广州市芳村地区感潮河网水体交换数值分析-广东省水利水电科学研究院.PDFVIP

广州市芳村地区感潮河网水体交换数值分析 董志，唐造造，刘树锋，倪培桐，陆汉柱 （广东省水利水电科学研究院；广东省水动力学应用研究重点实验室，广州，510610 ） 摘 要：广州市芳村地区河涌众多，纵横交错，属平原感潮河网。本文利用Saint Venant 方程组和对流 扩散方程，建立了该地区河网的一维水流水质数值模型。引入换水率这一基于污染物浓度的水体交换 指标，同时结合污染物总量等辅助判别手段，构建了一套简便有效的水环境评判体系。以此为基础， 详细计算和分析了河涌疏浚、河涌连通、水闸调度与布局等一系列调控措施对芳村地区河网水体交换 的影响。 关键词：感潮河网；水体交换；数值模拟；水环境调控 1 引言 广州市位于广东省中南部，地处珠江三角洲北缘，是广东省政治、经济、文化中心。芳村地 区（即原广州市芳村区，该区于2005 年行政区划调整时并入荔湾区）位于广州市中心城区西南部， 紧邻佛山市，与海珠区隔珠江后航道相望。该地区有成片的农业区，素有“花卉之乡、盆景之地” 的美誉。 图1 广州市芳村地区河网图 珠江三角洲地区河网交错，水系发达。据统计，广州市区范围内共有大小河涌231 条（广州 地区中、小河流称之为“涌”），总长约913 公里。广州中心城区河涌和珠江广州河段属多感潮河 道，汛期既受来自流溪河、北江及西江的洪水影响，又受东江洪水的顶托，更受来自伶仃洋的潮 217 汐吐纳作用，洪潮混杂，水流流态复杂。特别是位于广州南部的海珠区和芳村地区的河涌，纵横 交错，形成河网（如图1 所示），其中大部分河涌直接或间接与珠江相连，水流双向流动，流态尤 为复杂。随着经济社会迅速发展，该地区水环境问题日益突出，河涌两岸“脏、乱、臭”现象十 分严重。近年来，广州市开展了大规模的河涌综合整治工作，取得了阶段性成果。但由于断面实 测资料、污染源等基础资料的缺乏和计算机技术的限制，以往模型研究的深度和广度还远远不够， 尤其是对河道的环境特性研究较少。 通过研究城市河网与外江之间的水体交换，可以从水动力的角度分析水体的自净能力，是研 究城市河网水环境的重要手段。本文以芳村地区河网为研究对象，采用理论上较成熟的水动力学 模拟技术和算法，综合考虑该地区河网的水文、地形、水利工程现状和运行状况等，建立河网一 维水流水质数学模型，对河涌疏浚、河涌连通、水闸调度等措施对河网水体交换的影响进行了计 算和分析。 2 一维水流水质数学模型 2.1 控制方程 河网一维水动力模型的控制方程为Saint Venant 方程组： ∂ ∂  A Q  + q ∂ ∂  t x  2 (1) ∂Q + ∂ αQ +gA ∂h +g Q Q 0 ∂ ∂ ∂ 2  t x  A  x C AR 式中， 、 分别为距离和时间的坐标， 为过水断面面积， 为流量， 为旁侧入流流量， 为 x t A Q q α 动量校正系数， 为重力加速度， 为水位， 为谢才系数， 为水力半径。 g h C R 河网一维水质模型的控制方程： ∂AC ∂QC ∂  ∂C  + AD =−AKC +C q (2)   2 ∂t ∂x ∂x  ∂x  式中， 为物质浓度， 为扩散系数， 为线性衰减系数， 为源/汇浓度。 C D K