磨刀门水道咸潮入侵及其变异分析

随着区域经济及人口的进一步增长,珠江三角洲磨刀门水道已成为江门、中山、珠海、澳门等城市重要的水源地,相应咸潮入侵对供水安全造成的危害也越来越严重。本文依据实测资料和现场调研,对磨刀门水道咸潮入侵的潮相变化、径流—咸潮的响应模式、风对咸潮入侵的影响及咸潮入侵的历史演变趋势及其变异、最小压咸流量及最佳压咸时机等进行了研究。研究结果表明,影响咸潮入侵的主要因素是径流,有利于咸潮入侵的风向为北风～东北风。以思贤滘流量(即马口水文站与三水水文站流量之和)为参照,为保障珠海、澳门供水安全,磨刀门水道最小压咸流量范围为2200-2700m3/s,平均流量为2450m3/s,最佳压咸补淡的时机为大潮转小潮期,也就是朔望(半月)周期的落潮期。     

珠江口咸潮入侵分析与经验模型——以磨刀门水道为例

收集了2004-2006年珠江口磨刀门水道咸潮发生时测站(1~7)逐日定时观测的的含氯度、水位与流量数据,分析了各监测站含氯度与水位的日变化与年变化,导出了咸潮演变各过程中,含氯度与径流、潮流、河口地形等的关系式,建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型。据此,模拟了2006年1月12日的磨刀门地区的咸潮入侵态势,经过和沿途各观测点验证发现与实测数据非常吻合。以含氯度等于250mg/L(饮用水的含氯度最大值)的点作为咸潮入侵的最远点,用简化修改后的盐度模拟模型计算了磨刀门咸潮入侵最大距离,并根据2006年1月12~20日的河口含氯度与最近的上游天河站的径流量实测数据计算出相应的咸潮入侵最大距离。研究表明,在河流枯水期(珠江河口通常是12月至翌年3月),只要获得当天河口的含氯度和上游测站的径流量数据,就能利用此经验模型估算出河流各点的含氯度,作出盐度模拟图,并估算出相应的咸潮入侵最大距离。     

磨刀门水道枯季水动力特性分析

根据2009年12月1025日磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的同步实测水文资料,对该水道在大、中、小潮下表、中、底层的水动力特性进行了分析和探讨。结果显示,枯季磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,即使大潮时该水道总体表层涨落潮平均流速分别仅为0.5m/s和0.76m/s;水动力特性一般呈现:表层落潮流速显著大于涨潮流速,底层涨、落潮流速相差不大的规律;表底层涨落潮流速一般呈现随潮型增大而增大的趋势;表层涨潮历时小于落潮历时,底层涨潮历时大于落潮历时;实测结果显示,包括口门及上游河道范围内的表、底层流速出现相反的现象,时段一般出现在经过第一个长时间的落潮流之后的第二个较短落潮时间段内,且沿水深方向的转流点更为靠近表层。     

基于底层盐水楔扰动的磨刀门咸潮上溯防控研究

基于MIKE3研究扰动底层盐水楔实现抑制咸潮上溯的最优化方案。结果表明,在河道底部喷水扰动盐水楔可以有效减弱底层盐水浓度,且存在最优喷水流量与最优喷水点。当喷水流量小于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大而减小,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大反而会增大;最优喷水流量从小潮到大潮逐渐增加,且随着径流量的增大而减小,如径流量为500 m/s~3时,小、中、大潮期间的最优喷水流量分别为20 m/s~3、20 m/s~3和25 m/s~3,减少的咸潮上溯距离分别为3.82 km、3.40 km和1.18 km。随着径流量增大,取得最佳抑咸效果的最优喷水点位置逐渐向下游移动。针对珠江河口的特殊径潮环境,盐水楔扰动的抑咸效果在小潮和中潮期间较好,在大潮期间相对较差。     

珠江口磨刀门枯季水文特征及河口动力过程

根据磨刀门2003年12月9~15日的大、中潮同步水文观测资料,分析了磨刀门枯季的潮汐、潮流、余流、悬移质含沙量、盐度等水文特征,并对枯季河口动力过程,如咸淡水混合、河口射流等进行了初步研究。在枯季由于径流较弱,潮流成为主要动力。表层由于受径流和风的影响余流基本上沿河道走向向下游,中层以下有稳定的向上的余流存在。枯季磨刀门含沙量较小(<1 kg/m3),盐度在平面上和垂向上均有一定变化。磨刀门枯季咸淡水混合类型为缓混合型,各站盐度分层参数均在0.01~1.0。从实测流速的分布情况来看,河口下层有反向的水流,存在明显的因密度差而形成的密度环流。根据枯季实测资料计算所得的密度弗劳德数,磨刀门枯季以浮力射流为主。     

