珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析

磨刀门是珠江河口八大口门中泄洪量最大的口门,口外已形成稳定的东西两汊滩槽格局及中心拦门沙。两汊的分流比是磨刀门河口治理的重点关注问题。根据磨刀门河口及口外东西两汊2015年9月10～11日大潮同步水文观测资料,分析了东西两汊实测流速、流向及分流比特征。结果表明:东西汊总体以往复流为主,在转潮过程会出现一定的旋转流;落潮时表层流速大,底层流速小;涨潮时底层流速大,表层流速小,在转潮时刻会出现短暂表落底涨的现象;西汊的落潮量分流比大于东汊,且净泄量分流比为66%,是磨刀门入海口的主要泄水通道;而东汊的涨潮量分流比大于西汊,是磨刀门入海口的主要涨潮通道。因此,在磨刀门口外治理规划时,需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况,保证其泄洪纳潮的功能。     

A modelling study of residence time and exposure time in the Pearl River Estuary,China

This paper presents an investigation into two transport timescales, i.e. the residence time and exposure time, of a conservative matter in the Pearl River Estuary (PRE) using a depth integrated hydrodynamic-dispersion model. The model has been verified against field measured tidal and salinity data in three typical seasons, including the wet, dry and average rainfall seasons. The model predicted distributions of tidal wave amplitude and salinity level agree generally well with the field measurements. The model is then enhanced by including capabilities for calculating the two timescales. The numerical model predictions show that both the freshwater discharge and tidal water elevation affect significantly the values of residence time and exposure time. The return coefficient is found to be about 0.5. Using a regression analysis, an exponential function has beenderived to correlate the timescales to the freshwater discharge. In the dry season the average residence time and exposure time are up to about 6 days and 12 days, while in the wet season these values are reduced to 3 days and 5 days, respectively. Generally, in all three types of seasons, the exposure time is about two times greater than the residence time, which demonstrates that there is a high possibility for water to re-enter the PRE after leaving the estuary. Both the residence time and exposure time decrease as the initial water elevation increases, which indicates that a contaminant will stay in the PRE for a longer time if it is released at a low tide. The effects of monthly averaged wind forcing on the resident time and exposure time are also investigated.     

应对长江口咸潮入侵的临界流量经验模型研究

1994年以来,长江口咸潮入侵严重威胁当地供水安全,随着长江上游水库群陆续建成,有关部门提出了通过上游水库群压咸调度保障长江口地区供水安全的方案。为明确压咸调度的目标流量(即临界流量),基于统计分析的方法,采用多元回归分析和主成分分析方法,选取实测站点数据建立了盐度-潮差-入海流量的相关关系统计模型,研究了咸潮发生的机理;通过模型分析多次咸潮入侵数据,确定临界流量为一个变化值,潮差290～335 cm下的临界流量在9 390～21 633 m³/s之间。研究表明,当长江口咸潮入侵时,单独依靠长江上游水库调度压咸所需的流量大,响应时间长,压咸效果不明显。因此,实际压咸调度应通过流域整体调度与本地蓄淡避咸水库共同作用应对咸潮入侵。     

珠江西四口门盐水入侵数值模拟及分析

采用非结构化三维近海及海洋有限体积模式(Finite Volume Coast and Ocean Model,FVCOM),对2003—2006年间的3个半月周期的珠江西四口门的盐水入侵现象进行了模拟计算。采用多个测站的水位和盐度的实测与模拟值的均方根、绝对平均误差和累积百分率对模型进行了检验。结果表明,其水位预测误差基本能控制在5%范围内,而盐度预测误差基本能控制在10%范围内;对磨刀门口门附近的涨、落潮流速与实测数据进行了对比,吻合较好。研究盐度空间分布发现,咸界的变化周期和潮汐运动规律相似,具有日周期和半月周期波动规律。垂向环流对小潮后盐度迅速上涨起到不可忽视的作用,且在垂向环流时盐水分层明显,盐度垂向梯度大;在小潮低潮位时磨刀门水道存在明显的盐水分层现象,而复杂的地形加剧盐水混合;盐通量变化规律与盐水的上溯规律一致,盐通量与潮通量呈正相关,相关性较好;盐通量与潮能通量呈负相关,且相关性较弱。     

