匡翠萍，趙 釩，宋竑霖，顧 杰

（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092；2.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海201306）

自20世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)沿海城市建設(shè)、港口運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展和人口的增加，人工島（群）建設(shè)工程日益增多［1］。雖然人工島群建設(shè)活動(dòng)帶來了很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，但近岸海域過于密集的人工島群建設(shè)導(dǎo)致附近海域的水動(dòng)力發(fā)生顯著變化［2-4］，即使單一的人工島建設(shè)也會(huì)對(duì)周圍海岸動(dòng)力產(chǎn)生一定的影響［5-7］。王李吉等［8］分析了海口如意島工程周圍水域工程前后的潮流場(chǎng)變化，指出如意島的建設(shè)主要影響島南近岸區(qū)域，流速變化約45%；陳新等［9］研究人工島周圍波高分布的規(guī)律并總結(jié)了人工島直徑變化對(duì)波高影響的規(guī)律。人工島群使得近岸海域海岸動(dòng)力變化特征更加復(fù)雜，需要考慮人工島群平面布局［10］、人工島群的分期建設(shè)方案［11］、人工島群間的相互影響［12-13］等因素。目前不少學(xué)者對(duì)人工島群開發(fā)和包含人工島在內(nèi)的多個(gè)工程開發(fā)的整體影響展開過研究［14-16］，但對(duì)人工島群中島嶼間水動(dòng)力的相互影響及其對(duì)海岸動(dòng)力影響的疊加效應(yīng)的研究尚不明確。

金夢(mèng)海灣靠近秦皇島外海的無潮點(diǎn)，潮差較小，潮流動(dòng)力弱，故潮流場(chǎng)對(duì)近岸人工島建設(shè)的敏感度較高。本文基于金夢(mèng)海灣單一人工島和人工島群作用下的潮流場(chǎng)和波浪場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，定量分析了單一人工島建設(shè)對(duì)近岸海域水動(dòng)力的影響，并重點(diǎn)探討人工島間的相互作用及人工島群建設(shè)對(duì)金夢(mèng)海灣海岸動(dòng)力影響的疊加效應(yīng)，且模擬和分析改造方案對(duì)海岸動(dòng)力的影響。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域涵蓋金夢(mèng)海灣及其周邊海域（圖1），北起湯河，南至海濱國(guó)家森林公園，是連接秦皇島北戴河區(qū)和海港區(qū)的樞紐過渡地帶。湯河入海口上游約1.4km處設(shè)有橡膠壩。近年來，金夢(mèng)海灣的人工構(gòu)筑物建設(shè)密度很大，主要有潛堤和人工島群（蓮花島和海螺島）2種形式。其中每個(gè)潛堤長(zhǎng)360m，共計(jì)3座，離岸約380m，已于2012年完成施工。海螺島平面近似海螺，島陸由1條進(jìn)島路連接，進(jìn)島路是管涵結(jié)構(gòu)，離岸約600m，于2013年底開始建設(shè)。蓮花島呈橢圓形布置，長(zhǎng)軸（SW-NE方向）長(zhǎng)1 670m，短軸（SE-NW方向）長(zhǎng)1 130 m，島嶼向海側(cè)建設(shè)防波堤，離岸約1 000m，建設(shè)項(xiàng)目用海面積2.14km2。蓮花島自2011年審批，目前外側(cè)防波堤已建設(shè)完成且海底已鋪設(shè)沉箱結(jié)構(gòu)。

近岸海域潮汐屬規(guī)則全日潮，潮流為規(guī)則半日潮，總體表現(xiàn)為順岸往復(fù)流，流速由外海區(qū)域向近岸遞減。研究區(qū)域潮流呈漲急WSW向、落急ENE向的特征，外海流速的大小為0.15～0.24 m·s-1，且漲急時(shí)刻流速略大于落急時(shí)刻（圖2）。圖中T1～T7為分析點(diǎn)的位置。

