珠海横琴围填海工程规划方案防洪潮影响论证

朱秋菊，姚文斌，刘学明

（1．珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州510611；2．珠海蓝湾建设开发有限公司，广东珠海519031）

珠海横琴围填海工程规划方案防洪潮影响论证

朱秋菊1，姚文斌2，刘学明1

（1．珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州510611；2．珠海蓝湾建设开发有限公司，广东珠海519031）

构建了一、二维潮流数学模型，选择了洪水“96·6”、中洪水“99·7”、枯水“2001·2”“2005·6”（洪水大潮）、“2003·7”（中水大潮）和“9317”风暴潮6组有代表性的洪、中、枯水期的水文组合，模拟计算了横琴南部围填海工程近期、远期规划方案对附近水道及周边水域的影响，得出了远期规划方案对附近水道有明显不利影响的结论。

珠海横琴；围填海工程；近期规划；远期规划；防洪潮影响论证；潮流数学模型

0 引言

珠海市横琴围填海区位于横琴岛南部，西临磨刀门水道，南濒南海。根据围垦总体规划方案，该工程控制线范围内总面积为23．89 km2，其中，填海面积约20．64 km2，人工水道等水域面积为3．25 km2。围填海工程分近、中、远3期建设，其填海面积分别约为7．92 km2、7．87 km2、4．85 km2。

横琴南部围填海工程位于珠江泄流量最大的口门——磨刀门东岸。围填工程近期、远期规划方案实施后，将会改变磨刀门水道、洪湾水道、白龙河、十字门水道的净泄流量和分流比，势必会对磨刀门口门行洪造成一定影响。因此，对近期、远期规划方案开展防洪潮影响论证，对比分析近期、远期规划方案对磨刀门附近各水道行洪影响是很有必要的。

1 构建数学模型

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中前、后附近水域潮位、流速、流态及水道潮量和分流比变化［1～2］。

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了东、西、北江三角洲网河区及广州出海水道、潭江水道等，模拟河道长度约为1 750 km。二维数学模型研究范围上边界为三角洲八大口门出口控制水文站（网河区一维数学模型下边界），下边界为外海－30 m等高线，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、鸡啼门浅海区、黄茅海，模拟水域面积约为8 546 km2。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［3］

1．2．1 基本方程

网河区一维潮流数学模型采用一维圣维南方程组，连续方程和动量方程的表达式分别为式（1）和式（2）。

式中：Z为断面的平均水位，m；Q为断面的流量，m3／s；A为断面过水面积，m2；B为水面宽度，m；x、t分别为距离和时间；q为旁侧入流量，负值表示流出；β为动量校正系数；g为重力加速度；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。

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，表达式如式（3）～式（5）所示。

连续方程：

式中：vt为运动黏性系数，计算式如式（9）所示。

式中：a为系数；u*为摩阻流速；△s为空间步长。

1．2．2 计算方法

一维模型方程离散采用四点加权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交替方向隐式法（Alternating Direction Implicit，简称ADI）离散。

1．2．3 网格布置

一维模型共布设了3 449个断面，模拟河道长约1 750 km，断面间的距离为100～2 000 m。二维潮流数学模型共布置网格868 634个，最大网格尺寸约为257 m×206 m，最小网格尺寸约为75 m×52 m。

1．3 建模地形资料

对于一维潮流模型，西江干流采用2013年的实测地形图（1∶5 000），北江干流采用2012年的实测地形图（1∶10 000），东江水道采用2015年的实测地形图（1∶10 000），其余采用1999～2005年的河道地形资料。对于二维潮流模型，磨刀门河口区采用2011年实测的水下地形图（1∶10 000和1∶2 000），磨刀门外拦门沙附近采用2015年的实测地形图（1∶2 000），黄茅海、鸡啼门和深圳湾采用2012年实测地形图（1∶10 000），伶仃洋河口区模型统一采用2011年最新实测地形图（1∶10 000）。

2 计算条件

2．1 水文条件

主要选择近年洪、中、枯水期有代表性的洪水“98· 6”、中洪水“99·7”、枯水“2001·2”和较新的水文组合“2005·6”（洪水大潮）、“2003·7”（中水大潮）及“9317”风暴潮共6组［4］。6组水文条件的特征值如表1所示。

表1 选用的6组水文组合特征值Tab.1 Characteristics of the six selected hydrology combination

2．2 过程线选择

模型上边界采用实测逐时流量过程线。外海边界取至外海－30 m等高线，海区西边界起自黄茅海的大襟岛附近，东边界至香港水域。外海边界由潮汐调和常数给定逐时潮位过程线，并参考附近潮位站的潮位过程线进行微调。

3 模型验证

经过率定与验证，二维模型率定糙率为0．019～0．024，近河口糙率较小，近口门段糙率略大，外海区糙率较小。率定河床糙率基本符合河道实际情况［5］。

3．1 验证数据选择

磨刀门附近水域采用2011年12月4日10时～13日12时及2012年5月7日11时～14日12时洪、枯水期大、中、小潮期间磨刀门河口7个自选测站和大横琴潮位站的潮位、流速、流向等要素27 h的连续水文数据进行验证。

3．2 验证成果分析

洪、枯水期测点位置图如图1所示。部分水位、流速验证成果如图2～图4所示。

图1 磨刀门河口洪、枯水期测点位置图Fig．1 Measuring point location map of the flood and dry seasons in Modaomen estuary

