許 婷，趙洪波

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456）

甌江口被靈昆島分為南口和北口，甌江口外島嶼林立、淺灘密布、灘槽交錯、水道縱橫、地形復(fù)雜。甌江口外有溫州淺灘、三角沙、中沙、甌飛淺灘、樂清淺灘等沙灘，有沙頭水道、小門水道、大門水道、中水道、黃大岙水道、黃大峽水道、南水道、重山水道等水道；在龍灣和七里有溫州港龍灣港區(qū)和七里港區(qū)，中水道—黃大岙水道是目前溫州港的出海航道，連接靈昆島和霓嶼島的靈霓大堤已經(jīng)于 2006 年建成［1］。

甌江口航道治理工程位于溫州市甌江口出?？凇Ｒ黄诠こ逃?.0 km的北導(dǎo)堤和總長16.8 km、寬140 m、深6.0 m的單向航道組成（圖1中的AB段），工程于2004年9月開工，于2006年4月通過驗收。工程驗收以后甌江口一期工程經(jīng)歷了2006年強臺風(fēng)考驗，航道治理效果得到初步體現(xiàn)。隨著溫州經(jīng)濟的發(fā)展，以及甌江口內(nèi)港口的建設(shè)，特別是七里和靈昆島港口岸線的開發(fā)，目前迫切需要甌江口航道進一步浚深和拓寬。航道二期工程擬將航道拓寬至260 m、浚深至-7 m（圖1中的EFG段）；二期治理潛堤工程擬在一期整治工程的基礎(chǔ)上建設(shè)潛堤方案［2］（堤頂高程+3.7 m，理論基面，見圖1中的BCD段）。

1 模型的建立及驗證

采用國際上較為流行的河口、陸架、海洋模式MIKE3［3-5］，其中水動力學(xué)模型是一種通用的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)，可以用來模擬河口、海灣以及海洋近岸區(qū)域中的水流情況。在對三維非恒定流進行模擬的同時，還充分考慮了密度變化、水下地形、潮汐變化以及氣象等條件。

采用干濕網(wǎng)格法變動邊界處理技術(shù)，建立甌江口航道三維數(shù)學(xué)模型來分析甌江口航道二期治理潛堤工程潮位和潮流的變化狀況。

1.1 模型的建立

（1）研究范圍。西邊界至梅岙，東邊界至121°35′經(jīng)線，北邊界至樂清灣頂，南邊界至南麂島南側(cè)。計算域的東西距離約為100 km，南北距離約為120 km。

（2）地形資料。2005年浙江省水利河口研究院測繪分院測量的 1：10 000（甌江口內(nèi)）、1：25 000（甌江口外）水深圖和中國人民解放軍海軍司令部航海保證部的2004年版1：100 000“溫州灣及附近”及 1999 年版 1：100 000“大北列島至沙埕港”海圖，溫州淺灘采用2009年最新的水深測圖。水深基面采用浙江吳淞基面。

（3）網(wǎng)格剖分。模型采用無結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格系統(tǒng)，垂向分 6個 σ 層（表層、0.2 H、0.4 H、0.6 H、0.8 H、底層）。計算區(qū)域內(nèi)共有三角形網(wǎng)格節(jié)點15 049個，三角形單元28 599個，最小網(wǎng)格步長為25 m，時間步長最小為0.3 s。由圖2可以看出，三角形網(wǎng)格較好地概括了計算域內(nèi)復(fù)雜的島嶼岸線和地形特征，對復(fù)雜岸線的擬合較為精確。

（4）邊界條件。入海河道采用流量過程線Q=Q（t），外海開邊界采用潮位過程線Z=Z（t），由中國潮汐預(yù)報程序China tide［6］提供，并根據(jù)實測水文資料進行調(diào)試。

（5）參數(shù)選取。模型計算中干水深為0.005 m，淹沒水深為0.05 m，濕水深為0.1 m，底部摩擦力糙率高度為0.01～0.06 m，渦粘參數(shù)采用Smagorinsky公式，系數(shù)Cs取0.28。