圖1 計(jì)算區(qū)域、網(wǎng)格、人工島群工程布置及分析點(diǎn)位置Fig.1 Computational domain,grid,layout of artificial island group and locations of measurement points

2 數(shù)學(xué)模型的建立與驗(yàn)證

2.1 模型介紹

MIKE21模型是丹麥水力學(xué)研究所（Danish Hydraulic Institute，DHI）研發(fā)的水環(huán)境綜合模擬軟件，主要模擬河流、湖泊、河口、海岸等水動(dòng)力環(huán)境［17］。MIKE21軟件的Flow模塊為潮流數(shù)學(xué)模型，基于Boussinesq假定、靜水壓力假定、淺水假定和初邊界條件，通過有限體積法求解不可壓縮雷諾平均Navier-Stokes概化的淺水方程。MIKE21軟件的SpectralWave模塊為波浪譜模型，以波的作用密度譜來描述波浪，以保證水流存在條件下波作用密度的守恒［18］。相關(guān)研究表明，MIKE21軟件的Flow和Spectral Wave模塊能較好模擬人工島周圍的潮流場(chǎng)和波浪場(chǎng)［9，19］。

2.2 計(jì)算范圍及參數(shù)設(shè)定

采用大小模型雙重嵌套技術(shù)研究，大模型區(qū)域范圍為渤海，小模型計(jì)算域坐標(biāo)為 39°39′～39°57′N，119°24′～119°51′E（圖1）。渤海大模型以大連老虎灘和煙臺(tái)2個(gè)潮位站的連線作為潮位開邊界，其模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為14 183，網(wǎng)格單元數(shù)為23 419。小模型由東北、東南和西南3條海域開邊界以及1條岸線閉邊界構(gòu)成，研究區(qū)域面積約為587.4 km2。小模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為13 431，網(wǎng)格單元數(shù)為25 585，對(duì)工程區(qū)域進(jìn)行局部加密，網(wǎng)格分辨率為10～2 500 m，圖1坐標(biāo)為北京54坐標(biāo)系（中央子午線經(jīng)度120°E）。

大模型的海域開邊界采用潮位過程控制，小模型邊界條件由大模型計(jì)算所得的潮位和流速過程控制。其中海岸邊界區(qū)域采用動(dòng)邊界處理潮間帶和灘肩的干濕交換過程，干水深、淹沒水深和濕水深分別取0.005 m、0.05 m和0.1 m。曼寧數(shù)根據(jù)計(jì)算范圍內(nèi)的粒徑資料取平均值74 m1/3·s-1。由于湯河橡膠壩下無徑流注入，河流邊界采用閉邊界。潮流模擬時(shí)間為2013年5月8日至5月16日，時(shí)間步長(zhǎng)范圍取0.000 1～30 s。波浪模型的陸地邊界采用完全吸收邊界。在海域開邊界，根據(jù)波浪實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)給定波浪參數(shù)（有效波高、譜峰周期和波向）。

2.3 模型驗(yàn)證

潮流模型采用2013年5月11日和12日秦皇島測(cè)站的潮位預(yù)報(bào)值對(duì)其潮位進(jìn)行驗(yàn)證以及2013年5月11日和12日2個(gè)實(shí)測(cè)站點(diǎn)（SDL02、SDL03）的實(shí)測(cè)海流流速和流向資料對(duì)潮流進(jìn)行驗(yàn)證，相關(guān)測(cè)站位置如圖1。采用北戴河波浪浮標(biāo)測(cè)站（圖1）的波高、波周期、波向的統(tǒng)計(jì)值對(duì)波浪模型進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3.1 潮流模型驗(yàn)證

圖2為潮位、流速、流向的驗(yàn)證結(jié)果，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合良好。為進(jìn)一步衡量潮流模型的可行性，采用Willmott統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［20］來定量評(píng)價(jià)模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的匹配程度，其計(jì)算式為

