数值分析海平面上升对磨刀门水道咸潮上溯的影响

磨刀门咸潮上溯有逐年增强的趋势,其发生的频率也越来越高。采用非结构有限体积近岸海洋模型FVCOM建立了磨刀门水道三维咸潮水动力数学模型,并采用实测潮位和盐度对模型进行了率定和验证,表明该模型能够较好地反映磨刀门咸潮上溯的水动力情况。采用已率定的模型,对外海海平面上升15 mm的工况进行数值模拟,研究了海平面上升对咸潮上溯的影响。结果表明,海平面每升高1 cm,磨刀门水道平均水位将升高0~1.67cm;磨刀门水道内表层和底层盐度均随着海平面的上升而增大,咸潮上溯的规律不随海平面的上升而改变;磨刀门水道河口处表、底层盐度增幅相差不大且均不随潮差的大小而变化;河道上游段,海平面上升对底层的影响明显大于对表层的影响,而且表、底层盐度均随着潮差的减小而增大;海平面平均每升高1 cm,磨刀门水道咸潮入侵平均上移距离为0.85 km。该研究对压咸措施有一定的指导意义。     

基于FVCOM的磨刀门水道盐水入侵三维数值模拟

该文采用非结构化有限体积近岸海洋三维模型FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model),建立了磨刀门水道至伶仃洋盐水入侵数值模型,模拟2004年、2005年及2007年枯季的长序列流场过程,观察其水动力特性,研究盐度的时空变化规律,分析其垂向分层现象。结果表明仅对该文模拟范围的建模也能达到模拟珠江四口门或八口门时磨刀门水道的准确度,从而减少了建模工作量和模型计算量。对三个工况的模拟显示盐水入侵最远距离在2005年1月最大,越过了全禄水厂,2007年3月最小。垂向分层方面,由于盐水上溯的最远距离均处于内河道处,盐度垂向分层不明显,底表层盐水最远入侵距离的差距随入侵距离的增加而减小。海平面平均每升高1 cm,磨刀门水道咸潮入侵平均上移距离为0.85 km。     

海平面上升对珠江口咸潮入侵的影响

该文基于MIKE21软件建立珠江口二维水动力-盐度输运数学模型,采用实测潮位、流速和盐度资料对模型进行验证,利用验证好的数学模型模拟海平面上升0.5 m、1 m和2 m三种情况下珠江口枯季盐度分布的变化,探究咸潮入侵对海平面上升的响应特征。结果表明,随着海平面上升,珠江口枯季大潮期间盐度整体呈现上升趋势,但在局部地区盐度变化分布存在一定的差异;涨憩时刻磨刀门、落憩时刻磨刀门和洪奇门的等盐度线较为密集,盐度变化梯度较大。最大盐度变化发生在磨刀门口门附近,海平面上升0.5 m、1 m和2 m,涨憩时刻最大盐度增加分别为1.8 ppt、3.6 ppt和7.2 ppt,落憩时刻最大盐度增加分别为2.2 ppt、4.8 ppt和9.6 ppt,这表明海平面上升愈高,河口盐度增加愈大。     

珠江河口磨刀门水道咸潮动力高分辨率三维数值模拟研究

珠江河口是世界上最复杂的河口之一,其咸潮动力结构具有明显的垂向分层密度流的特征。针对珠江河口咸潮动力结构的特点,构建了一个基于高性能计算机并行算法的珠江河口高分辨率三维斜压整体数值模型,并采用2009年12月磨刀门水道咸潮大范围同步实测资料对其进行了验证。结果显示计算值与实测值吻合较好,较为准确地模拟了磨刀门三维密度分层流的动力特性和半月周期内的小潮期、中潮期和大潮期磨刀门水道的分层流结构特征差异。根据计算结果,对磨刀门水道咸潮运动在不同潮型条件下的三维动力机制进行了初步分析。     

磨刀门水道咸潮变化模拟及咸情防控研究

珠江三角洲地区近年来咸潮灾害加重,磨刀门水道因其特殊的地理位置,咸情更备受关注。基于以往的研究成果,利用一、二维联解潮流、含氯度数学模型,模拟计算拦门沙发展变化对磨刀门水道咸潮入侵的影响;并在此基础上,开展了磨刀门水道防咸控咸的工程措施研究。     

枯季磨刀门水道咸潮活动与压咸控制分析

为进一步认识珠江河口咸潮活动规律和提供调水压咸有关控制参数,本文分析枯季磨刀门水道的盐度监测资料,发现咸潮半月周期内存在入侵期和退落期,在咸潮入侵强烈时上游河段一般的来流量(<4000m3/s)难以保证取水要求,控制上游增加一定的来流量只有在咸潮退落期才具有压咸实际意义;用日最小盐度反映咸潮发展的不同阶段较有代表性,而日最低潮位是决定日最小盐度的主要因素.利用三灶站加权日最低潮位过程可初步判断咸潮入侵期与退落期,同时可利用该潮位过程曲线谷值所对应的时间预报控制上游加大流量的最佳时机起点.资料表明,这一方法比现有方法更符合实际.     

