海洋工程环境影响预测与评价

第七章 海洋工程环境影响预测与评价,环境影响预测方法 海洋水文动力环境影响预测与评价 海洋地形地貌与冲淤环境影响预测与评价 海洋水质环境影响预测与评价 海洋沉积物环境影响预测与评价 海洋生态环境影响预测与评价 其它类型环境影响 环境影响预测与评价小结,环境影响预测方法,模型实验法 数值模拟法 物理模型实验法 类比分析法 影响机理分析法 专家评估法,模型实验法,利用模型预测，预测模型主要分为两类： 数学模型-数值模拟法 物理模型-物理模型实验法 风洞模型、水力模型、生态系统研究模型等,数值模拟法,特性 计算简便，结果定量。需要一定的计算条件，输入必要的参数和数据。 应用条件 模式应用条件不满足时，要进行模式修正和验证，应首先考虑此法。,物理模型实验法,特性 定量化和再现性好，能反映复杂的环境特征。 应用条件 合适的实验条件和必要的基础数据。无法采用数学模式法而精度要求又高时，应选用此法。,类比分析法,通过一个已知的相似工程兴建前后对环境的影响订正来进行环境影响预测。 特性 半定量性质 应用条件 时间限制短，无法取得参数、数据，不能采用模型预测方法时，可选用此法。,影响机理分析法,在缺乏能定性定量预测工程环境影响的模型或模型参数，或模型预测代价很大的情况下，为了分析说明工程建设可能带来的环境影响（尤其是中长期影响、二次影响、次生环境问题、生态环境影响等），可以采用影响机理分析法对上述环境影响进行定性分析预测。 但对于比较重要的环境影响，应建立适当的模型并辅之以必要的实测和工程分析，加以对影响程度和范围进行定量化的模拟预测，进而给出定性结论。,专家评估法,在进行环境影响机理分析和模型模拟预测过程中，对影响的程度、影响参数等定性或定量的指标往往缺乏试验和理论研究的支持。在这种情况下，可以聘请资深专家根据指示和经验进行评估。 特点 专家评估法的最大特点在于对某些难以用数学模型定量化的因素，例如，社会政治因素可以考虑在内。 在缺乏足够统计数据和原始资料的情况下，可以作出定量估计。 某些因果关系太复杂，找不到适当的预测模型； 或由于时间、经济等条件限制，不能应用客观的预测方法，此时只能用主观预测方法。,海洋水文动力环境影响预测与评价,预测评价内容 预测方法 评价要求,预测评价内容,应重点预测潮流和余流的时间、空间分布性质与变化；包括涨、落潮流和余流的最大值及方向，涨、落潮流和余流历时，涨、落潮流和余流随潮位（涨、落潮）变化的运动规律及旋转方向等。 预测水文动力环境的变化可能对海洋地形地貌与冲淤环境、海洋水质环境、海洋生态环境等的影响内容、影响范围和影响程度。,预测方法,模型实验法 数值模拟法 一般评价项目可采用数值模拟法。 物理模型实验法 适用于复杂海域或评价工作等级较高的影响预测项目。 近似估算法 适用于评价等级较低的影响预测项目。,潮流数值模拟法,对给定的海湾、河口或近岸海域，可采用数值模拟方法求解潮波动力学基本方程，确定计算域内各点的潮位及潮流的分布及变化规律，并通过计算域的实测资料进行验证。 内容 模型维数的选取 模型计算范围 二维潮流模型的建立和应用,模型维数的选取,二维数值模型 宽浅型水域且潮混合较强烈、各要素垂向分布较均匀的近岸海域或河口、海湾，可采用二维数值模型近似描述海水的三维运动 三维数值模型。 其余情况则宜采用三维数值模型,模型计算范围,一般情况下，近岸和小海湾、河口海域应将整个海湾作为计算域，且应满足建设项目预测范围的需要。 开阔海域的计算范围应满足不同边界水位调和常数的位相差要足够大的条件，且应满足建设项目预测范围的需要。,二维潮流模型的建立和应用,二维潮流模型的建立和应用参见导则附录D，并应符合以下要求： a）具有满足需求的实测资料 包括开边界端点的潮位数据（用于模型的边界条件），计算域内至少2个站的潮位数据（用于模型潮位验证），计算域内26个测点的海流周日连续观测数据（用于模型潮流验证），测点的多少依评价等级的高低确定。 