海南省新埠島水系水動力數(shù)值模擬研究

2021-09-27 02:23陳芳芳

黑龍江水利科技 2021年9期

陳芳芳，王敏

(中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司，天津 300222)

0 引言

一維水動力水質(zhì)模型基本理論漸趨成熟，在國內(nèi)外已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用，可以很好的解決工程實際問題。文章依據(jù)數(shù)值模擬[1-3]，對海南新埠島規(guī)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(guī)劃水系各河道的流向、水位及流量問題。同時基于對規(guī)劃水系污染負荷預(yù)測的結(jié)果，對5a一遇枯水期工況進行水質(zhì)模擬并建立多種調(diào)控措施，擬解決規(guī)劃水系水質(zhì)問題。

1 工程概況

1.1 新埠島現(xiàn)狀水系

圖1 新埠島現(xiàn)狀水系分布圖

新埠島位于?？谑袞|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(huán)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(nèi)部大都為魚塘，未形成連通的水系。關(guān)于水質(zhì)，南渡江及橫溝河的現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅲ類水質(zhì)。新埠島現(xiàn)狀水系分布如圖1所示。

1.2 新埠島規(guī)劃水系

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

圖2 新埠島規(guī)劃水系分布圖

2 新埠島水系洪水期一維水動力數(shù)值模擬分析

2.1 計算區(qū)域及邊界

新埠島河網(wǎng)水動力模型的研究區(qū)域主要包括南渡江和橫溝河兩條自然主干河道，島內(nèi)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(jù)?？诔鞘幸?guī)劃設(shè)計研究院提供的CAD圖紙予以確定。概化后的河網(wǎng)如圖1所示。

該河網(wǎng)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(jù)《新埠島大洋候鳥灣臨時護岸工程初步設(shè)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(jù)《新埠島控制性詳細規(guī)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(qū)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(jié)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(jīng)驗法得到其糙率為0.03-0.25，人工河道根據(jù)查表法得到其糙率為0.017-0.16。

2.3 新埠島河網(wǎng)水系計算結(jié)果分析

流向分析：通過本次數(shù)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(shè)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(xiàn)逐漸降低的趨勢，最終趨于邊界水位。R1的流量整體呈現(xiàn)平穩(wěn)-驟減-平穩(wěn)-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(dǎo)致R1流量突增；R2的流量呈現(xiàn)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(xiàn)慢減過程。R3、R4、R5、R17最高計算水位均在4-6m之間，沿規(guī)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(guī)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(guī)劃提供參考依據(jù)。