域內(nèi)的鎮(zhèn)海、定海、岱山、小干島4個(gè)潮位站進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示，大潮、中潮、小潮各潮位站模型與實(shí)測(cè)的潮位過程吻合較好，模型的漲落潮歷時(shí)和相位與實(shí)測(cè)資料基本一致[4]。

2）潮流驗(yàn)證。模型對(duì)計(jì)算域內(nèi)的1#—12#共12個(gè)測(cè)流點(diǎn)的潮流流速、流向進(jìn)行驗(yàn)證，大潮、中潮、小潮流速、流向驗(yàn)證過程與實(shí)測(cè)過程吻合較好，包括轉(zhuǎn)憩流時(shí)間、最大漲、落潮流速出現(xiàn)時(shí)間及量值均與原體實(shí)測(cè)結(jié)果基本符合[4]。

2.2" 水動(dòng)力條件影響分析

由于本工程橫跨小干圍涂和舟山本島，主橋橋墩在水道，均位于0 m線以上，多處水深低于平均中潮位，現(xiàn)狀情況下，漲潮時(shí)水道兩側(cè)邊灘過水時(shí)間約3 h，落潮時(shí)，西北來的潮流受眾多島嶼阻礙，潮流較漲潮時(shí)較弱，邊灘流速較小，過水時(shí)間基本在1 h以內(nèi)。因此，工程后流場變化主要在橋墩樁基附近。工程實(shí)施后沒有改變大范圍海域的流場特征，對(duì)周邊水域流場的影響主要發(fā)生在工程區(qū)附近，橋墩樁基附近流向變化較大，漲潮時(shí)順?biāo)牢鞅毙械乃饔鰳痘黄绒D(zhuǎn)向，基本沿樁基線繞行，落潮時(shí)同理[4]。

圖4、圖5分別為工程實(shí)施后漲、落潮平均流速變化圖。由圖可見，漲潮時(shí)，水道內(nèi)西北行的水流遇橋墩樁基而過水受阻，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯，橋墩處流速減弱最大幅度約0.30 m/s，與橋墩距離由近及遠(yuǎn)，流速變化呈帶狀幅度逐漸減弱，向西影響在距二橋1 000 m范圍內(nèi)，向東在200 m范圍內(nèi)。同時(shí)受阻水流向航道中間擠壓，沈家門航道靠近兩側(cè)橋墩處流速略有增大，增大幅度在0.05 m/s。

落潮時(shí)，橋墩位置處大部分時(shí)間處于露灘狀態(tài)，橋墩對(duì)周邊影響較弱，基本集中在橋墩附近200 m范圍以內(nèi)，流速減小最大幅度0.30 m/s。

2.3nbsp; 海床沖淤變化

海床沖淤需要幾年甚至數(shù)十年時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài)，圍涂工程對(duì)海域的影響也是個(gè)長期過程。對(duì)于這種長歷時(shí)的海床沖淤變化，采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算難度較大，目前較多的是采用經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行估算。工程后的海床地形預(yù)測(cè)選用半經(jīng)驗(yàn)半理論的公式估算

，

式中：P為工程后的淤積厚度；V1、V2分別為工程前后的流速；H1、H2分別為工程前后的水深；s為工程區(qū)域沿垂線平均含沙量；ω為泥沙沉降速度（在河口海岸地區(qū)應(yīng)考慮絮凝的影響）；？酌′s為泥沙干容重。

圖6為二橋工程實(shí)施平衡時(shí)工程附近沖淤變化圖。如圖所示，二橋工程實(shí)施引起的沖淤影響僅限于工程區(qū)域附近海域，水道走向橋墩附近基本呈淤積態(tài)勢(shì)，沖淤平衡時(shí)累積淤積幅度0.5 m以內(nèi)；橋墩靠近航道處稍有沖刷，沖刷幅度在0.2 m以內(nèi)；靠近小干圍涂堤線附近也略有0.2 m以內(nèi)沖刷，沖淤影響范圍主要集中在距離橋墩200 m范圍內(nèi)，對(duì)沈家門港區(qū)和定海至沈家門航道的正常運(yùn)行均不會(huì)造成大的影響。

3" 結(jié)束語

通過對(duì)小干二橋的平面潮流場以及水動(dòng)力的分析，得到了有關(guān)小干二橋建設(shè)過程中以及建成后對(duì)所在海域的影響。

1）工程實(shí)施后，沒有改變大范圍海域的流場特征，對(duì)周邊水域流場的影響主要發(fā)生在工程區(qū)附近，橋墩樁基附近流向變化較大，橋墩附近流速減弱、流向改變明顯。流速變化呈帶狀幅度逐漸減弱，向西影響在距二橋1 000 m范圍內(nèi)，向東在200 m范圍內(nèi)，沈家門航道靠近兩側(cè)橋墩處流速增大幅度0.05 m/s。落潮時(shí)，對(duì)周邊影響較弱，基本集中在橋墩附近200 m范圍以內(nèi)，流速減小最大幅度0.30 m/s。

2）工程實(shí)施引起的沖淤影響僅限于工程區(qū)域附近海域，水道走向橋墩附近基本呈淤積態(tài)勢(shì)，沖淤平衡時(shí)累積淤積幅度0.5 m以內(nèi)；橋墩靠近航道處稍有沖刷，沖刷幅度在0.2 m以內(nèi)；靠近小干圍涂堤線附近也略有0.2 m以內(nèi)沖刷，沖淤影響范圍主要集中在距離橋墩200 m范圍內(nèi)，對(duì)沈家門港區(qū)和定海至沈家門航道的正常運(yùn)行均不會(huì)造成大的影響。項(xiàng)目建設(shè)短期內(nèi)帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益大于環(huán)境影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 常付平.舟山市小干二橋工程主橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2016，46（6）：83-87.

[2] 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.舟山市小干二橋工程可行性研究報(bào)告[R].2014.

[3] 浙江省河海測(cè)繪院.舟山市小干島西部圍涂工程及新城與小干島、長峙島連島工程地形測(cè)量技術(shù)報(bào)告[R].2012.

[4] 國家海洋局第二海洋研究所.舟山市小干二橋工程環(huán)境影響報(bào)告書[R].2014.