图2 洪、枯水期大潮潮位验证成果Fig．2 Tide level verification results of spring tide in the flood and dry seasons

图3 枯水期大潮流速、流向验证成果图Fig．3 Verification results of flow velocity,direction of the spring tide in the dry season

图4 2012年洪水期大潮流速、流向验证成果图Fig．4 Verification results of flow velocity,direction of the spring tide in the flood season in 2012

由图2～图4可知，水位、流速、流向模型计算结果与实测数据基本吻合；潮位特征值验证误差绝大部分都小于±0．10 m；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。

4 防洪潮影响论证结果分析

（1）近、远期规划方案实施后，在洪水“98．6”水文组合条件下，规划方案附近水域工程前后流速变化等值线图如图6所示。由图6可知，远期规划方案工程实施后，流速发生变化的范围和幅度明显大于近期规划方案。

图6 “98．6”落急大潮工程前后流速变化等值线图Fig．6 Flow velocity contour map of the spring tide before and after the“98.6”fall project

（2）近期规划方案实施后，对磨刀门附近各水道净泄流量变化的影响幅度明显小于远期规划方案的影响幅度。在各计算水文条件下，近期规划方案实施后，磨刀门水道、十字门水道、洪湾水道净泄流量变化幅度依次为－0．19%、－0．62%、0．90%；远期规划方案实施后，磨刀门水道、十字门水道、洪湾水道净泄流量对应变化幅度依次为－0．69%、－3．33%、4．41%。

（3）近期规划方案实施后，对磨刀门附近各水道分流比和珠江河口八大口门分配比变化的影响幅度明显小于远期规划方案的影响幅度。在各计算水文条件下，近期规划方案实施后，洪湾水道、磨刀门水道、白龙河分流比变化幅度依次为0．05%、－0．06%、0．01%，十字门水道和澳门水道分流比变化幅度分别为－0．12%和0．12%；远期规划方案实施后，洪湾水道、磨刀门水道、白龙河分流比变化幅度依次为0．39%、－0．45%、0．06%，十字门水道和澳门水道分流比变化幅度依次为－0．62%和0．62%。近期规划方案实施后，珠江河口八大口门中磨刀门分配比减小0．01%，鸡啼门分配比增大0．01%，其他口门分配比基本不变；而远期规划方案实施后，磨刀门分配比减小到0．08%，鸡啼门分配比增大为0．04%，横门等东四口门分配比总量减小0．04%。

由上文可知，远期规划方案对磨刀门附近水道净泄流量、各水道分流比以及珠江河口八大口门分配比影响较近期规划方案影响幅度明显大很多。

5 结语

远期规划方案对磨刀门附近水道的泄流量、各水道分流比以及珠江河口八大口门分配比的影响较近期规划方案的影响大。远期规划方案对附近水道及周边水域流速的影响范围和幅度也明显比近期规划方案的大。磨刀门是珠江八大口门中泄量最大的口门，远期规划方案对磨刀门泄洪量的影响较大。远期规划方案实施后，在横琴岛和澳门中间的十字门水道出口净泄流量减小，口门水动力减弱，会引起水道内泥沙淤积及水体交换变弱，水道内水质可能会受到影响。因此，建议先行实施近期规划方案，而暂缓实施远期规划方案。在近期规划方案实施的同时，应注意加强对磨刀门附近水流变化情况的监测，根据监测情况同步采取一些必要的补救措施，尽量减小近期规划方案围垦工程对磨刀门附近水域的不利影响。

［1］朱秋菊．横琴新区南部围填海工程总体方案对珠江河口行洪纳潮影响研究报告［R］．广州：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，2014．

［2］陈丽棠，沈汉堃．珠江河口综合治理规划［R］．广州：珠江水利委员会，2010．

［3］黄胜，卢启苗．河口动力学［M］．北京：水利电力出版社，1990：67-92.

［4］刘俊勇，朱秋菊．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．

［5］李春初．中国南方河口过程与演变规律［M］．北京：科学出版社，2004：167-180.

[责任编辑 杨明庆]

Effect Demonstration on Flood and Tide Control for the Hengqin Sea Reclamation Planning Scheme in Zhuhai

Zhu Qiuju1，Yao Wenbin2，Liu Xueming1
（1．The Pearl River Hydraulic Research Institute（PRHRT），Guangzhou 510611，Guangdong，China；2．Zhuhai Blue Bay Construction＆Development Co．Ltd，Zhuhai 519031，Guangdong，China）

By using the 1D and 2D mathematical model，choosing the hydrology group of flood“98．6”，the medium flood“99．7”，the dry flood“2001．2”，the“2005．6”（flood spring tide），the“2003．7”（medium spring tide）and the“9317”storm tide，it simulates the effect of the recent and long－term sea reclamation planning scheme in the south of Hengqin district on the nearby waterways and the surrounding water．The conclusion is given that the long－term planning scheme has obvious adverse effect on nearby waterways．

Hengqin in Zhuhai；sea reclamation；recent planning scheme；long－term planning scheme；effect demonstration of flood and tide control；1D and 2D tide mathematical model

TV87

A

10．13681／j．cnki．cn41－1282／tv．2017．03．001

2017－03－27

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。