珠江河口某围垦规划方案防洪潮影响论证

朱秋菊，马志鹏，陈娟，熊静

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州510611）

珠江河口某围垦规划方案防洪潮影响论证

朱秋菊，马志鹏，陈娟，熊静

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州510611）

构建了一、二维潮流数学模型，选择近年洪、中、枯有代表性的6组洪水，模拟计算了珠江河口某围垦规划方案对周边水域的影响，分析了规划方案对横门及横门南支泄洪纳潮的不利影响，提出了对不利影响的防止与补救措施。

珠江河口；防洪潮；影响论证；一、二维潮流数学模型；模型验证；防治措施

0 引言

某围填规划方案位于珠江河口横门垦区南侧浅滩区，东侧是横门和洪奇门汇合延伸段，西侧是横门南支，南面为淇澳岛。该围垦区分为南、北两人工岛，其中北人工岛6.52 km2，南人工岛3.41 km2，面积共9.93 km2。

围填方案实施后，将会改变横门南汊、横门和洪奇门汇合延伸段乃至伶仃洋水域的水沙运动规律，势必会对珠江河口行洪纳潮、滩槽演变及河势稳定产生影响。因此，对其开展防洪潮影响论证，并针对性地提出工程补救措施是十分必要的。

1 数学模型

本项目采用珠江河口区一、二维联解整体潮流数学模型计算规划方案前、后附近水域的潮位、流速、流态及水道潮量和分流比变化。

1.1 数学模型研究范围及边界

一维数学模型研究范围包括东、西、北江三角洲网河区及广州出海水道、潭江水道等，模拟河道长度约1 750 km。

二维数学模型研究范围包括伶仃洋浅海区、大亚湾、大鹏湾、香港水域、深圳湾、澳门浅海区、磨刀门浅海区，模拟水域面积约6 514 km2。

模型上边界取自各三角洲控制站，如西江的马口站、北江的三水站、白坭河的老鸦岗站、增江的麒麟咀站、东江的博罗站、潭江的石咀水位站；下边界取至外海－30m等高线；海区西边界为磨刀门三灶珠海机场；东边界至香港水域。

一、二维模型联解点设在虎门的大虎断面、蕉门的南沙断面、洪奇门的冯马庙断面、横门的横门断面及磨刀门的灯笼山站断面。

1.2 数学模型计算原理

1.2.1 基本方程［1］

网河区一维潮流数学模型采用一维圣维南方程组，其表达式如式（1）和式（2）所示。

式中：Z为断面平均水位，m；Q为断面流量，m3／s；A为过水面积，m2；B为水面宽度，m；x为距离，m；t为时间，s；q为旁侧单宽入流量，m2／s，负值表示流出；β为动量校正系数；g为重力加速度，m／s2；Sf为摩阻坡降，采用曼宁公式计算，Sf=g/C2，C=h1/6/n；ul为单位流程上的侧向出流流速在主流方向的分量，m／s。

河口区二维潮流数学模型采用贴体正交曲线坐标系下的二维潮流控制方程，并引入通度系数，表达式为式（3）～式（5）。

连续方程：

式中：θc为对应离散单元的面通度，是网格中能够被流体通过的面积（网格面积减去网格中固体或障碍物的面积）与整个网格面积之比，定义在网格中心；θζ、θη分别为对应于离散单元的ζ、η方向线通度，为该方向上能够被流体通过的网格长度与该网格总长之比，定义在网格边界上；u、v为ζ、η方向流速分量，m／s；h为水位，m；H为水深，m；g为重力加速度；f为柯氏力系数；fs为风阻力系数；ρa为空气密度，kg／m3；Cζ、Cη为系数，；其中，vt为紊动黏性系数，即，vt=auΔs。a为系数；u为摩阻流速；Δs为空间步长。

1.2.2 计算方法

一维模型方程离散采用4点加权Preissmann固定网格隐式差分格式。求解时，采用较为成熟的河网三级联解算法。二维模型基本方程组采用ADI法离散。

1.2.3 网格布置

一维模型共布设了3449个断面，模拟河道长度约1750km，模型断面距离约100～2000m不等。二维潮流数学模型共布置网格1152×1190个，最大网格尺寸约为134 m×64m，最小网格尺寸约为22m×9m。

1.2.4 建模地形资料

西、北江网河水道采用1999～2005年河道地形资料，东江三角洲采用1997年、2002年、2004年测量的河道地形断面资料，东江干流及北干流采用2002年测量的1∶5 000河道地形资料，狮子洋采用1995年和2005年测量的1∶10 000河道地形资料，规划方案附近采用实测最新地形资料。

2 计算水文条件［2～6］

2.1 设计洪水

因为横门和洪奇门为河优型河口，以河流作用为主，这里只考虑以洪为主设计洪水组合，不考虑以潮为主洪水组合。设计洪水采用2007年国务院批准的《珠江流域防洪规划》西江干流马口站、北江干流三水站多年各级频率设计洪峰流量（部分归槽），如表1所示。

表1 设计洪峰流量成果表Tab.1 Designed peak flow results

2.2 设计潮位

设计潮位采用多年汛期最高潮位均值（如表2所示）。

2.3 典型年洪水过程

主要选择近年洪、中、枯有代表性的洪水“2005.6”、洪水“1998.6”、中洪水“1999.7”、中水“2003.7”、枯水“2001.2”及“9317”风暴潮共6组。

表2 主要站点多年汛期高潮位均值表Tab.2 High water level in flood season for m any years of the main stations

