朱 婷，艾小榆

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

廣海灣位于廣東省臺(tái)山市南，北部環(huán)陸，灣口向南，面向川山群島，東鄰黃茅海，西連鎮(zhèn)海灣。廣海灣工業(yè)園區(qū)位于廣海灣東都灣頂，園區(qū)大部分采用香港惰性拆建物料圍填而成。圍填海工程使海洋自然幾何屬性發(fā)生改變，引起水動(dòng)力環(huán)境的變化，海洋水動(dòng)力過(guò)程對(duì)其物質(zhì)輸運(yùn)等有重要影響[1]。以往研究者針對(duì)廣海灣已開展過(guò)很多工作，陳秋明等[2]以江門臺(tái)山為例，提出了廣海灣填海造地生態(tài)修復(fù)與景觀提升方案研究；孫璐等[3]對(duì)廣海灣內(nèi)長(zhǎng)達(dá)49個(gè)月的實(shí)測(cè)海浪資料統(tǒng)計(jì)分析得出廣海灣海浪要素的基本特征，并利用強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“黑格比”分析了臺(tái)風(fēng)波浪型的演變規(guī)律；祁偉等[4-5]以廣東臺(tái)山電廠為研究對(duì)象，建立了廣海灣海域二維潮流泥沙數(shù)學(xué)模型，能較好地模擬潮位站的潮位、各測(cè)站的流速以及流向，但圍填海工程建設(shè)方案對(duì)廣海灣海域水動(dòng)力環(huán)境的影響研究還較少。

本文采用Mike Flood平臺(tái)建立了廣海灣一、二維耦合水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，模擬廣海灣水動(dòng)力環(huán)境，分析香港惰性拆建物料圍填海工程建設(shè)方案對(duì)廣海灣海域水動(dòng)力環(huán)境的影響，研究成果可為廣海灣工業(yè)園區(qū)的建設(shè)與管理決策提供依據(jù)和參考。

1 項(xiàng)目概況

2006年1月27日，國(guó)家海洋局批準(zhǔn)廣東臺(tái)山廣海灣工業(yè)園區(qū)作為香港惰性拆建物料在內(nèi)地海域處置試點(diǎn)區(qū)，批準(zhǔn)處置量1000萬(wàn)t，面積674.44hm2；2012年7月5日，國(guó)家海洋局批準(zhǔn)臺(tái)山處置區(qū)(圍填區(qū))范圍擴(kuò)大至1040.95hm2，從北往南分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)和E區(qū)。處置區(qū)工程范圍北起烽火角大堤，緊鄰烽火角水道，南至鹿頸咀，東至273省道，西為廣海灣，距離烽火角水閘約7km。截至2018年10月，C區(qū)、D區(qū)和E區(qū)已基本完成圍填海，圍填?？偯娣e約655hm2，護(hù)岸為拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，河堤護(hù)岸為堆填混合料結(jié)構(gòu)。圍填工程位置示意圖如圖1所示。

圖1 圍填工程位置示意圖

2 數(shù)學(xué)模型的建立

2.1 一維模型

基于MIKE11[6]建立一維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，對(duì)研究區(qū)域河流進(jìn)行概化，烽火角水系包括大隆洞河、端芬河、斗山河和鎮(zhèn)口河，其余水系為白宵河、大馬河及小馬河區(qū)域以上河段，廣海灣周邊水系圖如圖2所示。烽火角水閘和白宵水閘根據(jù)調(diào)度原則按水工建筑物概化。各個(gè)河段綜合糙率見(jiàn)表1。

圖2 廣海灣周邊水系圖

表1 各河段綜合糙率表

2.2 二維模型

應(yīng)用MIKE21[7-8]二維水模擬軟件，將廣海灣海域作為二維研究區(qū)域，北至烽火角水道下游，南至上川島。上邊界為1、2、3和4號(hào)入河口，下邊界F1-F2邊界和F3-F4邊界。水下地形采用2009年測(cè)量海圖(比例尺：1∶75000)。模型上邊界取烽火角水道(1河口)、白宵河(2河口)、大馬河(3河口)、小馬河(4河口)各河口相應(yīng)頻率的洪水流量(MIKE11模型耦合計(jì)算成果)，F(xiàn)1-F2、F3-F4下邊界取相應(yīng)頻率的潮位過(guò)程。

2.3 模型耦合

模型耦合采用Mike Flood模塊[9-11]將MIKE11一維模型與MIKE21二維模型耦合計(jì)算，模型耦合示意圖如圖3所示。

圖3 耦合模型示意圖

2.4 邊界條件

圍填海工程建設(shè)方案的影響分析按照以洪為主和以潮為主2種工況計(jì)算，經(jīng)洪潮遭遇分析設(shè)計(jì)水面線采用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的洪水(潮位)與多年平均年最高潮位(洪水)組合的外包線。邊界條件見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算工況

2.5 率定驗(yàn)證

二維模型率定選用2020年廣海灣上川島站點(diǎn)(5月8日21：00—9日23：00)的潮位過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，以烽火角水閘閘下實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比分析。二維模型驗(yàn)證選用2019年廣海灣上川島站點(diǎn)(10月14日00：00—15日00：00)的潮位過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，以烽火角水閘閘下實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比分析。烽火角水閘閘下水位率定驗(yàn)證過(guò)程如圖4所示。

圖4 烽火角水閘閘下水位率定驗(yàn)證過(guò)程

采用2005年實(shí)測(cè)大潮(11月17日10：00—18日12：00)的潮位過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，選取廣海灣海域M測(cè)站流速和流向驗(yàn)證，分析成果如圖5所示。