b ）潮流的调和分析 按海洋调查规范中海洋调查资料处理所列方法和步骤进行。 c ）岸界和水深 应从最新出版的海图上摘取，同时应注意海图水深与平均海平面之间的转换，海图上没有标定的应进行实地测量。 摘取岸界数据时应注意当地虾池、盐田和围海造地等的实际范围以及建设项目引起岸线改变和地形改变的详细情况。 d ）数值计算选取的网格大小 应有足够的空间分辨率，并应考虑海洋水质、地形地貌与冲淤、海洋生态环境、海洋沉积物环境等评价内容的预测需求。 e ）数值计算 应考虑对模型使用的数据资料的不确定性分析，进行输入对输出的敏感性分析，同时对模型的输出结果进行概率分析，并明确相应的置信区间。,导则附录D -二维浅海环境动力学数值模拟方法,适用范围 本方法适用于海水垂向混合比较充分的浅海和海湾水域。 控制方程 在Cartesian坐标系，传统的垂直积分浅水波动方程 边界条件和初始条件 潮波边界条件 沿闭边界，垂直海岸的流通量等于零。 沿开边界，用水位控制。 关于对流项，在开边界当海水向计算区域流进时，法向流速的导数等于零。 风海流边界条件 数值解法 计算结果验证,数值解法,二维模型的数值解法按网格形状可分为：三角形、正方形、长方形、四边形、曲线坐标网格及各种形状的组合等。 按计算方法可分为：有限差分法、有限元素法及破开算子法等。 推荐采用长方形有限差分法或三角形有限元素法。 可根据建设项目的具体要求确定采用何种方法。,计算结果验证,潮波系统验证 以计算结果绘出的同潮时线和等振幅线与实测资料的分析结果或已有的工作成果相比较，验证潮波系统。 潮位验证 将潮位验证点的计算潮位过程曲线与实测潮位过程曲线进行对比验证。 潮流验证 潮流验证可采用下述方法之一： 将潮流验证点的潮流流速、流向计算值与实测值进行对比验证。 验证计算与实测的潮流玫瑰图，主要验证最大流的大小、方向、发生时刻。旋转流还应验证旋转方向。 不确定度要求 潮位差应小于（或等于）10%；潮流流速差应小于（或等于）20%；流向差应小于（或等于）15，最大不能超过20。,评价要求,评价建设项目导致的评价海域水文环境要素的变化与特征； 根据建设项目引起的流场、水位场、波浪场等变化情况，结合泥沙冲淤、污染物浓度场等预测结果，评价和给出项目建设对海洋地形地貌与冲淤、海洋水质、海洋生态等可能产生的环境影响范围、影响程度的定量或定性结论； 给出建设项目对海洋水文动力环境影响的评价结论，给出建设项目是否满足预期的水文动力环境要求的结论。 应根据海洋水文动力环境影响评价结果，提出水文动力环境的保护措施和建议。 若评价结果表明建设项目对海洋水文动力环境生产较大影响时，应提出修改建设方案或重新选址等建议。,工程影响模拟,海洋工程对水动力影响的模拟方法主要有两类。 根据工程设计资料直接改变网格的水深和水陆交界位置，分别计算改变前后的流场状况，然后比较流场的变化，给出定性定量结论。 根据流场状况、工程设计资料改变模型参数，分别计算参数改变前后的流场状况，然后比较流场的变化，给出定性定量结论。,纳潮量影响分析,纳潮量取决于潮差范围内的海域面积。 对于特定的海湾，纳潮量的减少直接影响到海湾内潮流场，围海位置不同，影响的区域也不同。 一般利用数模进行预测。,海洋地形地貌与冲淤环境影响预测与评价,预测评价内容 预测方法 评价要求,预测评价内容,预测建设项目对海岸、滩涂、海床等地形地貌的可能改变，并分析评价其产生的影响和程度。 1级评价项目应重点对评价海域的形态变化（包括海岸、滩涂、海床等地形地貌），评价海域的冲刷与淤积，泥沙运移与变化趋势等的范围和影响程度进行预测评价。,海洋工程建设 对地形地貌与冲淤环境影响途径,水深的改变对波浪变形的影响 采砂活动、航道挖掘、抛泥区选划等涉及海底挖掘或倾倒固体废物的海洋工程 海洋工程建筑物对波浪折射、绕射和反射的影响 构筑堤坝及人工岛等人工建筑物的海洋工程 海洋工程项目对波浪破碎带的影响 浅滩地区的波浪破碎带是岸滩动态平衡的重要影响因子之一 海洋工程对泥沙活动的影响分析 引起岸滩冲淤变形 海岸带采砂工程对海岸的影响 海岸侵蚀，海岸线后退,预测方法,模拟实验法 数值模拟法 比较简单的 物理模型实验法 复杂的 近似估算法 适用于2级和3级评价项目。