SWAN和MOHID联合模型在连云港港30万吨级航道建设中的应用

海 域 造 成 一 定 的影 响 。交 通 部 天 津 水 运 工 程 科 学 研究 院在该 海 域设 立 了２ 测站 ，获得 了现场 一 手 个 资 料 。 因 此 ，本 文将 建 立 台风 模 型 、波 浪 模 型 、 三 维潮 流 和 泥 沙数 学 模 型 ，对 韦 帕 台风 期 间 风 浪 场 、潮 流 场 和 泥 沙场 进 行 模 拟 ，并 与 现 场 实 测 资 料进 行 对 比验证 。图 １ 模 型计算 框 架 图 。 为
的战略投资者看好苏北 ，为 迎接发展机遇 ，连云 了
港港 需要 提 升航道 等级 ，不 仅在 原有航 道等 级 的基 础 上开 挖３ 万 吨级 航道 ，同 建徐 圩港 区 ，并开 ０ 时新
收 稿 日期 ：２ １ — ８ １ ０ １０ － ２ 作者简 介 ：张娜 （ ９ ９ ），女 ，硕士 ，副研 究员 ，从 事港 口、海岸及近 海工程 专业。 １７ －
江 口航道 骤淤 问题进行 了研究 ；赵洪 ’Ｉ ７ 皮 基于藤
田一 桥 台 风场 和气 压场 计算 模 式 、Ｓ Ｎ 型 、 高 ＷＡ 模
Ａ ＣＲ 模型和挟沙力模型建立 了风暴骤淤二维数 Ｄ ＩＣ
学 模 型 并 成 功 应 用 于 苍 南 电 厂 煤港 外 航 道 整 治 工 程 。随 着 数 值 模 拟 技 术 的发 展 ，三 维模 型逐 渐 被 大 家学 习 和使 用 ，但 主 要 被 应 用 于 计 算 三 维水 流 和泥 沙 运 动ｆ ６】 一，而对 于泥 沙 骤 淤 的计 算 ，尤 其 是 台风 过 程 中泥 沙 骤 淤 的 计 算 还并 不 多 见 。 因此 在 本 文 中将 建 立 一 套 能 考 虑 真 实 的 台 风 浪过 程 的三 维 潮 流 和 泥 沙 数 学 模 型 ， 以便更 合 理 地反 映 近岸 泥 沙运 动 的规 律 。
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ＩＩＩ 模 型建立 ． ．
由于台风影 响广泛 ，本次建立 的 台风 场和气压 场模 型包 括 了整个 中 国海 ，其南 边界 取至 台湾 岛以 南 海域 ，北 至辽 东湾 ，东边 界 至Ｅ １２经线 ，计算 ３ 。 域 为１ ９ ０ｋ ５ ｍ×２３０ｋ ９ ｍ，模型采 用正 四边形 网格 ， 空 间步长为５ｋ ５ｋ ｍＸ ｍ，计 算范 围如 图２ 所示 。
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２１ ０ ２年 ２月
水 运 工 程
Ｐｏｔ ＆ Ｗ ａｅ ｗａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｒ ｔｒ ｙ ｇｎ ｅ ｇ ｉ
Ｆｅ ２０１ ｂ． ２ Ｎｏ ２ Ｓ ｉａ ． ｅｒ ｌＮｏ ４６３ ．
第 ２期
总第 ４ ３ ６ 期
▲ ＡＯ建的 Ｓ￣ 设应港 Ｗａ航模连 ３级合在港 ＮＨ 型用 ０ Ｉ 中云 万Ｄ 道 Ｍ联 吨
．