圖5 M測(cè)站大潮流速及流向驗(yàn)證結(jié)果

3 對(duì)廣海灣泄洪納潮的影響分析

廣海灣海域的潮汐屬不規(guī)則半日潮，即在1個(gè)太陰日內(nèi)出現(xiàn)2次高潮和2次低潮，其潮高、潮差和潮歷時(shí)各不相等。模擬選用24小時(shí)設(shè)計(jì)潮位過(guò)程計(jì)算。

3.1 對(duì)潮位的影響

在廣海灣海域范圍內(nèi)取27個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行回填海工程前后潮位的對(duì)比分析，其特征點(diǎn)位置如圖6所示。其中t1—t8為廣海灣西側(cè)潮流模擬特征點(diǎn)，表征廣海灣西側(cè)深海海域潮流影響；t16—t20為廣海灣東側(cè)潮流模擬特征點(diǎn)，表征廣海灣東側(cè)深海海域潮流影響；t9—t15為廣海灣北面潮流模擬特征點(diǎn)，表征烽火角水系出海片區(qū)淺海海域潮流影響；t21—t27為處置區(qū)回填海工程區(qū)域模擬特征點(diǎn)，表征工程前后區(qū)域的潮流影響。

圖6 特征點(diǎn)位置示意圖

計(jì)算工況包括以潮為主和以洪為主2種工況，各個(gè)特征點(diǎn)工程前后潮位對(duì)比成果如圖7所示。由潮位分析成果可以看出，由下邊界往北至近海岸潮位是逐漸抬升的，工程前北部近海岸潮位比南部邊界高約0.2m。

圖7 工程前后特征點(diǎn)水位變化圖

回填海工程對(duì)廣海灣海域潮位的有一定影響，以洪為主工況影響較以潮為主工況影響稍大，以潮為主工況下，工程前后潮位最大變幅為0.03m，在工程片區(qū)的t21特征點(diǎn)附近，影響區(qū)域在1km范圍內(nèi)；以洪為主工況下，20年一遇洪水遭遇多年平均外潮時(shí)，工程前后潮位最大變幅為0.09m，在工程片區(qū)的t25特征點(diǎn)附近，影響區(qū)域在0.8km范圍內(nèi)。

3.2 對(duì)流場(chǎng)的影響

選取以潮為主工況下回填工程前后廣海灣海域流場(chǎng)圖進(jìn)行對(duì)比分析，分為高潮位、落急、低潮位、漲急4個(gè)時(shí)刻進(jìn)行描述。流場(chǎng)計(jì)算表明：漲潮時(shí)，上川島東、西兩通道往廣海灣中部上溯，匯合后北上至烽火角水系出口?？陂T處流勢(shì)最強(qiáng)，流速在1.0m/s左右，流向在300°左右，東口門流勢(shì)較西口門強(qiáng)。烽火角出口附近流勢(shì)較弱，流速在0.1m/s左右，流向在200°左右。落潮時(shí)，基本與漲潮流路相反。高潮位和低潮位2個(gè)時(shí)刻海域流勢(shì)相對(duì)較弱。口門處流速在0.50m/s左右。

回填工程前后對(duì)廣海灣海域流場(chǎng)整體影響不大，僅在工程區(qū)域附近有局部流勢(shì)的影響，漲潮時(shí)，在回填工程附近區(qū)域，因回填區(qū)域阻礙，潮流朝NW方向偏移，繞過(guò)區(qū)域繼續(xù)上溯。落潮時(shí)，潮流朝SW方向、SE方向偏移，然后匯合后分東、西2個(gè)口門出。以漲急為例，工程前后流場(chǎng)影響范圍在3km范圍內(nèi)；以落急為例，工程前后流場(chǎng)影響范圍在南向4km，西向2.5km范圍內(nèi)。

3.3 對(duì)納潮量的影響

根據(jù)100年一遇潮位過(guò)程分析，漲潮過(guò)程中，工程前東西兩側(cè)累積納潮量為21.636億m3，工程后東西兩側(cè)累積納潮量為21.265億m3，工程后減少納潮量0.371億m3，占工程前的1.71%，回填工程對(duì)納潮影響很小，工程前后廣海灣納潮量對(duì)比如圖8所示。

圖8 工程前后廣海灣納潮量對(duì)比圖

4 結(jié)論

(1)本文構(gòu)建Mike Flood模型研究回填工程對(duì)廣海灣潮位、流場(chǎng)和納潮的影響。從潮位來(lái)看，以潮為主工況下(P=1%)工程前后潮位最大變幅為0.03m；從流場(chǎng)來(lái)看，以漲急為例，工程前后流場(chǎng)影響范圍在3km內(nèi)。以落急為例，工程前后流場(chǎng)影響范圍在南向4km，西向2.5km內(nèi)；從納潮量來(lái)看，工程后減少納潮量0.371億m3，占工程前的1.71%。

(2)香港惰性拆建物料臺(tái)山處置區(qū)建設(shè)對(duì)廣海灣海域水動(dòng)力環(huán)境整體影響不大，此結(jié)論對(duì)廣海灣流域后續(xù)管理決策具有一定指導(dǎo)意義。圍填海工程對(duì)海域的影響除水動(dòng)力外，還應(yīng)綜合考慮其對(duì)海岸環(huán)境和生態(tài)的影響，后續(xù)可在此方面做更深層次的研究。