圍墾工程對(duì)近海及河口水動(dòng)力影響的數(shù)值分析

圍墾工程對(duì)近海及河口水動(dòng)力影響的數(shù)值分析

恢復(fù)項(xiàng)目已成為沿海地區(qū)充分利用土壤資源、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。如何科學(xué)合理地管理和開(kāi)發(fā)是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。其中，恢復(fù)項(xiàng)目對(duì)周?chē)蛩统练e物形成的影響分析尤為重要。這與沿海地區(qū)資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展有關(guān)。本文根據(jù)溫州海上和港口二維水流值計(jì)算模式，根據(jù)溫州海灘恢復(fù)計(jì)劃，以2002年為標(biāo)準(zhǔn)年（現(xiàn)狀），結(jié)合河道洪水條件和旱流量條件，模擬每十天計(jì)算一次。從水位、流速和河口洪水流量三個(gè)方面論述了最近（包括建設(shè)區(qū)）、中期和長(zhǎng)期（包括南門(mén)）幾天的恢復(fù)項(xiàng)目對(duì)沿海和河口水動(dòng)力的影響。1水位潮汐位置的影響為了研究不同階段圍墾工程對(duì)河口水位的影響,在圍墾工程附近及口門(mén)內(nèi)外布設(shè)了27個(gè)潮位分析點(diǎn),如圖2所示.1.1b近、中期圍墾工程實(shí)施前后水動(dòng)力環(huán)境特征引導(dǎo)變化在上游洪峰流量情況下,口門(mén)內(nèi)徑流動(dòng)力增強(qiáng),沿河道越向上游,徑流效應(yīng)越明顯;而向口門(mén)外,受潮汐頂托作用的影響,徑流動(dòng)力減弱,主要以潮汐作用為主.潮徑共同作用導(dǎo)致口門(mén)附近水動(dòng)力較口內(nèi)相對(duì)復(fù)雜.二維水流數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:遠(yuǎn)期(含南口)圍墾工程實(shí)施后,口門(mén)外特別是甌江入?？陂T(mén)外的部分灘涂被圍墾,使得通過(guò)口門(mén)沿河道上溯的納潮量相對(duì)減少,同時(shí)洪季較強(qiáng)的徑流作用也進(jìn)一步減小了潮流的影響范圍,徑潮比有所提高,但與此同時(shí),口門(mén)附近的灘涂圍墾也在一定程度上使得口門(mén)內(nèi)的徑流下泄受阻.不同圍墾工程階段,口門(mén)內(nèi)外的水動(dòng)力特性變化趨勢(shì)并不完全一致.近、中期圍墾工程主要集中布置在口門(mén)兩翼,其特征潮位的變化規(guī)律也具有一致性,即隨著圍墾工程的逐漸實(shí)施和圍墾面積的不斷增大,對(duì)應(yīng)于各分析點(diǎn)的最高潮位逐漸減小.遠(yuǎn)期圍墾工程尤其是南口圍墾工程實(shí)施后,甌江南入海通道被封堵,整個(gè)甌江口門(mén)的水動(dòng)力環(huán)境將發(fā)生明顯變化,特征高潮位并非一味減小,個(gè)別點(diǎn)處的特征潮位甚至高于圍墾工程前.圖3給出了洪季甌江口門(mén)內(nèi)外洪季最高和最低潮位沿程分布.從圖3可以看出:口門(mén)內(nèi)最高潮位在近、中期圍墾工程實(shí)施后略有減小,而遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,從北口至口內(nèi)(1～8號(hào)潮位分析點(diǎn))最高潮位卻有所增大并出現(xiàn)一定程度的壅水,特別是七都島附近的最高潮位增大近30cm,同時(shí)口門(mén)處沿程最低潮位也有所抬升.