海南省新埠岛水系水动力数值模拟研究

2021-09-27 02:23陈芳芳

黑龙江水利科技 2021年9期

陈芳芳，王敏

(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

0 引言

一维水动力水质模型基本理论渐趋成熟，在国内外已经得到了普遍应用，可以很好的解决工程实际问题。文章依据数值模拟[1-3]，对海南新埠岛规划水系50a一遇的洪水工况，进行了一维水动力模拟，拟解决新埠岛规划水系各河道的流向、水位及流量问题。同时基于对规划水系污染负荷预测的结果，对5a一遇枯水期工况进行水质模拟并建立多种调控措施，拟解决规划水系水质问题。

1 工程概况

1.1 新埠岛现状水系

图1 新埠岛现状水系分布图

新埠岛位于海口市东北部南渡江入海口处，是南渡江入海口形成的三角洲平原地，四面环水，北临琼州海峡，东临南渡江主流，西隔横沟河与海甸岛相望。新埠岛内部大都为鱼塘，未形成连通的水系。关于水质，南渡江及横沟河的现状水质为Ⅲ类水质。新埠岛现状水系分布如图1所示。

1.2 新埠岛规划水系

新埠岛水系规划通畅原有两条内河(南渡江及横沟河)的流通性，同时改善两条内河水体交换频率，并在二河间辟建蜿蜒的水道,规划中的水道共有17条，由这些水道串联两条内河形成岛内河网系统。规划水系概化后如图2：(其中R1为横沟河，R2为南渡江，R3为内横沟河，R17为海甸溪，其他为新建河道)

图2 新埠岛规划水系分布图

2 新埠岛水系洪水期一维水动力数值模拟分析

2.1 计算区域及边界

新埠岛河网水动力模型的研究区域主要包括南渡江和横沟河两条自然主干河道，岛内为多条人工河道，概化后共十七条河道，各河道的地形、河长及具体的断面形式，根据海口城市规划设计研究院提供的CAD图纸予以确定。概化后的河网如图1所示。

该河网的边界条件由一个上游流量边界和5个下游水位边界组成。根据《新埠岛大洋候鸟湾临时护岸工程初步设计报告(2014-08-26)》[6]，得出新埠岛南渡江50a一遇的洪水流量值为8300m3/s，将该流量作为新埠岛水系的上游流量边界；根据《新埠岛控制性详细规划(说明书)2008.8.13》报告得出新埠岛水系多年平均高潮位为2.13m，将该高潮位定义为下游的5个水位边界。

2.2 糙率率定与验证

水系中横沟河(R1)，南渡江(R2)以及海甸溪(R17)为天然河道，其余河道为人工河道。模型区域中的R2具有2008年与2010年的实测水面线，模型采用R2的2010年的实测水面线率定河道主槽糙率，然后用2008年实测水面线进行验证。率定结果：天然河道R2的糙率范围为0.025-0.35，R1、R17由于缺乏实测资料，采用经验法得到其糙率为0.03-0.25，人工河道根据查表法得到其糙率为0.017-0.16。

2.3 新埠岛河网水系计算结果分析

流向分析：通过本次数值模拟得出了R1至R17的各个河道的具体流向，如图3所示。其中水系水流整体从东南方向向西北方向流动，基本符合地势变化。

水位及流量分析：由图4至图20可知，在五十年一遇的设计洪水工况下，R1、R2的上游水位均超过6m，并像下游方向呈现逐渐降低的趋势，最终趋于边界水位。R1的流量整体呈现平稳-骤减-平稳-突增的趋势，骤减是由于R1分流到天然河道R17，整体流量减少，R4的汇流导致R1流量突增；R2的流量呈现骤减-慢减的过程，骤减是由于分流到R1，R1为较大流量的天然河道；R2分流R1后，从上游到下游依次分流到较小的人工河道R3、R5、R8，故呈现慢减过程。R3、R4、R5、R17最高计算水位均在4-6m之间，沿规定里程方向水位递减，各河道流量大小变化与分流、汇流一致。R6、R11、R15的最高计算水位在3-4m之间，沿规定里程方向水位递增，各河道流量大小变化与分流、汇流一致；其余河道(R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R16)最高计算水位均在3m以下。通过这些直观的展示，能够为进一步的防洪规划提供参考依据。