崔成，張義豐，左書(shū)華

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

人工島內(nèi)湖水體交換數(shù)值模擬研究

崔成，張義豐，左書(shū)華

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

以?？谌斯u工程為例，采用Mike21中的Flow-Model-FM模塊建立水動(dòng)力和保守物質(zhì)對(duì)流-擴(kuò)散數(shù)值模型，模擬節(jié)制閘門控制下人工島內(nèi)湖水系的流態(tài)和水體交換情況。根據(jù)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果，結(jié)合理論分析，通過(guò)調(diào)整節(jié)制閘門個(gè)數(shù)、位置以及局部?jī)?nèi)湖水系邊界對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后方案有效節(jié)約了投資成本，減小了閘門附近旋轉(zhuǎn)流，避免了引、排水過(guò)程中，水質(zhì)較差的中湖北側(cè)水系水體流入對(duì)水質(zhì)要求較高的“大圓湖”水系的問(wèn)題，為內(nèi)湖景觀水系設(shè)計(jì)和節(jié)制水閘設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

水體交換；數(shù)值模擬；人工島

隨著海南國(guó)際旅游島建設(shè)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，海南建設(shè)世界一流的海島休閑度假旅游目的地的基礎(chǔ)條件和時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。?？谑袛M利用東海岸以北鋪前灣灣口西側(cè)白沙淺灘進(jìn)行圍填，形成人工島（暫命名為“如意島”），距海岸線約4.4 km，距美蘭機(jī)場(chǎng)約17 km，距?？谑兄行募s12 km。該工程地理位置優(yōu)越，建成后將充分發(fā)揮?？谑袩釒I海旅游優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)?？谑袨I海旅游吸引力，成為國(guó)際旅游島的新地標(biāo)（圖1）。

人工島工程填海面積約716公頃，護(hù)岸防浪墻后方形成陸域面積約612公頃，島長(zhǎng)約8 km，最寬處約2 km，最窄處約0.4 km，全島岸線總長(zhǎng)約23.33 km。人工島為東西走向，共設(shè)計(jì)了三個(gè)內(nèi)灣，分別為西灣、中灣、東灣，作為人工島海洋文化功能布局。運(yùn)用潟湖島的理念，在島內(nèi)設(shè)計(jì)內(nèi)湖水系，以水城的形式構(gòu)建人工島建筑形態(tài)，既滿足功能的需求，同時(shí)又強(qiáng)化了島內(nèi)區(qū)域的建筑景觀特色，強(qiáng)調(diào)環(huán)保理念，打造別具特色的潟湖人工島中水城。為了滿足人工島使用功能，需要保證內(nèi)湖水系水質(zhì)優(yōu)良。工程位于南渡江出?？冢摵Ｓ虻乃|(zhì)受到南渡江雨季沖淤影響，水質(zhì)不佳。潟湖方案可避免南渡江口水質(zhì)不佳問(wèn)題，在島內(nèi)形成了大面積的內(nèi)湖水系，通過(guò)自然沉淀凈化水體。另外，在人工島圍堤設(shè)置節(jié)制水閘，利用潮汐動(dòng)力作用下的內(nèi)外水位差，通過(guò)開(kāi)關(guān)閘門進(jìn)行水體的自然交換，使得內(nèi)湖水體與外海水體摻混充分，既能保持規(guī)劃區(qū)內(nèi)景觀水位在相對(duì)穩(wěn)定的范圍，避免內(nèi)湖水位隨外海潮位大起大落，又能將島內(nèi)廢水帶出島外，增強(qiáng)島內(nèi)水體的自凈能力。

可以通過(guò)分析內(nèi)湖水系的水動(dòng)力和水交換情況，優(yōu)化節(jié)制水閘的位置和數(shù)量，為內(nèi)湖水系及節(jié)制水閘的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