河口近岸海域生态需水研究——漳卫新河河口生态需水分析

应用河口-海岸-海洋模型对漳卫新河河口近岸海域盐度分布进行了模拟,考虑鱼类的盐度耐受能力,分析了不同来水情景下漳卫新河河口的鱼类盐度适宜范围分布面积。研究结果表明,现状来水条件下,漳卫新河河口鱼类盐度适宜范围分布面积较小,生境较差。根据不同来水量与鱼类盐度适宜面积的关系曲线,分析得出维持漳卫新河河口生态系统稳定所需要的最小生态流量约为10m3/s,最适生态流量为160m3/s;最小年需水量为9.4亿m3,适宜年需水量为15.2亿m3。     

基于Delft3D-flow模型的长江口盐度扩散规律模拟

为了研究长江口环流动力过程下的河口盐度扩散和分层混合机制,采用河口三维模型(Delft3D-flow)模拟了长江口盐度分层扩散规律和扩散系数变化对河口分层的影响。通过模拟实际水文情况下的长江口水动力过程,反映了该区域受到较强的径潮流动力作用后,对盐度在涨落潮周期内的垂向混合分层产生了重要影响,进一步验证了分层河口紊动扩散系数对盐度的水平扩散输移、垂向非稳定层化和混合的影响均较大。模拟结果较好地反映了河口在复杂水动力过程下盐度扩散和分层规律。     

长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究

基于2013年枯季大潮期间在长江口北槽河道现场定点观测数据(包括潮流、悬沙浓度、盐度),通过对盐水入侵影响水流结构及泥沙运动过程的分析,对北槽河道盐淡水混合与悬沙输运进行了研究。结果表明:观测期间,北槽河道纵向及垂向受不同程度的盐度梯度影响,涨落潮过程中垂线流速不再保持无潮河流的分布规律,河口水流结构发生改变,促使出现上层水流向海、下层水流向陆的河口环流。在多重因素作用下,特别是环流阻碍了河流泥沙的正常下泄,并有利于底层泥沙上溯,出现上层输沙向海、下层输沙向陆的现象。各段河道中,垂向净环流项均向陆输沙,但向海的平流输沙及潮泵输沙作用更强,所以观测期间悬沙表现均为向海净输移。     

钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨

在河口进行围垦，由于边界条件的改变和纳潮量的变化，一般都会引起河床的冲淤变化，对淤积过程的是一个非常重要且困难的问题。本文根据定床潮流 结果，利用河床变形方程求得围垦后的初始淤积速率，利用最小能耗原理求得极限淤积平衡状态，而由灰色理论求得整个淤积过程，经动床物理模型的印证和实测资料的检验以及工程事的发展过程的验证，均表明本文提出的预测方法是可行的，具有一定的可靠性和预测精度。     

深圳河口潮汐模型变频生潮与量测控制系统

深圳河口潮汐模型量测控制系统由水位、流速、流量测量,加沙控制以及生潮控制设备组成。针对深圳河口潮汐模型水流的特性,系统设备采用了高性能的跟踪式光栅水位仪、光电旋浆智能流速仪以及智能水表流量计,采用循环管道加沙,还设计研制了一种基于变频调速技术的潮汐模拟系统。该模拟系统利用工控机与变频器间串口通讯,对试验过程远程控制,实时控制尾门的开启角度及运转速度,调节模型瞬时进出水量,达到准确模拟潮汐波的目的。在模型试验过程中,该测控系统精确度高,稳定性好,解决了可变溢流宽口门准确模拟潮汐的困难,使潮汐河工模型试验量测技术提高到一个新的水平。     