1.2 模型的驗證

采用2006年10月7～8日在工程海區(qū)進行的13個潮位站和14條垂線的水文大潮測量資料對模型進行了驗證，對14個測站均進行了對應(yīng)實測的各層的流速流向驗證。從驗證情況看，計算的潮位過程和各層的流速流向過程與實測資料吻合較好（圖3～圖5）。圖6分別給出了工程實施前表層和底層的漲、落急流場圖，由圖6可以看出，工程海區(qū)從表層到底層基本呈現(xiàn)往復(fù)流特征，且從表層到底層流速逐漸減小。

2 潛堤工程模擬計算分析

由圖7可見，工程海區(qū)從表層到底層基本呈現(xiàn)往復(fù)流特征，且從表層到底層流速逐漸減小。圖7給出了潛堤工程實施后其表層、0.6 H層、底層的漲、落急流場圖。從潛堤工程實施后的流場看，大范圍的潮流特征沒有發(fā)生改變，僅在擬建工程附近局部水域有所變化。其中漲潮過程，在航道北側(cè)的高沙淺灘水流向航道區(qū)的運動大大減少，受其影響，沙頭水道和航道區(qū)的水流也有所增強，水流更為平順。落潮過程，本工程的拐角處起到了較好的分流作用，局部水流略有調(diào)整。

2.1 潛堤工程實施后對甌江北口航道的影響

潛堤工程實施后，甌江北口航道各層流速大小均以增加趨勢為主，其中表層漲潮潮段平均流速變化為-0.02～0.06 m/s（“-”號表示流速減小，下同），表層落潮潮段平均流速變化為-0.01～0.09 m/s；0.6 H層漲潮潮段平均流速變化為-0.01～0.05 m/s，0.6 H層落潮潮段平均流速變化為-0.01～0.07 m/s，底層漲潮潮段平均流速變化為-0.02～0.05 m/s，底層落潮潮段平均流速變化為-0.01～0.06 m/s。甌江北口航道各層流向與潛堤工程實施前相比，基本沒變，最大變幅出現(xiàn)在表層，平均流向變化為0°～3°，且成歸槽趨勢。因此，潛堤工程的實施對航道軸線流場有積極作用。工程實施后，甌江北口航道漲潮垂線平均流速為0.56～0.85 m/s，落潮垂線平均流速為0.90～1.09 m/s，較工程前流速變動百分比為-1.2%～6.9%。

2.2 潛堤工程實施后對甌江南北口的影響

潛堤工程實施后，甌江北口表層漲、落潮潮段平均流速變化為-0.02～0.00 m/s，0.6 H層和底層漲、落潮潮段平均流速變化為-0.01～0.00 m/s；甌江南口表層漲潮潮段平均流速變化為0.00～0.02 m/s，表層落潮潮段平均流速變化為0.00～0.03 m/s，0.6 H層和底層漲、落潮潮段平均流速變化為0.00～0.02 m/s?？梢姖摰坦こ虒嵤┖?，甌江北口漲落潮流速有所減小、南口流速有所增大，兩口進出水量略有調(diào)整，但影響有限。

2.3 潛堤工程實施后對沙頭水道和小門水道的影響

沙頭水道和小門水道區(qū)域表層漲潮潮段平均流速變化為-0.04～0.11 m/s，表層落潮潮段平均流速變化為-0.10～0.07 m/s；0.6 H層漲潮潮段平均流速變化為-0.03～0.10 m/s，0.6 H層落潮潮段平均流速變化為-0.10～0.06 m/s，底層漲潮潮段平均流速變化為-0.02～0.08 m/s，底層落潮潮段平均流速變化為-0.08～0.06 m/s。各層流向變幅在 0°～13°。

2.4 潛堤工程實施后對大門島和小門島間水域的影響

大門島和小門島水域表層漲潮潮段平均流速變化為-0.09～0.04 m/s，表層落潮潮段平均流速變化為-0.22～-0.10 m/s；0.6 H層漲潮潮段平均流速變化為-0.07～0.04 m/s，0.6 H層落潮潮段平均流速變化為-0.20～-0.08 m/s，底層漲潮潮段平均流速變化為-0.07～0.03 m/s，底層落潮潮段平均流速變化為-0.17～-0.07 m/s。各層流向變幅在0°～10°。可見，潛堤工程實施后，大門島和小門島間水域的流速總體呈略有減小趨勢。

