珠江河口河网咸潮上溯机制的数值模拟*

随着全球变暖导致海平面上升和人类活动的加剧,珠江三角洲的咸潮灾害日趋严重,分析咸潮上溯主要动力因素及响应趋势非常必要。构建珠江河口河网一、三维耦合水流盐度模型,对地形、上游主要节点流量以及海平面上升高度进行敏感性试验,利用通量机制分解方法分析不同情况下西江、北江干流的沿程盐通量,探讨河口河网咸潮上溯对主要动力因素变化的响应规律。结果表明,各口门的盐通量均以平流运输项为主导;地形变化与上游径流量对盐通量影响远大于海平面上升;上游主要节点的径流量在大潮时主要控制平流运输项和剪切扩散项来调节盐通量,小潮时潮泵运输项变化相对较大;海平面上升对潮控口门（如洪奇门）的影响大于径控口门（如磨刀门）,但短期内影响相对较小。     

内伶仃洋水域洪枯季余流及净潮通量时空变化特征

基于内伶仃洋水域4座观测站洪、枯季半月的连续观测资料,分析了该水域余流和净通量时空变化特征,探讨主要动力因子的作用规律。研究显示,内伶仃洋水域半月水深平均余流流速洪季不超过10 cm/s,枯季不超过5 cm/s,洪、枯季总体指向外海侧方向。湾顶水域水沙通量洪、枯季均呈自西向东净输运,且与径流动力呈强正相关。主槽水域接纳东、西两侧浅滩水沙后始终朝西南外海输送。西滩水域洪季水沙朝外海方向净输出,枯季变为朝西北侧上游方向净输送,洪、枯季均与径流动力呈强正相关;淇澳岛北侧西滩水域洪、枯季水沙通量均处于净输入状态,导致该水域不断淤浅。采用多元线性回归法对主槽水域表层余流与主要动力因子进行拟合分析,显示潮汐动力始终驱使表层水沙朝上游方向净输运,径流动力作用方向洪季指向外海、枯季指向上游,海面风则驱使表层水沙与自身方向保持一致;拟合公式中的常数反应了地转科氏力等综合作用下的内伶仃洋水域表层水沙西南向输运规律,且枯季较洪季更为明显。     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

磨刀门盐水入侵特性及其动力机制研究

针对磨刀门盐水入侵特性异常问题,基于SCHISM模型,建立了磨刀门三维盐度数值模型,根据水位、流速及盐度的实测资料对其进行验证,利用该模型并结合盐通量分解方法,研究了磨刀门水道盐淡水混合特征及各驱动力对盐度通量变化的贡献作用。结果表明:磨刀门水道日平均盐量由稳定剪切输送和平流输送共同控制,盐量输运在大部分时间内处于不平衡状态。小潮期间,总盐通量向陆,稳定剪切输送作用占优,盐水分层明显,盐量在河道底部积蓄;中潮期间,总盐通量由向陆转为向海,盐水混合充分,入侵距离达到最远;大潮期间,总盐通量向海,平流输送作用占优,盐量退出河口。     

基于浮标站观测的磨刀门洪枯季径潮动力作用规律及相关性分析

为揭示磨刀门主要动力因子对潮流运动的作用规律,采用主潮通量算法计算洪枯季半月不同时间尺度下的潮流动力特征值,采用多元线性回归法对特征值的相关性进行拟合分析。结果表明,磨刀门水道内平均落潮流速洪季比枯季总体大约14%,但涨潮平均流速仅为枯季一半;水道内洪季余流流速很大,枯季可忽略不计;口门外东汊和西汊涨潮流态洪季存在相互顶托,枯季均为西南向,洪枯季余流流速西汊均大于东汊,近底层水深范围存在逆时针半环流结构,且枯季尤为明显。潮汐动力和海面风对水道内余流影响较小,径流动力洪季影响显著、枯季影响很小。由于洪季径流动力强劲,东汊和西汊净潮通量变化规律一致;枯季磨刀门水道净通量主要输运至东汊水域,随沿岸流朝西南方向输运进入西汊,然后随离岸流朝南侧外海方向输出,符合口门外逆时针半环流结构的输运特征。     

灌河口水动力条件对口门整治工程响应分析

为研究灌河口各整治工程实施后对河口纳潮量、潮位、流速的影响并提出最优的灌河口整治方案,首先分析了灌河口的自然条件;然后构建二维水流数学模型,根据实测资料对模型进行验证;最后利用数学模型对各整治方案实施前后的水力特性变化进行分析。口门整治工程实施后结果表明:仅导堤工程的实施对河口纳潮量影响较大,应配合航道疏浚工程来缓解其带来的影响;导堤工程和航道工程同时实施后,双导堤内水流进一步归顺,流速有所增大,对维持航道水深较有利。     

黄浦江干流水域潮流特征分析

为进一步研究黄浦江干流潮流变化规律,以2013年黄浦江干流河段获取的大、中、小潮潮位数据为基础,采用数据统计分析的方法,对黄浦江干流的流速特征、准调和数据特征和潮量特征等进行分析。黄浦江干流具有显著的往复流、涨落潮流向与河槽走向基本一致、涨落潮流速从上游向下游沿程逐渐增加等变化特征。     

