基于水动力模型的防洪工程水环境影响分析

王民

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006）

随着福州市“全面开发南台岛，建设福州新城区”的发展规划，对仓山区环岛堤防防洪体系提出了更高的要求，为了满足南台岛闽江北港南岸防洪排涝要求，工程新建堤防7.6 km，新建壁头排涝泵站（闸）、马杭洲排涝泵站（闸）及清富水闸。

工程建设将带动岛内开发建设，改善交通，建成后可防御外江洪水的侵害，排除内渍涝水，保障经济建设及人民生命财产安全。但是堤防及闸站建设占用了一定的河道水面和滩涂，将对河道水文情势产生一定的影响，进而对闽江河道盐度上溯及河流水质产生影响。文中在建立工程区域二维水动力模型的基础上，对工程建设前后的水动力及水质进行数值模拟研究，判断工程建设的影响程度和环境合理性，并提出工程方案的合理化建议。

1 模型建立

采用平面二维水动力方程组进行水动力场模拟，采用守恒形式的二维对流扩散方程进行水质、盐度模拟，并采用有限体积法（FVM）进行水动力学计算，采用全变差缩小格式（TVD）计算各跨单元边的水量、动量与污染物通量[1]。

模型以水口水电站最小生态流量308 m3/s为上边界，以典型枯水期大潮日王官头及琅岐大桥水位随时间的变化值为下边界，以典型枯水期大樟溪流量过程为支流边界，分别对天然岸线（工况一）及拟建岸线（工况二）状态下闽江下游水动力、水质及咸潮上溯情况进行模拟分析。

利用2期（大、小潮）闽江下游河道全潮水位、流量观测结果，对水动力模型中的各项参数进行率定与验证，同时期实测竹岐～闽江口氯离子浓度过程用于率定、验证水质及盐度模型中的扩散系数。经过率定及验证，模型计算结果的水位、流量相位均与实测值基本吻合，断面潮量偏差小于10%，符合《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》[2]，可见该二维水动力模型可以较好的适用于闽江下游河段的水动力模拟。

2 工程对河流水文情势的影响

2.1 南北港流量变化分析

南北港分流比对闽江福州段水体水质影响较大，故计算出南北港涨退潮流量对闽江水质预测及下游水源保护具有重大意义。各工况南北港进口文山里断面及科贡断面流量见表1。

工况一文山里断面涨、退潮水量约占南北港总水量的31.7%、29.8%，科贡断面涨退潮水量约占总水量68.3%、70.2%；工况二文山里断面涨、退潮量约占总水量的31.8%、29.7%，科贡断面涨退潮水量约占总水量的68.2%、70.3%。由此可知，工程建设对南、北港流量过程及分流比影响很小。

表1 计算工况下南北港流量对比

2.2 芦岐洲水道流量变化分析

芦岐洲水道水动力状况对芦岐洲湿地保护具有重大意义，为了解工程前后该水道水动力变化情况，选取水道上三个典型断面，对其流量进行比较。各计算工况芦岐洲水道流量过程见表2。

表2 计算工况下芦岐洲水道流量对比

由表2可知，相比天然岸线，拟建岸线占用部分芦岐洲水道，使得该水道水动力条件出现了一定的减弱。

2.3 河道局部流态影响分析

根据枯水期工程所在河段建设前后流场图（图略）。可知，枯水期工程水域未被防洪堤围起部分大潮涨、落急时刻工程前后的总体流向及流速均变化不大。北港河道主流靠近左岸，冲淤状态仍保持着左岸冲刷为主，右岸淤积为主的特点。南港乌龙江峡谷至道庆洲河道主流位于中泓，两岸均有不同程度的淤积，道庆洲两边南港主流则分为两汊，其中南汊特点较为明显，为左淤右冲。

3 工程对盐度上溯的影响

不同工况咸潮上溯计算结果表3，从结果可知：

表3 250 mg/L氯化物等浓度线上溯距离

由于北港河道防洪堤挡潮作用，工况二条件下250 mg/L氯化物等浓度线，比工况一往下游后退了0.11 km；南港河道250 mg/L氯化物等浓度线基本不变，还是维持在广序水厂取水口上游5.68 km处。综合比较可知，这次工程建设对咸潮上溯有少许的压制作用，但仍不足以根本解决盐水上溯的问题。

4 工程对闽江水质的影响

闽江下游主要超标污染物为氨氮[3]，故在数值模拟中选取氨氮为特征因子进行模拟计算。

4.1 对南、北港水质的影响分析

福州市区各规划排污口主要分布于闽江干流及南北港两侧，共10个排污口，各排污口执行（GB18918-2002）《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B标准，因此模型计算中氨氮源强浓度以15 mg/L计算。根据实地调查，各排口污水日排放量3×104～60×104t/d不等。

计算防洪排涝工程建设前后各排污口排放污染物，对闽江下游水体影响的变化情况，计算结果可知，由于工程建设前后对南北港分流比影响几乎没有影响，南北港整体水动力条件变化极小，故工程前后南北港污染带分布基本没有变化。

4.2 排涝对水质的影响分析

防洪排涝工程建设完成后，将会改变工程区沿岸污染物的入河方式，原本通过各内河汇入闽江水体的污染物将分别通过壁头、马杭洲及清富水闸（泵）进入闽江。排涝水中除氨氮等污染物质外，泥沙含量也较大，选取氨氮及SS分别计算区域排涝对闽江下游水体影响，可知，涨憩时区域涝水对闽江下游水体影响较小，仅在三个水闸沿岸形成小范围污染带；落憩时沿岸污染带影响大于涨憩，特别是芦岐洲水道水动力条件较弱，壁头水闸排放污染物会对该水道水体造成一定影响。由于闽江下游整体涨退潮量较大，具有较强的稀释能力，故集中排涝水不会对下游水源地取水口水质造成影响[4]。

5 结论与建议

福州闽江北港南岸防洪工程建设对闽江南北港分流比影响几乎没有影响，南北港整体水动力条件变化极小，故工程前后南北港污染带分布基本没有变化。同时，闽江下游整体涨退潮量较大，具有较强的稀释能力，故集中排涝的内河水不会对下游水源地取水口水质造成影响。

但是根据计算分析，工程对卢岐州水道的占用导致了该水道水动力条件出现了一定的减弱，将对水道内的水环境和卢岐州湿地的生态环境造成一定影响。因此建议减少对卢岐州水道的占用，尽量沿现状自然岸线布置堤线，维持卢岐州水道的水动力现状，降低工程带来的环境影响。

［参 考 文 献］

［1］戴枫勇，程永隆，沈恒，等.闽江下游河床演变对水动力影响分析［C］.福建省科协第12届学术年会水利分会场论文集.2012：266-270.

［2］TJT/T233-98，海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程［S］.

［3］洪小筠.闽江下游感潮河段水污染特性分析［J］.水利科技，2010（03）：4-5+16.

［4］石成春.闽江下游感潮河段城市排污规划对饮用水源水质影响研究［J］.海峡科学，2011（11）：3-8.