已有學(xué)者采用數(shù)值模擬的方法研究了封閉或半封閉水域的水體交換狀況。何磊［1］通過(guò)求解二維連續(xù)方程和動(dòng)量方程建立數(shù)值模型研究了渤海灣水交換情況的空間分布，結(jié)果顯示渤海灣中一些海域水交換能力較差。彭輝等［2］采用delft3D?Flow建立對(duì)流-擴(kuò)散型的海灣水交換數(shù)值模型，研究了象山港水體交換情況。李希彬等［3］采用FVCOM海洋數(shù)值模式建立數(shù)值模型，研究了半封閉海灣湛江灣的水交換能力。尤爽和張寧川［4］采用Mike21中Flow Model FM模塊建立水動(dòng)力和污染物對(duì)流擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，研究了大連海上機(jī)場(chǎng)工程及施工通道對(duì)工程水域水動(dòng)力條件及環(huán)境的影響。王興剛等［5］采用FVCOM海洋數(shù)值模式建立連云港淺灘海域的三維水動(dòng)力和對(duì)流擴(kuò)散數(shù)值模型，研究了連云港主體港區(qū)的水交換情況。

圖1工程位置和水文站布置示意圖Fig.1Location of project and measuring?points arrangement

在節(jié)制閘門控制作用下全封閉內(nèi)湖水系水體交換情況的研究較少。本文選用Mike21軟件包中的Flow Model FM模塊建立數(shù)值模型，采用該模塊中的亞網(wǎng)格尺度結(jié)構(gòu)物中的“gate”結(jié)構(gòu)模擬閘門，將位置設(shè)定在設(shè)計(jì)閘門位置，通過(guò)設(shè)定控制參數(shù)來(lái)控制開(kāi)關(guān)；而且該工程內(nèi)湖水系錯(cuò)綜復(fù)雜，蜿蜒曲折，相互聯(lián)通對(duì)網(wǎng)格尺度和質(zhì)量要求較高，采用三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分計(jì)算水域，對(duì)復(fù)雜水系的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，保證計(jì)算精度的同時(shí)可以提高計(jì)算效率；另外工程所在海域水動(dòng)力條件復(fù)雜，潮流流向在一個(gè)潮周期內(nèi)多次轉(zhuǎn)向，潮流有漲潮東流和西流、落潮東流和西流4種流態(tài)，對(duì)引排水閘門的功能和布局影響較大。本文使用所建立數(shù)值模型開(kāi)展節(jié)制閘門控制下人工島內(nèi)湖水系水體交換數(shù)值模擬，優(yōu)化人工島內(nèi)湖水動(dòng)力條件、節(jié)制閘門的位置和數(shù)量，滿足人工島功能需要。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 水動(dòng)力模型

考慮Boussinesq和靜水壓力假定，基于求解沿水深積分的二維不可壓縮雷諾時(shí)均Navier?Stokes方程和連續(xù)方程建立數(shù)值模型。

連續(xù)方程

動(dòng)量方程

式中：h=η+d，η和d分別表示水面高度和靜水深；t表示時(shí)間；g表示重力加速度；uˉ和vˉ分別表示沿x和y方向的水深平均流速；f=2Ωsinφ表示柯氏力系數(shù)（Ω表示地球繞地軸旋轉(zhuǎn)的角速度，φ表示地理緯度）；sxx，sxy，syx和syy表示輻射應(yīng)力分量；pa表示大氣壓力；ρ表示流體密度；ρ0表示參考密度；S表示點(diǎn)源流量；us與vs表示點(diǎn)源流速；Tij表示應(yīng)力項(xiàng)，包括粘性應(yīng)力、紊流應(yīng)力和差動(dòng)平流等，根據(jù)沿水深平均流速的梯度計(jì)算。

式中：A為渦粘系數(shù)，采用Samagorinsky亞網(wǎng)格尺度模型計(jì)算。

式中：cf為拖曳力系數(shù)為水深平均的流速。拖曳力系數(shù)根據(jù)Manning系數(shù)M計(jì)算。

模型計(jì)算中，整個(gè)計(jì)算域曼寧系數(shù)取為45～60 m1/3/s。

式中：ρa(bǔ)為空氣密度；cd為空氣拖曳力系數(shù)為海面上10 m高處的風(fēng)速。該海域受大陸季風(fēng)氣候影響為主，冬半年盛行東北風(fēng)，夏半年盛行東南風(fēng)。全年常風(fēng)向?yàn)镹E，平均風(fēng)速3.4 m/s。