式中：S為Willmott統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)skill值；i=1，2，…，N，N為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；M為模型計(jì)算結(jié)果；D為實(shí)測(cè)值；為實(shí)測(cè)平均值。S=1表示模型計(jì)算值和實(shí)測(cè)值完全相符；S大于0.65為極好；S在0.50～0.65之間為非常好；S在0.20～0.50之間為好；S小于0.20為差；S=0表示模型計(jì)算值和實(shí)測(cè)值完全不符。

通過式（1）計(jì)算本模型潮位、SDL02流速、SDL03流速、SDL02流向、SDL03流向的S值分別為0.99（極好）、0.70（極好）、0.58（非常好）、0.72（極好）、0.93（極好）。通過對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果與誤差進(jìn)行分析可知，水動(dòng)力驗(yàn)證中潮位、流速與實(shí)測(cè)值吻合均處于非常好以上，但數(shù)值上存在一定偏差，這主要是由于模型局部地形精度不足所致。整體來看，所建潮流模型合理，可以用于不同工況的計(jì)算分析。

2.3.2 波浪模型驗(yàn)證

圖2 2013.5.11-5.12秦皇島海域潮位、流速和流向驗(yàn)證Fig.2 Validation of tidal level,tidal current velocity magnitude and direction in Qinhuangdao sea from May 11 to 12

波浪模型驗(yàn)證結(jié)果如表1所示，3個(gè)波浪參數(shù)（波高、波周期、波向）誤差均不超過4%，模擬結(jié)果合理。圖3為模擬所得常浪場(chǎng)，模型能較好模擬出計(jì)算海域的波浪場(chǎng)，可以用于不同工況的計(jì)算分析。

表1 波浪模型的波高、波周期和波向驗(yàn)證Tab.1 Validation of significant wave height,wave period and wave direction

圖3 常浪場(chǎng)（單位：m）Fig.3 Wave field under a normal incident wave（unit：m）

3 人工島群的水動(dòng)力效應(yīng)分析

選取工程前（工況1）、單一蓮花島（工況2）、單一海螺島（工況3）、蓮花島和海螺島組成的人工島群（工況4）共4種工況分別模擬其對(duì)研究區(qū)域潮流場(chǎng)和波浪場(chǎng)的影響，重點(diǎn)討論金夢(mèng)海灣近岸海域和工程近區(qū)水動(dòng)力對(duì)不同工況的響應(yīng)特征以及工程間的相互作用。

3.1 人工島群對(duì)潮流場(chǎng)的影響

工程實(shí)施后，外海流場(chǎng)基本不變，仍呈現(xiàn)往復(fù)流特征，近岸海域和工程近區(qū)受工程影響較為顯著。

3.1.1 流態(tài)變化

圖4為4種工況下的漲落急流場(chǎng)圖。單一海螺島作用下，由于海螺島的阻流作用，附近水域局部流態(tài)變化明顯，見圖4b、4f，漲急時(shí)刻潮流在海螺島南側(cè)形成沿堤流，落急時(shí)刻流場(chǎng)方向則相反。由于海螺島及其進(jìn)島路形成了1.4km長(zhǎng)的垂岸擋水建筑物，島與岸線之間形成較大范圍弱環(huán)流區(qū)，環(huán)流區(qū)長(zhǎng)度約為900m，寬度約為800m。在單一蓮花島作用下，由于蓮花島的阻流和分流作用，見圖4c、4g，漲急時(shí)刻潮流經(jīng)蓮花島分成2股支流，一支沿蓮花島近岸側(cè)向金夢(mèng)海灣運(yùn)動(dòng)，另一支沿蓮花島外海側(cè)保持WSW方向運(yùn)動(dòng)，落急時(shí)刻流場(chǎng)方向則相反。潮流在蓮花島內(nèi)部形成弱環(huán)流區(qū)。在蓮花島和海螺島共同作用下，由于蓮花島和海螺島的阻流、導(dǎo)流和分流作用，見圖4d、4h，漲急時(shí)刻潮流經(jīng)海螺島后在蓮花島處分成2股支流，一支通過蓮花島與海螺島形成的口門沿蓮花島近岸側(cè)向金夢(mèng)灣運(yùn)動(dòng)，另一支沿蓮花島外海側(cè)保持WSW方向運(yùn)動(dòng)，落急時(shí)刻流場(chǎng)方向則相反。海螺島使得蓮花島的近岸側(cè)支流流向在人工島群口門處順時(shí)針偏轉(zhuǎn)約30°，而蓮花島使得海螺島背水面的弱環(huán)流區(qū)范圍縮減約20%。

