北部湾盐水入侵风险评估决策支持系统(最终报告)

北部湾盐水入浸风险评估决策支持系统

成果报告

目录

第一部分数值模拟

1 前言 (3)

2 河口盐度数学模型 (4)

2.1研究范围 (4)

2.2数学模型 (5)

2.2.1 二维潮流盐度数学模型 (5)

2.2.2 模型设置 (6)

2.3方案计算 (9)

2.3.1 工况一：2007年洪季 (11)

2.3.2 工况二：2007年枯季 (13)

2.3.3 工况三：2007～2010多年平均流量 (15)

2.2.4 计算结果分析 (16)

3 风险评估模型 (17)

3.1评价指标体系 (17)

3.2评价方法 (18)

4小结 (19)

第二部分决策支持系统

1 系统概述 (20)

2 系统功能 (22)

2.1功能组成 (22)

2.2模块汇总 (22)

2.2主界面 (24)

2.2.1基础地理信息导航工具栏（菜单） (25)

2.2.2信息服务 (25)

2.2.3盐水入浸业务菜单 (26)

2.2.4系统管理 (26)

2.3子界面 (26)

2.3.1基础地理信息导航工具 (26)

2.3.2信息服务 (27)

2.3.3盐水入浸业务 (27)

北部湾盐水入浸风险评估决策支持系统

第一部分数值模拟

1 前言

北海市位于北部湾地区广西海岸带的东段，市区三面环海，具有得天独厚的自然环境资源，被列入我国十四个沿海开放城市之一。

近年来，北海市为促进社会和经济发展，利用其丰富的环境资源，进行了大规模的地下水开采、旅游度假区开发和海水养殖等活动。然而这些开发自然资源的活动同时也引起了诸如海水入侵，海岸线变迁等严重的环境地质问题。北海市海水入侵最早发生于上世纪七十年代末，在老城区海角路（海城水源地西段）一带。到上世纪九十年代初，由于地下水开采量剧增，形成了多个降落漏斗中心，发生较大规模的海水入侵，1993年3月（枯水季节）入侵面积达到3km2。近年来，老城区的海水入侵范围正在缩小，承压含水层地下水基本变淡。但由于沿海地区兴起海水养殖热潮，加剧了局部地区的海水入侵，据监测，北海市半岛南部大冠沙一带潜水、承压水均已受海水入侵咸化。海水入侵造成水质恶化，土地盐渍化，地面沉降等环境问题，不仅会制约北海市未来社会经济的发展，对已退化的环境进行治理，需要花费更多的代价。

南流江是广西沿海最大的河流, 发源于广西大容山、大平山一带, 流经六万大山和云开大山, 向南注入北部湾, 在合浦县党江附近开始分汉。主要的分道汉道有南干江、南西江和南东江。根据河口水动力结构和地貌特征, 本河口总江口至党江附近属近口段, 党江至水边线属河口段, 水边线至水深5m以外属口外海滨。南流江河长287km，流域面积9704km2，集水面积为8635km2，多年平均径流量高达68.3×108m3。由于强大径流的输送作用，使位于河口海域的北海湾产生了河水和海水交汇的冲淡水锋面，但由于该湾又属强流区，盐度锋面常随潮流的流向及

强度而发生改变；在河海水发生激烈混合的过程中，伴随着该过程发生的，盐度锋面发生着时空变化。在强潮情况下，盐水上溯至南流江口，严重影响了南流江河口水质及饮用水安全问题。所以南流江河口盐水入侵研究具有重大的现实意义。

因此，为了开发和保护自然资源和环境生态，保障北海市社会经济的可持续发展，有必要对北海市海水入侵的原因和机理，时空演变规律进行系统的调查和研究，并据此修订水资源合理利用纲要，研究和制定海水入侵的有效防治对策，实现区域环境的可持续发展。本报告主要以Mike21 HD数学模型为基础，建立南流江河口盐水入侵模型。研究不同条件下，盐水倒灌过程及影响范围，倒灌的影响因素。

2 河口盐度数学模型

2.1 研究范围

根据本项目研究的内容和所掌握的资料情况，本次模型计算区域包括常乐站以下整个南流江河口，如图2.1所示，河口径流主要有南干江、南西江及南东江，外海为潮汐作用。

图2.1研究范围

2.2 数学模型

2.2.1 二维潮流盐度数学模型

① 基本控制方程： ()()0=∂∂+∂∂+∂∂vD y uD x t ζ

(1.2.1) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂+--∂∂-=-∂∂+∂∂+∂∂x v y u D A y x u D A x x gD fvD y

uvD x D u t uD m m bx sx 202ρττζ (1.2.2) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂+--∂∂-=+∂∂+∂∂+∂∂x v y u D A x y v D A y y gD fuD y

D v x uvD t vD m m by sy 202ρττζ (1.2.3)

(1.2.4) 式中，0ρ为流体密度，u 、v 为垂向平均流速，D 为总水深，ζ为水位，f 为科氏力系数，m A 为水平紊动粘滞系数，sy sx ττ,为表面切应力，在

这里取0，by bx ττ,为底部切应力，S 为垂线盐度平均值；分别为

方向上的盐度紊动扩散系数。

② 定解条件：

● 初始条件

0v 0u ===ζ；

● 边界条件

自由表面边界条件：对于潮汐模拟，表面风应力为0。 ())0,0(,=oy ox ττ ；

底边界条件：

()const ,b b =y x ττ ； 固边界条件：

0=n V ，其中，n 为岸线外法线方向； 开边界条件：00])(cos[)(H g u V t H f t n n n n n n i +-++=∑σζ， 其中i ζ为第i 个开边界点的潮位， H n 为分潮振幅；g n 为分潮迟角， H 0为平均海面高度。

③动边界处理：

动边界问题是指计算区域中有水和无水区域交界线的确定问题。本模型采用“冻结法”处理，通过定义临界水深Δh 来确定干、湿点或干、湿单元，当水深h>Δh 时，糙率取正常值，反之糙率取一大值（1010量级）。陆地边界的处理方法是令闭边界的法向流速为0，而沿切线方向的流速为非0值，即：0n =ΓV ，0l ≠ΓV 。

对计算区域内滩地干湿过程，采用水位判别法处理，即当某点水深小于一浅水深

dry ε (如0.1m) 时，令该处流速为零，滩地干出，当该处水深大于flood ε（如0.2m ）时，参与计算，潮水上滩。

④求解方法：

模型求解采用非结构网格中心网格有限体积法求解，其优点为计算速度较快，非结构网格可以拟合复杂地形。

2.2.2 模型设置

（1）网格剖分

根据本项目研究的内容和所掌握的资料情况，本次模型计算区域包括常乐站以下整个南流江河口（图2.1）。为了准确反映南流江河道及河口区的潮流场、盐度场，模型网格在地形变化剧烈区进行了局部加密，相当好的拟合了南流江陆边界及自然岸线，工程附近网格空间步长最小