钱塘江河口仓前段盐度变化特征及取水保证率分析

盐水入侵是钱塘江河口水资源利用最大的制约因素,杭州钱塘新区大江东片从钱塘江仓前段取水主要受制于盐度指标.基于仓前水文站2000—2016年的逐日氯度观测资料,分析仓前河段氯度的时间变化特征,以农田灌溉标准规定氯度0.35 g/L为控制标准,统计不同保证率的可取水天数.结果表明:仓前段年际、年内、月内、日内氯度变化均较大...     

杭州钱塘江水源咸潮预报预警与供水保障经验

讨论了流域气象、径流、江道及天文潮因素对杭州钱塘江水源咸潮总体影响与年度咸潮预报方式;探讨了取水口潮汛与涌潮上游监测点同次潮、本取水口上次潮在起潮时间与氯度信息上的影响关系及即期咸潮预警方式;阐述了科学预报预警基础上,流域顶潮拒咸下泄水量、密切潮情监测、避咸蓄淡抢水及多水源多水厂联合调度、准备应急供水方案等供水保障经验。     

钱塘江河口盐水入侵影响因素及数值预报

为预报钱塘江河口取水口水体氯度,应用基于Godunov格式的有限体积法建立了考虑涌潮作用的二维氯度预报数值模型,采用实测资料并结合数值模型计算成果,分析了径流、潮汐及涌潮、江道地形等主要因素对钱塘江河口盐水入侵的影响。研究结果表明,江道地形是通过改变潮汐大小间接影响盐水入侵的,江道容积越大,潮差和进潮量越大,导致盐水入侵越严重;涌潮促使盐水入侵加剧,涌潮前后氯度存在突变。模型在钱塘江河口氯度预报中的应用结果表明,模型计算结果与实测值基本吻合,模型具有较大的预报应用价值。     

钱塘江饮用水源地含氯度受潮汐与径流影响分析

钱塘江河口段受潮汐和上游径流的作用,水体含氯度变化较大,对沿江工农业、生活取水产生了较大影响。依据钱塘江河口段七堡站9个月实时监测的水体含氯度数据,分析了潮汐和径流对饮用水源地含氯度变化的影响。结果表明,随着潮汐作用的减弱,七堡站咸水入侵的强度、含氯度日超标时间等均逐渐减小;上游径流量的增大,可有效降低饮用水源地的含氯度,但随着径流量的增加,径流的抑咸作用越来越小,当径流量超过一定值后,继续增加流量对氯度的稀释作用已非常微弱。依据分析结果,参照国家规定的饮用水含氯度标准,确定了大、中、小潮期间,水体含氯度符合标准的时间,以及上游抑咸的最佳下泄流量。     

钱塘江河口咸水入侵长历时预测和对策

对钱塘江河口咸水入侵数值预测方法进行了分析,认为对短历时（15d）可联合求解一维水流运动和氯度对流扩散方程进行预测;对长历时（半年）高强度河床淤积、天文潮的月际变化,还要耦合不平衡泥沙输移和河床变形方程的动床数学模型或基于实测资料的统计模型。在实测资料分析和氯度验证的基础上,采用所建立的长历时预报模型研究了钱塘江河口的咸水入侵,结果表明,通过新安江水库增大下泄量,采用“大潮多泄、小潮少泄”的非均匀放水的顶潮拒咸对策,可以有效减少取水口处氯度值及连续超标天数和总超标时间。预报实践表明,采用本预报模型得到的富春江电站下泄的最小流量能满足杭州市各取水口不同时期超标时间的要求。     

珠江口磨刀门水道咸潮入侵规律研究

根据2003—2008年的枯水期含氯度实测资料,以农历月份为统计周期,研究了珠江口磨刀门水道咸水入侵规律。研究结果表明,磨刀门水道含氯度变化周期为15d,主要由大、中、小潮组成的15d潮汛周期所控制,而每个周期内含氯度变化幅度则受上游径流大小影响;提出咸潮入侵系数K的概念,它可反映周期内平均径流和平均含氯度响应关系,当K小于0.2时,表示咸潮入侵程度小,不影响取水口取水,当K大于0.5时,咸潮入侵严重,K为0.2和0.5对应上游径流的临界流量分别为2450和1930m3/s;最后采用Delft3D模型区域分解技术将网格加密的磨刀门小区域嵌入到网格相对较大珠江口大区域模型中耦合计算,验证了咸潮入侵系数K的合理性。     

