一种环抱式港区水体交换通道的设计方法.pdf

一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，包括如下步骤：在已建立并验证的二维潮流数学模型基础上，增加对流扩散模块，计算物质的传输过程；计算对流扩散模型对港区的水体交换效果进行评价分析；分析决定环抱式港区水体交换能力的关键因素及水体交换通道的选用原则；建设单通道和多通道的港区水体交换效果研究；形成环抱式港区水体交换通道的设计方法。本发明通过模拟建设不同工程方案的环抱式港区，分析它们的水体交换效果，揭示决定环抱式港区水体交换能力的关键因素及水体交换通道的选用原则；研究港区建设单通道和多通道的水体交换效果。

1.  一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，其特征是包括如下具体步骤：
步骤一，建立平面二维对流扩散数学模型：在已建立并验证的二维潮流数学 模型的基础上，增加对流扩散模块，利用潮流模型的水动力结果计算物质的传输 过程；在进行潮流数值计算时，模型的开边界由东中国海潮波数学模型提供，模 型的闭边界据不可入原理取法向流速为0，同时采用干湿判别方法进行动边界处 理，利用实测的水文资料对模型的参数进行率定，验证达到精度要求后，再进行 潮流数值模拟，平面二维潮流数学模型的控制方程式有：式(1)水流连续方程 及式(2)和式(3)水流运动方程，如下：
∂ h ∂ t + ∂ h u ‾ ∂ x + ∂ h v ‾ ∂ y = 0 - - - ( 1 ) ]]>
∂ h u ‾ ∂ t + ∂ h u ‾ 2 ∂ x + ∂ h vu ‾ ∂ y = f v ‾ h - gh ∂ η ∂ x - τ bx ρ 0 + ∂ ∂ x ( hT xx ) + ∂ ∂ y ( hT xy ) - - - ( 2 ) ]]>
∂ h v ‾ ∂ t + ∂ h v ‾ 2 ∂ y + ∂ h uv ‾ ∂ x = - f u ‾ h - gh ∂ η ∂ y - τ by ρ 0 + ∂ ∂ y ( hT yy ) + ∂ ∂ x ( hT xy ) - - - ( 3 ) ]]> 其中，x、y为笛卡尔坐标；t为时间变量；η为水位；h代表总水深，且有h＝d+η， d为静水深；为x、y方向深度平均速度；τ_bx、τ_by为x、y方向底部应力；ρ₀为水的密度；f为科氏力系数，且g为当地重力加速度； T_xx、T_yy、T_xy为水平粘滞应力项；
在验证符合要求的平面二维潮流数学模型的基础上，添加对流扩散模块，建 立对流扩散数学模型，对流扩散方程见式(4)和式(5)：
∂ h C ‾ ∂ t + ∂ h u ‾ C ‾ ∂ x + ∂ h v ‾ C ‾ ∂ y = hF C - - - ( 4 ) ]]>
F C = [ ∂ ∂ x ( D h ∂ ∂ x ) + ∂ ∂ y ( D h ∂ ∂ y ) ] C - - - ( 5 ) ]]> 其中，—垂线平均标量；F_C—水平扩散项；D_h—水平扩散系数；
步骤二，计算对流扩散模型，对港区的水体交换效果进行评价分析：对流扩 散数学模型的计算前提假定水体浓度为均匀分布，并给定初始港池内污染物浓度 为G₀＝1，港池外水体浓度为G₁＝0；在潮流作用下，港湾内外水体产生交换，通 过交换，湾池内水体不断更新，浓度逐渐减小，湾池内平均浓度变为：0<G<1， 当湾池内的平均浓度降低到0.5时所用的时间即为水体的半交换周期；以水体半 交换周期作为评价指标，半交换周期短，表明水体交换能力强；半交换周期长， 则表明水体交换能力弱；
步骤三，工程方案计算，分析决定环抱式港区水体交换能力的关键因素及水 体交换通道的选用原则：在上述建立的对流扩散模型的基础上，在港池水体交换 效果较差的水域设置水体交换通道，建设成单通道和多通道的港区，通道断面为 矩形，由于不同的断面尺度对港池的水体交换效果会产生一定的影响，按照不同 宽度和底面高程设计工程方案，分别进行潮流运动及对流扩散的模拟；对各方案 的模型计算结果进行处理和对比分析，得出决定环抱式港区水体交换能力的关键 因素及水体交换通道的选用原则；
步骤四，建设单通道和多通道的港区水体交换效果研究，分析环抱式港区水 体交换通道的布设方法及注意事项：以港区水体交换通道的断面尺寸完全相同的 工程方案为基础，改变多通道港区的通道设置方案，使其成为单通道港区，并进 行潮流运动及对流扩散的模拟计算，分别与工程方案时的两港区水体交换效果对 比，得出环抱式港区水体交换通道的布设方法及注意事项；
步骤五，形成环抱式港区水体交换通道的设计方法：水体交换通道选用进潮 占优的通道，且通道设置在潮波传播方向的上游端，以增加通道与口门之间潮位 过程线的相位差，提高进潮量和水质改善能力；另外建设多通道的环抱式港区， 避免出现其邻近港池分别为进潮占优和出潮占优通道的情况。