這與遠(yuǎn)期工程中甌江南口受封堵而導(dǎo)致的口內(nèi)徑流下泄受阻有關(guān).而在口門(mén)及口門(mén)外(自靈昆島東岸向外海一帶),沿岸最高潮位均較規(guī)劃工程實(shí)施前有所減小,而最低潮位則有所增大,潮差減小.這是由于南口圍墾工程引起的上游徑流下泄受阻以及口門(mén)附近潮汐動(dòng)力減弱共同作用的結(jié)果.就河道內(nèi)不同地段的潮位變化趨勢(shì)而言,近、中期圍墾工程實(shí)施后(即南口未被封堵前),口內(nèi)的最高潮位變化較小,圍墾工程對(duì)特征潮位的影響不大.遠(yuǎn)期圍墾工程(含南口圍墾工程)實(shí)施后,從甌江北口上溯最高潮位沿程呈明顯增大趨勢(shì).因?yàn)槌毕秃涌?甌江)在洪季潮區(qū)界內(nèi)徑流作用強(qiáng)于潮汐作用,口門(mén)附近局部被圍后,徑流下泄受阻效應(yīng)要強(qiáng)于潮汐強(qiáng)度減弱的效應(yīng),所以自靈昆島以西河道內(nèi)水位出現(xiàn)壅高現(xiàn)象.而口外(靈昆島以東)水域較寬,潮汐作用強(qiáng)于徑流作用,加上圍墾工程在一定程度上減弱了周邊海域的潮汐動(dòng)力,使得最高潮位略微降低,也相當(dāng)于向外延伸了河口的長(zhǎng)度,在坡降比一定的情況下勢(shì)必會(huì)增加水頭差.1.2潮位沿程分布枯季上游來(lái)水量較小,整個(gè)河口段(潮區(qū)界)以潮汐作用為主,水位波動(dòng)主要受潮汐影響.圖4給出了枯季最高和最低潮位的沿程分布.從圖4可以看出:各分析點(diǎn)的最高潮位均較圍墾工程實(shí)施前有所減小,其中遠(yuǎn)期圍墾工程尤其是南口圍墾工程的影響最為明顯,工程實(shí)施后最高潮位的最大減幅為10cm左右;各圍墾工程實(shí)施后最低潮位均略有上升,潮差減小,這與圍墾工程實(shí)施后口門(mén)的總納潮量減少進(jìn)而導(dǎo)致潮汐動(dòng)能減弱有關(guān).1.3口外徑流特征對(duì)比洪、枯季的潮位沿程分布可以發(fā)現(xiàn),各分析點(diǎn)最低潮位總體上受工程影響較小,而遠(yuǎn)期工程對(duì)口內(nèi)最高潮位的影響較為明顯,洪季時(shí)口內(nèi)最高潮位增大而枯季時(shí)減小.南口圍墾工程實(shí)施后,甌江口徑流下泄受到的影響較大.飛云江和鰲江口(23號(hào)和26號(hào)潮位分析點(diǎn))潮位變化受甌江口圍墾工程影響較小,其口門(mén)位置相對(duì)外移,各潮位分析點(diǎn)的最高潮位和最低潮位略有減小.在同期圍墾工程實(shí)施的情況下,洪季口門(mén)及口外的最高潮位和最低潮位均高于枯季,而各潮位分析點(diǎn)最大潮差要小于枯季.從各潮位分析點(diǎn)的潮差空間分布來(lái)看,潮差從口內(nèi)向口門(mén)兩側(cè)逐漸減小.在甌江口門(mén)最北端玉環(huán)島以西(11號(hào)和12號(hào)潮位分析點(diǎn))以及甌江口南端(17號(hào)和18號(hào)潮位分析點(diǎn)),洪、枯季特征潮位基本一致,說(shuō)明口門(mén)外徑流影響明顯減弱,主要以潮汐作用為主.2圍墾工程前后水流場(chǎng)對(duì)比為了分析圍墾工程對(duì)3個(gè)河口通航的影響,在主航道附近,即甌江內(nèi)七都溪至靈昆島兩側(cè)、口外中水道至青山島一帶、沙頭水道至樂(lè)清灣一帶以及飛云江及鰲江口附近布置了30個(gè)流速分析點(diǎn),如圖5所示.