大连海域机场工程对某海域水环境影响数据研究

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1、大连海域机场工程对某海域水环境影响数据研究1绪论1.1课题研究的背景与目的在人类赖以生存的地球上，海洋面积约3.62亿平方公里，占据了整个地球表面面积的71%,而陆地资源仅占29%[1]。近百年来，随着人口数量的急剧增加，社会的现代化进程不断加快，人多地少的矛盾越来越突出，可利用的土地资源逐渐减少，近岸及近海工程建设日益活跃，导致海洋环境遭受着前所未有的压力，海域水质恶化、海岸线烛退、海洋生物灭绝，频繁发生的海洋环境灾难反复地提醒我们必须将海洋工程建设给环境带来的不利影响降到最低。20世纪六七十年代，美国、日本、

2、加拿大等国开始提出在海上建造机场的构想[2]。1975年，日本建成了世界上第一座海上人工岛机场-长崎机场。随后，美国、韩国、加拿大等国家相继修建了兼具水产渔业、石油开发等多项功能的海上机场，且机场人工岛的结构形式也在不断改进[3]。我国早在1974就开始筹建香港海上国际机场，并于1992开始修建，历时6年建成，建成后的整个机场用地为香港增加了约1%的面积。与此同时，1992年3月澳门国际机场也破土动工，并于1995年建成，机场建成后，为澳门的经济发展和交通运输带来了便利。海上机场成为了沿海人口密集地区缓解航空客运

3、物流压力和土地资源匮乏这两者之间矛盾的重要手段之一。大连市航空客运吞吐量日益饱和，为了满足空港发展的需要，基于前人的经验，大连市政府自1994年起便有步骤地开展了新机场的选址工作。面临大连市耕地不断减少和建设用地需求不断上升的矛盾，拟将海上机场建于大连市金州湾海域。根据海洋环境保护要求，海上建筑物建设过程中除了要考虑结构物的设计、施工技术外，必须对海上建筑物建设过程中以及建筑物建成后对周围水环境空间海洋物理、海洋生态的影响进行充分的评估与分析。金州湾是金州区工业和生活废水以及北大河、红旗河等流域的最终归处。因为机

4、场人工岛位于近湾底水域，加之施工通道，在湾底形成半封闭水域，该水域水质的保障成为机场建设环境保护面临的挑战性课题。为了最大限度地降低海上机场工程对金州湾海域环境的影响，必须全面掌握机场工程建设后水动力条件的变化情况及和污染物输移扩散状况，并以对环境影响最小为目标制定工程总体规划布置方案及施工方案。为达到上述目的，采用数值模拟方法，建立工程水域水动力及污染物输移扩散数值模型，计算分析不同工程方案条件下金州湾海域水动力及水环境变化情况。以湾内水体物理自净能力、半更换期、局部污染物追踪粒子运动轨迹、局部污染物追踪粒子存

5、留时间及施工通道开口处加权平均流速为评价指标，探讨最佳工程方案。研究结果对建立金州湾海域水质环境评价体系、合理确定海上机场人工岛工程平面布置及施工方案有重要的指导意义。1.2国内外研究现状1.2.1水动力模型流场模拟是在流体力学中的连续性方程和水流运动方程的基础上数值求解水力要素，其应用史可追溯到一百五十余年前流体力学相应方程建立之初。1905年Chrystal就苏格兰湖假潮作过完整的推算，1915年Stemeck对地中海水流作过全面的分析计算，但是，由于计算能力的限制，当时只能将计算水域概化为一维水域，结果只能

6、从宏观上显示主要流动特性[4]。水动力模型真正应用于解决工程问题始于十九世纪五十年代计算机发明之后。1952-1954年Isaacson和TesK,Leberg、Mellor等在POM模型的基础上发展了浅海三维水动力学模型E(3-DEstuarine,CoastalandOceanModel),该模型继承了POM模型的一些优点，但与POM模型相比，不受CFL条件的限制，从而可以取得较长的时间步长。著名的ESED(海洋环境泥沙模型)就是基于E模型发展而来的模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型。谢飞等18]基于

7、EC0M模型，引入干湿网格法变动边界处理技术，建立了三维动边界潮流数值模型，并将该模型用于海州湾近岸海域三维潮流场模拟。2水动力模型和污染物输移扩散模型丹麦水动力研究所（DHI)开发了流体力学数值计算软件MIKE,其中MIKE21和MIKE3分别为二维和三维模型，MIKE模型都具有很好的界面，能处理许多不同类型的水动力条件，该模型可用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的潮流、波浪、泥沙及污染物浓度场。高级图形用户界面与高效计算引擎的结合使得MIKE21在世界范围内成为很多专业河口海岸工程技术人员不可缺少的工

8、具。目前该软件在国内的应用发展也很快，并在一些大型工程中被广泛应用，如：长江口综合治理工程，杭州湾数值模拟、南水北调工程、重庆市城市排污评价、太湖富营养模型、香港新机场工程建设、台湾桃园工业港新建工程等[43]。计算流体流动和污染物输移扩散时，除了要建立描述物理现象的控制微分方程外，还需要由其初始条件和边界条件一起构成定解问题，对于非稳态问题，所有计算变量在开始计算前需要