2.  根据权利要求1所述的一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，其特征是所 述模型计算区域的离散采用无结构三角形网格，工程区域网格平均尺度40～70m。

3.  根据权利要求1所述的一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，其特征是所 述陆边界根据不可入原理取法向流速为0。

4.  根据权利要求1所述的一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，其特征是所 述在已验证的潮流数学模型的基础上，添加对流扩散模块，利用潮流模型的水动 力结果计算物质传输过程；对流扩散模型中的浓度开边界规定为入流时水体浓度 为0，出流时忽略扩散项。

5.  根据权利要求1所述的一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，其特征是所 述利用对流扩散模型对港区水体浓度进行模拟，计算时间不少于一个月。

一种环抱式港区水体交换通道的设计方法
技术领域
本发明涉及一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，属于港口航道工程技 术领域。
背景技术
近年来随着我国港口经济的快速发展，深水岸线资源日益短缺。建设环抱式 港区可以有效增加岸线资源，同时还能防浪挡沙，改善泊稳条件。然而，环抱式 港区存在水体交换能力弱的特点，水体交换通道是改善环抱式港区水体交换能力 的有效方法。
目前，对采用水体交换通道改善环抱式港区水体交换能力的研究主要是关于 对流扩散模型的数值方法在实际海域应用的研究和对水体交换通道的工程改善 措施的探讨。何杰等人在《水利学报》增刊2007年10月发表的“挖入式港池水 体交换能力研究”一文中提出，以广州港南沙港区挖入式港池为例，通过潮流运 动的数值模拟和河涌断面潮量的计算，探讨连通河涌的位置和开通方式，可有效 地起到港池与外界水体交换的作用，但该方法还存在如下明显不足：一是对水体 交换能力机理认识尚不清晰，所述工程措施方案缺乏理论依据；二是未对水体交 换通道的断面尺寸进行研究，没有给出具体的工程措施的设计参数。张玮等人在 《水运工程》2013年04期发表的“环抱式港池水体交换与改善措施研究”一文 中提出，以规划中的连云港徐圩港区为例，利用对流扩散模型方法，模拟计算潮 流作用下环抱式港池水体半交换周期，以探讨改善港池水质的工程措施及其效 果，但该方法同样存在如下明显不足：一是未对港区水体交换的机理进行研究； 二是未具体给出工程措施的设计参数。因此，如何克服现有技术的不足已成为当 今港口航道工程技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种环抱式港区水体交换通道的设 计方法，具体的技术方案如下：
一种环抱式港区水体交换通道的设计方法，包括如下具体步骤：
步骤一，建立平面二维对流扩散数学模型：在已建立并验证的二维潮流数学 模型的基础上，增加对流扩散模块，利用潮流模型的水动力结果计算物质的传输 过程；在进行潮流数值计算时，模型的开边界由东中国海潮波数学模型提供，模 型的闭边界据不可入原理取法向流速为0，同时采用干湿判别方法进行动边界处 理，利用实测的水文资料对模型的参数进行率定，验证达到精度要求后，再进行 潮流数值模拟，平面二维潮流数学模型的控制方程式有：式(1)水流连续方程 及式(2)和式(3)水流运动方程，如下：
&PartialD; h &PartialD; t + &PartialD; h u &OverBar; &PartialD; x + &PartialD; h v &OverBar; &PartialD; y = 0 - - - ( 1 ) ]]>
&PartialD; h u &OverBar; &PartialD; t + &PartialD; h u &OverBar; 2 &PartialD; x + &PartialD; h vu &OverBar; &PartialD; y = f v &OverBar; h - gh &PartialD; η &PartialD; x - τ bx ρ 0 + &PartialD; &PartialD; x ( h T xx ) + &PartialD; &PartialD; y ( hT xy ) - - - ( 2 ) ]]>
&PartialD; h v &OverBar; &PartialD; t + &PartialD; h v &OverBar; 2 &PartialD; y + &PartialD; h uv &OverBar; &PartialD; x = - f u &OverBar; h - gh &PartialD; η &PartialD; y - τ by ρ 0 + &PartialD; &PartialD; y ( h T yy ) + &PartialD; &PartialD; x ( hT xy ) - - - ( 3 ) ]]>
其中，x、y为笛卡尔坐标；t为时间变量；η为水位；h代表总水深，且有h＝d+η， d为静水深；为x、y方向深度平均速度；τ_bx、τ_by为x、y方向底部应力；ρ₀为水的密度；f为科氏力系数，且g为当地重力加速度； T_xx、T_yy、T_xy为水平粘滞应力项；
在验证符合要求的平面二维潮流数学模型的基础上，添加对流扩散模块，建 立对流扩散数学模型，对流扩散方程见式(4)和式(5)：
&PartialD; h C &OverBar; &PartialD; t + &PartialD; h u &OverBar; C &OverBar; &PartialD; x + &PartialD; h v &OverBar; C &OverBar; &PartialD; y = h F C - - - ( 4 ) ]]>
F C = [ &PartialD; &PartialD; x ( D h &PartialD; &PartialD; x ) + &PartialD; &PartialD; y ( D h &PartialD; &PartialD; y ) ] C - - - ( 5 ) ]]>