围垦工程对温州近海及河口悬沙场的影响

在温州市瓯江河口及近海水域大范围连续大、中、小潮实测水文泥沙资料及水下地形资料的基础上,建立包括瓯江、飞云江及鳌江在内的大范围平面二维潮流及悬沙输运数学模型,并进一步以2002年为基准水平年,在温州市滩涂资源利用现状的基础上,就近期、中期和远期规划的围垦工程的实施对温州市3大主要入海河流——瓯江、飞云江及鳌江河口及近岸水域的悬沙场分布、断面输沙率、海床冲淤演变等方面的影响进行研究。研究表明:远期工程由于围垦区域较大,影响相应也最大,而中期和近期工程的影响则相对较小。     

山溪性弯道河段船闸通航水流条件试验研究

招贤枢纽位于山溪性河流转弯段,上游引航道处于凸岸主槽,下游引航道口门区处于下弯道凹岸,口门区及连接段存在较为严重的横向流速、回流、泡漩等不利水力现象,难以满足通航要求。依托1：80整体物理模型试验,研究上、下游航道不良水流条件形成的主要原因,通过调整枢纽运行方式以及疏浚局部下游河道等综合措施,有效降低口门区纵、横向流速和回流流速,使各项水力指标均满足规范要求,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。研究结果可供相关枢纽工程参考。     

瓯江下游河段污染物质滞留时间数值模拟研究

利用平面二维数学模型对瓯江下游守恒性污染物质滞留时间的空间变化及其对于径流、潮差、初始排放时刻的响应进行了研究.研究将瓯江梅岙至口门河段分为8个子区域分别进行数值试验.数学模型上、下游边界分别采用径流量和潮位控制.上游径流量选取5个代表性流量,下游选取大、中、小潮及混合潮型进行组合研究滞留时间的基本变化规律.研究认为,...     

长江口南支南港的北槽枯季水体中混合、层化与潮汐应变*

2010年1月1日至10日在长江口南支南港北槽航道弯道段内3个水文测站位CS1、CSW和CS8,观测得到大、中、 小潮的潮位、流速、盐度和含沙量的时间序列。这些资料揭示了由盐度和含沙量引起的垂向层化的大、小潮和涨、落潮的 潮周期变化特性。为定量了解航道弯道段水体的垂向混合程度,采用考虑含沙量后的水体密度来估算其梯度Richardson数 (Ri)。在转流时刻,CS1和CSW站位的量级为101 ~ 102,水体呈现层化状态;在涨急、落急时,Ri量级为10-2 ~ 10-1,水体呈 现强混合状态。CS8站位涨潮时的Ri在0.25~5,落潮时平均为10-2量级。3个水文测站位,涨潮时的层化均强于落潮时;大潮 时的层化程度最强,而小潮时的层化持续时间最长; 均存在潮汐应变的现象,且以非持久性的SIPS层化为主。采用Simpson 等[2]的公式,估算了长江口北槽航道弯道段内水体由河口环流、潮汐应变和潮汐搅动引起的势能变化率。潮汐应变是水体 层化的主要动力机制,而河口环流引起的势能变化率比潮汐应变和潮汐搅动引起的小102 ~ 103量级。     

南港—北槽洪枯季沿程水沙盐特性分析*

利用2012年2月及8月长江口南港—北槽大、小潮水文测验资料,从涨落潮历时、流速、含沙量及含盐度等方面 分析了南港—北槽洪枯季水沙盐纵向及垂向分布特征以及潮周期内含沙量变化特性。分析表明：南港—北槽沿程各垂线落 潮平均历时洪季整体较枯季长,涨潮平均历时洪季整体较枯季短,且小潮期洪、枯季的这种差异更为明显;南港—北槽洪 季落潮流速普遍大于枯季,涨潮流速普遍小于枯季;小潮期涨潮平均流速会出现近底层较表层大现象, 且CSW-CS3出现滞 流点;北槽中段—口外段洪季含沙量及垂向差异均较枯季大,南港圆圆沙段及北槽上段枯季含沙量较洪季大;潮周期内北 槽中段各垂线上层含沙量均较小,且变化幅度相对较小,但下层含沙量变化达数倍乃至十几倍之多,且涨憩时段近底层含沙 量可能特别高;洪枯季北槽中段均存在盐水楔,其位置洪季偏上、枯季偏下,最大浑浊带洪枯季位置变化与此基本一致。     

瓯江南口外浅滩含沙浓度特征

基于2010年10月瓯江南口外浅滩的泥沙实测资料,对含沙浓度的时空变化进行了分析研究。利用非线性最小二乘法拟合出了新的含沙量公式,并与刘家驹公式在不考虑波浪作用下的简式作比较,对新公式的适用性进行了探讨。分析结果表明:(1)含沙浓度从瓯江南口门向外海逐渐减小,沿岸方向的变化则存在大、中、小潮差异;(2)垂向上,含沙浓度由表层向底层逐渐增大;(3)含沙浓度具有大潮最大、中潮次之、小潮最小的特点,涨潮含沙浓度基本大于落潮含沙浓度;(4)与刘家驹公式相比,新公式的拟合结果与实测含沙量的相对误差较小,相关性较高。     

