圍墾工程對近海及河口水動力影響的數(shù)值分析

恢復項目已成為沿海地區(qū)充分利用土壤資源、促進經(jīng)濟發(fā)展的重要手段。如何科學合理地管理和開發(fā)是一個值得研究的問題。其中，恢復項目對周圍水域水和沉積物形成的影響分析尤為重要。這與沿海地區(qū)資源和經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展有關。本文根據(jù)溫州海上和港口二維水流值計算模式，根據(jù)溫州海灘恢復計劃，以2002年為標準年（現(xiàn)狀），結合河道洪水條件和旱流量條件，模擬每十天計算一次。從水位、流速和河口洪水流量三個方面論述了最近（包括建設區(qū)）、中期和長期（包括南門）幾天的恢復項目對沿海和河口水動力的影響。1水位潮汐位置的影響為了研究不同階段圍墾工程對河口水位的影響,在圍墾工程附近及口門內外布設了27個潮位分析點,如圖2所示.1.1b近、中期圍墾工程實施前后水動力環(huán)境特征引導變化在上游洪峰流量情況下,口門內徑流動力增強,沿河道越向上游,徑流效應越明顯;而向口門外,受潮汐頂托作用的影響,徑流動力減弱,主要以潮汐作用為主.潮徑共同作用導致口門附近水動力較口內相對復雜.二維水流數(shù)值計算結果表明:遠期(含南口)圍墾工程實施后,口門外特別是甌江入?？陂T外的部分灘涂被圍墾,使得通過口門沿河道上溯的納潮量相對減少,同時洪季較強的徑流作用也進一步減小了潮流的影響范圍,徑潮比有所提高,但與此同時,口門附近的灘涂圍墾也在一定程度上使得口門內的徑流下泄受阻.不同圍墾工程階段,口門內外的水動力特性變化趨勢并不完全一致.近、中期圍墾工程主要集中布置在口門兩翼,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施和圍墾面積的不斷增大,對應于各分析點的最高潮位逐漸減小.遠期圍墾工程尤其是南口圍墾工程實施后,甌江南入海通道被封堵,整個甌江口門的水動力環(huán)境將發(fā)生明顯變化,特征高潮位并非一味減小,個別點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內外洪季最高和最低潮位沿程分布.從圖3可以看出:口門內最高潮位在近、中期圍墾工程實施后略有減小,而遠期圍墾工程實施后,從北口至口內(1～8號潮位分析點)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,同時口門處沿程最低潮位也有所抬升.這與遠期工程中甌江南口受封堵而導致的口內徑流下泄受阻有關.而在口門及口門外(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附近潮汐動力減弱共同作用的結果.就河道內不同地段的潮位變化趨勢而言,近、中期圍墾工程實施后(即南口未被封堵前),口內的最高潮位變化較小,圍墾工程對特征潮位的影響不大.遠期圍墾工程(含南口圍墾工程)實施后,從甌江北口上溯最高潮位沿程呈明顯增大趨勢.因為潮汐型河口(甌江)在洪季潮區(qū)界內徑流作用強于潮汐作用,口門附近局部被圍后,徑流下泄受阻效應要強于潮汐強度減弱的效應,所以自靈昆島以西河道內水位出現(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力,使得最高潮位略微降低,也相當于向外延伸了河口的長度,在坡降比一定的情況下勢必會增加水頭差.1.2潮位沿程分布枯季上游來水量較小,整個河口段(潮區(qū)界)以潮汐作用為主,水位波動主要受潮汐影響.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:各分析點的最高潮位均較圍墾工程實施前有所減小,其中遠期圍墾工程尤其是南口圍墾工程的影響最為明顯,工程實施后最高潮位的最大減幅為10cm左右;各圍墾工程實施后最低潮位均略有上升,潮差減小,這與圍墾工程實施后口門的總納潮量減少進而導致潮汐動能減弱有關.1.3口外徑流特征對比洪、枯季的潮位沿程分布可以發(fā)現(xiàn),各分析點最低潮位總體上受工程影響較小,而遠期工程對口內最高潮位的影響較為明顯,洪季時口內最高潮位增大而枯季時減小.南口圍墾工程實施后,甌江口徑流下泄受到的影響較大.飛云江和鰲江口(23號和26號潮位分析點)潮位變化受甌江口圍墾工程影響較小,其口門位置相對外移,各潮位分析點的最高潮位和最低潮位略有減小.在同期圍墾工程實施的情況下,洪季口門及口外的最高潮位和最低潮位均高于枯季,而各潮位分析點最大潮差要小于枯季.從各潮位分析點的潮差空間分布來看,潮差從口內向口門兩側逐漸減小.在甌江口門最北端玉環(huán)島以西(11號和12號潮位分析點)以及甌江口南端(17號和18號潮位分析點),洪、枯季特征潮位基本一致,說明口門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對比為了分析圍墾工程對3個河口通航的影響,在主航道附近,即甌江內七都溪至靈昆島兩側、口外中水道至青山島一帶、沙頭水道至樂清灣一帶以及飛云江及鰲江口附近布置了30個流速分析點,如圖5所示.