临时海洋倾倒区倾倒实验

2016-09-06改造者陈燕珍刘希刚

中国科技信息 2016年7期

关键词：海流锚泊悬浮物

改造者：陈燕珍　邓爽　王静　刘希刚　赵杰

临时海洋倾倒区倾倒实验

改造者：陈燕珍邓爽王静刘希刚赵杰

本文通过在庄河港区黄圈码头通用泊位工程临时海洋倾倒区开展疏浚物倾倒实验，分析在倾倒过程及倾倒完成后一段时间内，悬浮物的扩散范围。倾倒实验表明在倾倒量为1000 m3的底开方式倾倒情况下，倾倒疏浚物很快沉降到海底，悬浮物扩散范围有限。

目前我国大部分的海洋倾倒区设置的主要目的是用来容纳倾倒港池、航道等疏浚物。向海洋倾倒区倾倒疏浚物，势必形成一定的悬浮物扩散和迁移，影响水体和沉积物中的悬浮物的含量和成分，造成一定的海洋环境影响。

庄河港区黄圈码头通用泊位工程临时海洋倾倒区是2011年7月批复设立的，倾倒区中心点为123°20′00″E、39°33′00″N，半径1 km，面积3.14 km2，在此倾倒区开展倾倒实验，拟通过连续的跟踪监测，掌握倾倒疏浚物扩散影响情况。

实验方法

根据《倾倒区监测技术规程》，本次实验采用船舶直接采样分析法。

在海上现场投放倾倒物，用船只直接进行采样，分析疏浚物倾倒形成的悬浮物在时间和空间上的变化。试验用船三艘，一艘固定于疏浚物倾倒投放点，观测海流，并在倾倒船投放疏浚物后连续采样；另两艘跟踪“疏浚物云团”运移路径交替采样。投放量为1000 m3，投放方式为瞬时底开门，投放历时3 min。

实验日期选择

悬浮物的扩散与潮流涨落有很大的关系。在倾倒实验中应该选择整个监测过程中潮流流向保持一致的时间段，以此来呈现悬浮物的最大可能扩散范围。若在跟踪监测过程中出现相反方向的流向，则难以体现悬浮物的最大扩散范围。

本次倾倒实验选择了2012年11月21日（农历十月初八）进行，实验开始时间为上午10：15。根据表1可以看出，在白天可视时间段内，8时的潮高最低，为138 cm，9时以后潮高开始持续增加，此时为涨潮流，一直涨至14、15时之间，之后开始落潮形成落潮流。在9～14时间段内开展倾倒实验，可以确定潮流主方向应不发生大的变化。

实施步骤

1.安排抛泥船装载疏浚物后到倾倒区中心点待命，同时三只监测船也到该位置集中。

2.定点锚泊船在该位置抛锚，测风和海流。在该海域当时处于涨潮时间内，潮流的主要方向是东北方向。

3.根据海流情况按计划计算好交替采样船每一时刻点的位置。

4.交替采样船分别到达第一个时刻点，按照指令与定点锚泊船一起在未倾倒前采集背景样品。

5.采集完成后安排抛泥船在定点锚泊船的上流向方向尽可能靠近定点锚泊船准备倾倒，本实验抛泥船与定点锚泊船距离约为15 m。

王鹤鹏[4]等在基于VR技术的汽车拆装实训课程教学改革探索中认为，VR技术的应用可以有效解决实训场地要求较大，试验材料及教学成本较高且存在一定事故隐患等问题。蒋斌[5]在发动机拆装实训课程中引入翻转课堂的教学方法。李军功[6]在发动机构造与拆装实训课程的教学中采用项目教学的方法。

6.采集完成后通知抛泥船瞬间倾倒，抛泥船3分钟内完成瞬时倾倒并低速驶离。

7.三只采样船按照计划在每一时刻采样，同时锚泊船定时观测海流和风向。

拟定跟踪位置见图1，采样进度安排见表2。

海流观测资料与跟踪路线的验证

海流观测结果见表3，海流矢量图见图2。

由观测资料可以看出，海流的主流向方向在北偏东方向，主体方向设计的跟踪船只的跟踪方向大体一致。

图1　采样船随时刻位置示意图

表1　2012年11月21日潮位随时间变化

表2　采样进度安排表

图2　流速流向矢量图

表3　流速流向观测结果

实验结果

1.定点锚泊采样点实验结果

定点锚泊采样实验数据反映了悬浮物随时间扩散沉降的程度。

从实验分析数据可以看出，定点锚泊点的表层悬浮物未出现明显的波动现象，未倾倒时的背景值为10.6 mg/ L，除在25 min时刻点悬浮物值达到18.2 mg/L外，其余时刻点悬浮物含量值均位于7.6 mg/L～15 mg/L之间，可以认为表层含量值未受倾倒影响。

中层的悬浮物0时刻的背景值为9.0 mg/L；其0～30 min时刻间未发生明显变化，其波动范围为7.6 mg/L ～17.4 mg/L；在30 min ～50 min悬浮物的含量出现了上升趋势，从10.2 mg/L上升到28.8 mg/L；50 min ～60 min悬浮物的含量又出现了下降，下降至16.4 mg/L。

底层的悬浮物0时刻的背景值为11.4 mg/L；5 min时刻间未发生明显变化，值为12.6 mg/L；10 min时刻间达到最大值，值为28.0 mg/L；在15 min ～60 min悬浮物的含量基本恢复到背景值，其含量范围在8.0 mg/ L～14.4 mg/L。

图3　定点锚泊点悬浮物含量随时刻变化

图4　采样船1船悬浮物含量随时刻变化

图5　采样船2船悬浮物含量随时刻变化

表4　定点锚泊采样点随时刻悬浮物含量

2.交替采样船实验结果

由于交替采样船的位置在主流向方向上每一时刻均发生变化，所以交替采样船的实验数据用来反映悬浮物的水平尺度扩散程度。

背景调查的总体情况为：底层悬浮物含量＞表层悬浮物含量＞中层悬浮物含量，但总体水体垂直方向较为均匀。

倾倒实验开始后在60 min时间内，实验数据表明：（1）中层和底层悬浮物的含量随位置和时间未发生明显变化；（2）表层悬浮物的含量分别在203位置20 min和104位置25 min出现了波峰，其值分别达到了33.6 mg/L和24.6 mg/L，分别是背景值的3.23倍和2.28倍；（3）表层悬浮物含量＞底层悬浮物含量＞中层悬浮物含量。