ｍｏ ｅ ｓ ｕ ｅ ｏ ｓｍｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｄ ｍｅ ｔｄ ｐ ｓ ｔ ｎ ｏ ０ ０ ｄ ｌｉ ｓ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｅ ｏ ｉ ｏ ｆ３ ０ ０ ０ ＤＷ Ｔ ｄ ｅ — ａ ｅ ｈ ｎ ｅ ｆＬ ａ ｙ ｎ ａ ｇ ｐ ｒ ｉ ｅ ｐ — ｔ ｒ ｃ ａ ｎ ｌｏ ｉ ｎ ｕ ｇ ｎ ｏ ｔ ｗ
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Ａ ｂｓ ｒ ｃ ：Ａ Ｄ ｉａ ｕｒ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｔ ａ ｄ ｌｕ ｄ ｒｔｅｅｆｃ ｆｗｉｄ ａ ｄ ｗａ ｅ ｉ ｓｔ ｔａ ｔ ３ ｔ ｌｃ ｒｅ ｔａ ｄ ｓ ｄｍｅ ｔｍａｈ ｍａｉ ｌ ｄ ｃ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｈ ｆ ｔｏ ｎ ｎ ｖ ｓ ｅ
场 实测 资料 进行验证 ，二者吻合较好 。在此基础上 ，对连云港港３ 万吨级航道在 “ ０ 韦帕” 台风作 用下的 回淤情 况进 行 了预
测 ，给 出 了航 道 的 沿 程 淤 强 分 布 ，为 航 道 的 设 计 提 供 依 据 。 关 键 词 ：三 维数 学模 型 ；航 道 淤 积 ；风 浪 流 作 用 ：黏 性 泥 沙
４５ ００
４０ ００
图 １ 模 型 计 算 框 架
１１ 台风 模 型 ．
鼍３０ ０ ５
３０ ０ ０
台风浪 的模拟计 算 中 ，台风 场和气 压场 的计 算
是必不可少 的。大量研究 表明 “ ，藤 田 （ ｕ ＿ Ｆｍ Ｔ）
和高 桥 （ ａａａｈ ） 套模 式对 于描 述 台风 的气 压 Ｔ ｋｈｓｉ 嵌
ｗａ ｅａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｃ ｈ ｓｖ ｅ ｉ ｎ ｖ ｎ ｕ ｒ ｎ ； ｏ ｅ ｉ ｅｓ ｄ ｍｅ ｔ
连 云 港 港 地 处 江 苏 省 北 部 黄 海 海 州 湾 西 南
挖 一条 新 的深水航 道 。大 风天航 道是 否 出现骤 淤是 深 水航 道建设 可行 与否 的核 心 问题之一 。
张 娜 ，杨 华 ，严 冰 ，赵 洪 波
（ 交通运 输部 天津水运工程科 学研 究院 工程泥 沙交通行 业重点实验 室 ，天津 ３ ０ ５ ０ ４ ６） 摘要 ：根 据连云港 海域 的特 点 ，建立 能考虑 风浪影响的三 维潮流、泥沙数 学模型 ，对真 实的 “ 韦帕” 台风作 用下的潮
流 场和泥 沙场进行模 拟 ，力求更合 理地反映近 岸泥沙运动规律 。数学模型计 算得 到的流场 、含 沙量场和航道 回淤结果 与现
ｕ ｎ ｅ ｏ ｓ ｍｕｌ ｔ ｈｅ ｃ ｒ ｅ ｔｆｅ ｄ ａ ｄ ｓ ｄ ｍｅ ｏ ｅ ｔａ ｉ ｎ ｆｅ ｄ ｕｎ ｅ ｙ ｈｏ ｎ “ Ｉ ｐ ａ ｄ ｕｓ ｄ ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｌ ｎ ｅ ｉ ｎｔｃ ｎｃ ｎ ｒ ｔｏ ｌ ｄ ｒ ｔ ｐ ｏ ｉ ｉ Ｗ ＰＨＡ” ａ ｏ ｄ ｒ ｕｎ Ｌｉｎｙ ｎ ａ ｇｓ ａ ａ ｅ ． ｅｃ ｍｐ ｅ ｅ ｕｌｓａ ｈ ｅ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｄａ ａａ ｅ ｃ ｍｐａ ｅ ｎｄ ｖ ｒｆｅ Ｔｈ ｅ ｆｃ ｔｏ ａ ｕ ｇ ｎ ｅ ｒ ａ Ｔｈ ｏ ｕｔｄ ｒ ｓ ｔ ｎｄｔ ｅｆ ｌ ａ ｕ ｅ ｔ ｒ ｏ ｉ ｒ ｄ ａ ｅ ｉ ｄ． ｅｖ ｒｉ ａ ｉｎ ｉ ｉ ｓ ｗｓ ｔ ｔｔ ｉ ｈｏ ｈａ ｈｅ ｓｍｕｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｌ ａ ｌｅｓｗｅ ｌｗｉｈ ｔ ｅ ｆｅ ｄ ｏ ｅ ｖ ｔｏ ａ ａ．Ｏｎ ｔ ｓ ｂａ ｉ ｔ ｔ ｅ ｔｃ ｌ ａ ｅ ｅ ｕ ｔｔ ｌｉ ｌ ｔ ｈ ｌ ｂｓ ｒ ａ ｉ ｎ ｄ ｔ ｉ ｈｉ ｓ ｓ ｈｅ ｍａ ｈ ｍａ ｉ ａ
图２ 中 国 海 气 压 场 、 风 场 及 波 浪 场 （ ） 型 计 算 范 围 大 模
１ 数 学模 型 的建 立与 验证 ２ ０ 年 ９ １ 日在 西北 太平 洋 洋面 上生 成 “ ０７ 月 ６ 韦
１１２ 模 型 验证 ． ．
根 据 中 央气 象 台发 布 的关 于 “ 帕 ” 的移 动 韦 轨 迹 、 中心气 压 等基 础 资 料 ，对 该 场 台 风运 动 过 程 的风 场 进 行 了模 拟 。并 采 用 大 西 山海 洋 站 实测
分 布 具有较好 的代 表性 ，并 已应用 于大 量工程 。因
２５ ０ ０
此本文 台风选择该模式进 行计算 。
ｘｋｌ ／ ｉｌ
图４ ０ ７ ０ — ９ Ｏ Ｐ Ａ台风场 ２ ０ — ９ １ ０： ０ｗＩ Ｈ Ｔ
水
运
工 程
１ ． 波浪 模 型 ２
波 浪对 泥 沙 的作 用 通 过 波 流共 同作 用 下 的底 面剪 应 力 来 体 现 。 台 风作 用 下 连 云港 海 域 波 浪 以 风成 浪 为 主 ，所 以采 用Ｓ Ｎ 型 来模 拟 台风作 ＷＡ 模
的 风 速 过 程 进 行 验 证 ，验 证 结 果 如 图 ３ 示 。从 所
帕” （ Ｐ ＷＩＨＡ）台风 。该 台风 在 浙 江 省苍 南 县 霞
关 镇 登 陆 ，登 陆 时 中 心 附 近最 大 风 力 达 到 １ 级 ， ４ 台风 中心 向北 方 向移 动 ，进 入 江 苏 省 ，给 连 云 港
在 我 国 ，研 究 泥 沙 骤 淤 问 题 常 用 的 方法 有 二
岸 ，是我 国沿海 主 枢纽港 之一 ，是 我 国沿 海 中部能 源外 运和 对外 贸运输 的重 要 口岸 。 目前 ，国际制造 业加 快转 移 ，上海 和南方 资本 加速 北上 ，越来 越 多
维 数 学 模 型 、经 验 公 式 或 者 物 理 模 型 。 罗 肇 森 ¨ 考 虑 到 波 流 共 同作 用 下 的 输 沙 机 理 提 出 了经 验 公 式 ；孙林 云 等 用潮 流 泥沙 物 理模 型 成 功地 进行 了 风 暴 潮 骤 淤 物 理模 型 复 演 ；黄 明 政 等 ｐ联 合 运 用
第 ２期
张
娜 ，等 ：Ｓ Ｎ ＷＡ 和Ｍ０ Ｄ ＨＩ 联合模型在连 云港港３ 万吨级航道 建设 中的应用 ０
Ｓ Ｎ ＷＡ 模型与Ｍ Ｋ ２ 模型计算 了台风对洋 口港深 ＩＥ １
水 航 道 骤 淤 的影 响 ；陆永 军 等 ［ 用 挟 沙 能 力 公 ４ 采 式 建 立 了波 流 作 用 下 二 维 泥 沙数 学 模 型 ，并 对 瓯