對(duì)比二維水流數(shù)值計(jì)算得到的圍墾工程實(shí)施前后的流場(chǎng)可以看出:圍墾工程實(shí)施后航道流向主軸并未發(fā)生較大變化;而南口圍墾工程實(shí)施后,靈昆島兩側(cè)的分流比以及航道附近的流速大小發(fā)生了一定的變化,靈昆島至霓嶼一線(xiàn)以北的航道內(nèi)流速明顯增大.2.1最大漲潮流速、平均流速數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,圍墾工程實(shí)施后,洪季(特大洪水)時(shí)河道上游段基本無(wú)漲潮流量,而河口區(qū)漲潮流速要明顯小于落潮流速,在口門(mén)附近漲潮歷時(shí)較短.以甌江口北岸為例,上游特大洪峰流量情況下,漲潮歷時(shí)為2h左右.圖6給出了洪季最大漲、落潮流速的沿程分布.由圖6可知:近期圍墾工程對(duì)甌江口附近最大漲潮流速的影響最小,流速變化幅值為5cm/s左右;中期圍墾工程實(shí)施后最大漲潮流速總體上有所減小,中水道附近的流速減幅為10cm/s左右;遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,靈昆島北岸最大漲潮流速有所增大,最大增幅為20cm/s左右.從洪季最大落潮流速來(lái)看,圍墾工程實(shí)施后,甌江河道內(nèi)靈昆島以西最大落潮流速變化較小,變幅在3cm/s以?xún)?nèi),七里以下最大落潮流速有所增大,尤其在遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,黃華至七里一線(xiàn)的最大落潮流速增量達(dá)30cm/s.平均流速的變化與最大漲、落潮流速的變化趨勢(shì)一致.近期圍墾工程對(duì)平均流速的影響較小,流速變幅為3cm/s左右;而中、遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,因受到壅水的影響,河口上段(1～8號(hào)流速分析點(diǎn))平均落潮流速略有增大,特別是甌江南口封堵后,北口成為徑流出海的唯一通道,平均落潮流速增大最為明顯(增幅為30cm/s左右).對(duì)比七都涂—甌江北岸—大門(mén)島一線(xiàn)洪季最大漲、落潮流速分布可以看出:對(duì)流速產(chǎn)生較大影響的主要是甌江南口圍墾工程,甌江北口最大漲、落潮流速均有所增大.在鰲江口、飛云江口附近,圍墾工程實(shí)施后潮汐動(dòng)力相對(duì)減弱,河口兩側(cè)受?chē)鷫üこ逃绊懛秶兴s小,過(guò)水面積也有所減小,落潮流速略有增大,漲潮流速略有減小.2.2最大漲潮流速演變圖7給出了枯季最大漲、落潮流速的沿程分布.從圖7可以看出:圍墾工程實(shí)施后最大落潮流速有所增大,在河道上段流速增幅為4cm/s左右.甌江北口的流速增幅最為明顯,特別是甌江南口封堵后,流速最大增幅達(dá)10cm/s.最大漲潮流速在近、中期圍墾工程實(shí)施后略有減小,變幅在5cm/s以?xún)?nèi),遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,河道上段流速具有較大程度的減小,局部河段流速減小達(dá)35cm/s,這與總納潮量減小而導(dǎo)致的潮汐動(dòng)力減弱有關(guān).但甌江北口的漲潮流速有所增大,流速最大增幅達(dá)25cm/s,這與南口被堵,北口的進(jìn)潮量增大有關(guān).平均流速的變化與漲、落潮最大流速變化趨勢(shì)基本一致.3極端洪水情況下造成的導(dǎo)潮量為了分析不同規(guī)劃期圍墾工程實(shí)施后甌江北口的潮量變化,在靈昆島北側(cè)七都涂附近布設(shè)了潮量分析斷面.