摘要:在海州湾日照港北区港口岸线退岸还海修复整治工程中，拟采用疏浚工程船舶在近海岸进行吹填施工形成黄金海岸，沙滩面积44.97万m2。针对吹填施工中海沙中的污染物会在海水中扩散而污染海洋环境的问题，对吹填过程中污染物的扩散进行预测。采用计算流体动力学(CFD)方法，就近海岸吹填施工中污染物扩散趋势进行数值模拟，分析污染物扩散情况，评价施工方案对海洋环境污染的风险。根据污染物扩散趋势及分析结果，提出防污屏布置方案。实践证明，在吹填工程中应用防污屏能够防止污染物扩散。
关键词:污染物扩散;防污屏;数值分析;CFD
在海州湾日照港北区港口岸线退岸还海修复整治工程中，计划采用疏浚工程船舶在近海岸进行吹填施工形成沙滩。随着人们对环境标准要求的提高，吹填施工中海沙污染物对水体的污染问题不容忽视[1]。本文利用计算流体动力学(CFD)技术[2]对近海岸吹填施工中污染物扩散趋势进行数值模拟，分析污染物扩散情况，针对污染物的扩散，提出防污屏布置方案的建议。防污屏是国外应用较为广泛的一种防悬浮物污染扩散装置，它可以将施工水域同外界隔离开，使污染的泥质不扩散，从而保护水域生态环境[3]。
1项目背景
1.1建设方案
日照港石臼港区退岸还海修复整治岸线工程，拟自现有护岸向海侧延伸，打造黄金海岸带。沙滩南北端分别布设南、北拦沙堤稳定沙滩形态，减少沙的流失。
1.2海流条件
对工程区域大、中、小潮期间的海流污染物扩散进行观测，结果表明，该海区潮流为往复流，主流向为NE-SW，涨潮流向为偏SW向，落潮流向为偏NE向(图1)。
2数值模拟
2.1计算方案
利用疏浚船舶进行吹填施工时，海沙中混合的污染物随海水的流动向海洋扩散，污染海洋环境。采用CFD方法，对污染物随海流的漂移进行数值模拟，分析污染物扩散趋势，对海洋环境污染风险进行评估，并根据分析结果，提出防污屏布置方案。
污染物高浓度区主要集中在南北拦沙堤和隔沙堤环抱的海湾区，以该区域为核心计算区，对周围海区进行扩展，以减少边界对流动的影响。
施工区域主要的海流条件为大潮期间最大涨潮流速为0.64～1.06m?s，对应流向为220°;大潮期间最大落潮流速为0.42～0.57m?s，对应流向为35°。计算中选取最恶劣的海流条件，即涨潮流速1.06m?s，对应流向为220°，落潮流速0.57m?s，对应流向为35°。
为了对吹填施工中污染风险的最大可能性进行评估，将污染物浓度取较高值。吹填总流量为2万m3?h，其中沙浓度为35%，海沙中混有的污染物含量为4%。选取3个施工地点作为典型施工条件进行分析，吹填施工点见图2。
2.2计算结果分析
2.2.1涨潮情况
通过CFD计算，得到涨潮时海域流速分布以及施工船舶分别在施工点1、2和3进行吹填施工时海域的速度分布(图3)。涨潮时在南北拦沙堤和隔沙堤围成的海湾内产生漩涡，当工程船在不同的施工地点进行吹填作业时，海域内的流速分布发生变化，但整体的速度场变化相对较小。整个海域的流速分布主要受来流方向的影响。
随着吹填施工的进行，吹填砂内混合的污染物流出，并随着海流漂移扩散。涨潮时污染物漂移路线及其浓度分布见图4。通过计算分析可以看出，在涨潮海流条件下，由于海流主要向海岸方向流动，污染物集中分布在海湾内，基本不会向远海扩散。
2.2.2退潮情况
通过CFD计算，得到退潮时海域流速分布，当施工船舶分别在施工点1、2和3进行吹填施工时，海域的速度分布发生变化(图5)。退潮时整个海域的海水将流向远海，海湾内的海水也将随着海流流向远海。
退潮时污染物随着海流的方向向外海域漂移扩散，污染物漂移路线及浓度分布见图6。尽管海湾内部污染物的浓度较高，但随着漂移距离的增加，污染物的浓度逐步降低。污染物随着退潮海流漂移扩散，但扩散的区域不大，海沙中污染物浓度很低，向外海扩散的污染物量很小。若采取防污屏进行防护，将污染物控制在海湾内，防止其流向外海产生污染，污染的影响更小。
2.3防污屏布置方案
根据分析结果，在施工的海湾处沿着退潮海流方向布置防污屏进行防护，防止污染物向外海漂移扩散，防污屏布置见图7。
3结论
1)涨潮时，在南北拦沙堤和隔沙堤围成的海湾内流动出现很大的漩涡，在吹填施工时，污染物基本在海湾内分布而不向外海漂移扩散。
2)退潮时，污染物随着退潮海流的方向向外海域漂移扩散，在海湾内部污染物的浓度较高，随着漂移距离的增加，污染物浓度逐步降低，但整体的扩散区域与污染物浓度都不大。
3)在施工的海湾处沿着退潮海流方向布置防污屏进行防护，可以防止污染物向外海漂移扩散，避免对海洋环境产生污染。
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