采用亞網(wǎng)格尺度結(jié)構(gòu)“gate”模擬節(jié)制閘門，通過(guò)將控制參數(shù)設(shè)置為0和1分別來(lái)控制閘門的開(kāi)關(guān)。滿足引水條件時(shí)段，將引水閘門控制參數(shù)設(shè)置為1，排水閘門控制參數(shù)設(shè)置為0；滿足排水條件時(shí)段，將引水閘門控制參數(shù)設(shè)置為0，排水閘門控制參數(shù)設(shè)置為1；此外閘門均關(guān)閉，控制參數(shù)設(shè)置為0。

1.2 水交換模型

采用嵌套在FM模塊中的Transport子模塊，計(jì)算示蹤保守物質(zhì)濃度對(duì)流擴(kuò)散過(guò)程，來(lái)模擬水交換過(guò)程?？刂品匠?/p>

式中：C為保守物質(zhì)濃度；M為源項(xiàng)；Kx、Ky分別為x、y方向的擴(kuò)散系數(shù)；其他符號(hào)同前。假設(shè)人工島內(nèi)湖水系充滿濃度為1的保守示蹤物質(zhì)，無(wú)外源載荷，人工島外海水體濃度為0。固定邊界采用無(wú)通量條件，開(kāi)邊界采用零梯度條件。

1.3 計(jì)算范圍及網(wǎng)格

為了保證模型邊界條件的準(zhǔn)確性和局部流場(chǎng)符合實(shí)際潮流場(chǎng)的整體物理特征，本研究計(jì)算范圍包括部分瓊州海峽海域，東西方向約99 km，南北方向約49 km，由于人工島圍堤邊界和內(nèi)湖水系均較為復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)格尺度和質(zhì)量要求較高，為了保證模擬精度，采用三角形網(wǎng)格劃分計(jì)算水域，對(duì)于人工島附近海域和內(nèi)湖水系進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，閘門過(guò)水凈寬為20 m，為了保證閘室內(nèi)流態(tài)精度，閘室內(nèi)保證最少2排網(wǎng)格，最小空間步長(zhǎng)選為10 m，共計(jì)劃分155 962個(gè)網(wǎng)格，圖2給出了計(jì)算網(wǎng)格示意圖。

1.4 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的有效性，采用2012年7月19日10：00～7月20日12：00、7月26日10：00～7月27日12：00和7月29日10：00～7月30日12：00洪季大潮、中潮和小潮過(guò)程的水文觀測(cè)資料，對(duì)模擬潮位、流速、流向進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖2模型網(wǎng)格示意圖Fig.2Mesh of model

為了節(jié)約篇幅，圖3～圖4分別給出了代表驗(yàn)證點(diǎn)潮位，水深平均流速、流向驗(yàn)證過(guò)程。代表特征測(cè)站位置如圖1所示，其中T4和T5為代表潮位測(cè)站，C2和C9為代表流速測(cè)站。圖5給出了現(xiàn)狀情況下工程區(qū)水域大潮過(guò)程中東流和西流流速最大時(shí)刻流場(chǎng)圖。

圖3潮位驗(yàn)證曲線Fig.3Verification of tidal level during spring tide

圖4流速流向驗(yàn)證曲線Fig.4Verification of flow velocity and direction during spring tide

模擬的代表潮型過(guò)程中各測(cè)站的潮位、流速和流向隨時(shí)間的連續(xù)變化過(guò)程與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，符合《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》的要求，建立的數(shù)學(xué)模型是可靠的。瓊州海峽是北部灣與南海北部水體交換的潮汐通道，該海峽受兩端潮波的影響，潮波傳播情況相當(dāng)復(fù)雜。從圖4～圖5中可以看出，大潮過(guò)程中21：00～7：00的落潮時(shí)段存在東流和西流兩種流態(tài)。16：00～21：00和7：00～12：00的漲潮時(shí)段分別為東流和西流兩種流態(tài)。潮流流向在一個(gè)潮周期內(nèi)多次轉(zhuǎn)向，潮流有漲潮東流和西流、落潮東流和西流4種流態(tài)。