,模拟实验法步骤,分析模拟海域（岸段）的海洋动力环境因素和地形地貌特征以及拟建工程的特征。 在资料分析的基础上，根据工程建设的需要，进行模拟实验。 在模型运转良好的基础上，进行率定与验证。 验证良好后，进行工程模拟计算，并对各工程方案进行比选，得出优化方案。 提交研究成果。,评价要求,建设项目海洋地形地貌与冲淤环境影响评价内容和结果应符合以下要求： 评价建设项目导致的评价海域地形地貌与冲淤环境要素的变化与特征； 根据建设项目引起的海岸线、滩涂、海床等地形地貌变化和泥沙冲淤、运移与变化趋势等预测结果，结合海洋水文动力、污染物浓度场等预测结果，评价该建设项目对海域地形地貌、海岸线、滩涂、海床等稳定性和冲刷或淤积的影响； 给出建设项目对海洋地形地貌与冲淤环境影响的评价结论，给出建设项目是否满足预期的地形地貌与冲淤环境要求的结论和对环境影响程度的定量或定性结论。 应根据海洋地形地貌与冲淤环境影响评价结果，提出地形地貌与冲淤环境的保护措施和建议。 若评价结果表明建设项目对海岸、滩涂、海床等的地形地貌与冲淤产生较大影响时，应提出修改建设方案或重新选址等建议。,海洋水质环境影响预测与评价,预测任务 资料与数据 预测项目和内容 预测方法 评价要求,预测任务,通过对海域物理与化学自净能力的分析研究，掌握污染物排入海湾或沿岸水域后的输运、扩散规律，探明污染物在水体中的浓度分布特征及空间变化规律，判断对海区海洋生态环境可能造成的影响范围和影响程度； 在保护海域环境质量和生态环境质量的前提下，为建设项目优化选址、排污口设置、确定最大排放强度和数量、采取有效的防治措施等提供科学依据。,资料与数据,污染源调查数据 水质调查监测数据 海洋生物调查数据 工程分析资料 海洋自然环境状况调查资料 海洋功能区划资料 其它相关参考资料,预测项目和内容,在施工及正常生产和事故条件下，分别定量预测分析各评价因子在评价海域的浓度增加值及其分布； 列出各评价因子预测浓度增加值与现状值的浓度叠加分布表（图）； 1级和2 级评价应绘出叠加现状值和预测值后的各评价因子等浓度曲线及平面分布图。 应考虑由建设项目引起的海岸形态、海底地形地貌的改变，对评价因子在评价海域浓度分布时的影响。,预测方法,模拟实验法 数值模拟法 一般可采用海洋污染物输运扩散的数值模拟方法（参见导则附录F）。 物理模型实验法 近似估算法 适用于3 级评价项目,数值模拟,可采用导则（GB/T 194852004）所列的数值模拟方法进行预测（参见附录D和附录F），也可采用其它成熟的数值模型和方法。 采用数值模拟方法进行预测时，应采用调查或最近监测的实测数据予以验证。,附录F（GB/T 194852004） 海洋污染物输运扩散方程的数值模拟方法,输运扩散方程的一般形式 二维平均水质模型 三维输运扩散模型 可降阶模型 分解过程 沉降过程 溶出过程 二维平均水质模型的准分析解法 模型的验证,海水水质数值模型的使用原则,问题的合理概念化 选择适当的模型维数 确定模型的有效性 合理的参数匹配 模型的验证,问题的合理概念化,将海水环境质量影响问题进行合理概念化 选择主要影响因素和变量，突出主要矛盾，分析变量间的逻辑关系，建立模型的结构等。,选择适当的模型维数,零维 空间完全均匀混合水体，只随时间变化 1维 海域垂向上的浓度变化 2维 区域空间的浓度变化,确定模型的有效性,水质数值模型的适用条件和范围 确定评价的目标要求和范围，选用适用的模型,模型的验证,能够反映出数值模拟的精度和模型的适用性程度 有条件时，均应用实测数据输入模型，模拟实测条件,合理的参数匹配,参与分析计算的数据资料的可靠性、准确性 数据资料的源与目标的匹配性 数据参数的时间同步性,达标分析,污染源达标分析 污