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.     

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.     

河口形状对河口环流和盐水入侵的影响

作者应用改进的ECOM模式，通过设计一个平直和喇叭形理想河口，研究河口形状对环流和盐水入侵影响。盐水入侵产生盐度锋面，在锋面处底层存在着向陆的密度流，为保持断面上质量连续，上层的流速明显增大；表层流有偏北的分量，底层流有向南分量，表明有横向环流存在。盐水入侵产生的盐度锋面在水平面上向西北倾斜，北岸盐水入侵比那南岸大，在垂直上向上游倾斜，底层盐水入侵比表层大，高盐水位于北岸的下层。张潮流、向陆的密度流和混合是产生盐水入侵的动力因子。科氏力使涨潮流向北岸偏转，向陆的密度流存在于底层，这种动力机制导致了盐度分布的不对称。盐度横向分布产生的斜压压强梯度力指向南岸，并随水深增加，导致底层流向南岸流动；因要满足质量守衡，在北岸因底层流的辐散产生下降流、水位下降，而在南岸因底层流的辐合产生上升流、水位抬升，水位的横向分布又导致表层流向北，想成一垂向横向环流。喇叭形河口因口门内河口变宽，造成流的幅散，向海的流速减少和产生上升流，底层向陆的密度流向西流动的距离减少，口门处盐度增加，但盐水向西入侵的距离减少；河口喇叭扣南岸下层也出现明显的高盐水；垂直混合增强，盐度垂向趋于均匀。     

极端干旱水文年(2006)中长江河口的盐水入侵

观测资料表明,由于在2006年夏季中长江流域发生了特大干旱,形成的特低径流量导致长江河口盐水倒灌比常年提前了3个月.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,而在南支中上段其他水域,因强烈潮混合作用盐度垂向分布均匀.受北支盐水倒灌和盐量的累积作用,在南北支分汊口崇头盐度最大值出现时间比青龙港潮位最高时间滞后约3d,倒灌的高盐水团进入南支后受径流作用影响到下游陈行水库的时间约为2d.     

2007—2016年北支河势变化对长江口盐水入侵影响数值研究

河势变化是影响河口水动力和盐水入侵的一个主要因素.本文基于长江河口北支2007年和2016年实测水深资料,分析这10年间北支河势变化,并数值模拟和分析北支河势变化对水动力和盐水入侵的影响. 2007—2016年河槽容积北支上段增加4.4%,中段减少8.8%,下段减少20.5%.总体上呈现上段冲刷,中段和下段淤积.在南北支分汊口出现新生沙体,淤积厚度达4～6 m.数值模拟结果表明:新生沙体导致大潮期间北支倒灌量增加15.0%,分流比由–2.8%变化至–3.2%,新生沙体明显增强了北支盐水倒灌;新生沙体若继续淤浅0.85 m,北支盐水倒灌将不再增加;新生沙体导致南支3个水库取水口盐度增加,在大潮、大潮后中潮期间,东风西沙水库取水口平均盐度分别增加了0.14、0.15,陈行水库取水口分别增加了0.12、0.11,青草沙水库取水口分别增加了0.11、0.09.北支下段淤积导致连兴港断面大潮涨落潮量分别减少了15.2%和16.4%,小潮涨落潮量分别减少了21.2%和19.0%;越往上游,涨落潮量越少,呈下降趋势;北支大潮期间高潮位下降,低潮位抬升,潮差减少;北支中下段纳潮量明显减少,北支盐水倒灌...     

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.     

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。     

冬季陆架环流对长江河口盐水入侵的影响

应用改进的三维ECOM模式,研究冬季陆架环流对长江河口盐水入侵的影响。模式计算结果较好地再现了台湾暖流、苏北沿岸流、长江入海径流和长江河口盐水入侵的基本特征。在不考虑台湾暖流情况下,沿岸向南的苏北沿岸流向南扩展,使长江口门处盐度增大,整个河口盐水入侵加剧。在不考虑苏北沿岸流情况下,台湾暖流由于北上的阻力减弱,北上加深,使长江冲淡水的扩展方向整体向北偏转,苏北沿岸和北支口盐度明显减小,北支盐水入侵和倒灌减弱,而北港、北槽和南槽盐水入侵加强。在不考虑台湾暖流和苏北沿岸流情况下,长江入海径流向北偏转,大量长江入海冲淡水向北输运,导致北支口和苏北沿岸盐度显著下降,北支盐水入侵明显减弱。入海向北冲淡水输运的增加,导致相应的向南冲淡水输运的减小,北港、北槽和南槽口门处盐度上升,北港、北槽和南槽盐水入侵加强。长江口外陆架环流对盐水入侵和口外盐度分布起着重要的作用,是一个不能忽略的动力因子。     

长江流域梯级水库夏末秋初蓄水对河口盐水入侵和淡水资源的影响

流域大型梯级水库群,夏末秋初蓄水,来年枯季放水,季节性改变了入海径流量,会影响河口盐水入侵和淡水资源利用.收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值,利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si,模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响.截至2020年和2035年,长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m3,蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13 398和17 909 m3/s.基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量,考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节,给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量.数值模拟结果表明,截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水,径流量下降,导致盐水入侵加剧.在平均水文年,南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水.在特枯水文年, 9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d,到2035年分别为46.53、44.18、47.56和...     

