长江河口水位上升对流场和盐水入侵的影响

基于长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式ECOM-si,通过数值模拟分析长江河口水位上升对径流、潮流和风生流的影响,以及在多种动力因子综合作用下对流场和盐水入侵的影响.数值实验结果表明,在长江河口水位上升30 cm的情况下,各河道横截面面积增大,向海的径流流速减小;潮流随水深增深略微增大;枯季北风作用产生的北港进、南港出的水平风生环流加强,在北支向陆的风生流有所加强.水位上升后,北支盐水入侵增强;南支中段盐度变化不明显;北港、北槽盐水入侵随水位增加变化最为显著,小潮期间盐度增大值大于1,大潮期间增幅有所降低,北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;南槽口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度不同程度的降低.水位上升后南支水源地三个水库取水口盐度均有所上升,减少了可取水时间,不利于供水安全.     

长江河口悬沙输移特性

长江每年携带9240亿立方米的水和4.86亿吨的泥沙分别由南槽、北槽、北港和北支等四条汊道输送入海。巨量水、沙下泄,不仅对长江河口而且对邻近陆架海域的水文、泥沙、沉积和生态环境等有重大影响,在理论上和实践上均有重要意义,多年来一直被人们所关注。     

长江河口悬沙输移特性

长江每年携带9240亿立方米的水和4.86亿吨的泥沙分别由南槽、北槽、北港和北支等四条汊道输送入海。巨量水、沙下泄,不仅对长江河口而且对邻近陆架海域的水文、泥沙、沉积和生态环境等有重大影响,在理论上和实践上均有重要意义,多年来一直被人们所关注。     

长江口南汇边滩围垦工程对流场和盐水入侵的影响

考虑枯季一般状况的径流量和风况,数值计算和动力分析南汇边滩围垦工程对长江河口流场和盐水入侵的影响.南汇边滩围垦工程实施后,南槽喇叭口形状减小,改变了涨潮流和纳潮量.研究表明,围垦工程导致南槽大潮期间纳潮量减少13%,小潮期间减少16%,越过深水航道导堤的涨潮流减小;从南槽向北的越堤盐通量减小,导致北槽向海的盐通量减弱,中上段向陆的盐通量减弱,工程东南侧向陆的盐通量减弱,但因南槽口门处缩窄向陆的盐通量增强.围垦工程后南槽盐度锋面减弱,大潮期间南槽口门处和工程东南侧盐度上升,量值超过1.0;因纳潮量、越堤流和向陆盐通量减小,南槽中上段、北槽和横沙东滩盐度下降,量值超过0.5;北港和崇明东滩盐度上升,盐度超过0.5.小潮期间因潮动力减弱口门处的涨潮流和向陆盐通量减小,整个南槽盐度下降,量值超过1.5.因围垦工程后南槽盐度锋面减弱,阻挡径流进入南港的作用减弱,大潮和小潮期间北港净分流比略微减小,南槽的分流比大潮和小潮期间分别比工程前增加了1.57%和1.50%.     

长江河口表层沉积物输移特征分析

基于聚类分析和Gao-Colliins粒径趋势分析模型对长江口948个表层沉积物样品的特征及输移进行研究,结果表明:长江口表层沉积物的变化可划分为3类:第一类沉积物以粉砂为主,主要分布在长江口外东南方向10~40 m等深线以浅区。第二类沉积物主要以粉砂质砂、砂质粉砂为主,主要分布在长江口苏北沿岸以东海域20~40 m等深线之间。第三类沉积物以细砂、中细砂为主,分布区域主要在苏北沿岸地区。长江口外沉积物整体的输移趋势大致可分为沿岸向南和朝口外偏东北两个方向。长江北支出口附近沉积物有向河口内输移的趋势,北支口外20~40 m等深线之间有来自苏北沿岸、外海陆架的来沙在此汇聚后转向东北方向输移。南、北港口外受径流、沿岸流的影响大部分沿岸向南输移,另一部分向外海陆架输移,并在10 m等深线处部分泥沙输移趋势逆时针偏向东北,在研究区域东北角存在有陆架向河口的输移趋势。     

风应力和科氏力对长江河口没冒沙淡水带的影响

应用改进的三维数值模式ECOM,考虑径流、潮汐潮流、地形、混合和口外陆架环流等多种动力因子,研究风应力和科氏力对枯季长江河口南槽没冒沙淡水带形成的影响.枯季没冒沙区域存在着淡水带,其形成的动力机制主要是长江径流和振荡的潮流.本文的数值计算结果表明,在分叉的长江河口,枯季北风产生向岸的埃克曼输运,导致北港流进南港和南槽流出的水平风生环流,阻挡了南槽外海盐水的入侵,有利于没冒沙水域淡水带的形成.在北半球科氏力使水流运动向右偏转,上游径流带来的淡水沿南汇边滩下泄,有利于没冒沙水域沿岸淡水带的形成.     

