摘要：本文采用自然条件分析、岸滩演变分析、波浪潮流泥沙计算、水体交换计算以及沿岸输沙计算等手段对秦皇岛市莲花岛建设条件进行探讨。研究和分析结果表明，从水动力泥沙角度考虑，建设莲花岛具备良好的条件。
关键字：秦皇岛；莲花岛；数值模拟；水体交换。
中图分类号：TU74 文献标识码： A
图1 工程位置及方案示意图
根据前期考察研究，本工程所在海域建设离岸人工岛已具备多方面的优势，包括成熟的施工队伍和设备、后方配套良好建筑材料丰富、受到当地政府大力支持拥有足够经济实力且海域使用已获批复。本工程建设的外部条件完备。因此，本文主要从自然条件、岸滩演变、波浪潮流泥沙计算、水体交换、设计波浪要素及沿岸输沙等方面对其建岛条件进行说明。
1 建港自然条件分析
1.1 地形地貌
汤河口至沙河口沿岸基本上为人工岸线。沿岸主要分布为秦皇岛东、西港区。汤河口西侧为游艇码头，码头西防波堤堤根处存在明显的沙质堆积体，对比2004～2009年卫星遥感图片，该沙体的宽度和形状保持稳定。
金山咀至汤河口岸为稳定的沙质海岸。该段海岸岸滩坡度平缓，潮间带宽10～15m，岸滩沉积物主要为中细砂。在该段海岸中部高潮线下发育多条自东向西南、相互平行的顺岸沙坝，并且由此向鸽子窝湿地处海滩宽度逐渐增大，坡度逐渐变缓。
鸽子窝湿地位于金山咀北侧，该处海岸海滩宽平，高潮线附近生长茂密的芦苇及其他植物。金山咀为一基岩低山深入海中形成，沿岸发育多个小型沙质岬湾，该处岸线整体呈缓慢侵蚀状态。
1.3 潮汐潮流
工程附近近岸海域潮流类型属不规则半日潮流性质。远岸海域潮流类型属规则半日潮流性质。由于本海域靠近无潮点，整体潮差较小。
根据所测数据，大致涨潮为W、WSW方向，落潮为E、ENE方向。各测站涨、落潮流方向基本与岸线、等深线平行。根据各测站的实测资料，给出大潮潮流矢量图（Fig.2），从图上可以明显看出，各测站均呈较典型的旋转往复流运动。 图2 潮流椭圆图
1.4 含沙量
实测海域的含沙量较小，涨、落潮垂线平均含沙量分别为0.030 kg/m3和0.029 kg/m3；水体含沙浓度平面分布总体趋势为近岸高远岸低的分布。为工程建设提供了良好的泥沙环境。
1.5 底质
秦皇岛东西港区至石河口海域，近岸河口附近表层沉积物较粗，主要为夹杂一定量粉砂或粘土的砂质沉积，-10m外的深水区沉积物质以粘土质粉砂为主。
2 岸滩演变分析
沿岸泥沙的纵向输运不活跃，泥沙多为原地运动或横向运动，因此岸滩地形基本可保持稳定状态。由于泥沙来源减少，在波能较为集中的局部区域会发生冲刷，如石河口西侧、老龙头和围垦防波堤东侧，但其侵蚀量不大，不会对整体岸滩格局产生颠覆性影响。
3 潮流数值模拟
3.1 潮流泥沙控制方程
（1）
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（3）
（4）
（5）
（6）
3.2 模型建立与网格剖分
为保证局部流场计算符合潮流场的整体物理特征，本研究采用大、小两重模型以嵌套方式进行计算。大模型包含整个渤海，开边界位于大连老虎滩和烟台两个潮位测站的连线上；小模型计算范围在以工程区域为中心、沿岸宽约33 km的扇形区域内。小模型开边界条件由大模型提供，大模型的开边界条件由中国近海潮汐潮流数学模型China tide提供[2]。
采用三角形网格可以很好地拟合复杂岸线和建筑物边界，在港口建筑物附近和航道区域可以任意局部加密（最小空间步长为10 m） 。
3.3 潮流泥沙模拟
（3）工程实施后，冲淤局限人工岛附近水域，对北戴河及芷锚湾基本没有影响。人工岛内部水域及其与陆域之间呈淤积状态，局部水道及挑流区有所冲刷。
图4 方案实施后涨落急流场图
4 水体交换计算
水体交换能力采用保守物质浓度示踪法，初始浓度假设人工岛内部水域充满浓度为1单位的保守物质，无外源载荷，人工岛外部浓度为0单位。保守物质随水体运动。岸界和垂直边界采用无通量条件，开边界选为：入出流，无梯度条件。经计算：
（1）在给定8个潮周期后（4天），示踪剂浓度为17%，满足国际航运协会海洋环境保护准则。
（2）人工岛周围较多的交换通道和交换通道合理的布置保证了在较弱水动力环境下仍然具有较好的水交换能力。
5沿岸输沙计算
借助LITPACK数学模型分析技术平台，运用主成分分析方法对工程建成后岸线变迁情况进行预测分析。
方案实施后，沿岸输沙量值相对较小。岸段变迁侵淤类型总体趋于一致，秦皇岛港至山海关港之间海岸和绥中海岸变迁均以淤积类型为主，仅个别岸段为微侵蚀类型，岸线变化缓慢。
6 结语
（1）工程海域水深条件较好，靠近无潮点，整体潮差较小，水流流速较低，水体含沙量较低且岸滩基本保持稳定状态。
（2）人工岛建成后，对泥沙环境的改变仅仅限于工程局部水域，岛内及其与岸线之间略有淤积，局部水道及挑流区有所冲刷。沿岸输沙量值相对较小，岸线变化缓慢，且不会与陆地之间形成连岛沙坝。
（3）人工岛建成后水体交换能力满足国际航运协会海洋环境保护准则。
（4）综上所述，实施人工岛工程是完全可行的。