3.1.2 流速變化

圖5為工程后與工程前的漲落急流速差值圖，即工況2、3、4流速分別減工況1流速所得的差值。

在單一海螺島作用下（圖5a、5d），漲急時(shí)刻潮流海螺島岬頭挑流作用在島南側(cè)形成流速增加區(qū)域，長(zhǎng)度為1 700m、寬度為1 300m，區(qū)域內(nèi)平均流速變化范圍為0.02～0.08 m·s-1，比工況1增加約20%。而海螺島迎水面一側(cè)由于雍水形成流速減小區(qū)，潮流在海螺島與岸線之間形成的較大范圍弱環(huán)流區(qū)的流速幾乎為零，涵蓋金夢(mèng)海灣沿岸約3km海域。落急時(shí)刻島南側(cè)形成的流速增加區(qū)域與漲急時(shí)刻特征一致，而海螺島與岸線之間的環(huán)流區(qū)受落潮主流向影響，流速較漲急時(shí)刻大，使得流速幾乎為零的區(qū)域由涵蓋金夢(mèng)海灣沿岸的3 km海域減少為0.8 km。

在單一蓮花島作用下（圖5b、5e），蓮花島兩側(cè)分流區(qū)的流速增加，流速變化值最大可達(dá)0.05m·s-1，與工況1相比流速增加約40%；人工島迎流側(cè)和背流側(cè)由于島嶼阻擋形成2個(gè)流速減小區(qū)，流速變化值最大可達(dá)0.08m·s-1，與工況1相比流速減小約40%。另外，蓮花島內(nèi)流速幾乎為零。與海螺島相比，蓮花島的布置角度與流向幾乎平行，且島嶼形態(tài)具有鮮明的對(duì)稱性，但受海岸線變化的影響，蓮花島兩側(cè)流速變化不完全對(duì)稱。工程對(duì)潮流主要影響區(qū)域集中在順岸方向上距蓮花島500～1 700 m范圍內(nèi)、岸線垂直方向上距蓮花島900 m范圍內(nèi)。

圖4 漲急和落急時(shí)刻流場(chǎng)圖Fig.4 Current fields at the maximum flood and ebb

在蓮花島和海螺島共同作用下，見圖5c、5f，蓮花島與海螺島的外海側(cè)為漲落潮流速增加區(qū)，長(zhǎng)度為2 800 m、寬度為1 400 m，區(qū)內(nèi)流速變化范圍為0.02～0.05m·s-1，比工況1增加約30%，另外在人工島群形成的口門處由于束水作用流速增加約為0.13m·s-1；金夢(mèng)海灣近岸區(qū)域和蓮花島內(nèi)部均形成弱流區(qū)，流速幾乎為零；蓮花島和海螺島的阻流作用也使西南側(cè)的淺水灣形成流速減小區(qū)（0.10m·s-1左右）。海螺島使得蓮花島的近岸側(cè)平均流速減小0.05 m·s-1，外海側(cè)平均流速增加0.01m·s-1，而蓮花島使得海螺島背水面的弱環(huán)流區(qū)內(nèi)流速增大約0.02m·s-1。

