港口是世界经济增长的重要推动力量,也是人类活动与环境问题有着强烈冲突的场所。绿色生态港口是新一代港口的主要发展模式,如何在港口的规划、设计、施工和运营中加强环境保护工作,实现“港区—人—自然”的和谐相处具有重要的理论和应用意义。本文在详细分析国内外研究现状的基础上,运用数值模拟的方法,采用大、小两层模型嵌套方式,构建了天津港和南港水动力模型。利用天津港模型模拟结果获取南港水动力模型的开边界条件,实现了港区水动力的高分辨模拟。研究综合考虑季节主导风力和潮流的影响,利用保守性可溶示踪剂和拉格朗日粒子追踪模型,分别对天津南港工业区东、西港池水交换能力,东、西港池水交换能力改善及东港池溢油扩散清除工程选址进行了研究,主要结论为:东港池水交换能力较强,通过4.98天就能完成水体更新,但东港池各区域水交换能力存在明显差异。港池口门处水交换能力最强,中部次之,港池底部水交换能力最弱。不同风况对港池的水交换能力产生影响,北风能提高港池水交换能力(4.84天),而南风则降低水交换能力(5.89天)。东西港池水交换能力差异显著,西港池距离海域口门较远,水体交换能力很弱。人工开渠后,西港池仅需要41天,就可达到工程前100天时相同的水体更新程度。研究发现,通过人工开渠的方式,能够显著提升西港池的水交换能力。在东港池各子区域内布设油粒子,预测浮油的迁移轨迹。根据油粒子轨迹密度负荷位置,布置清污设备,可以实现清油位置优选,提高了清油效率。研究考虑风的影响,比较不同清理方案下的清理效率,得到了最佳清理工程选址位置。结果显示,设置在天津南港工业区口门南侧防波堤附近的清理方案具有较高的清理效率(普遍可达60%以上),其中效果最优的清理方案6,在不同风况条件下可以保持80%左右的清理效率,大幅度提高清污效率。同时,清理方案还可以降低溢油和突发事故对于天津南港海域水环境的影响。