二维浅水域潮流数值模拟的ADI－QUICK格式

本文采用ＡＤＩ－ＱＵＩＣＫ有限差分格式，用单一正交网格系进行空间离散，对二维浅水流动方程和污染物对流－扩散问题进行数值模拟。方法具有高阶精度，不呈现数值振荡，不带有可感受的数值衰减，计算过程稳定，计算方法简便等优点。本文以大连湾海域为实例，计算了Ｍ２－分潮流动规律。基于ＡＤＩ－ＱＵＩＣＫ格式编制的ＦＯＲＴＲＡＮ程序对其它的浅水海域和河口的流动问题具有普遍的适应性。     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

三峡与南水北调工程对长江口水源地的影响

利用Delft3D-Flow建立了长江口二维潮流和盐度数学模型,并利用现场实测的水流、盐度数据对模型进行率定验证,较好地模拟了长江口盐水入侵的周期性变化规律.在此基础上,分别将枯水期三峡工程和南水北调工程各调水方案与外海的典型潮波进行组合模拟多种水文条件下的盐度场,并对宝钢水库、陈行水库以及在建的青草沙水库的取水口盐度进行了分析.结果表明:南水北调东线工程的预期最大调水量为1000 m3/s的调水方案将加剧长江口的盐水入侵,水库取水口附近的盐度变大;三峡工程枯水期下泄流量增加,有利于缓解长江口水源地的盐水入侵.     

珠江河口泄洪整治工程方案研究

针对珠江河口泄洪存在的新问题和经济社会发展的新要求，提出的泄洪整治规划基本思路是全面提高口门的泄洪能力．适度调整网河分流比，降低泄洪水位，减轻网河区腹部高风险区的防洪压力，不断改善河道生态与环境和主要内涝区的排水条件。珠江河口泄洪整治总体布局是巩固磨刀门在分泄流域洪水中的主导地位，维持鸡啼门、虎跳门的排洪能力，适度加强洪奇门的排洪作用，适当调整横门、蕉门口主支汉的分流比，维持东、西潮汐通道的现状承泄洪水功能。     

基于EFDC的九龙江口-厦门湾三维潮流及盐度数值模拟研究

环境流体动力学模型(EFDC)集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块于一体,可以用于河流、湖泊、水库、湿地和近岸海域一维、二维和三维物理和化学过程的模拟。为了研究岛屿多、岸线地形及流态复杂的九龙江口-厦门湾水动力过程,该文将EFDC模型运用于该水域三维潮流及盐度场的数值模拟,对比实测资料校核了模型参数,利用实测潮位、流速和盐度数据对模拟结果进行了充分的验证,吻合度高。该水域属于规则半日潮类型,平均涨、落潮历时约6 h;潮流以往复流运动为主,表层流速最大可达2 m/s;低平潮前后出现面积合计约74 km2的多处露滩;发现河口区分层及不同类型的盐度锋现象均在低潮后1 h时最显著。结果表明,该模式成功复演了九龙江口-厦门湾潮汐潮流和盐度场的时空变化过程,适用于模拟和分析河口及近海海域的水动力场。     

ON FORMATION OF TIDAL FRONTS IN COASTAL SEAS

An energy equation which includes the effects of potential energy,turbu-lent dissipation,heat flux and density flux due to fresh water discharge from estuaries isderived to evaluate the formation of frontal structures in coastal seas.Two different formsof tidal mixing criteria emerge which are the h/u~3 of Simoson and Hunter(1974)for openshallow water and the h/u of Nunes et al(1989)for estuaries.The theory is capable of predictiong tidal fronts in areas where both surface and lateral input of buoyancy are signifi-cant.The theory is applied to a tidal estuary and the locations of haline fronts which resultfrom the influence of the fresh water discharge are predicted.The effect of surface heatingon the formation and location of the frontal system is also discussed for the estuary.     