磨刀门咸潮物理模型试验-Ⅳ海平面上升对咸潮上溯的影响

海平面上升使河口区盐水入侵加剧。利用磨刀门咸潮物理模型试验,对海平面上升10 cm和20 cm引起的盐度变化进行分析,探讨海平面升高引起的咸潮入侵变化特点。试验结果表明:随着海平面的上升咸界整体上移,从小潮阶段开始咸界上移距离逐日增大,在咸界上溯距离最大的小潮转大潮的中潮阶段,咸界上移幅度最大。海平面的升高和咸界上移距离并非线性相关,以目前的海平面为基准,每升高10 cm最大咸界的上移距离大致为6.8km。     

磨刀门水道咸潮入侵规律及影响因素初步分析

咸潮入侵是珠三角河口地区特有的自然灾害之一,属于河口地区一种普遍的自然现象,近年来,珠三角咸潮比往年来的更早、持续时间更长、上溯的频率更高、袭击的范围更大、波及层面更广,严重地危害了珠三角地区的工农业用水和生活用水,磨刀门水道是珠江的主要泄洪通道之一,径流量居珠江三角洲八大口门之首,利用实测的资料,初步分析了磨刀门水道咸潮入侵的一般规律,并对影响咸潮入侵的影响因素进行了探讨。     

磨刀门咸潮物理模型试验-Ⅱ径流量对咸潮上溯的影响

径流的大小是影响河口区咸潮入侵的主要因素。通过磨刀门咸潮物理模型试验,变化上游不同的恒定径流量,观测磨刀门河道咸潮运动规律和咸潮入侵强度的变化特点。试验结果表明流量变化引起的盐度变化上游大于下游,表层大于底层,大潮期间大于小潮期间,落潮阶段大于涨潮阶段。流量对咸界的影响则表现为,流量增加咸界下移,咸界距离河口越远下移幅度越大,咸界距河口最远时咸界下移幅度最大。     

磨刀门咸潮原型测验

为探索磨刀门咸潮运动的机理,珠江水利科学研究院于2009和2011年枯水期,在磨刀门水道进行了两次半月潮周期的原型咸潮测验。针对磨刀门咸潮的分层流特点,摸索了一套能分辨咸、淡水界面并可计算不同水深盐通量的测验方法。     

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.     

南水北调东线调水对长江河口水资源的影响

根据长江河口区水文水资源勘测资料,分析了长江河口区水流变化、盐水入侵的现状及其基本规律.认为南水北调东线工程实施后,丰水年与常水年对长江河口水资源无明显影响;枯水年的枯水期,即使限制抽江流量,对河口淡水量也会有一定影响;工程建成运行后潮流界将上移约3 km,盐水入侵长度有所增加,其增加幅度小于潮流量上移幅度,即小于3 km.为此,应尽早进行系统监测、研究,在进一步弄清基本资料的基础上,提出工程优化调度的工程和非工程对策与措施,以趋利避患.     

长江口盐水入侵对海平面上升的响应特征

基于MIKE3软件建立了潮流作用下长江口三维水动力及盐度输运数学模型, 采用实测潮位、流速、流向以及盐度资料对模型进行了验证。运用验证好的数学模型对海平面上升后长江口枯季盐水入侵进行了模拟, 从而分析海平面上升条件下长江口枯季盐水入侵的响应特征, 得出以下结论:海平面上升1 m后, 北支上段、南支、南北港以及南北槽的盐度均上升, 南支平均盐度均超过0.45 psu, 北支中下段的盐度却明显减小;海平面上升后潮汐的作用更强, 北支下段底层层化现象减弱, 北支径流动力增强, 表层层化现象增强, 表层Richardson数达150;南槽Richardson数底部减小, 表层增大, 但垂直结构趋势变化不明显。     