基于人工島群對(duì)其近岸海域潮流場(chǎng)影響的初步分析，在其影響區(qū)域內(nèi)選取7個(gè)分析點(diǎn)分析其影響的疊加效應(yīng)，分析點(diǎn)T1～T7的位置見圖1。建立原假設(shè)H0：蓮花島與海螺島共同作用下的流場(chǎng)可以看作是單一蓮花島作用下的流場(chǎng)與單一海螺島作用下的流場(chǎng)的線性疊加。表2給出了7個(gè)分析點(diǎn)的基于原假設(shè)H0線性疊加值和數(shù)值模擬值。

將流速變化的線性疊加值和數(shù)值模擬值考慮為一元回歸問題，假定數(shù)值模擬值y和線性疊加值x之間的回歸函數(shù)為y=β1x，對(duì)β1進(jìn)行t檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算公式為

式中：β1為一元回歸函數(shù)的系數(shù)；是β1的最小二乘估計(jì)值，為第i個(gè)線性疊加值；

由回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知T～t1-α(n-2)，因此在顯著性水平α=0.05下，拒絕域?yàn)門＜t0.95(n-2)。

經(jīng)計(jì)算T=—2.387 9，其小于臨界值t0.95(12)，t0.95(12)=—1.782 3。故拒絕原假設(shè)H0。

圖5 漲急和落急時(shí)刻流速差值（單位：m·s-1）Fig.5 Velocity differences between engineering case 2,3,4 and case 1 at the maximum flood and ebb respectively（unit：m·s-1）

人工島群對(duì)近岸潮流場(chǎng)影響的非線性疊加效應(yīng)主要體現(xiàn)在以下2個(gè)區(qū)域：在蓮花島與海螺島形成的口門處，雖然該區(qū)分別屬于海螺島工程單一作用和蓮花島工程單一作用下的流速略微增加區(qū)和流速減小區(qū)，但由于海螺島與蓮花島口門處的區(qū)域束窄，流向變化使得該區(qū)在蓮花島與海螺島共同作用下形成流速顯著增加區(qū)；在距離工程較遠(yuǎn)的淺水灣海域，雖然該區(qū)均不屬于海螺島工程單一作用和蓮花島工程單一作用下的潮流場(chǎng)影響范圍，但隨著海螺島與蓮花島工程相繼建立，阻流作用增加使得漲急時(shí)刻下的淺水灣海域形成流速減小區(qū)。

圖5f中的海螺島與岸線之間（A區(qū)）、蓮花島與海螺島形成的口門處（B區(qū)）和人工島群外側(cè)海域（C區(qū)）流場(chǎng)受人工島（群）影響較大。進(jìn)一步提取4個(gè)工況下典型時(shí)刻的流速變化量，見表3，表中Vj為工況j某時(shí)刻區(qū)域流速。通過對(duì)比表3中各種工況影響百分比的大小和正負(fù)，量化海岸潮流流速變化對(duì)不同工程建設(shè)的敏感性。由表3可知，3個(gè)區(qū)域的潮流流速在一個(gè)潮周期中都呈現(xiàn)單調(diào)增加或減少的趨勢(shì)。除了B區(qū)蓮花島與海螺島形成的口門處以外，海螺島單獨(dú)作用對(duì)流速的影響較蓮花島單獨(dú)作用大，且作用百分?jǐn)?shù)為正值，說明海螺島基本決定了海岸流速的變化趨勢(shì)。盡管單獨(dú)海螺島對(duì)B區(qū)流速影響的百分?jǐn)?shù)小于單獨(dú)蓮花島作用，且作用方向相反（數(shù)值符號(hào)一正一負(fù)），但由于海螺島和蓮花島結(jié)合時(shí)該區(qū)域主流向較單獨(dú)蓮花島作用下偏轉(zhuǎn)較大，使得B區(qū)流速受海螺島影響較大。海螺島在3個(gè)區(qū)域的潮流變化中起到控制性作用，然而受蓮花島的影響，海螺島對(duì)海岸流速的影響程度發(fā)生改變。在A區(qū)，蓮花島削弱海螺島影響的4.1%～15.6%，即蓮花島可緩和海螺島與岸線之間水域的潮流動(dòng)力弱的問題。在B區(qū)，蓮花島對(duì)水流的影響占海螺島的45.2%～48.9%，且作用方向一致。在C區(qū)，漲急時(shí)刻蓮花島削弱海螺島影響的52.0%，落急時(shí)刻作用 方向與海螺島相同，占海螺島作用的59.8%。