從圖5中可以看出，灣外靠近瓊州海峽中部水域的潮流速明顯大于灣內(nèi)的近岸水域，海灣東南角靠近鋪前港水域的潮流速最小；并且東向流明顯大于西向流。

2 模擬結(jié)果

2.1 計(jì)算條件

設(shè)計(jì)人工島南、北側(cè)各設(shè)置4座水閘，每個(gè)閘室閘孔總凈寬均為20 m，閘底高程-1.5 m。島內(nèi)水系相互貫通，內(nèi)湖初始蓄水位為1.8 m，控制內(nèi)湖最低水位1.2 m。閘門布置見(jiàn)圖6。外海落潮時(shí)段排水，漲潮時(shí)段引水。為了避免落潮時(shí)段排出的舊水在漲潮時(shí)重新被帶回內(nèi)湖反復(fù)污染，設(shè)計(jì)北側(cè)閘門只引水，南側(cè)閘門只排水，在引排水過(guò)程中形成單向流態(tài)，這種引排水閘門布局的優(yōu)點(diǎn)在?；◢u工程中也比較明顯。落潮時(shí)段，當(dāng)外海水位降至1.8 m時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟南側(cè)4座閘門，外海水位隨落潮逐漸下降，人工島內(nèi)、外水體會(huì)形成水位差，在水位差作用下，內(nèi)湖水體流向外海，島內(nèi)水位會(huì)隨外海潮位的降低而降低，水位降低過(guò)程中，會(huì)形成一個(gè)隨時(shí)間變化的水位差，當(dāng)內(nèi)海水位降低至1.2 m時(shí)，同時(shí)關(guān)閉南側(cè)4座閘門。漲潮時(shí)段，當(dāng)外海水位漲至1.2 m時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟北側(cè)4座閘門，外海水位隨漲潮逐漸上升，人工島內(nèi)、外水體會(huì)形成水位差，在水位差作用下，外海水體流向內(nèi)湖，島內(nèi)水位會(huì)隨外海潮位的升高而升高，水位升高過(guò)程中，內(nèi)外會(huì)形成一個(gè)隨時(shí)間變化的水位差，當(dāng)內(nèi)海水位升高至1.8 m時(shí)，同時(shí)關(guān)閉北側(cè)4座閘門。計(jì)算中通過(guò)判斷內(nèi)湖水位，來(lái)確定引排水條件，根據(jù)內(nèi)湖水位所滿足的條件，通過(guò)給定亞網(wǎng)格尺度結(jié)構(gòu)物控制參數(shù)控制閘門的開(kāi)啟和關(guān)閉。

2.2 計(jì)算結(jié)果

圖5工程區(qū)水域流場(chǎng)圖Fig.5Tidal current field in project area at flood and ebb strength

圖7閘門流場(chǎng)圖Fig.7Current field of sluice

圖7給出了引排水過(guò)程中閘門位置的流場(chǎng)圖。可以看出，采用亞網(wǎng)格尺度結(jié)構(gòu)物“gate”可以有效的模擬節(jié)制閘門的開(kāi)關(guān)。漲潮過(guò)程中，開(kāi)啟1#～4#閘門引水，由于閘門位置主要分布在人工島圍堤南北側(cè)，與工程區(qū)海域潮流走向近乎垂直因此閘門位置流速變化主要受內(nèi)外水位差變化影響，當(dāng)內(nèi)外水位差增大時(shí)，流速會(huì)相應(yīng)增加，流速增加后內(nèi)湖水位上升速度加快，從而會(huì)減小內(nèi)外水位差，流速也會(huì)相應(yīng)減小，由此可見(jiàn)閘室內(nèi)流速變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，本算例該過(guò)程中4個(gè)閘門最大水深平均流速分別為1.12 m/s，1.19 m/s，1.01 m/s和1.24 m/s。需要說(shuō)明，該流速值為閘室內(nèi)多個(gè)特征點(diǎn)同步流速的平均值，由于本算例閘門流速最大的漲潮時(shí)段，外海潮流流向西，因此1#閘門位于背流區(qū)，外海流動(dòng)力較弱，另外由于島頭的挑流作用，4#閘門附近外海流動(dòng)力也較弱，因此1#和4#閘室內(nèi)的流速分布較為均勻，2#和3#閘門附近外海流動(dòng)力較強(qiáng)，并且流向與閘室內(nèi)流向近乎垂直，導(dǎo)致2#和3#閘室內(nèi)的流速分布較不均勻。