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。     

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.     

东壁岛围垦对元洪港区潮流及泥沙淤积影响的数值模拟

利用所建立的具有动边界的福清湾潮流数学模型，研究了东壁岛围垦前后元洪码头前的潮量及流速变化，并采用工程泥沙方法估算了元洪码头前的泥沙淤积强度。研究表明，在元洪码头前250m范围以内，围垦后的流速较围垦前略有减小，围垦所引起的泥沙淤积强度为0.05m/a。     

福建铁基湾围垦对三沙湾内深水航道的影响研究

从三沙湾的平面二维潮流数值模型入手，计算铁基湾泥沙冲淤情况，比较围垦工程前后流场的变化，着重比较不同点位的流速，分析研究了海湾围垦工程改变纳潮量对湾内深水航道以及有关区域的影响。研究发现，围垦工程使得湾内纳潮量减少，从而对湾内的深水航道产生影响，故不宜进行大规模围垦，通过对3个备选方案的计算，分析和比较，得到方案一的影响最小，围垦面积不宜超过2800hm^2的结论。     

大规模滩涂围垦影响下近海环境变化及其对策

沿海滩涂是重要的土地后备资源,具有拓展生存空间的巨大潜力。针对江苏沿海滩涂特点,回顾了大规模滩涂开发利用的指导思想、总体布局及开发利用原则。同时指出,较大规模的、快速的滩涂围垦等人类活动,会对近海环境产生深远的影响,继而探讨了大规模滩涂开发利用对近海动力环境和生态环境的主要影响及其评价方法,并提出相对应的环境保护措施。     

长江入海径流变化对河口盐水入侵影响分析

将河口海岸三维斜压水流数值模式应用于长江口海域,对长江口深水航道整治工程后枯季大通流量在6000～40000 m3／s的18组分级流量情况下的盐水入侵影响范围和影响程度进行了模拟计算。结果表明：上游径流对盐水入侵有明显的制约作用,随着上游径流量增加,盐水入侵的范围改变显著;利用大通流量和河口代表点半月最大盐度进行回归分析,得到半月最大盐度与大通流量呈现良好的指数关系,相关系数高于0．99。     

条子泥围垦工程对近海生态环境的影响

以条子泥一期围垦为研究对象,通过对工程前后近海浮游植物、浮游动物、大型底栖动物及潮间带底栖生物进行取样调查,分析围垦前后的生态特性差异。结果表明:围垦后浮游植物群落种类及生物密度有所增加,且种类组成发生变化;垦区附近浮游动物种类增多,优势种发生变化;底栖生物种类数减少,仍以甲壳动物为主,相对于围垦前的均匀分布,围垦后仅在部分站位监测到;潮间带底栖生物种类减少,但仍以四角蛤蜊等经济贝类为主,生物密度和生物量变化较小。围垦改变生态环境中水动力、悬浮物、沉积物特性等多种环境因子,造成水生生物群落结构及多样性的变化。     

长江口水文监测站网布局研究

本文在长江口区域潮位、流量、波浪、盐度、泥沙、水质和风速风向等水文要素逐项分析研究布设的基础上,按照"突出重点、一站多项、要素综合、精简节约"的基本思路,根据"保障重点、统筹兼顾,新老整合、充实完善,点面并举、驻巡结合"的基本原则,提出了以控制站和关键节点代表水文站为主体的长江口水文监测站网综合规划布局方案.     

长江河口潮位站潮汐特征分析

基于横沙、马家港、堡镇和永隆沙4个潮位站2009年实测的逐时水位资料,分析了长江河口潮位站潮汐的时空变化特征、分潮组成、潮汐类型和变形.长江河口潮位站的潮汐存在日不等现象,主要表现为高潮位不等,其中3月份、9月份期间的日不等现象小潮比大潮明显,而6月份、12月份期间则是大潮比小潮明显.统计给出了潮位站各月最大潮差和最小潮差,长江河口的潮差呈现双峰变化,月最大潮差在3月份、9月份出现极大值,6月份、12月份出现极小值;月最小潮差在6月份、12月份出现极大值,3月份、9月份出现极小值.受径流和摩擦等影响,在南支向上游潮差减小.因北支径流分流比小,且地形呈喇叭口状,使得永隆沙站潮差比其他3个潮位站大.长江河口潮汐主要由4个主要半日分潮（M ₂、S ₂、N ₂、K ₂ ）、4个主要全日分潮（K ₁、O ₁、P ₁、Q ₁）和3个主要浅水分潮（M ₄、MS ₄、M ₆）组成.半日分潮占绝对优势,受河口水浅的影响,浅水分潮显著.潮汐类型系数除了永隆沙站小于0.25,其余3站的均大于0.25,表明北支属于正规半日潮,而北港、南港和北槽则属于不正规半日潮.4个测站的潮汐变形系数均大于0.1,表明长江河口潮位站潮汐变形显著,其中以北支永隆沙潮汐变形最为严重,变形系数可达0.173.