珠江口磨刀门水道咸潮入侵规律研究

根据2003年到2008年枯水期含氯度实测资料，以农历月份为统计周期，研究珠江口磨刀门水道咸水入侵规律。研究结果表明，磨刀门水道含氯度变化周期为15d，主要由大、中、小潮组成的15d潮汛周期所控制，而每个周期内含氯度变化幅度则受上游径流大小影响；并提出咸潮入侵系数K的概念，K可反映周期内平均径流和平均含氯度响应关系，当K小于0.2时，表示咸潮入侵程度小，不影响取水口取水，当K大于0.5时，咸潮入侵严重；K为0.2和0.5对应上游径流的临界流量分别为2450和1930m3/s；其后采用Delft3D模型区域分解技术将网格加密的磨刀门小区域嵌入到网格相对较大珠江口大区域模型中耦合计算，验证了咸潮入侵系数K的合理性。     

涌潮对钱塘江河口盐水入侵影响研究

钱塘江河口潮强流急,涌潮汹涌,是典型的强混合型河口,其盐水入侵程度远强于其它潮汐河口。基于Godunov格式的有限体积法建立了涌潮作用下二维高精度盐水入侵数学模型,结合实测潮汐、涌潮和氯度资料分析,研究了涌潮对钱塘江河口盐水入侵的影响。结果表明,涌潮促使盐水入侵加剧,导致时间上和纵向上氯度变率增大,涌潮是形成盐度锋的动力机制。同时,涌潮紊动激烈,促使氯度垂向分布均匀。另外,还对氯度控制方程中扩散系数的取值进行了讨论,认为钱塘江河口扩散系数取102m2/s量级较为合适。     

钱塘江河口咸水入侵长历时预测、对策的实践检验

杭州市供水主要取自钱塘江河口，长历时咸水入侵预报对确保其供水安全十分必要。本文对钱塘江河口咸水入侵数值预测方法进行了分析，认为对短历时（15d）可联合求解一维水流运动和氯度对流扩散方程进行预测，但对长历时（半年）高强度河床淤积、天文潮的月际变化，须还要耦合不平衡泥沙输移和河床变形方程的动床数学模型或基于实测资料的统计模型。在实测资料分析和氯度验证的基础上，采用建立的长历时预报模型研究了钱塘江河口的咸水入侵，通过新安江水库增大下泄量，采用“大潮多泄、小潮少泄”的非均匀放水的顶潮拒咸对策，可以有效减少取水口处氯度值及连续超标天数和总超标时间。30多年的预报实践表明采用本预报模型得到的富春江电站下泄的最小流量能满足杭州市各取水口不同时期超标时间的要求，节约了大量的水资源量，取得巨大的社会经济效益。     

钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究

简要介绍了钱塘江河口含沙量、泥沙粒径的分布特性,建立了钱塘江河口泥沙起动流速和挟沙能力公式,分析了河床大冲大淤、大冲以后大淤、上游段洪冲潮淤、下游段洪淤潮冲等河床演变特性,研究了河床冲淤对洪水和潮汐的巨大反作用.分析研究表明,涌潮到达时,水流激烈冲刷河床,引起含沙量剧增,大多在涌潮过后的20 min内达到极值,形成大含沙量区.在平水期和枯水期,涨潮输沙量明显大于落潮,加剧了河口上游的淤积,涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一.     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

钱塘江强涌潮河段水沙数值模拟

通过建立涌潮作用下的二维泥沙数学模型,验证了钱塘江尖山河段两种不同河势下的水文资料,并应用模拟结果分析了水沙的异同点。结果表明,两种河势下,钱塘江河口尖山河段水沙运动的共同点是:潮波变形剧烈,是涌潮形成、发展和壮大的河段;涌潮到达时,流速及含沙量急剧增大,瞬间增幅大,且水流及含沙量均存在间断;涌潮是含沙量急速增加的主要动力因素。水沙运动的不同点是:分汊河势下沿程各潮位站的高、低潮位均高于走南河势,但潮差略小于走南河势,涨、落潮平均流速均较走南河势强,分汊河势存在南、北两股涌潮,最终形成交叉潮,涌潮作用下的最大含沙量为走南河势的2~3倍,单宽输沙率为走南河势的1.5~2.5倍。研究成果可为尖山河段治理研究和有关部门管理提供技术支持。     