落潮過(guò)程中，開(kāi)啟5#～8#閘門排水，與漲潮過(guò)程相似，閘室內(nèi)流速變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。本算例該過(guò)程中4個(gè)閘門最大水深平均流速分別為0.74 m/s，1.00 m/s，0.69 m/s和0.45 m/s。

圖8給出了水交換期間，島內(nèi)水系的流態(tài)圖。從圖8中可以看出：漲潮過(guò)程，在內(nèi)、外水位差作用下，外海水體通過(guò)1#閘門流進(jìn)西湖，西湖水系形成至西向東為主的流態(tài)；從西湖流出的水體在中湖北側(cè)分成三股，南側(cè)兩股沿水系繼續(xù)向東流動(dòng)，最后匯入鏈接中湖南側(cè)“大圓湖”的主水道，北側(cè)一股與2#閘門匯入中湖北側(cè)水系的水流相遇，流動(dòng)受阻，減弱了中湖北側(cè)水系水道1的過(guò)流能力；另外，由于水系邊界作用，在2#閘門附近形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流，使得從2#閘門流進(jìn)的水體主要流向西側(cè)分支，流向東側(cè)分支水道的水流較弱；從1#和2#閘門流入的水體最后均通過(guò)連接“大圓湖”主水道流入“大圓湖”；3#閘門流進(jìn)的水體沿水系向西流動(dòng)，最后匯入連接“大圓湖”主水道；通過(guò)4#閘門流進(jìn)的水體進(jìn)入東湖后沿水系向西流動(dòng)進(jìn)入中湖；對(duì)于部分景觀水系末端，流態(tài)較弱，水體交換運(yùn)動(dòng)較差。落潮過(guò)程，西湖流態(tài)較弱，水體通過(guò)5#閘門流向外海；中湖內(nèi)整體呈自東向西的流動(dòng)，水體從6#和7#閘門流向外海；東湖流態(tài)較弱水體通過(guò)8#閘門流向外海。

除去部分航道和景觀水系末端交換率較低外，內(nèi)湖水域交換率基本達(dá)到90%以上的時(shí)間是27 d。

考慮到“大圓湖”水系為主要景觀水系，該水系對(duì)水質(zhì)的要求最高。在引水和排水過(guò)程中，不希望其他水系水體流入“大圓湖”水系，尤其中湖北側(cè)水系，該水域水質(zhì)較差。因此需要優(yōu)化內(nèi)湖水系的水動(dòng)力條件。