表2 分析點(diǎn)流速變化的線性疊加值和數(shù)值模擬值Tab.2 Linear superposition value and numerical simulation value of current velocity change at measurement points in Jingmeng Bay（m·s-1）

表3 不同工況對(duì)海岸流速變化的作用Tab.3 Impacts of different scenarios on coastal current velocity changes

3.2 人工島群對(duì)波浪場(chǎng)的影響

工程實(shí)施后，有效波高僅在近岸海域發(fā)生變化。圖6為工程后與工程前的有效波高差值圖，即分別為工況2、3、4的有效波高與工況1的有效波高的差值。

在單一海螺島作用下，由于海螺島及其進(jìn)島路的掩護(hù)（圖6a），海螺島波影區(qū)內(nèi)的有效波高減幅為0.38～0.56 m，其削減效果達(dá)80%以上。波浪在海螺島處的繞射作用使得波影區(qū)以西的近岸側(cè)區(qū)域有效波高增加約0.1 m。

在單一蓮花島作用下，由于蓮花島外海防波堤的掩護(hù)（圖6b），金夢(mèng)海灣沿岸約3km海域的波浪場(chǎng)發(fā)生變化。蓮花島波影區(qū)內(nèi)的有效波高減幅為0.18～0.42m，其削減效果約40%～60%。由于蓮花島允許波浪穿過其中部向金夢(mèng)海灣近岸傳播，故消浪效果由波影區(qū)中部向兩端先增大后減小。

在蓮花島和海螺島共同作用下，由于人工島群的掩護(hù)，見圖6c，金夢(mèng)海灣沿岸約3.5km海域的波浪場(chǎng)發(fā)生變化，其有效波高的削減效果達(dá)到41.8%～55.2%，人工島群對(duì)金夢(mèng)海灣具有較好的掩護(hù)作用。

圖6 有效波高差值（工況2、3、4波高分別減工況1波高）（單位：m）Fig.6 Significant wave height differences between engineering case 2,3,4 and case 1（unit：m）

基于人工島群對(duì)其近岸海域波浪場(chǎng)影響的初步分析，在其影響區(qū)域內(nèi)選取5個(gè)分析點(diǎn)進(jìn)行定量分析，分析點(diǎn)T1～T5的位置見圖1。建立原假設(shè)H0：金夢(mèng)海灣有效波高在蓮花島與海螺島共同作用下的變化可以看作是各單一人工島作用下的線性疊加。表4給出了5個(gè)分析點(diǎn)有效波高的線性疊加值和數(shù)值模擬值。

將波高變化的線性疊加值和數(shù)值模擬值考慮為一元回歸問題，相關(guān)計(jì)算公式同式（2），但該處n=5。經(jīng)計(jì)算T=—1.057 0，大于臨界值t0.95(3)，t0.95(3)=—2.353 4。故不能拒絕原假設(shè)H0。

表4 分析點(diǎn)有效波高變化的線性疊加值和數(shù)值模擬值Tab.4 Linear superposition value and numerical simulation value of significant wave height change at measurement points in Jingmeng Bay m

比較圖5和圖6，不難發(fā)現(xiàn)波浪場(chǎng)中人工島群間的相互影響范圍小于潮流場(chǎng)。主要是由于常浪傳播方向幾乎與岸線垂直，而人工島群又是沿岸線布置，這使得人工島群只影響了近岸水域的波浪，而人工島群之間的相互影響較小。