FLUSHING TIME OF THE YANGTZE ESTUARY BY DISCHARGE: A MODEL STUDY

1 .　INTRODUCTIONTheYangtzeestuaryisamesotidalestuary .ThelengthoftheestuaryfromXuliujingtothemouthisabout 110km .Thewidthofestuarymouthisabout 90km .ThereachbetweenXuliujingandMouthiscalledestuary .Wherethetidalanddis chargeinteractswitheachother .Withthedevel opmentofeconomyandtheincreaseoflivinglev el,muchsewagehasbeendischargedintoopenseathroughtheYangtzeestusry .HydrodynamicandwaterqualityinvestigaionsoftheYangtzeestuaryhasbeenattractedtheattentionofcitizenscon cernedwithenvironme…     

珠江西四口门盐水入侵数值模拟及分析

为了经济有效地获取大量数据并理解和分析盐水入侵的运动机制，本文采用FVCOM非结构化三维数值模型，对2003年至2006年间的3个半月周期的盐水入侵现象进行了模拟计算。采用多个测站的水位和盐度的实测与模拟值的均方根、绝对平均误差和累积百分率对模型进行了检验。结果表明，其水位预测误差基本能控制在5%范围内，而盐度预测误差基本能控制在10%范围内；对磨刀门口门附近的涨、落潮流速与实测数据进行了对比，吻合较好。说明FVCOM模式对珠江西四口门的盐水入侵预测是合理可行的。盐度空间分布而言，咸界的变化周期和潮汐运动规律相似，具有日周期和半月周期波动规律。垂向环流对小潮后盐度迅速上涨起到不可忽视的作用，且在垂向环流时盐水分层明显，盐度垂向梯度大；在小潮低潮位时磨刀门水道存在明显的盐水分层现象，而复杂的地形加剧盐水混合；盐通量变化规律与盐水的上溯规律一致，盐通量与潮通量呈正相关，相关性较好；盐通量与潮能通量呈负相关，且相关性较弱。     

钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究

简要介绍了钱塘江河口含沙量、泥沙粒径的分布特性,建立了钱塘江河口泥沙起动流速和挟沙能力公式,分析了河床大冲大淤、大冲以后大淤、上游段洪冲潮淤、下游段洪淤潮冲等河床演变特性,研究了河床冲淤对洪水和潮汐的巨大反作用.分析研究表明,涌潮到达时,水流激烈冲刷河床,引起含沙量剧增,大多在涌潮过后的20 min内达到极值,形成大含沙量区.在平水期和枯水期,涨潮输沙量明显大于落潮,加剧了河口上游的淤积,涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一.     

磨刀门水道枯季大潮水体层化混合分析

通过分析磨刀门水道枯季大潮期间的水体盐度实测资料,得出涨落潮时期盐跃层上下流速结构的差异性,确定了磨刀门水道盐度和盐水楔变化特征,判定磨刀门河口属于部分混合型河口。采用整体Richardson数、梯度Richardson数以及势能函数φ等3种层化指标,计算分析了磨刀门水道枯季大潮期垂向各层不同密度水体层化混合的周期性变化过程,指出出现层化混合的峰值时期。采用Simpson势能理论,分析了磨刀门水道枯季大潮期的河口环流、潮汐应变和潮汐紊动过程,及其与水体层化指标特征峰值的对应关系,结果显示磨刀门水道枯季大潮期河口环流加剧水体层化,潮汐紊动促进水体混合,潮汐应变则是在涨潮时促进混合,在落潮时促进层化。分析指出潮汐应变是引起磨刀门水道各层不同密度水体周期性层化混合现象的主控因子。     

长江口北支围垦对其水动力影响的数值模拟分析

20世纪50年代以来,上海市和江苏省两地对长江口北支实施了大规模围垦,使北支河宽大幅度缩窄,地形边界显著改变。在利用MIKE21_FM构建长江口—杭州湾二维垂向平均潮流数学模型,并用实测数据对模型进行验证的基础上,对北支大规模围垦前后的潮流场进行了模拟分析。研究结果表明：大规模围垦后,北支全河段平均高潮潮位抬升,平均低潮潮位降低;中上游河段涨、落潮流速增大,下游入海河段涨、落潮流速减小;南北支涨潮流汇流点上提至南北支交汇的崇头,涨潮动力增强。