其中，—垂线平均标量；F_C—水平扩散项；D_h—水平扩散系数；
步骤二，计算对流扩散模型，对港区的水体交换效果进行评价分析：对流扩 散数学模型的计算前提假定水体浓度为均匀分布，并给定初始港池内污染物浓度 为G₀＝1，港池外水体浓度为G₁＝0；在潮流作用下，港湾内外水体产生交换，通 过交换，湾池内水体不断更新，浓度逐渐减小，湾池内平均浓度变为：0<G<1， 当湾池内的平均浓度降低到0.5时所用的时间即为水体的半交换周期；以水体半 交换周期作为评价指标，半交换周期短，表明水体交换能力强；半交换周期长， 则表明水体交换能力弱；
步骤三，工程方案计算，分析决定环抱式港区水体交换能力的关键因素及水 体交换通道的选用原则：在上述建立的对流扩散模型的基础上，在港池水体交换 效果较差的水域设置水体交换通道，建设成单通道和多通道的港区，通道断面为 矩形，由于不同的断面尺度对港池的水体交换效果会产生一定的影响，按照不同 宽度和底面高程设计工程方案，分别进行潮流运动及对流扩散的模拟；对各方案 的模型计算结果进行处理和对比分析，得出决定环抱式港区水体交换能力的关键 因素及水体交换通道的选用原则；
步骤四，建设单通道和多通道的港区水体交换效果研究，分析环抱式港区水 体交换通道的布设方法及注意事项：以港区水体交换通道的断面尺寸完全相同的 工程方案为基础，改变多通道港区的通道设置方案，使其成为单通道港区，并进 行潮流运动及对流扩散的模拟计算，分别与工程方案时的两港区水体交换效果对 比，得出环抱式港区水体交换通道的布设方法及注意事项；
步骤五，形成环抱式港区水体交换通道的设计方法：水体交换通道选用进潮 占优的通道，且通道设置在潮波传播方向的上游端，以增加通道与口门之间潮位 过程线的相位差，提高进潮量和水质改善能力；另外建设多通道的环抱式港区， 避免出现其邻近港池分别为进潮占优和出潮占优通道的情况。
所述模型计算区域的离散采用无结构三角形网格，工程区域网格平均尺度 40～70m。
所述陆边界根据不可入原理取法向流速为0。
所述在已验证的潮流数学模型的基础上，添加对流扩散模块，利用潮流模型 的水动力结果计算物质传输过程；对流扩散模型中的浓度开边界规定为入流时水 体浓度为0，出流时忽略扩散项。
所述利用对流扩散模型对港区水体浓度进行模拟，计算时间不少于一个月。
本发明的设计原理：进潮占优通道对港区水体交换能力的改善效果优于出潮 占优通道，水体交换通道应选择进潮占优的通道；决定环抱式港区水体交换能力 的关键因素是通道进潮量，提高进潮量可以提高港区的水质改善效果，而通道与 口门处的潮差是进潮占优通道进潮量的主要影响因素，所以通道的确定应以提高 通道与口门处的潮差，从而提高环抱式港区的进潮量为准则；建设多通道的环抱 式港区若其邻近港池分别为进潮占优和出潮占优通道，污染水体易向出潮占优通 道港池聚集而导致其港池水质进一步恶化，所以应特别关注和避免这种情况。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明通过模拟两个建设不同 工程方案的环抱式港区，分析它们的水体交换效果，揭示决定环抱式港区水体交 换能力的关键因素及水体交换通道的选用原则；二是研究港区建设单通道和多通 道的水体交换效果，得出水体交换通道布设方法及注意事项，进而得出水体交换 通道的设计方法，使水体交换通道能更好的改善港区水质。
附图说明
图1是连云港区终期规划方案示意图，
图2是徐圩港区终期规划方案示意图，
图3是连云港数学模型范围示意图，
图4是连云港区初始浓度分布图，
图5是徐圩港区初始浓度分布图，
图6是连云港区水体交换通道布置方案及采样点布置图，
图7是徐圩港区水体交换通道布置方案及采样点布置图，
图8是连云港区口门与断面L1处的潮位历时曲线图，
图9是徐圩港区口门与断面L1处的潮位历时曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方 式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明在具体实施方式中以连云港区和徐圩港区为例，说明本发明在实际港 区规划中的应用，包括如下具体步骤：
步骤一，建立平面二维对流扩散数学模型：
模型范围：西自现有岸线，北起日照(35° 22′ 30″ N，119° 33′ E)，东至 (35° 22′ 30″ N，120° 17′ E)，南至废黄河口附近(34° 17′ 00″ N， 120° 17′ E)，东西宽约100km，南北长约120km，模型范围内水域面积约8650km²， 详见图3。模型计算区域的离散采用无结构三角形网格，工程区域网格平均尺度 40～70m。
模型中的西边界、南边界为陆边界，根据不可入原理取法向流速为0；北边 界、东边界为水边界，由东中国海潮波数学模型提供；灌河边界位于响水大桥附 近，由灌河长河段模型提供。
潮流数学模型的验证采用2005年9月多个潮位站的潮位过程及多个潮流测 点的流速过程。验证表明，连云港海域潮流数学模型所计算的潮位、流速与流向 均与实测资料吻合较好，能够较好地反映原体潮流的运动规律，可用于工程问题 研究。
在已验证的连云港海域大范围潮流数学模型的基础上，添加对流扩散模块， 利用潮流模型的水动力结果计算物质传输过程；对流扩散模型中的浓度开边界规 定为入流时水体浓度为0，出流时可忽略扩散项；连云港区和徐圩港区水体浓度 初值布置见图4和图5。
步骤二，计算对流扩散模型，对两港区的水体交换效果进行评价分析：
利用对流扩散模型对连云港区和徐圩港区水体浓度进行模拟，计算时间为 2005年9月4日至2005年10月4日；采用水体半交换周期对两港区水体交换 能力进行评价，由于港区各个区域的水体交换能力不同，因此在具体评价时，按 照水体半交换周期分区域进行讨论；表1和表2分别统计了规划方案中连云港区 和徐圩港区各水域水体半交换周期，结果表明：连云港区Ⅲ区和Ⅳ区水体交换效 果较好，分别在7天和2天内完成半交换，Ⅰ区和Ⅱ区水体交换效果较差，其中 Ⅰ区30天内仍未完成水体半交换；徐圩港区三、五、六港池水体交换效果较好， 5天内水体完成半交换，一、二、四港池水体交换效果较差，水体半交换周期超 过10天，其中一、二港池的水体交换周期分别为17天和18天。
表1连云港规划方案各区域半交换周期(天)