4 改造方案下動(dòng)力效應(yīng)分析

考慮進(jìn)島路的封堵使游船碼頭附近產(chǎn)生潮流動(dòng)力弱、水體近乎不流動(dòng)的問題，目前海螺島進(jìn)島路已完成拆除改造。由3.1節(jié)可知，由于潮流場(chǎng)中各建筑物間的相互作用非線性，金夢(mèng)海灣潮流在建筑物群共同作用下的變化不能看作各單一建筑物作用下的線性疊加。對(duì)拆除進(jìn)島路后的改造方案進(jìn)行數(shù)值模擬，在工況4基礎(chǔ)上將不透水的進(jìn)島路去除。圖7為改造方案后與改造前的漲落急流速差值圖。與潮流相比，波浪受各建筑物間相互作用的影響是線性的，考慮到單一進(jìn)島路對(duì)近岸海域波浪場(chǎng)的影響較小，故不對(duì)改造方案后的波浪場(chǎng)進(jìn)行模擬與分析。

拆除進(jìn)島路后，原湯河入海通道則起到了潮汐通道的作用，增加了金夢(mèng)海灣的進(jìn)出水量，使近岸區(qū)域成為流速增加區(qū)，平均流速增加了0.03～0.10 m·s-1（圖7a、7b）。漲急時(shí)刻流速增加區(qū)包含海螺島和蓮花島近岸側(cè)，而落急時(shí)刻流速增加區(qū)主要為海螺島近岸側(cè)?？梢?，進(jìn)島路這一新口門的開放加快了金夢(mèng)海灣的水體流動(dòng)，增強(qiáng)了近岸水體的交換能力。同時(shí)，也由于這一通道的分流作用使蓮花島—海螺島通道的流速減小，漲落急時(shí)刻的通道平均流速減少了0.02～0.05 m·s-1。

圖7 改造方案下漲急和落急時(shí)刻流速差值（單位：m·s-1）Fig.7 Velocity magnitude difference caused by engineering projects at the maximum flood and ebb respectively（unit：m·s-1）

5 結(jié)論

通過建立驗(yàn)證合理的潮流和波浪數(shù)學(xué)模型，模擬和分析了金夢(mèng)海灣人工島群建設(shè)對(duì)研究區(qū)域潮流場(chǎng)和波浪場(chǎng)的影響，得出以下主要結(jié)論：

（1）由于海螺島阻流和岬頭挑流作用，潮流在海螺島南側(cè)形成沿堤流，流速增加約20%；而海螺島與岸線之間形成較大范圍弱環(huán)流區(qū)，流速幾乎降低為零。由于蓮花島的導(dǎo)流和分流作用，潮流在蓮花島處形成2股支流，流速增加約40%；而蓮花島迎流側(cè)和背流側(cè)流速減小約40%，盡管蓮花島布置角度與流向幾乎平行，但岸線的變化使得兩側(cè)流速變化不完全對(duì)稱。

（2）由于潮流場(chǎng)中人工島間的相互作用是非線性的，金夢(mèng)海灣潮流在人工島群共同作用下的變化不可以看作各單一人工島作用下的線性疊加。這一性質(zhì)在蓮花島與海螺島形成的口門處和距離工程較遠(yuǎn)的淺水灣海域這2個(gè)區(qū)域中尤為明顯。與潮流相比，波浪受人工島間相互作用的影響是線性的。

（3）海螺島在3個(gè)區(qū)域的潮流變化中起到控制性作用，然而受蓮花島的影響，海螺島對(duì)不同區(qū)域海岸流速的影響程度不同。蓮花島與海螺島的共同作用下，波浪在其后方波影區(qū)的削減效果達(dá)到了41.8%～55.2%。

（4）雖然人工島群對(duì)金夢(mèng)海灣近岸海域起到很好的消浪效果，卻削弱了該區(qū)域的潮流動(dòng)力，使其形成了一個(gè)水體交換能力較差的半封閉式水域。拆除海螺島進(jìn)島路后，一定程度上增強(qiáng)近岸水體的交換能力，近岸區(qū)域平均流速增加了0.03～0.10 m·s-1。