陳芳芳,王 敏
(中水北方勘測設計研究有限責任公司,天津 300222)
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。
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。
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
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。
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。
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
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。