表2徐圩港区规划方案各区域半交换周期(天)

步骤三：工程方案计算，分析决定环抱式港区水体交换效果的关键因素及水 体交换通道的选用原则：
一是工程方案设计：以规划方案为基础，拟在连云港区和徐圩港区水体交换 效果较差的水域设置水体交换通道。根据以上的计算结果，连云港区末端Ⅰ区的 水体交换能力最弱，徐圩港区一、二、四港池的水体交换效果也较差，所以拟在 上述水域布置水体交换通道，详见图6和图7；水体交换通道断面为矩形，由于 不同的断面尺度对港池的水体交换效果会产生一定的影响，所以按照不同宽度和 底面高程对工程方案进行划分，表3和表4统计了各方案断面尺寸和平均过水断 面面积，其中，平均过水断面面积定义为平均海平面到通道底部的高度与通道断 面宽度的乘积。对比上述两港区的工程方案可见，连云港区方案五和徐圩港区方 案三的通道具有相同的底面高程和宽度，可以作为两港区水体交换效果比较的基 础，应重点关注。各组方案计算时，初始时刻设置港区及水体交换通道的水体浓 度G₀＝1.0，港区外为清水，G₀＝0，其余参数设置与规划方案的数学模型相同。
表3连云港区各方案断面尺寸和平均过水断面面积