2.5 潛堤工程實施后對樂清灣及進港航道的影響

潛堤工程實施后，在樂清灣及進港航道水域，各層流速與工程實施前相比變幅為0%，因此，潛堤工程對樂清灣及進港航道水域的流場沒有影響。

2.6 潛堤工程實施后對黃大峽水道的影響

潛堤工程實施后，黃大峽水道區(qū)域各層漲潮潮段平均流速變幅為0.00～0.01 m/s，落潮潮段平均流速變幅為-0.01～0.00 m/s，漲落潮流速變動百分比在±1.5%以內(nèi)，因此工程的實施對黃大峽水道基本沒有影響。

2.7 潛堤工程實施后對重山水道和狀元岙深水區(qū)的影響

潛堤工程實施后，在重山水道和狀元岙深水區(qū)，各層漲潮潮段平均流速變幅為-0.01～0.00 m/s，落潮潮段平均流速變幅為0.00～0.01 m/s，漲落潮流速變動百分比在±2.5%以內(nèi)。

2.8 潛堤工程實施后對甌江口及附近海域潮位的影響

表1 潛堤工程實施前后大潮潮位變化Tab.1 Changes of spring tidal level before and after the submerged breakwater project m

為了解潛堤工程實施后對該海域潮位的影響，表1給出了潛堤工程實施前后黃華、烏仙頭、洞頭3個位置的潮位變化情況。由表1可知，潛堤工程實施后各站高低潮位變幅在0～2 cm?？梢?，潛堤工程對該海域的潮位變化影響較小。

3 結(jié)論

（1）本模型水平采用無結(jié)構(gòu)的三角形網(wǎng)格系統(tǒng)，垂向采用σ坐標，較好地擬合了工程海域復(fù)雜的島嶼岸線和地形特征。（2）工程海區(qū)從表層到底層基本呈現(xiàn)往復(fù)流特征，且從表層到底層流速逐漸減小。（3）航道二期治理潛堤工程實施后，大范圍的潮流特征沒有發(fā)生改變，僅在擬建工程附近局部水域有所變化。擬建工程較好地阻隔了來自北側(cè)灘面的漲潮流，這將對航道的進一步減淤起到一定作用。本工程實施后，甌江北口航道、沙頭水道、小門水道、大門島和小門島間水域流速略有變化，其他水域則基本不變。（4）擬建工程實施后，附近海區(qū)高低潮位變幅為0～2 cm。

綜上，從對周圍水動力影響角度考慮，本工程是可行的。

［1］李孟國，李文丹.溫州港深水航道三維潮流數(shù)值模擬［J］.水運工程，2010（1）：86-87.LI M G，LI W D.Numerical simulation of 3D tidal current in deepwater channel at Wenzhou port［J］.Port&Waterway Engineering，2010（1）：86-87.

［2］趙洪波，許婷.甌江口航道二期治理潛堤工程水沙條件及減淤效果研究［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所，2010.

［3］劉暢.MIKE3軟件在水溫結(jié)構(gòu)模擬中的應(yīng)用研究［D］.北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2004.

［4］DHI.MIKE3 User Guider［M］.Denmark:DHI Water&Environment，2007.

［5］馬騰，劉文洪.基于 MIKE3 的水庫水溫結(jié)構(gòu)模擬研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009（2）：68-71.

MA T，LIU W H.Application of MIKE3 in Prediction Analysis of the Water Temperature of Reservoir［J］.Power System and Clean Energy，2009（2）：68-71.

［6］李孟國，鄭敬云.中國海域潮汐預(yù)報軟件 Chinatide 的應(yīng)用［J］.水道港口，2007，28（1）：65-68.

LI M G，ZHENG J Y.Introduction to Chinatide software for tide prediction in China seas［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（1）：65-68.