圖8內(nèi)湖流態(tài)示意圖Fig.8Current field of inner lake

圖9優(yōu)化后的閘門布置圖Fig.9Sketch of optimal regulating gates arrangement

圖10內(nèi)湖流態(tài)示意圖Fig.10Current field of inner lake

根據(jù)設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果可知，2#閘門附近會(huì)形成較強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流，首先考慮將2#閘門附近水系邊界做局部調(diào)整，以期減小或者消除旋轉(zhuǎn)流態(tài)。其次開(kāi)1#閘門引水勢(shì)必造成部分內(nèi)湖水域至西向東為主流態(tài)，會(huì)使得水質(zhì)較差的中湖北側(cè)水系水體流入“大圓湖”水系。然而能否考慮1#閘門排水呢？由于受瓊州海峽潮動(dòng)力控制作用，鋪前灣內(nèi)潮流動(dòng)力情況較為復(fù)雜潮流基本為往復(fù)流，海灣水域的漲潮流向呈偏東流和偏西流兩種流態(tài)，落潮流向也呈偏東流和偏西流兩種流態(tài)，因此如果開(kāi)1#閘門排水，當(dāng)外海東流時(shí)，受島體西端的阻擋，島體西側(cè)局部水域水體發(fā)生壅高會(huì)使得1#閘門附近外海局部水域水位高于內(nèi)湖，同時(shí)在外海東流作用下，水體可能通過(guò)1#閘門從外海流向內(nèi)湖，1#閘門將失去排水作用。如果去掉1#閘門能否解決問(wèn)題呢？西側(cè)水系如果只靠5#閘門排水會(huì)使得5#閘門以西部分的西湖水系水體交換較差，因此可以考慮去掉1#閘門后，將5#閘門向西側(cè)移動(dòng)。優(yōu)化后閘門布置見(jiàn)圖9。

圖10給出了人工島引水或排水閘門開(kāi)啟時(shí)，島內(nèi)水系的流態(tài)分布圖。從圖10中可以看出，2#閘門附近的旋轉(zhuǎn)流明顯減小；無(wú)論是引水還是排水時(shí)段，中湖北側(cè)水系水體流向均主要為自東向西，有助于保證圓形內(nèi)湖水域的水質(zhì)。

該工況漲潮過(guò)程中2#～4#閘門最大水深平均流速分別為1.59 m/s，1.29 m/s和1.37 m/s。北側(cè)減少一個(gè)引水閘門，相對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)水凈寬有所減少（原設(shè)計(jì)方案引水凈寬為優(yōu)化后方案的1.33倍），增大內(nèi)外水位差，使得閘室內(nèi)流速有所提高。優(yōu)化后方案2#～4#引水閘門流速分別為原設(shè)計(jì)方案的1.34，1.28和1.1倍，優(yōu)化后方案3個(gè)引水閘門的平均流速為1.42 m/s為原設(shè)計(jì)方案4個(gè)引水閘門平均流速的1.24倍。去掉1#閘門使得東側(cè)引水凈寬減少，因此越靠近東側(cè)，閘門流速增加越明顯。

該工況落潮過(guò)程中5#～8#閘門最大水深平均流速分別為0.86 m/s，0.94 m/s，0.64 m/s和0.44 m/s。優(yōu)化后方案5#～8#排水閘門流速分別為原設(shè)計(jì)方案的1.16，0.94，0.93和0.98倍。5#閘門優(yōu)化后靠近西側(cè)，水位變化較慢使得流速有所增加，其余3個(gè)排水閘門位置不變，流速變化相對(duì)較小。

除去部分航道和景觀水域末端交換率較低外，內(nèi)湖水域交換率基本達(dá)到90%以上的時(shí)間是30 d。減少一個(gè)閘門，節(jié)約投資成本的同時(shí)避免了水質(zhì)較差的中湖北側(cè)水系水體流入“大圓湖”水系的問(wèn)題，水交換周期僅增加3 d。由此可見(jiàn)該次方案優(yōu)化比較成功。另外，流速增大對(duì)閘門的設(shè)計(jì)要求有所提高。

3 結(jié)論

本文采用Mike21軟件包中的水動(dòng)力和保守物質(zhì)對(duì)流-擴(kuò)散模塊建立數(shù)值模型，該模型中采用亞網(wǎng)格尺度結(jié)構(gòu)物模擬節(jié)制閘門，對(duì)于較復(fù)雜水系采用三角形網(wǎng)格局部加密。使用所建立數(shù)值模型開(kāi)展了帶節(jié)制水閘作用下的人工島內(nèi)湖水動(dòng)力和水體交換模擬，主要得到以下結(jié)論：

（1）所建立的數(shù)值模型有效模擬了漲、落潮過(guò)程中節(jié)制閘門開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)下人工島內(nèi)湖的水動(dòng)力和水交換特征。