表4徐圩港区各方案断面尺寸和平均过水断面面积

二是两港区水体交换效果分析：为比较各方案水体交换通道对港区水体交换 效果及水动力的影响，统计了连云港区各方案中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ水域的水体半交 换周期(详见表5)及徐圩港区各方案中各港池的水体半交换周期(详见表6)。
表5连云港区各方案水体半交换周期(天)

表6徐圩港区各方案水体半交换周期(天)


(1)由表5可以看出，连云港区从方案一至方案六各港区半交换周期越 来越短，水体交换效果越来越好；从方案二开始各个港区的半交换周期均较小， 对规划方案下水体交换效果较差的I区和Ⅱ区也有明显改善，I区从方案一开始 半交换周期就小于13天，远小于规划方案下的30天，Ⅱ区从方案一开始半交换 周期就在16天以下，也好于规划方案时的20天；随着通道断面面积的增加，半 交换周期较长的区域逐渐由Ⅱ区转至Ⅲ区，也就是有向口门转移的趋势，Ⅲ区半 交换周期天数比规划方案时有所增加，不过最长只有14天。
(2)由表7可知：除了一二港池外，其余港池的水体交换能力都较好， 建设水体交换通道后半交换周期都较小，因此需重点关注一二港池。规划方案时， 一港池的半交换周期为18天，建设水体交换通道后，方案一和方案二半交换周 期都为17天，效果不明显，从方案三开始，半交换周期均小于7天，效果明显； 二港池在建设水体交换通道后，方案一至方案三因通道断面面积较小，半交换周 期较长，最长达到23天，反而长于规划方案的17天，效果较差，方案四至方案 六因水体交换通道断面尺寸较大，二港池的半交换周期也逐渐下降到14天及以 下，水体交换效果变好。
三是水体交换效果的原因分析：为分析连云港区和徐圩港区水体交换改善效 果的原因，分别在连云港区水体交换通道端点布置流量采样断面L1(见图6)及 在徐圩港区水体交换通道端点布置流量采样断面N1、N2、N4(见图7)，分别计 算大潮期间采样断面的潮量，详见表7和表8。此处规定：水流经水体交换通道 流进港池时段，为进潮过程，通道断面流量为正值，潮量为进潮量；水流经水体 交换通道流出港池时段，为出潮过程，通道断面流量为负值，潮量为出潮量。
表7连云港区各组方案潮量统计