計(jì)算結(jié)果顯示,圍墾工程實(shí)施后,甌江北口的漲、落潮量均有所增大,特別是甌江南口圍墾工程實(shí)施后,外海上溯的潮波主要經(jīng)過(guò)甌江北口進(jìn)入甌江口,對(duì)甌江北口的航道維護(hù)具有一定的益處.但從甌江南、北口漲潮總量來(lái)看,進(jìn)入甌江口的總潮量有所減少.近、中期圍墾工程實(shí)施后,進(jìn)潮量減幅為2%左右,而遠(yuǎn)期工程實(shí)施后,總進(jìn)潮量減少為10%左右.在極端洪水情況下,甌江口內(nèi)主要以落潮流為主,1個(gè)潮周期內(nèi)平均漲潮時(shí)間為2h左右,因此可以參考落潮量的變化來(lái)分析工程的影響.隨著規(guī)劃圍墾工程的不斷實(shí)施,圍墾面積逐漸擴(kuò)大,甌江北口的落潮量有所增大,近、中期圍墾工程實(shí)施后落潮量的增幅在4%以?xún)?nèi),而遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,甌江北口的落潮量增幅達(dá)26.7%,這與南口被堵,徑流從北口入海有直接關(guān)系.落潮時(shí),進(jìn)入口門(mén)的潮流隨徑流流出口門(mén)外.從甌江南、北口落潮流的總量可以看出,近、中期圍墾工程實(shí)施后,落潮量基本沒(méi)有變化,而遠(yuǎn)期圍墾工程尤其是南口圍墾工程實(shí)施后,總落潮量將減少4.3%左右.總而言之,在極端洪水情況下,河道內(nèi)以徑流為主,漲潮總量相比徑流量要小得多,圍墾工程造成的影響主要反映在徑流流線(xiàn)發(fā)生改變上,近、中期圍墾工程影響基本不大,遠(yuǎn)期工程的影響則較為明顯.4南、北口落潮量a.二維水動(dòng)力數(shù)值模式計(jì)算結(jié)果表明:近、中期圍墾工程實(shí)施后,洪季口內(nèi)最高潮位總體略有減小;枯季由于上游來(lái)水量較小,口門(mén)內(nèi)最高潮位也較圍墾工程實(shí)施前有所減小.遠(yuǎn)期圍墾工程尤其是甌江南口圍墾工程實(shí)施后,南口被封堵,徑流下泄受到較大影響,口內(nèi)最高潮位洪季時(shí)增大而枯季時(shí)減小,南口圍墾工程對(duì)口內(nèi)潮位的影響較為明顯.圍墾工程的實(shí)施對(duì)鰲江、飛云江口內(nèi)最高潮位影響不大.b.由潮量計(jì)算結(jié)果可知:近、中期圍墾工程實(shí)施后,甌江北口的漲、落潮量均有所增大,但枯季時(shí)進(jìn)入南、北口的總漲潮量有所減少,減幅為2%左右.洪季時(shí),甌江口內(nèi)主要以落潮流為主,北口的落潮量有所增大,增幅在4%以?xún)?nèi),但南、北口落潮總量基本沒(méi)有變化.在平均流量條件下,北口的漲潮量增幅為3%左右,落潮量變化為1%左右.遠(yuǎn)期圍墾工程實(shí)施后,甌江南口封堵,枯季時(shí)進(jìn)入北口的漲潮流速增大,但進(jìn)入甌江口的總潮量減少10%左右;洪季時(shí)北口落潮量和漲潮量變化較為明顯,整個(gè)口門(mén)的水動(dòng)力環(huán)境發(fā)生了明顯改變,個(gè)別點(diǎn)的特征高潮位甚至高于圍墾工程前.c.由流速計(jì)算結(jié)果可知,對(duì)流速產(chǎn)生較大影響的是甌江南口圍墾工程.該工程實(shí)施后,甌江北口漲、落潮最大流速均有所增大,洪季落潮最大流速增量達(dá)30cm/s;在鰲江口、飛云江口附近,潮汐動(dòng)力相對(duì)減弱,河口向外延伸,河口斷面有所束窄,過(guò)水面積也有所