南水北调工程对长江口盐水入侵和淡水资源的影响

南水北调工程为跨流域调水工程,其对于长江口淡水资源变迁的影响是当今研究热点之一.本文应用三维数学模型,研究南水北调东线和中线工程短期和远期调水方案对长江河口盐水入侵和淡水资源的影响.结果表明,在2月中下旬一个大小潮周期中,东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库取水口盐度大于0.45的不宜取水时间分别为7.74、3.08和2.72 d.同时,在东线和中线工程短期调水1 000 m3/s情况下,长江河口盐水入侵加剧,尤其在北港、北槽和南槽拦门沙区域及其北支上段盐度上升最为明显,出现了量值超过0.5的大面积区域,南支淡水区域减小.在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增长了1.43、2.14和2.13 d.在东线和中线工程远期调水1 600 m3/s情况下,整个河口盐度的上升更为明显,在北港、北槽和南槽拦门沙出现了盐度超过1的大范围区域,小范围区域盐度超过了1.5,南水淡水范围进一步减小.在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增加了1.49、3.08和3.08 d.     

长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟

枯季长江河口盐水入侵的最大特色是北支盐水倒灌,它是南支东风西沙、太仓和陈行水库盐水的唯一来源,也是青草沙水库盐水的主要来源.考虑潮汐和气候态1月和2月的径流量与风况,采用已严格验证过的长江河口盐水入侵三维数值模式,模拟和分析北支上段建闸前后盐水入侵的变化.模拟结果表明:在北支上段建闸后,整个南支全为淡水,北支盐水倒灌南支的现象消失,北支上段盐度明显下降;在东风西沙、太仓和陈行水库取水口盐度接近0;在青草沙水库取水口盐度大幅下降,几乎所有时间盐度都低于0.45,全为淡水.数值试验中,闸门的运行方式采用两种方案:全天落潮流期间开闸、夜里涨潮流期间关闸、白天涨潮流期间开闸,以及全天落潮流期间开闸、夜里和白天涨潮流期间关闸.两者的试验结果中南支盐度变化几乎一致,原因在于前者的运行方式已经使得北支上段盐水入侵大幅减弱,出现盐度接近0.45的淡水区域;即使白天涨潮流期间开闸,其间进入南支的也是淡水,并且增加了南支向海的总余流.从数值模拟的结果和闸门运行的成本考虑,推荐前者的北支建闸运行方案.北支建闸极大地提高了上海东风西沙、陈行和青草沙水库取水时间,同样极大地提高了江苏太仓水库的取水时间,保障了两地的供水安全.     

不同潮型和风况下青草沙水库取水口盐水入侵来源

本文应用2013年12月和2014年2月青草沙水库取水口实测盐度和数值模式计算的流速流向,分析水库取水口盐水入侵的来源.2013年12月枯季在一般径流量和风况的情况下,大潮、大潮后中潮和小潮前期水库取水口盐水来源于上游的北支倒灌,小潮中后期、小潮后中潮盐水入侵来源于北港下游外海的盐水入侵.观测资料发现2014年2月长江河口盐水入侵是近几十年来发生过的最严重盐水入侵事件,导致青草沙不宜取水的时间达到23 d,对上海的安全供水造成了严重威胁.2014年2月枯季在一般径流量和持续偏北大风15 d情况下,所有4个潮型中青草沙水库取水口盐水均来自北港外海的正面入侵.     