瓯江口水文泥沙特征分析

在大量实测资料的基础上,对瓯江口海区的地貌特征、河道径流特征、河道输沙特征、潮汐特征、潮流特征、余流特征、波浪特征、含沙量特征、泥沙来源、盐度特征、悬沙粒径和底质粒径特征、瓯江南北口的分流和分沙特征、中水道和北水道的分流和分沙特征进行了分析,根据实测资料分析得到了瓯江口挟沙力公式,得到了平衡水深公式,为瓯江河口的工程开发建设和科学研究提供了基础资料。主要研究成果表明:(1)瓯江口的潮汐属正规半日潮类型,平均潮差在4 m以上,属强潮河口;(2)潮流属正规浅海半日潮流类型,呈往复流动,潮流动力强;(3)瓯江为少沙河流,多年平均年悬移质输沙量为205.1万t;(4)瓯江南北口的平均涨潮分流比为21%和79%,落潮平均分流比为26%和74%;(5)瓯江南北口的平均涨潮分沙比为20%和80%,落潮平均分流沙比为22%和78%。     

洋山港区域挟沙力公式研究*

利用基于能量平衡观点推导的挟沙力公式,考虑到洋山港海域涨落潮期间悬沙浓度存在一定差异,分别建立了 该区域涨潮时期及落潮时期挟沙力公式。利用计算底部通量切引力公式与挟沙力公式相等方法,估算了实测期间水体挟沙 力值,并以洋山港2003年10月实测的水沙资料进行率定。最后,采用洋山港2005年7月实测含沙量资料对公式计算结果进行 验证。验证结果表明,所建立的挟沙力公式具有较高精度,其计算的含沙量变化与洋山港实际情况较为符合。     

厦门湾悬沙分布的多时相遥感分析

利用厦门湾地区多时相遥感图像反演出表层悬沙浓度分布图,进而定性分析不同径流和潮流下悬沙分布规律。研究表明,九龙江河口湾为该地区悬沙浓度最高的区域,分布上具有"西高东低"的特征。全湾悬沙来源主要为两部分:径流来沙以及波浪和潮流掀沙。潮流运动是泥沙输送的主要动力,由于弗劳德数分布不同而引起的潮流挟沙力空间差异,是影响厦门湾悬沙分布的主导因素。利用实测泥沙资料将不同时相下瞬时悬沙浓度转换为全潮平均悬沙浓度以进行定量分析,结果表明悬沙浓度具有大潮大于小潮,枯季大于洪季的特征。     

基于分层系数法与混合比法的长江口盐淡水混合规律研究

采用长江口4条入海汊道3个月的水文测验资料,研究长江口的盐度分布格局和盐淡水混合情况,运用分层系数法和混合比法对长江口实测盐度数据进行分析。结果表明:北支汊道的盐度最高,洪、枯变幅大,全年均为垂向均匀混合型;南支3条汊道盐度从高到低依次为南槽、北槽、北港;盐淡水混合强度从高到低依次为南槽、北槽、北港,这与长江口北港分流量大于北槽、北槽分流量大于南槽的格局相对应;枯季的混合强度大于洪季,大潮的混合强度大于小潮。盐淡水的混合强度呈周期性变化,涨急前后垂向混合程度最大,涨潮的混合强度高于落潮时的混合强度。     

岸线变化对天津近岸海域污染物输移扩散影响研究

应用MIKE21数学模型对天津近岸海域潮流场进行数值模拟,同时考虑天津近岸海域5个典型河口污染物输入的影响,计算了大小潮作用下COD输移扩散范嗣,并研究了岸线变化对COD输移扩散范围的影响.结果表明,岸线的变化对北塘口及天津港附近COD的输移扩散有较大影响.岸线变化后,大小潮高低潮时刻对应的0.001 mg/L浓度等值...     

Quasi-simultaneous observation of currents,salinity and nutrients in the Changjiang (Yangtze River) plume on the tidal timescale

During both the spring- and the neap-tide periods of November 2005, quasi-simultaneous observations were carried out by six boats over 26 h at 12 stations in the Changjiang (Yangtze River) plume. The simultaneous observations provided the actual distribution isopleths of salinity and nutrients that displayed considerable intra-tidal variations at surface, especially in the southeastern section of the study area. The lack of synopticity in sampling might lead to large discrepancies of the interpolated contours of salinity from the actual distribution isopleths. No clear flood-ebb asymmetry of salinity stratification was observed; whereas at inner stations, surface-to-bottom bulk velocity difference (current layering) always tended to be greater during the ebb fraction of a semidiurnal cycle. At a given station, the weaker neap tides commonly induced stronger salinity stratification, less intra-tidal variability of salinity and nutrients, and less intrusion of bottom saltwater. Nutrients (SiO₃^2?, NO₃^?, and PO₄^3?) showed more nonconservative behaviors during the neap tides, presumably as a result of the prolonged residence time of seawater and decreased suspended particulate matter levels than during the spring tides.