长江河口下扁担沙水域最长连续不宜取水时间

长江河口已建成陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库,提供了约80%的上海用水。但随着社会和经济的发展,用水缺口仍然存在。下扁担沙位于南北港分汊口上游,大潮落潮期间滩涂露出。本文利用研究组长期研发和应用的长江河口盐水入侵三维数值模式,计算在1978-1979年特枯径流量条件下该水域的盐水入侵和连续最长不宜取水时间,了解下扁担沙水域能否作为备用水源地。本文采用2017年2月19日到3月1日北支8个站位的观测资料,结果表明表层和底层盐度模拟值和实测值之间相关系数、均方根误差和技术分数的平均值分别为0.85、1.82和0.82,模式计算盐度和实测值吻合良好,能较好地模拟长江河口盐水入侵。模式计算表明,下扁担沙模式输出点最长连续不宜取水时间为13.79 d,盐水入侵在大潮后期和大潮后中潮主要源自上游北支倒灌,小潮后中潮主要源自下游正面入侵,且前者影响比后者大。能取水时段就出现在小潮后中潮,淡水是南支上游南侧随落潮流平流过来的。下扁担沙水域的最长连续不宜取水时间远比青草沙水库和东风西沙水库的短,表明下扁担沙水域淡水资源远比南支上游和下游水域充足,是个极为优越的备用水源地。     

长江河口青草沙水库盐水入侵来源

应用改进的三维数值模式ECOM-si,从模式计算的盐度和流向的变化过程、涨憩和落憩时刻盐度等值线和淡水区域的变化,分析在一般动力条件下青草沙水库取水口盐水入侵来源。计算结果表明,小潮后中潮、大潮、大潮后中潮和小潮期间北支倒灌占青草沙水库取水口表层盐水入侵比例分别为69.5%、89.3%、98.5%和99.5%,占底层盐水入侵比例分别为34.9%、88.9%、98.5%和99.5%。除了小潮后中潮期间底层盐水入侵来源主要来自下游外海(占65.1%),青草沙水库取水口表层和底层盐水入侵来源主要来自北支盐水倒灌,尤其是大潮后中潮和小潮期间几乎全部来自北支盐水倒灌。     

长江口青草沙水库前沿河床演变与失稳风险研究

位于长江口南北港分流口的青草沙水库是上海市最大的城市供水水源地,开展该水库前沿河床稳定性和失稳风险研究具有重要的理论意义和工程指导价值。基于此,利用长江口南北港分流口2000年至2013年期间实测的高精度地形资料,分析青草沙水库前沿河床近期地貌变化特征,为水库库堤安全预警提供相关理论支撑。结果表明:青草沙水库前沿河床冲淤变化在建库前后有明显差异,建库前总体表现为河槽冲刷、沙洲淤积,呈现准冲-淤振荡的性质;建库后变为幅度逐渐减弱的持续冲刷;沿河床河槽形态由U型向U型与V型河槽叠加的复式河槽转变。青草沙水库前沿沙体沿落潮主流方向下移,成形沙体呈先增长、再减少,最后趋于平衡的态势,隐形沙体大体呈减少趋势。青草沙水库库堤前沿近600 m位置是河床失稳的重点风险区域,尤其是水库库堤中上部河床处于不稳定状态,如前沿边坡所在河槽进一步逼近水库前沿,则河床面临进一步冲刷的可能。     

长江河口盐水入侵对大通枯季径流量变化的响应时间

应用河口海岸三维数值模式, 计算区域包括大通至长江河口及其邻近海域, 设计高分辨率网格, 数值模拟和分析不同潮型下长江河口盐水入侵对大通径流量变化的响应时间。计算结果表明, 不同潮型期间大通径流量的增加, 河口盐度响应的时间在4.0～6.2 d之间, 但小潮期的响应时间明显长于其他潮型期的响应时间。本文给出了长江河口盐水入侵对大通枯季径流量变化的响应时间, 可为河口水文、泥沙和环境等研究中取何时径流量提供了依据。     

青草沙水库工程对附近水域河床冲淤的影响

青草沙水库是长江河口的一个重大工程,显著改变了北港上段的河势。河势的变化会引起流场和泥沙质量浓度的变化,进而影响河床的冲淤。本文应用三维水动力和泥沙数值模式,计算和分析了青草沙水库工程对附近水域流场、泥沙质量浓度和冲淤的影响。青草沙水库工程建设后,北港河道束窄,导致水库北侧河道主槽流速和泥沙质量浓度增加。水库工程使得进入北港的径流量和纳潮量减少,导致青草沙水库以东、北港下段和拦门沙区域流速和泥沙质量浓度下降。应用半理论半经验河床冲淤公式和模式计算的工程前后流速、泥沙质量浓度和水位数据,给出了由水库工程造成的河床冲淤变化分布。在水库以北北港水域发生普遍冲刷,冲刷强度最大可达2~3 m,冲淤分布和量值与工程前后实测水深变化吻合良好。数值模式较好地模拟了青草沙水库工程对附近水域冲淤分布的影响和变化量值。     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

