海南省新埠島水系水動力數值模擬研究

陳芳芳，王 敏

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

0 引 言

一維水動力水質模型基本理論漸趨成熟，在國內外已經得到了普遍應用，可以很好的解決工程實際問題。文章依據數值模擬[1-3]，對海南新埠島規(guī)劃水系50a一遇的洪水工況，進行了一維水動力模擬，擬解決新埠島規(guī)劃水系各河道的流向、水位及流量問題。同時基于對規(guī)劃水系污染負荷預測的結果，對5a一遇枯水期工況進行水質模擬并建立多種調控措施，擬解決規(guī)劃水系水質問題。

1 工程概況

1.1 新埠島現狀水系

圖1 新埠島現狀水系分布圖

新埠島位于?？谑袞|北部南渡江入?？谔?，是南渡江入海口形成的三角洲平原地，四面環(huán)水，北臨瓊州海峽，東臨南渡江主流，西隔橫溝河與海甸島相望。新埠島內部大都為魚塘，未形成連通的水系。關于水質，南渡江及橫溝河的現狀水質為Ⅲ類水質。新埠島現狀水系分布如圖1所示。

1.2 新埠島規(guī)劃水系

新埠島水系規(guī)劃通暢原有兩條內河(南渡江及橫溝河)的流通性，同時改善兩條內河水體交換頻率，并在二河間辟建蜿蜒的水道,規(guī)劃中的水道共有17條，由這些水道串聯兩條內河形成島內河網系統(tǒng)。規(guī)劃水系概化后如圖2：(其中R1為橫溝河，R2為南渡江，R3為內橫溝河，R17為海甸溪，其他為新建河道)

圖2 新埠島規(guī)劃水系分布圖

2 新埠島水系洪水期一維水動力數值模擬分析

2.1 計算區(qū)域及邊界

新埠島河網水動力模型的研究區(qū)域主要包括南渡江和橫溝河兩條自然主干河道，島內為多條人工河道，概化后共十七條河道，各河道的地形、河長及具體的斷面形式，根據海口城市規(guī)劃設計研究院提供的CAD圖紙予以確定。概化后的河網如圖1所示。

該河網的邊界條件由一個上游流量邊界和5個下游水位邊界組成。根據《新埠島大洋候鳥灣臨時護岸工程初步設計報告(2014-08-26)》[6]，得出新埠島南渡江50a一遇的洪水流量值為8300m3/s，將該流量作為新埠島水系的上游流量邊界；根據《新埠島控制性詳細規(guī)劃(說明書)2008.8.13》報告得出新埠島水系多年平均高潮位為2.13m，將該高潮位定義為下游的5個水位邊界。

2.2 糙率率定與驗證

水系中橫溝河(R1)，南渡江(R2)以及海甸溪(R17)為天然河道，其余河道為人工河道。模型區(qū)域中的R2具有2008年與2010年的實測水面線，模型采用R2的2010年的實測水面線率定河道主槽糙率，然后用2008年實測水面線進行驗證。率定結果：天然河道R2的糙率范圍為0.025-0.35，R1、R17由于缺乏實測資料，采用經驗法得到其糙率為0.03-0.25，人工河道根據查表法得到其糙率為0.017-0.16。

2.3 新埠島河網水系計算結果分析

流向分析：通過本次數值模擬得出了R1至R17的各個河道的具體流向，如圖3所示。其中水系水流整體從東南方向向西北方向流動，基本符合地勢變化。

水位及流量分析：由圖4至圖20可知，在五十年一遇的設計洪水工況下，R1、R2的上游水位均超過6m，并像下游方向呈現逐漸降低的趨勢，最終趨于邊界水位。R1的流量整體呈現平穩(wěn)-驟減-平穩(wěn)-突增的趨勢，驟減是由于R1分流到天然河道R17，整體流量減少，R4的匯流導致R1流量突增；R2的流量呈現驟減-慢減的過程，驟減是由于分流到R1，R1為較大流量的天然河道；R2分流R1后，從上游到下游依次分流到較小的人工河道R3、R5、R8，故呈現慢減過程。R3、R4、R5、R17最高計算水位均在4-6m之間，沿規(guī)定里程方向水位遞減，各河道流量大小變化與分流、匯流一致。R6、R11、R15的最高計算水位在3-4m之間，沿規(guī)定里程方向水位遞增，各河道流量大小變化與分流、匯流一致；其余河道(R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R16)最高計算水位均在3m以下。通過這些直觀的展示，能夠為進一步的防洪規(guī)劃提供參考依據。

圖3 新埠島水系各河道流向分布圖

圖4 R1里程-水位、流量分布圖 圖5 R2里程-水位、流量分布圖

圖6 R3里程-水位、流量分布圖

圖7 R4里程-水位、流量分布圖

圖8 R5里程-水位、流量分布圖

圖9 R6里程-水位、流量分布圖

圖10 R7里程-水位、流量分布圖

圖11 R8里程-水位、流量分布圖

圖12 R9里程-水位、流量分布圖

圖13 R10里程-水位、流量分布圖

圖14 R11里程-水位、流量分布圖

圖16 R13里程-水位、流量分布圖

圖17 R14里程-水位、流量分布圖

圖18 R15里程-水位、流量分布圖

圖19 R16里程-水位、流量分布圖

圖20 R17里程-水位、流量分布圖

4 結 論

通過概化新埠島水系，計算確定了50a一遇洪水期工況下水系中各河道的水流流向及各河道的里程-水位-流量曲線，給出了河網的流向分布、流速分布及流量分布，為防洪規(guī)劃提供了一定的參考依據。