MIKE21FM数值模型在海洋工程环境影响评价中的应用研究

在海洋工程环境影响评价工作中,应采用数值模拟法进行海洋水文动力环境影响预测与评价。水动力数值模拟能正确给出研究海域全场的水动力状况分布,为海洋工程的环评和论证工作提供海区的流场背景,可作为其他诸多分析评价工作的基础,是环评工作的核心内容之一,在实际工作中有着广泛的应用需求。因而对新型数值模拟技术在海洋环评工程中的应用研究,是十分有意义的。MIKE 21 FM是丹麦DHI公司近年研发出的一个基于不规则网格的水动力模型,使用的是三角形灵活网格,在模拟岸线弯曲的情况中具有相当的优势,可以在浅水区及海洋工程所在的重点区域任意加密地形网格,且MIKE 21 FM计算考虑到了风应力、斜压作用以及陆地边界径流的影响,运行稳定,计算结果可信,操作简单,后处理功能强大。DHI公司开发的MIKE系列软件,已经在世界范围内得到大量应用,但是其中的MIKE 21 FM新型水动力模型目前在海洋环评领域的应用还非常少。本文对MIKE 21 FM水动力学模型在环境影响评价领域的应用进行研究,取得了一些有价值的成果。本文的主要工作和研究成果包括以下几个方面:(1)以粤东海域汕尾港区的流场模拟为例,提出了把MIKE 21 FM模型软件应用到海洋环境影响评价领域的实现方法和模型构建过程,并验证了模拟效果。明确了在环境影响评价过程中二维水域环境影响预测应该关注的重点,以及对原始数据资料的需求。阐述了MIKE 21 FM使用过程可借助的一系列辅助程序,并对MIKE 21 FM数值模拟中地形数据的采集与处理、边界条件的处理以及图件的后处理等若干问题进行了探讨。(2)应用MIKE 21 FM对粤东海域汕尾港区进行流场模拟计算,模拟的结果和实测资料进行比较,结果显示:①计算潮位的相位与实测潮位的相位吻合较好,相位误差一般不超过0.25h,峰谷值误差一般不大于0.15m;计算流速与实测流速相差一般不超过0.05 m/s;流向变化趋势一致,计算结果可信。②模型的计算收敛较快,模拟潮位与实测潮位吻合较好,计算流速、流向与实测流速、实测流向的变化趋势相似,计算流场可以代表汕尾港海域实际的流场。因此来说,MIKE 21FM模式的计算结果能较好地反映模拟区的潮流运动过程和特征,展现该海区真实的流场情况,为工程研究提供基本的流场背景,作为海洋工程的环评和论证工作中水质、地形地貌冲淤、海流动力环境影响预测和评价的基础。另外,MIKE 21 FM对该港口区海域的数值模拟,还得到了该海域的流场、海底地形、潮流过程等一些良好的可视化结果。(3)以南海区某填海工程为例,将MIKE 21 FM数模技术引入海洋工程环评工作中,以期为海洋环评领域的工程环境影响预测提供新的借鉴方法。利用MIKE 21 FM数值模型在该填海工程附近海域建立二维数学模型,模拟填海工程前后水动力状态,反演工程对水动力的影响程度。通过与实测资料的对比验证显示,MIKE 21 FM能稳定有效地模拟实际工程中的复杂流动,模拟计算结果令人满意,能精度满足海洋工程应用要求,其强大的后处理功能有利于工程问题的分析,可以在海洋工程环评水动力计算中推广应用。MIKE 21 FM数值模型计算稳定、精度高、计算结果可信,能够为我国近海海洋工程的水动力数值模拟提供一个良好的计算平台。目前该技术在海洋工程环评的水动力数值模拟工作中应用得非常少,因此,探索MIKE 21 FM软件在海洋工程项目环境影响评价工作中的应用,为海洋环境影响评价领域的工程环境影响预测提供新的借鉴方法,具有一定的实用价值和创新性。

数值模拟; MIKE21FM; 水动力模型; 环境影响评价; 海洋工程;

石金辉;

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