董家口港区水动力环境数值模拟研究

论文摘要

董家口港区处于山东半岛港口群中心——青岛市海岸线最南端。港区三面环海，近岸水深平均为-15米，距岸1000米水深处可达-20米，常年不冻不淤，经济腹地总面积达83万平方公里。2009年3月1日确立了董家口港区“一枢纽两中心”（国家枢纽港、国家重要的能源储运中心和大宗干散货集散中心）的功能定位。港区规划总面积约70平方公里，码头总岸线的长度约35.7公里，泊位数112个，设计总吞吐能力达3.7亿吨，其中规划了2个超大型油品泊位和3个超大型矿石泊位，将填补我国超大型船舶接泊能力的空白，推进港区向全球运输效率最高和运输成本最低的目标迈进。董家口港区是临港工业发展的重要依托。随着港口设施的逐步完善和腹地运输需求的日益增长，董家口港区将逐步拓展服务范围，全面发展港口综合物流、专项物流、商贸、信息、综合服务等服务功能，发展成为青岛港南翼新的大型综合性港区和大宗干散货运输基地。近年来，随着董家口临港工业加工区发展步伐的加快，青岛港集团、山东鲁能集团、青岛贡口湾船业等项目已陆续在董家口港区开工建设，中石化LNG接收站项目也已明确落户在董家口港区，港区发展走上了快车道。对于海岸河口地区，波浪和潮流是最基本的水动力因素，对海岸带的开发、利用和管理起着重要的作用。本文对董家口港区潮流场和波浪场进行了数值模拟研究，得到港区的流场和波浪的传播变形规律，为港区的建设和发展提供科学依据。具体的成果和结论如下：对青岛、日照及深海边界交点三处进行潮位预测，模型计算的三点流速、流向与实测流速、流向的验证效果吻合较好，说明模型计算区域的动力因素和实际比较接近，大、小两层嵌套潮流模型较好地反映了工程区附近的潮流变化规律。数值模拟的结果显示，潮波自口门传入后，由于不断受地形及边界的反射作用，逐渐由前进潮波转为驻波性质，其潮差由口门向湾内逐渐增大。工程后受地形及边界的影响，湾内涨、落潮流基本与岸线平行，呈现明显的往复流性质，流向垂直方向上的变化较小。航道两侧折射，改善了港区的泊稳条件，也改变了工程区附近的局部波浪，但总体上并未改变整个区域的波浪分布规律，不会对当地海岸的动力条件造成大的影响，波浪对陆域堆场不会造成影响，局部泊位在50年一遇风浪条件下不宜停靠船舶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 数值模拟的研究现状
• 1.2.1 潮流场数值模拟的研究进展
• 1.2.2 波浪数值模拟的研究进展
• 1.3 本文的研究内容与方法
• 2 港区的概况
• 2.1 地理位置
• 2.2 港区总体规划
• 2.3 地形地貌
• 2.4 水文气象
• 2.4.1 气候条件
• 2.4.2 风况
• 2.4.3 大气降水
• 2.4.4 雾况及湿度
• 2.5 海洋水文分析
• 2.5.1 工程海域潮汐概况
• 2.5.2 平均海面与各基面关系
• 2.5.3 潮汐类型和特征值
• 2.5.4 波浪
• 2.5.5 区域风暴潮增、减水概况
• 2.5.6 工程水域的设计高低水位
• 2.5.7 多年一遇极端高、低水位
• 3 董家口港区工程水动力环境的数值研究
• 3.1 采用模型
• 3.2 模型的控制方程和参数的选取
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 基本参数的选取
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 网格划分及地形资料
• 3.3 水动力模型的率定和验证
• 3.3.1 实测资料
• 3.3.2 模型潮流验证
• 3.3.3 模型率定
• 3.4 潮流数值模拟的结果与分析
• 3.4.1 计算工况组合
• 3.4.2 港区工程对海岸潮流场的影响
• 4 董家口港区工程附近海域波浪的传播变形数值模拟研究
• 4.1 外海波浪要素的确定
• 4.2 波浪模型的控制和参数的选取
• 4.2.1 基本方程
• 4.2.2 数值算法
• 4.2.3 基本参数的选取
• 4.2.4 边界条件的选取
• 4.3 模型的计算工况
• 4.4 波浪数值计算结果与分析
• 4.4.1 模型的计算结果
• 4.4.2 结果分析
• 4.4.3 波浪对防波堤越浪量和船舶停靠的影响分析
• 5 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读学位期间参与项目