长江河口北支新村沙围垦工程对盐水入侵的影响

长江河口北支新村沙围垦和南水道封堵工程于2012年实施,人为改变了北支河势.本文采用长期应用、改进和验证的长江河口三维盐水入侵数值模式,考虑1月和2月平均径流量和风况,计算和分析北支新村沙围垦工程对北支盐水倒灌以及南支青草沙水库、陈行水库和东风西沙水库取水的影响.在北支新村沙下游,围垦工程导致盐水入侵加强,盐度上升0.05~0.10;在新村沙上游,盐水入侵减弱,盐度下降0.05~1.0.工程导致在大潮后中潮、小潮、小潮后中潮、大潮期间北支上段断面平均倒灌盐通量分别下降百分比分别为7.52%、16.48%、10.17%、6.94%.北支倒灌的减弱,导致南支盐度低于0.45的淡水面积增大.大潮后中潮、小潮、小潮后中潮、大潮期间表层平均盐度在东风西沙水库取水口分别下降了4.52%、10.23%、9.15%、5.81%,连续不宜取水时间由10.1 d减少到9.3 d;陈行水库取水口分别下降了10.59%、13.11%、32.89%、13.95%,连续不宣取水时间由5 d减少到4.4 d;青草沙水库取水口分别下降了10.50%、8.19%、9.17%、11.99%,连续不宜取水时间由6.2 d减少到5.1 d.北支新村沙围垦工程缩窄了过水断面,减弱了北支倒灌,有利于南支水源地淡水资源的利用.     

2011年春末夏初枯水期间长江河口盐水入侵

全球气候变化导致的长江流域枯水事件近几年趋于增多.2011年春末夏初长江中下游发生干旱,4、5和6月大通径流量分别比多年月平均值分别下降了33.4%、50.6%和50.3%.观测资料表明,4月崇西水文站大部分时间盐度大于0.45(饮用水标准),北支倒灌盐水从崇西水文站到南门大约需要2 d,到宝钢水库需要3~5 d,宝钢水库出现2 d和4 d不宜取水时间,青草沙水库出现5 d和4 d不宜取水时间.5月中下旬北支永隆沙仍被高盐水占据,崇西水文站盐度超标达到7 d,青草沙水库不宜取水d数达到8 d.6月4-7日大潮后中潮期5个观测潮周期内东风西沙水库约有一半时间盐度大于0.45,陈行水库和青草沙水库取水口盐水均低于0.45,但随时间逐渐升高,盐份主要来源于北支倒灌.长江河口盐水入侵一般发生在12月和来年的1-3月,4-6月随着径流量的增大盐水入侵消失.气候变化产生的枯水事件加剧了长江河口盐水入侵、严重影响了非盐水入侵期水源地取水安全.     

1996 年3 月长江河口水文观测和分析

基于长江河口1996 年3 月现场水文观测资料分析，得出：北支涨潮流速明显大于落潮流速，余流指向上游，存在着严重的外海盐水入侵。在南支中上游，盐度的变化受外海盐水的入侵和北支盐水的倒灌的共同影响，盐度变化与一般河口的变化规律不同；在大潮和中潮前期，盐度主要受下游外海盐水入侵的影响，在中潮和小潮期间，盐度主要受大潮期间上游北支倒灌盐水下移的影响。在南支下游，落潮流大于涨潮流，落潮历时大于涨潮历时；盐度最大值发生在涨憩，最小值发生在落憩，盐度变化受外海盐水入侵的影响，水文状况遵循一般河口变化规律。     

河口环流和盐水入侵Ⅱ-径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式，研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响。在径流量增大的情况下，口门内表层向海的流速增大，底层向陆的密度流减弱，滞流点下移。口门外侧向口门的密度流增大，上升流趋于增强。口门内盐水入侵减弱，口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大。在口门上游北岸底层盐度下降明显，口门处南岸表层盐度下降明显。径流量变化对盐水入侵影响十分巨大。在海平面上升的情况下，拦门沙区域向陆的密度流增强，滞流点上移，表层向海的流动增大。口门内盐水入侵增强，口外盐度增大，冲淡水扩展范围减小。海平面上升对盐水入侵影响十分明显，北岸底层盐度增大尤为特出。     

长江河口盐水入侵影响因子分析

本文根据大量实测资料,研究了径流,潮汐,地形等几个重要因子对长江口盐水入侵的影响,并对长江口盐度变化的一些特殊现象作了初步解释,还探讨了北支盐水倒灌的基本规律及其对南支盐度变化的重要意义。     