表8徐圩港区各组方案潮量统计

(1)由表5和表7可知，随着各方案通道断面积的增加，通道的进潮量 和进出潮总量都有明显的递增趋势，连云港区水体交换效果也越来越好。至于通 道出潮量和净潮量，则与港区水体交换能力的变化趋势并不一致，如方案三与方 案四的出潮量相同，但方案四的交换效果要优于方案三；方案一的通道净潮量大 于方案二，但方案二的交换效果却优于方案一。可见通道进潮量和进出潮总量的 变化趋势与连云港区的水体交换效果一致。又根据表6和表8可见，以徐圩港区 方案三为例，一港池的水体交换效果优于二港池，一港池通道的进潮量也大于二 港池，但一港池的进出潮总量却小于二港池，由此可见，只有进潮量才是决定港 区水体交换效果的唯一因素。主要原因在于：随着进潮量的增加，港池引入更多 的外海海水，稀释港池中的污染水体，港区水质变好。
(2)由表8可以看出，徐圩港区一港池通道的净潮量都大于零，为进潮 占优的水体交换通道，二港池通道的净潮量都小于零，为出潮占优的水体交换通 道。由表6统计徐圩港区的半交换周期可看出，一港池的水体交换效果好于二港 池，可知进潮占优的通道对港池水质有更好的改善效果。原因在于：对于进潮占 优的通道，流入港池的外海海水多，对港池中的污染水体稀释作用强，污染水体 浓度易降低；出潮占优通道的进潮量小出潮量大，港池中的污染水体较少得到外 海海水的稀释，跟随出潮排出港池的污水，在港池外浅滩上难以快速扩散，部分 污水易被后续进潮水流再次带入港池中，导致港池水质难以得到明显改善。此外， 一港池和二港池又形成一个贯穿的通道(见图2)，则进潮占优的一港池中的污 染水体易向出潮占优的二港池聚集，也导致二港池水体的交换能力难以提高。
综上所述，进潮量是环抱式港池水体交换能力改善的主要决定因素；进潮占 优的通道对港池水体交换的改善效果优于出潮占优的通道。
步骤四：建设单通道和多通道的港区水体交换效果研究，分析环抱式港区水 体交换通道的布设方法及注意事项：
一是徐圩港区方案三单通道布置：针对徐圩港区方案三，改变水体交换通道 的设置方式，也就是只设单个水体交换通道：只设通道一(图7中的N1-W1)或 只设通道二(图7中的N2-W2)。在进行方案计算时，初始时刻设置及参数设置 均与规划方案的数学模型相同。根据计算结果，作如下统计：通过对流扩散模型 计算结果，统计得到这两种情况下各个港池的水体半交换周期，详见表9；在水 体交换通道端点布置流量采样断面N1或N2(图7)，通过水动力模块计算得到大 潮期间各采样断面的流量，并对流量时间过程积分，得到各采样断面的潮量(见 表10)。
表9徐圩港区工程方案三只开通道一或通道二的水体半交换周期

表10徐圩港区工程方案三只开通道一或通道二潮量统计

二是分析多通道建设的注意事项：根据徐圩港区多通道半交换周期(表6)、 进出潮量(表8)以及单通道计算结果(表9和表10)，对比分析设置单通道和 多通道对于水体交换能力的改善效果。
(1)徐圩港区水质改善效果单通道优于多通道。对比表6和表9可知，只开 通道一时，一、二港池的半交换周期为14天和15天，水体交换效果均有所改善； 徐圩港区开三个水体交换通道时，一港池的半交换周期为7天，水体交换效果改 善较好，但二港池的半交换周期需要23天，效果较差。
(2)港池间相互影响是导致多通道水体交换效果较差的主要原因。对比表8 和表10可知，多通道时，一港池进潮占优，二港池出潮占优，一港池排出的污 水有向二港池集聚的趋势，只设通道一时，港池相互影响消失，水体交换效果相 对较好。
三是水体交换通道的布设方式研究：对于徐圩港区单通道方案(通道一方 案)，因断面尺度与连云港区方案五一致，所以，在此主要针对这两者进行比较， 并就相关原因进行分析。
(1)连云港区的水体交换改善效果优于徐圩港区。对比表5和表9可知， 连云港区方案五的I区有很好的改善效果，半交换周期仅为1天，Ⅱ区、Ⅳ区水 体交换效果均在6天内，只有Ⅲ区的水体交换效果相对较长为12天；只开通道 一时，一、二港池的半交换周期则需要14天和15天。
(2)通道进潮量是连云港区水体交换效果优于徐圩港区的主要原因。由 表7和表10可知，连云港区和徐圩港区均为进潮占优通道，连云港区方案五的 进潮量为6.8×10⁶m³，徐圩港区只开通道一的通道进潮量为3.4×10⁶m³，前者为后 者的两倍，对于水质的改善效果也较为明显。
(3)通道与口门处潮差是影响通道进潮量的主要因素。由图8和图9可 以看出，连云港区通道处的潮位过程与口门之间存在明显的相位差，在平均潮位 至高潮位期间，通道处的潮位要高，潮差较大，是驱使外部海水进入港区的主要 动力；相比较而言，徐圩港区通道一与口门处的潮差相对较小，进潮量较小，水 质改善效果相对要弱。实际工程应用中，作为初步判断，应将通道口尽量设置在 涨潮传播方向的上游端，以增加通道与口门之间潮位过程线的相位差，提高进潮 量和水质改善能力。
步骤五，形成环抱式港区水体交换通道的设计方法：
水体交换通道应选择进潮占优的通道，且通道应尽量设置在潮波传播方向的 上游端，以增加通道与口门之间潮位过程线的相位差，提高进潮量和水质改善能 力；另外建设多条水体交换通道的环抱式港区，应避免出现其邻近港池分别为进 潮占优和出潮占优通道的情况，因为会导致污染水体向出潮占优通道港池聚集而 导致其港池水质进一步恶化。
本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。