對比二維水流數(shù)值計算得到的圍墾工程實施前后的流場可以看出:圍墾工程實施后航道流向主軸并未發(fā)生較大變化;而南口圍墾工程實施后,靈昆島兩側的分流比以及航道附近的流速大小發(fā)生了一定的變化,靈昆島至霓嶼一線以北的航道內流速明顯增大.2.1最大漲潮流速、平均流速數(shù)值計算結果表明,圍墾工程實施后,洪季(特大洪水)時河道上游段基本無漲潮流量,而河口區(qū)漲潮流速要明顯小于落潮流速,在口門附近漲潮歷時較短.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;遠期圍墾工程實施后,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看,圍墾工程實施后,甌江河道內靈昆島以西最大落潮流速變化較小,變幅在3cm/s以內,七里以下最大落潮流速有所增大,尤其在遠期圍墾工程實施后,黃華至七里一線的最大落潮流速增量達30cm/s.平均流速的變化與最大漲、落潮流速的變化趨勢一致.近期圍墾工程對平均流速的影響較小,流速變幅為3cm/s左右;而中、遠期圍墾工程實施后,因受到壅水的影響,河口上段(1～8號流速分析點)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).對比七都涂—甌江北岸—大門島一線洪季最大漲、落潮流速分布可以看出:對流速產(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,圍墾工程實施后潮汐動力相對減弱,河口兩側受圍墾工程影響范圍有所縮小,過水面積也有所減小,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10cm/s.最大漲潮流速在近、中期圍墾工程實施后略有減小,變幅在5cm/s以內,遠期圍墾工程實施后,河道上段流速具有較大程度的減小,局部河段流速減小達35cm/s,這與總納潮量減小而導致的潮汐動力減弱有關.但甌江北口的漲潮流速有所增大,流速最大增幅達25cm/s,這與南口被堵,北口的進潮量增大有關.平均流速的變化與漲、落潮最大流速變化趨勢基本一致.3極端洪水情況下造成的導潮量為了分析不同規(guī)劃期圍墾工程實施后甌江北口的潮量變化,在靈昆島北側七都涂附近布設了潮量分析斷面.計算結果顯示,圍墾工程實施后,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施后,外海上溯的潮波主要經(jīng)過甌江北口進入甌江口,對甌江北口的航道維護具有一定的益處.但從甌江南、北口漲潮總量來看,進入甌江口的總潮量有所減少.近、中期圍墾工程實施后,進潮量減幅為2%左右,而遠期工程實施后,總進潮量減少為10%左右.在極端洪水情況下,甌江口內主要以落潮流為主,1個潮周期內平均漲潮時間為2h左右,因此可以參考落潮量的變化來分析工程的影響.隨著規(guī)劃圍墾工程的不斷實施,圍墾面積逐漸擴大,甌江北口的落潮量有所增大,近、中期圍墾工程實施后落潮量的增幅在4%以內,而遠期圍墾工程實施后,甌江北口的落潮量增幅達26.7%,這與南口被堵,徑流從北口入海有直接關系.落潮時,進入口門的潮流隨徑流流出口門外.從甌江南、北口落潮流的總量可以看出,近、中期圍墾工程實施后,落潮量基本沒有變化,而遠期圍墾工程尤其是南口圍墾工程實施后,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發(fā)生改變上,近、中期圍墾工程影響基本不大,遠期工程的影響則較為明顯.4南、北口落潮量a.二維水動力數(shù)值模式計算結果表明:近、中期圍墾工程實施后,洪季口內最高潮位總體略有減小;枯季由于上游來水量較小,口門內最高潮位也較圍墾工程實施前有所減小.遠期圍墾工程尤其是甌江南口圍墾工程實施后,南口被封堵,徑流下泄受到較大影響,口內最高潮位洪季時增大而枯季時減小,南口圍墾工程對口內潮位的影響較為明顯.圍墾工程的實施對鰲江、飛云江口內最高潮位影響不大.b.由潮量計算結果可知:近、中期圍墾工程實施后,甌江北口的漲、落潮量均有所增大,但枯季時進入南、北口的總漲潮量有所減少,減幅為2%左右.洪季時,甌江口內主要以落潮流為主,北口的落潮量有所增大,增幅在4%以內,但南、北口落潮總量基本沒有變化.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.遠期圍墾工程實施后,甌江南口封堵,枯季時進入北口的漲潮流速增大,但進入甌江口的總潮量減少10%左右;洪季時北口落潮量和漲潮量變化較為明顯,整個口門的水動力環(huán)境發(fā)生了明顯改變,個別點的特征高潮位甚至高于圍墾工程前.c.由流速計算結果可知,對流速產(chǎn)生較大影響的是甌江南口圍墾工程.該工程實施后,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30cm/s;在鰲江口、飛云江口附近,潮汐動力相對減弱,河口向外延伸,河口斷面有所束窄,過水面積也有所