三维理想河口盐水入侵对径潮驱动变化的响应

为探究在人类活动与气候条件改变的影响下,径潮动力以及水深的改变对河口区域盐水入侵的影响,建立了三维理想河口盐水入侵数值模型,分析了纵向环流及盐度的垂向与横向沿程分布,研究了垂向与横向剪切作用以及潮泵效应引起的纵向盐输运对盐水入侵的影响以及盐分输运过程对径潮动力与水深变化的响应。结果表明:盐水上溯程度对流量与潮振幅的变化有明显响应,流量增大与潮振幅增大对盐水入侵均有抑制作用;在较浅的河口,潮驱动增大在河口上下游引起相反的潮平均盐度变化趋势,这与横向、纵向剪切与潮泵效应分别引起的纵向盐输运对径潮水深条件的响应相关。     

夏季苏北沿岸流对长江冲淡水扩展影响的数值模拟

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用于长江冲放展机制的研究。考虑实际海岸形状和海底地形，在空间完全交错的网格系统丈犀离散化控制方程组，采用ＡＤＩ计算方法数值求解。数值试验结果首次表明，在夏季长江口水位向外倾斜，冲淡水穿越等水位线运动，远离长江口水位倾向东北，冲淡水沿水位坡面运动，同时再现了伸向东北的冲淡水舌和东海陆架上的环流结构。夏季苏北沿岸流作为长江口北部海区的一股势力，阻     

长江河口盐度监测布局研究

长江河口盐度监测是管理河口淡水资源与保障城市用水安全的重要基础工作之一,观测资料为水库取水调度、沿岸涉水工程的规划等提供依据.架设于河口区域的水文监测站及浮标是长江河口长时间序列盐度资料的主要来源,对研究长江河口整体上的盐度分布和输运过程、指导水库安全调度等具有重要的科学意义和应用价值.通过数值模拟结果和观测资料,分析了长江河口盐度分布的时空变化规律,并结合长江口盐度站网功能需求分析与监测要素,提出长江河口盐度监测站点布局的思路,对河口盐度监测的整体性、空间均衡性和对重点研究区域的站点架设进行科学合理的规划.     

河口盐水入侵垂向二维数值计算

为描述潮汐河口盐水入侵特性而建立了垂向二维数学模型.数值计算格式采用帕坦卡和斯波尔丁提出的控制体积法,并以幂函数格式作为对流扩散项的离散格式.以长江口南槽实测资料作为计算验证,潮流,盐度和潮位的计算结果与实测值相比,吻合良好.由于模型所使用的数学方程组有一定的普遍意义,所以将方程中的盐度改为其它物质浓度,原则上也可应用于悬沙或污染物质输运扩散的垂向二维的数值模拟计算.     

持续强北风天气下长江口盐水入侵对径流量的响应

2014年2月持续强北风下长江口发生了极端严重的盐水入侵事件,影响水源地取水安全.流域上游水库增加径流量是遏制严重盐水入侵的一种方法,本文应用UnFECOM (unstructured quadrilateral grid,finite-differencing,estuarine and coastal three-dimensional ocean numerical model)模式模拟和分析该次盐水入侵对增加不同径流量的响应.考虑实际径流量和风况,模式再现了该次极端严重盐水入侵事件.数值试验结果表明,随着径流量的增加,在2014年2月10—13日盐水入侵最严重时段北港上段的净水体输运仍然向陆,但量值随径流量增加趋于减小;北港上段的净分流比、净水通量和盐通量随着径流量增加而增加;在实际径流量试验中,北港上段分流比为–29%(负号表示净水通量向陆),净水通量为–2 300 m³/s,净盐通量为–68 t/s,表明受到持续强北风产生的向陆艾克曼输运作用,北港净水通量和盐通量向陆.当径流量增加3 000 m³/s时,北港净分流比和水通量接近零...     

上游大通径流量对长江盐水入侵影响研究

建立二维盐度数值模型,计算区域包括大通至长江口及其邻近海域,设计高分辨率网格,数值模拟和分析在不同大通流量等级下长江口盐水入侵形势,计算出中小潮期间长江口重要水库取水口处盐度均值为0.5‰时对应的临界大通流量。利用模型分析长江口盐度场对上游大通流量的敏感性。本文对临界大通流量的计算研究有助于提高预报长江口盐水入侵模型精度,为长江口水库避咸蓄淡提供参考;盐水入侵对流量的敏感性研究可以为改善盐水入侵情况提供技术指导。