分层型河口咸水上溯对径流潮汐共同作用的基本响应

为探究径流主导分层的河口中径流潮汐共同作用对半月周期咸水上溯距离的影响,采用概化河口对分层型咸水运动进行了三维数值模拟试验。结果表明:恒定径流量下,半月周期咸水逐日最大上溯距离表现为随潮差顺时针围绕准平衡态变化的绳套曲线,径流量越小,与准平衡态差距越大,且小潮后强烈上溯持续的时间更长,退落也更迅速;分层混合过程的时效性导致咸水运动半月周期非线性调整,在文中概化条件下,咸水状态普遍具有最大上溯发生在最小潮后2~3d和最小上溯发生在最大潮后1~2d的时间特征;根据咸水运动的规律确立工程措施中增流压咸时机,在小潮时增加上游径流量并持续7d至大潮,然后利用半月周期咸水自然退落,可达到明显压咸效果,节约枯季上游淡水资源。     

应对长江口咸潮的长江上游水库群调度可行性分析

长江口咸潮入侵是威胁上海市供水安全的一大隐患。为全面协调在流域层面应对长江口水源地咸潮灾害风险,在分析咸潮入侵规律、现有应对措施、上游水库群调度情况、三峡水库供水能力等问题的基础上,探讨了长江上游水库群应对长江口咸潮的压咸调度的可行性,并提出相应以三峡水库调节为主,长江上游其他水库配合的调度原则。     

广州水道咸潮影响因素分析

根据实测资料分析了广州水道的成潮变化规律及其主要影响因素．根据盐度数学模型计算了地形、海平面、风况和流量分配方式4种因素对咸潮的影响程度，结果表明，年内流量分配方式对成界的影响最明显，其次是地形和风况的变化，海平面抬升对成潮影响相对较小．     

Nocturnal tidal barrier management improves glass eel migration in times of drought and salinization risk

Adjusted tidal barrier management (ATBM, setting tidal doors ajar during tidal rise) is currently applied in Belgium to improve glass eel passage through tidal gates. However, salt intrusion in the receiving waters due to upwelling and accumulation of saline groundwater as a result of intensive drought put severe pressure on the unrestrained use of this cost-efficient mitigation measure. We evaluated the efficacy of a very restricted ATBM at a tidal barrier on a small canalized waterway, located 3.5 km from the sea: one out of seven gate doors was left 20 cm ajar for ca. 30 min when the water levels on both sides of the tidal barrier were approximately equal. During 20 inflow events differing in tidal flow (i.e., flood or ebb tide) and daytime (i.e., day or night) in March/April 2019, migrating glass eels were caught with a fyke net fixed on the temporally opened gate. In total, 12,853 glass eels were captured, almost all during flood tides at night (96%), with a maximum catch of 3,827 individuals per inflow event. These results show that even small windows of opportunity can help glass eels pass tidal barriers.     

重庆小南海枢纽运用后坝下游近坝段水位变化研究

为了分析小南海枢纽运用后坝下游近坝段河道水位的变化特性,基于物理模型试验和一维泥沙数学模型计算,研究了小南海枢纽运用初期和运用20 a末,不同特征流量条件下,坝下游近坝段河道水位的变化过程,以及引起水位变化的主要原因。研究表明:小南海枢纽运用后,坝下游约4 km河段范围内,水位较建坝前有不同程度下降,坝下游0.4 km处水位最大下降约1.47 m,出现在枢纽运用初期的枯水流量时;坝下游4 km以下河段水位,在枢纽运用初期下降甚少, 随着三峡水库运行年限增加,库区泥沙淤积增多,水位逐渐高出初期水位,在枢纽运用20 a末,坝下游8.2 km处水位较初期水位最大升高约0.6 m;引起坝下游近坝段河道水位变化的主要原因是施工期坝下游河床的开挖和三峡水库调度及泥沙淤积。     

海水入侵淡水运河与湖泊的耦合数学模型研究

江海连通运河中的船舶过闸时,海水中的盐分会在异重流作用下向淡水水域入侵,进而影响淡水水域的水质及淡水生物的生存环境。为了分析船闸运行过程中盐分沿程交换与输运特征,以尼加拉瓜运河上的拟建船闸为例,通过建立耦合的盐分交换分析模型和三维数值模型,模拟计算了海水逐级入侵各级闸室并向上游淡水水域输运的过程。模拟结果表明：各闸室与上游航道各断面的盐度呈周期性变化,在船闸运行一段时间后逐步趋于动态平衡;上游航道盐度输运可分为异重流段、过渡段和扩散段;一个循环内入侵上游航道的盐量随着船闸运行时间的增加逐渐减小并趋于恒定值。基于耦合数学的模拟结果,建立微分方程对尼加拉瓜湖的湖水平均盐度进行了预测,计算结果表明湖水远期盐度远小于环境承受盐度。 