冬季北风风速对长江河口盐水入侵的影响

本文应用三维数值模式ECOM-si,研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明,北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运,在埃克曼输运作用下,长江河口形成北港进南港出水平环流,加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下,当北风风速超过10 m/s,北港口门水通量朝陆净输运,当风速超过11 m/s,北港盐水倒灌至南港。无风时,北港半月平均盐度仅为0.97,北港口门半月平均水位仅为0.13 m;当风速增加到14 m/s时,盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减少了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d;当风速高于10 m/s,30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵,不利于青草沙水库取水。     

近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅲ.盐水入侵

本文应用本系列论文Ⅱ中建立的长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟长江河口20世纪50年代、70年代和2012年盐水入侵,定量分析不同年代河势下盐水入侵状况和变化程度及其原因。在北支,不同年代盐水入侵的变化是由分流比和潮差共同作用造成的。50年代北支盐水入侵较强,70年代大幅下降,中上段出现淡水,2012年盐水入侵极为严重,整个北支被高盐水占据,上段出现强烈的盐度锋面。50年代和2012年,北支盐水倒灌南支,大潮期间远大于小潮期间,2012年远强于50年代,70年代没有北支盐水倒灌南支现象。在南支,50年代、70年代南支大部分为盐度都小于0.45的淡水,在2012年大潮期间由于出现了强烈的北支盐水倒灌,南支上段出现盐度大于0.45的盐水。在南北港,在50年代盐水入侵最严重;大潮期间,北港净分流比南港大21.6%,北港盐度小于南港盐度,外海盐水主要通过南港入侵,出现南港盐水倒灌进入北港的现象。至70年代,南支主流转向南港,南港净分流比增大,比北港大10.4%,南港盐度明显小于北港盐度;南北港盐水入侵较弱。在2012年,南支主流再次转向北港,北港分流比比南港大10.4%,南港的盐水入侵再次强于北港。小潮期间,50年代由于南港分流比相比于大潮时更小,南港盐水上溯距离更远,上段盐度比更大;至70年代,北港分流比减少,盐水入侵减弱;至2012年,由于大潮时期北支倒灌的盐水在小潮期间到达北港,北港净盐通量比大潮时期大。由于潮动力减弱,小潮期间各年代垂向盐度分层更明显,盐水入侵变化与大潮期间一致。     

长江河口北港北汊河势演变及趋势分析

在分析长江口北港北汊河段实测水文资料及1977-2013年海图基础上,研究近30多年来该河段河势演变趋势及其影响因素。结果表明:(1)历史上,北港北汊河段经历了团结沙与北港北沙的交替更迭;(2)北港北汊是一个典型的复式河槽,其上段1995-2006年以冲刷为主,2006-2013年以淤积为主;中段1995-2013年均以冲刷为主;下段变化不大。(3)洪水导致了北港北汊复式河槽格局的形成,而北槽深水航道北导堤和横沙东滩促淤圈围工程限制了北港落潮水流通过横沙东滩串沟进入北槽,进而导致北港北汊分流增加,是北港北汊发展的重要因素。     

通过水体置换降低水库富营养化风险：长江口青草沙水库案例研究

城市淡水系统的富营养化风险是世界范围内普遍关注的问题。多种物理、生物和化学技术手段被应用到富营养化湖库的治理当中,以期抑制水体的富营养化程度和藻类生物量。经证实,在未有效降低营养盐来源的情况下,这些手段的效果有限。而在发展中国家,控制营养盐来源可能需要花费数十年的时间。本研究旨在分析某一高营养盐负荷的沿海水库的富营养化和藻类水华风险,以期确认通过水利调度来抑制水库富营养化状态的可行性。该案例水库为位于长江口的青草沙水库。该水库2009至2012年期间的库内五个点位的水质数据被用于进行案例分析。水质指标包括水温、透明度、溶解氧、总氮、总磷和浮游植物叶绿素a。该水库的建设期为2009年4月至2010年10月,期间水库未曾与长江口发生水体交换。该水库的试运营期为2010年10月至2011年1月,正式运营期为2011年1月至今。在运营期间,库内与长江口的水体交换逐步上升。综合营养状态指数（TLI）被用于评估该水库的营养状态变化情况,该指数是通过数个代表性水质指标计算得到。库区的TLI指数峰值在2009年夏季可达51,在2011年夏季可达55,超过TLI指数的富营养化阈值50。TLI的谷值32出现在2010年的夏季。水质观测期的其他时段的TLI指数均可保持在50以下。以上分析结果表明：水库在2009年和2011年夏季由于过量的营养盐负荷和藻类水华迅速恶化到富营养化状态。水库在2010年和2012年均未出现富营养化状态和藻类水华,这是由于2010年期间水库缺少营养盐输入,2012年期间水库调度充分地置换了库区水体。库区水质指标的时空变化均通过文中的观测资料和数据分析进行展示。经分析表明,通过潮汐涨落来充分置换库区水体的水库调度手段是一个极为经济有效的抑制高营养盐水体富营养化和藻类水华的工程手段。