（2）外海水動(dòng)力條件較為復(fù)雜，原設(shè)計(jì)方案不能較好滿足人工島使用功能，如2#閘門附近形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流影響引水效率；水質(zhì)較差的中湖北側(cè)水系水體流入“大圓湖”水系等。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合理論分析，通過(guò)調(diào)整閘門個(gè)數(shù)、位置以及局部?jī)?nèi)湖水系邊界，有效減小了2#閘門附近旋轉(zhuǎn)流，節(jié)約了成本，避免了水質(zhì)較差的中湖北側(cè)水系水體流入“大圓湖”水系的問(wèn)題，為內(nèi)湖景觀水系設(shè)計(jì)和節(jié)制水閘設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

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山東新萬(wàn)福河航道復(fù)航工程開(kāi)工建設(shè)

本刊從山東省交通運(yùn)輸廳獲悉，2015年12月23日，山東省新萬(wàn)福河航道復(fù)航工程正式進(jìn)入建設(shè)階段。該項(xiàng)目起點(diǎn)為新萬(wàn)福河關(guān)橋閘下400 m，終點(diǎn)為新萬(wàn)福河河口，工程全長(zhǎng)61.3 km。航道建設(shè)等級(jí)為三級(jí)航道，工程總投資21.238 4億元，工期為三年。（殷缶，梅深）

京杭運(yùn)河浙江段三級(jí)航道整治工程（湖州段）獲交通運(yùn)輸部初步設(shè)計(jì)批復(fù)

本刊從浙江省交通運(yùn)輸廳獲悉，2015年12月28日，京杭運(yùn)河浙江段三級(jí)航道整治工程（湖州段）順利獲得交通運(yùn)輸部初步設(shè)計(jì)批復(fù)。該工程起自湖州與嘉興交界處東瑤西村，終于德清與余杭交界的武林頭，總長(zhǎng)度約52.1 km，概算總投資17.86億元，預(yù)計(jì)于2019年6月建設(shè)完成。（殷缶，梅深）

交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)科學(xué)發(fā)展的若干意見(jiàn)》

本刊從交通運(yùn)輸部獲悉，交通運(yùn)輸部不久前印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)科學(xué)發(fā)展的若干意見(jiàn)》，從提升航道通過(guò)能力、推進(jìn)港口轉(zhuǎn)型升級(jí)、加快調(diào)整航運(yùn)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)航運(yùn)安全管理、形成綠色發(fā)展方式、完善管理體制機(jī)制、以及形成航運(yùn)發(fā)展合理等七個(gè)方面，部署了“十三五”乃至更長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期推進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)科學(xué)發(fā)展的主要工作，提出建成平安、暢通、高效、綠色的現(xiàn)代長(zhǎng)江航運(yùn)體系，有力支撐長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展。（殷缶，梅深）

Numerical simulation study on water exchange between inner lake of artificial island and sea

CUI Cheng,ZHANG Yi?feng,ZUO Shu?hua
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，National Engineering Laboratory for Port Hydraulic Construction Technology,Tianjin 300456,China）

Taking the Haikou artificial?island project as an example,the hydrodynamics characteristics and water exchange of inner?lake were numerically simulated by hydrodynamics and transport?diffusion models.The nu?merical models were built by using Mike21?Flow?Model?FM module.The regulating gates were used to regulate the inner?lake water level.Based on the simulated results of designed scheme and theoretical analysis,the number and position of regulating gate,the local boundary of inner?lake were optimized.The optimization results in decrease in costs and eddy currents near the 2#regulating gate.For the optimization scheme,less water from northern inner?lake goes into the"circular"lake located in artificial?island′s south side,during water exchange.The water quality in the northern inner?lake is not good enough for"circular"lake.It provides scientific advice to the landscape and regulating gates design.

water exchange;numerical simulation;artificial island

TV 131；O 242.1

A

1005-8443（2015）06-0515-08

2015-07-21；

2015-11-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51509120）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41306034）

崔成（1984-），男，遼寧省海城市人，助理研究員，主要從事波浪、潮流及其與結(jié)構(gòu)物相互作用研究工作。Biography：CUI Cheng（1984-），male，assistant professor.