磨刀门水道盐度混合层化机制

基于Simpson方法和磨刀门水道2009年枯季水文实测资料,选取上、下游两个站位的径流层化、潮汐混合、风致扰动3个影响河口水体分层的主要因素进行盐度混合的层化机制分析。研究表明:由于M1站位处上游,径流作用相对占优,分层不明显,只在涨潮急流时出现微弱的盐度分层;M2站则水体分层明显,小潮期间径流作用占主导,水体呈持续性分层,当由小潮转为中潮后,潮流作用增强,出现周期性分层现象,大潮以后,由于上游径流增加,潮流与径流作用相当,仍为周期性分层,但分层有所加强。层化的发育程度依赖径流致层化作用与潮汐、风致混合作用的博弈。     

珠江河口区枯季咸潮入侵与盐度输运机理分析

以河口区物质平衡原理为基础,应用物质输运机理对珠江三角洲河口区盐度净输运进行分析,对比各动力因子对盐度净输运贡献的大小.结果表明:珠江三角洲各河口盐淡水混合以缓混合型为主,分层系数均在0.01～1.0之间:盐度净输运主要是由斯托克斯输运和平均流输运控制,潮抽吸作用也不容忽视,其中,斯托克斯输运是导致咸潮上溯的最主要动力因素;珠江三角洲各口门径潮流情况及动力条件各有不同,除黄金站和挂定角V6站外,盐度输运以向上游为主,咸潮上溯明显.     

磨刀门河口环流与咸淡水混合层化机制

为研究磨刀门盐水混合层化特征,基于SCHISM模型,建立了三维盐度数值模型,根据实测资料对其进行验证。结合水体势能异常理论,对枯季磨刀门河口混合层化的时空变化特征及深槽与浅滩的层化机制差异进行分析。结果表明:磨刀门河口小潮时水体层化最强,中潮时水体层化最弱,且拦门沙至挂定角段水体层化始终较强。磨刀门深槽水体层化主要受纵向平流、纵向水深平均应变和垂向混合影响,而浅滩水体层化则受横向平流、横向水深平均应变和垂向混合影响;磨刀门河口表、底层水体湍动能耗散率较高,而中间水层存在低耗散区,且涨潮时湍动能耗散率比落潮时大。     

浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法

基于水流模拟本身就是模拟模型回归求真(即实体原型)过程的认识,从模拟模型和实体原型之间的相关关系出发,应用统计学中的线性回归分析方法,通过回归系数建立了模型与原型糙率系数之间的关系式,提出了二维浅水方程模拟中糙率确定的回归系数法。数值试验表明,该方法并不依赖于糙率系数的初值,具有稳定性好、收敛速度快的特点;对磨刀门水道水流的数值模拟应用显示,该方法能有效地改善模拟计算的精度,具有较好的适应能力,简便实用,为二维浅水流动模拟计算时率定糙率系数提供了一种有效途径。     

灌注桩动力特性试验与数值模拟研究

结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC^3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明：灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。     

钱塘江河口水流-河床相互作用及对盐水入侵的影响

通过长系列实测水文、地形资料分析,钱塘江河口上段河床具有大冲大淤和洪冲潮淤的演变特性,影响河口上段的潮汐强弱,进而影响盐水入侵。若年内丰水期径流量大,则河床出现“大冲”,河床容积增大,潮汐增强,导致秋季强潮期盐水入侵加剧;反之,若年内丰水期径流量小,河床容积较小,导致秋季强潮期盐水入侵减弱。结果表明,钱塘江径流对盐水入侵存在直接和间接影响:直接影响是盐水入侵与径流量成反比;间接影响是通过径流冲刷河床,引起潮汐增大,间接导致盐水入侵加剧,这是钱塘江河口大冲大淤以及对潮汐巨大反作用的特性造成的。     

千岛湖配水工程对钱塘江河口盐水入侵影响

杭州市第二水源千岛湖配水工程（简称配水工程）的实施将引起富春江水库下泄流量及过程改变,从而对钱塘江河口盐水入侵产生影响。建立考虑涌潮作用的二维盐度数值模型,在验证钱塘江河口潮位和盐度的基础上,预测配水工程实施对河口盐水入侵距离和重要取水口含氯度超标时间的影响。研究表明:配水工程实施后,上游富春江水库若按现状调度方案,对枯水年影响大,咸水上溯距离增加3.7 km,沿岸取水口的可取水时间缩短0.2~3.6 d,丰、平水年盐水入侵和引水前相当;通过水库的优化调度,可基本消除枯水年引水造成的盐水入侵影响。为减少配水工程实施的盐水入侵影响,采用水库的优化调度模式是必要的。     

