基于Delft-3D的湖底形态研究<br/>——以上海迪士尼中心湖为例

基于Delft-3D的湖底形态研究
——以上海迪士尼中心湖为例

2015-01-04冯双平王宏俊唐建华

水利规划与设计 2015年7期

关键词：碟形湖底湖区

冯双平，王宏俊，唐建华

（1.上海申迪项目管理有限公司，上海200439；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司上海分公司，上海200439）

基于Delft-3D的湖底形态研究
——以上海迪士尼中心湖为例

冯双平1，王宏俊2，唐建华2

（1.上海申迪项目管理有限公司，上海200439；2.长江勘测规划设计研究有限责任公司上海分公司，上海200439）

湖底形态设计应促使湖泊形成变化的生境，有利于形成湖泊生物群落的多样性和较为完整的生态系统及良好的水动力环境，有利于湖泊功能的实现以及维护较好的湖泊水质条件。采用三维水动力学模型Delft-3D进行研究，结合中心湖的平面形态，分析在不同的湖底造型条件下，湖区内进出水以及表面风应力引起的吞吐流、风生流的流态及流速大小分布，根据计算结果，经综合分析推荐最佳湖底地形。。

三维水动力学模型；湖底地形；研究

1 工程简介

上海迪士尼项目位于上海国际旅游度假区核心区域，定位于世界级综合性主题乐园和度假区资源，选址于上海市浦东新区川沙新镇。核心区面积约7km2，分两期建设，在核心区中部，一期范围内规划有一中心湖泊，是乐园的主要水景观及水上游乐的核心区域。中心湖规划面积0.39km2，周长约5.5km，东西向最长垂直距离约1km，南北向最长水平距离近560m。中心湖与外围围场河通过泵闸进行控制，保证中心湖水质及景观水位的需求。外方对中心湖的总体要求是生态好、水质高。湖底造型是湖泊形成生态系统的重要保证，湖底呈一定的起伏型态，底部凹凸不平，摩阻增大，不同水深处水温、水动力条件形成差异，才可形成复杂的生境，有利于形成湖泊生物群落的多样性和较为完整的生态系统。

2 中心湖湖底构建

2.1 湖底高程

参考类似人工湖工程，并考虑到工程区域现状河道底高程在0～-1.0m左右，同时考虑湖泊较深时，风生流不易使湖底淤泥再悬浮，有利于保持水质和良好的水景观，兼顾土方开挖工程量，湖底平均高程取-0.5m。

2.2 湖底设计

湖底设计呈一定的起伏型态，底部凹凸不平，摩阻增大，不同水深处水温、水动力条件均形成差异，可形成复杂的生境，有利于形成湖泊生物群落的多样性和较为完整的生态系统。湖泊水位控制如下：低水位3.15m，高水位3.60m，常水位3.45m。

3 湖底形态设计

中心湖湖底地形设计应符合以下原则。

（1）满足功能需要。游船行经水域最小水深为2.5m；引排水通道要保证一定的深度；

（2）湖面开阔处，可考虑水深相对较深，保证夏季必要的水温分层，满足不同种类生物生长需要；

（3）有利于风生流的产生。

本工程为相对封闭的不流通水域，可能会发生富营养化。根据国内外研究发现，水体的流动性对减缓富营养化有一定的作用。风场是封闭水域水体流动的主要动力之一，本工程区常年盛行季风，夏季主风向SSE，冬季主风向NW。

采用三维水动力学模型结合工程湖区的平面形态，分析在不同的湖底造型条件下，湖区内水流的流态及流速大小，根据计算结果优化湖底地形。

根据以往相关工程经验及本工程的主要特征，考虑风场、地形、岛屿等因素，初步拟定以下湖区地形方案：

（1）“平底”。整个湖区构建成平底形态见图1，湖泊主要水域湖底高程统一为-1.0m，湖泊常水位下水量为154.8万m3。

（2）“碟形”。整个湖区构建成以近岸水浅、湖心水深的地形，由湖心处向湖周缓慢辐射，呈碟形形态见图2。除西侧水域外，湖底高程在-2.5～+0.5m之间变化，湖泊常水位下水量为146.3万m3。

（3）“双碟形”。湖底考虑构建成东西两个“碟形”的“双碟形”形态见图3。除西侧水域外，湖底高程在-2.5～+0.5m之间变化，湖泊常水位下水量为146.5万m3。

（4）“长碟形”。依湖泊平面岸线形态，湖泊地形设计成近岸水浅、换水通道水深、由换水通道向湖周缓慢辐射的“长碟形”形态见图4。除西侧水域外，湖底高程在-2.5～+0.5m之间变化，湖泊常水位下水量为147.6万m3。

图1 中心湖泊“平底”地形方案

图2 中心湖泊“碟形”地形方案

4 模型计算

研究采用荷兰Delft水工所的Delft-3D模型的Flow模块，建立三维水流数学模型。模型计算范围为拟建的上海迪斯尼中心湖的整个湖泊水域，采用Delft-3D软件自带的Rgfgrid工具生成曲线正交网格，网格生成过程中兼顾网格的正交性、拟合岸线。网格的分辨率较高，网格间距约5～12m，在局部区域最小网格间距达5m；模型网格总数约为东西向213×南北向88个。