海南省新埠島水系水動力數值模擬研究

2021-09-27 02:23:38陳芳芳

黑龍江水利科技 2021年9期

關鍵詞：規劃

陳芳芳，王敏

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

0 引言

一維水動力水質模型基本理論漸趨成熟，在國內外已經得到了普遍應用，可以很好的解決工程實際問題。文章依據數值模擬[1-3]，對海南新埠島規劃水系50a一遇的洪水工況，進行了一維水動力模擬，擬解決新埠島規劃水系各河道的流向、水位及流量問題。同時基于對規劃水系污染負荷預測的結果，對5a一遇枯水期工況進行水質模擬并建立多種調控措施，擬解決規劃水系水質問題。

1 工程概況

1.1 新埠島現狀水系

圖1 新埠島現狀水系分布圖

新埠島位于海口市東北部南渡江入海口處，是南渡江入海口形成的三角洲平原地，四面環水，北臨瓊州海峽，東臨南渡江主流，西隔橫溝河與海甸島相望。新埠島內部大都為魚塘，未形成連通的水系。關于水質，南渡江及橫溝河的現狀水質為Ⅲ類水質。新埠島現狀水系分布如圖1所示。

1.2 新埠島規劃水系

新埠島水系規劃通暢原有兩條內河(南渡江及橫溝河)的流通性，同時改善兩條內河水體交換頻率，并在二河間辟建蜿蜒的水道,規劃中的水道共有17條，由這些水道串聯兩條內河形成島內河網系統。規劃水系概化后如圖2：(其中R1為橫溝河，R2為南渡江，R3為內橫溝河，R17為海甸溪，其他為新建河道)

圖2 新埠島規劃水系分布圖

2 新埠島水系洪水期一維水動力數值模擬分析

2.1 計算區域及邊界

新埠島河網水動力模型的研究區域主要包括南渡江和橫溝河兩條自然主干河道，島內為多條人工河道，概化后共十七條河道，各河道的地形、河長及具體的斷面形式，根據海口城市規劃設計研究院提供的CAD圖紙予以確定。概化后的河網如圖1所示。

該河網的邊界條件由一個上游流量邊界和5個下游水位邊界組成。根據《新埠島大洋候鳥灣臨時護岸工程初步設計報告(2014-08-26)》[6]，得出新埠島南渡江50a一遇的洪水流量值為8300m3/s，將該流量作為新埠島水系的上游流量邊界；根據《新埠島控制性詳細規劃(說明書)2008.8.13》報告得出新埠島水系多年平均高潮位為2.13m，將該高潮位定義為下游的5個水位邊界。

2.2 糙率率定與驗證

水系中橫溝河(R1)，南渡江(R2)以及海甸溪(R17)為天然河道，其余河道為人工河道。模型區域中的R2具有2008年與2010年的實測水面線，模型采用R2的2010年的實測水面線率定河道主槽糙率，然后用2008年實測水面線進行驗證。率定結果：天然河道R2的糙率范圍為0.025-0.35，R1、R17由于缺乏實測資料，采用經驗法得到其糙率為0.03-0.25，人工河道根據查表法得到其糙率為0.017-0.16。

2.3 新埠島河網水系計算結果分析

流向分析：通過本次數值模擬得出了R1至R17的各個河道的具體流向，如圖3所示。其中水系水流整體從東南方向向西北方向流動，基本符合地勢變化。

水位及流量分析：由圖4至圖20可知，在五十年一遇的設計洪水工況下，R1、R2的上游水位均超過6m，并像下游方向呈現逐漸降低的趨勢，最終趨于邊界水位。R1的流量整體呈現平穩-驟減-平穩-突增的趨勢，驟減是由于R1分流到天然河道R17，整體流量減少，R4的匯流導致R1流量突增；R2的流量呈現驟減-慢減的過程，驟減是由于分流到R1，R1為較大流量的天然河道；R2分流R1后，從上游到下游依次分流到較小的人工河道R3、R5、R8，故呈現慢減過程。R3、R4、R5、R17最高計算水位均在4-6m之間，沿規定里程方向水位遞減，各河道流量大小變化與分流、匯流一致。R6、R11、R15的最高計算水位在3-4m之間，沿規定里程方向水位遞增，各河道流量大小變化與分流、匯流一致；其余河道(R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R16)最高計算水位均在3m以下。通過這些直觀的展示，能夠為進一步的防洪規劃提供參考依據。