3 模型验证

经过率定与验证，二维模型率定粗糙度一般在0.02～0.025之间，近河口糙率较小，近口门段粗糙度略大，外海区粗糙度较小。率定河床粗糙度基本符合河道实际情况。

潮水位验证成果见表3。规划方案附近流速实测点流速、流向验证成果见图1。由验证成果图表可见，水位、流速、流向模型计算成果与实测数据基本吻合；潮位特征值验证误差绝大部分小于±0.10m；流速和流向验证过程与实测过程吻合较好，相位基本一致，误差基本在±10%以内，满足计算精度要求。

表3 a“98.6”洪水潮位验证成果（伶仃洋水域）Tab.3a Verification results of the“98.6”flood level

表3 b“2001.2”枯水潮位验证成果统计（珠江三角洲网河区）Tab.3b Verification results of the“2001.2”low w ater level

4 计算结果分析及采取的措施

4.1 主要成果分析

数学模型主要成果及不利影响如下：

（1）规划围垦区所在的浅滩区是横门南支径流向汇合延伸段下泄的通道，其洪水组合分流量占南支净泄流量的10%～18.6%。同时，该围垦区也是南支重要的涨潮通道。规划方案后，规划围垦区阻挡了大部分的南支入汇合延伸段的落潮通道，直接抬高南支洪水位、减小南支分流比和降低南支涨落潮量，其出口处洪水高水位壅高值达0.025m，枯水高潮位降低0.031m，不利于南支甚至横门的行洪纳潮，影响规划方案附近河涌的排涝、灌溉能力。

（2）规划方案实施后，横门南支分流比减小，横门北汊分流增加。横门北汊的流势增强将导致与洪奇沥下泄水流相互的顶托增强，不利于两者的泄洪。

图1 流速、流向验证成果图Fig.1 Verification results of flow velocity,d irection

（3）围垦水域达9.93 km2，减少了纳潮容积，造成金星门、淇澳东断面涨潮量减小。根据流速变化分析结果，纳潮量的减少主要是由于淇澳岛东西两侧水流流速减少所致。

4.2 防治补救措施及效果分析［7］

由于规划方案对横门行洪纳潮、附近河涌排涝灌溉具有一定影响，采取补救措施是十分必要的。具体补救措施为：在泄洪整治措施中，将围垦区周边水域疏浚至－3.5m（高程）。由于围垦区之间通道、南北两侧水域主要是潮流的连接地带，水动力弱，泥沙来源丰富，且在周边浅滩波浪作用下易于回淤，因此主要考虑疏浚横门南支主槽。同时，围垦区与原横门垦区之间的通道未来作为渔船通航航道，也适当进行疏浚。疏浚的范围为：治导线与西侧主槽之间的浅滩，疏浚高程为－4.0m，如图2所示。

计算结果表明，采取补救措施后，基本消除了围垦方案对横门及横门南支泄洪纳潮的不利影响。与现状相比，洪水条件下横门南支高潮位降低0.002m、低潮位降低0.023m；洪水条件下横门南支分流增加了0.18%。

5 结语

综上所述，通过模型计算，较好地模拟了规划方案对附近水域潮位、流速、流量和分流比等的影响情况，得出了较为可靠的防洪评价成果，提出了防治规划方案不利影响的措施。虽然横门垦区与围垦区之间横向支汊过流断面远小于横门南支主汊，过流能力很弱，但其疏浚深度需要慎重考虑。如该部分疏浚深度过大，则可能其过流能力显著增加，进而影响两侧主行洪通道的稳定。因此，在后续的规划实施阶段，需要结合具体建设方案，对补救措施进行深入研究。

图2 补救措施方案开挖范围示意图Fig.2 Excavation range of remedial measures scheme

参考文献：

［1］D J Ball.Simulation of piers in Hydraulics models［J］.Journal of W aterw ays Harbors＆Coast Eng Div，1974，100：1－10.

［2］李春初.中国南方河口过程与演变规律［M］.北京：科学出版社，2004：18－50.

［3］珠江水利委员会珠江水利科学研究院.广州港南沙港区三期工程防洪评价［R］.广州：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，2009.

［4］水利部珠江水利委员会.珠江流域防洪规划［R］.广州：水利部珠江水利委员会，2007.

［5］水利部珠江水利委员会.珠江河口综合治理规划［R］.广州：水利部珠江水利委员会，2010.

［6］水利部珠江水利委员会.伶仃洋治导线规划报告［R］.广州：水利部珠江水利委员会，1998.

［7］珠江水利委员会珠江水利科学研究院.中山翠亨新区横门南滩涂开发利用规划方案防洪潮影响论证报告［R］.广州：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，2014.

[责任编辑 杨明庆]

On Flood and Tide Control Demonstration of Reclamation Planning Scheme in T he Pearl River Estuary

ZHU Qiu－ju，MA Zhi－peng，CHEN Juan，XIONG Jing
（Pearl River Water Conservancy Science Research Institute，Guangzhou 510611，Guangdong，China）

It builds one and two dimensional tidal current mathematical model，calculates the influence of reclamation planning scheme on surrounding waters in the Pearl River e stuary through selecting six groups of flood in recent years，and analyzes the bad influence of planning scheme on hengmen and its south branch flood discharge and put s forward the prevention and remedial measures.

the Pearl River Estuary；flood and tide control；demonstration；one and two dimensional tidal current mathematical model；model validation；prevention and remedial measures

TV82

A

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.002

2016-06-29

朱秋菊（1976-），女，河南方城人，高级工程师，硕士，主要从事防洪论证、流域规划等工作。