特枯水文年长江河口汛期盐水入侵观测分析

基于2006年汛期10月长江干流大通水文站逐时水位流量资料和长江口区现场实测水文、盐度资料,探讨了特枯水文年份在大型水利枢纽调控影响下的长江口区汛期盐水入侵及其对淡水资源的影响。结果表明:①2006年汛期10月大潮期间,外海上溯至北支的咸潮强度较大,倒灌南支严重,导致观测期间陈行水库、宝钢水库河段不存在淡水资源;②北支高盐度的咸水倒灌主要经白茆沙北水道而进入南支,长江入海冲淡水则主要由白茆沙南水道下泄入南支,两股不同性质的水流在白茆沙尾部汇合,其影响范围可到南港吴淞口;③观测期间,外海高盐水团经南北槽上溯,其强度和上溯距离可影响到吴淞口,致使除吴淞口附近水域存在淡水资源外,南港吴淞口以下河段皆为高盐水体覆盖。     

Influence of the Three Gorges Project on saltwater intrusion in the Yangtze River Estuary

The Three Gorges Project (TGP) is a transcentury project that has aroused world attention. It is expected that the flow velocity and runoff of the Yangtze River will be changed after the project has been accomplished. Consequently, however, the ecological environment in the Yangtze River Basin, particularly in the estuary region, will be affected. Salinity intrusion into the Yangtze River estuary, in general, is mostly affected by the Yangtze River discharge and its external tidal level. This paper focuses on examining the influence of changes in runoff on salinity value. The question, to which should be paid attention is: how is the interaction between changes in runoff of the Yangtze River and salinity distribution in the Yangtze River estuary, China? In this research, a three-dimensional model has been used to identify the effects of runoff change on salinity distribution. The drawn conclusion is that the change of salinity is influenced by discharge variation. Positive and negative impacts of TGP would both turn up but in different period. In sum, TGP is in favor of restraining saltwater intrusion. Nevertheless a suitable method should be found to resolve its negative influences.     

Features and evaluation of sea/saltwater intrusion in southern Laizhou Bay

Understanding the degree of sea/saltwater intrusion in coastal regions is of great significance to treating the intrusion and improving the environment. Based on the character analysis of the sea/saltwater intrusion, five factors were selected in the fuzzy-synthetical evaluation approach to form the index system, so as to evaluate the degree of sea/saltwater intrusion in southern Laizhou Bay. The results show that the sea/saltwater intrusion is stronger in the middle and northern areas and weaker on the sides and in southern area; currently, the intrusion is relatively serious, and the intrusion area has covered about 68.2% of the areas under study, among which the heavily intruded area is over 50%. Based on the factors analysis of the occurrence and development of sea/saltwater intrusion, the thesis proposes treatment measures.     

珠江河口沉积物粒度特征及其对底层水动力环境的指示

珠江口伶仃洋及邻近海域沉积物粒级变化大。频率分布曲线形态的变化揭示了珠江河口不同区域泥沙来源的差异。在平面分布上,粗粒级含量从西北部和北部向东南部迅速降低,而细粒级含量高值往往出现在河口中部。表层沉积物平均粒径梯度变化方向与珠江口悬浮物的运移方向大致吻合。反演获得的底层海流不同区域的优势速度与实测资料相符。两者较好地指示了沉积物多年平均优势海流速度和方向,表明利用沉积物粒度数据比较成功地反演出了珠江口沉积物推积前的搬运水动力环境。     

长江口北支倒灌影响区盐度预测经验模型

为预测不同径流过程影响下的盐水入侵强度,以长江口南支上段为研究对象,采用实测资料和理论分析相结合,建立了以大通流量和农历日期快速估算氯度值的经验模型。首先,以徐六泾实测潮位资料结合调和分析理论,在考虑11个主要分潮情况下证明日均潮差为半月周期函数,提出了用农历日期估算日均潮差的方法;其次,采用东风西沙实测氯度资料,选用不同函数形式,分析了以支汊盐水倒灌为主的情况下日均氯度对径流、潮差的量化响应关系;最后,提出了指数函数形式的氯度预测经验模型,模型计算值与实测值之间的决定系数在0.8以上。提出的经验模型可由大通流量快速估算特定位置的盐度,为相关的工程和规划研究提供了便捷途径。