上海国际深水港工程建设对周边海域波浪场影响研究

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随着港口经济的不断发展,海洋工程开发力度的不断加强会使其周边海域的水动力环境发生明显变化。上海洋山国际深水港长周期、大范围的工程建设,不仅显著改变了洋山海域水下地形及岸线等条件,同时对港区及邻近水域波浪的传播过程、波浪场分布特征及变化规律也有明显的影响。历史上洋山海域遭遇多次台风袭击,工程的建设对台风浪的分布及传播也有一定的影响。因此研究分析此海域工程建设前后在不同条件下的波浪传播过程、波浪场分布特征及变化规律对洋山深水港泊稳条件、今后的运营维护、工程安全分析都具有一定的指导意义。本文采用洋山海域近20年波浪观测站实测数据,对1998年~2002年数据(洋山工程建设前)及2003年~2012年数据(洋山工程建设后)分别进行统计分析,并比较工程前后洋山海域实测波浪特征。运用MIKE21 SW波浪模型模拟了洋山深水港工程建设初期及洋山四期建设时期常、强浪向下典型重现期50年一遇波浪场情况。同时比对分析大量台风资料,将影响洋山海域较大的台风分成“登陆型”及“转向型”,运用MIKE21 SW波浪模型模拟两种典型路径(登陆型台风“麦莎”、转向型台风“威马逊”)下的洋山海域工程前后波浪场变化情况,并选取特征点输出JONSWAP波浪谱,分析洋山工程的建设对不同路径台风产生的台风浪场的影响。通过以上主要研究内容,得到结论如下:洋山深水港工程建设后,港区海域波型、,常、强浪向变化明显。目前对洋山海域影响较大的波浪方向由工程前的NE向变为SE向,NE向50年一遇波浪在港区波高减少最明显,SE向50年一遇波浪对工程后港区波浪场影响最大。极端天气条件下,工程的建设能够很好的减小港区“转向型”路径台风影响,对“登陆型”路径台风影响较大。(1)洋山深水港工程建设后,港区海域涌型波浪出现率从工程前的15%下降为3.0%,较小明显。NE、NNE向涌波型已消失,新增了东南向涌浪的进入。工程建设后港区及邻近海域的常、强浪向变化明显,NW、NNW向频率从原来8.9%增加为15.3%,NNE、NE波浪频率明显减少。新增常浪向SE与NW向。工程建设后港区及邻近水域的平均波周期较大的波浪有所增加,在4.0s以上的平均周期由工程前的2.4%增加为工程后的3.2%。长周期主要出现在强浪向上,为SE~S和NW~NNW向。(2)经过洋山深水港近十年的建设,目前对港区影响最大的入射波为SE向,其次为E向、NE向、NW向、S向。洋山工程的建设使港区NE向50年一遇波高减小最明显,波高减小达2m,波速减小1.5m/s,SE向波浪对港区影响最大,波高达2.5m~3m。NE、E、NW向50年一遇波进入港区后使港区海域有效波高及周期均有不同程度的减小。(3)在洋山港区及邻近海域产生较大台风浪的台风路径主要有两种,一种为从福建北部到浙江沿海登陆的“登陆型”台风,另一种为在东海转向向北或东北的“转向型”台风。“登陆型”台风产生的SE向台风浪对洋山港区波浪场影响较大,典型台风“麦莎”使港区有效波高达到2~3.5m,周期可达4~5s。因北岛链工程的建设及汊道的封堵使影响,“转向型”台风“威马逊”在洋山海域影响最大时刻西港区点及一~三期工程点JONSWAP波浪谱谱峰值分别下降61.2%、59.4%。
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