钱塘江海宁三期治江围涂工程对涌潮影响的数值模拟研究

应用KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型,在实测涌潮资料验证的基础上,模型预测了钱塘江北岸海宁三期治江围涂工程对钱塘江涌潮的影响.研究结果表明:实施围涂1万亩后,在走南河势下,大缺口及盐官的涌潮高度分别抬高0.23m和0.09m,海塘堤前涌潮流速增加5%,涌潮到达时间提前约3分钟,盐官涌潮后5分钟内的水位和流速变化率加大;围涂工程对涌潮潮景的影响较小:盐官附近的一线潮将更为壮观,尖山附近的交叉潮位置有所下移,老盐仓附近的回头潮基本不变.     

钱塘江河口近口段取水口附近河床局部冲刷试验研究

拟建杭州市桐庐县水厂取水口位于富春江电站下游4.5 km处,属于钱塘江近口段,以径流为主,取水口的设置将引起河床局部冲刷,由于取水口结构复杂,且取水的时候,还存在局部流态改变,无法用公式计算局部冲刷,因此首先采用实测资料进行工程河段河势分析,再利用水槽模型试验可以探讨在一定洪水作用组合不同取水流量下取水口周边的局部冲刷深度。通过试验表明,在100 a一遇洪水作用下,当单孔取水流量最大时,局部冲刷深度最大,范围也较大,当不取水的时候,冲刷深度相对最小,范围也较小,成果可为工程建设、运行安全等提供技术支撑。     

淹没式取水工程附近水流运动三维数值模拟

采用三维水流模型,模拟了淹没式取水工程(单侧引水箱、蘑菇头)附近三维空间内的水流运动。计算发现,取水工程处表层水体中水平流速增量与取水吸水方向可相同,也可相反。结合模拟结果和明渠水流基本理论,探讨了取水口附近水流变化现象的形成机理。理论分析表明,黏性(垂向扩散)、动水压力作用是产生上述现象的决定因子,它们对表层水流变化的驱动方向相反,其综合作用效果随着取水工程之上水深h’的不同而不同。对于单侧引水箱,当h’较小时,黏性扩散作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向一致;当h’较大时,动水压力作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向相反。较之单侧引水箱,蘑菇头从水平各个方向均吸水,导致了在蘑菇头正上、正下方水域形成2个压力集中区。环绕着这2个区域边缘,靠近取水口的水层由于黏性扩散向中心运动,远离取水口的水层(底层、表层)被向外压出。     

椒江河口径、潮流变化对含沙量时空分布的影响

通过对3次水文泥沙测验资料的整理,分析了椒江河口含沙量在纵向、垂向的空间分布和随季节变化、潮汛变化、涨落潮变化等时间分布特征;依据径、潮流相对强弱的不同,将椒江河口分为3个区段来讨论。研究表明:①径、潮流通过对河床的冲刷和对泥沙的输运来实现对含沙量时空分布的影响。②径流控制的河段含沙量垂向变化梯度大于潮流控制的河段。不同区段含沙量峰值出现时刻具有显著差异,含沙量变化周期大致有两种,分别约为6和12 h。造成各区段差异的原因主要与水流输沙方向,水力活跃度和沙源供给有关。③径流量增大能显著提高灵江河床冲刷速率,且对含沙量起到“稀释”作用。④洪水将严重破坏含沙量分布的规律性,各区段含沙量明显降低且持续时间较长。     

钱塘江河口潮流输沙数学模型

本文采用小含沙量近似,初步建立了适用于钱塘江的潮流榆沙数学模型。验证计算和室内试验表明,中径为0.02～0.06毫米的钱塘江悬沙在沉降过程中会发生某种程度的絮凝。除涌潮掺混特別强烈的情况外,必须考虑加大沉速才能使计算的含沙量过程线符合实测资料(沉速变幅约一倍);还认为应考虑河湾对河流输沙能力的影响。在此基础上,对钱塘江、曹娥江部分河段共43个潮作了全潮含沙量过程验证计算,其结果与实测值比较接近。计算中使用了不等步长的特征线偏心差分格式。     

围涂引起床面淤高对取水口高程富余量的影响

以三门核电一期取水口为例,其周边的宁海县双盘涂、三山涂2处围涂,一旦实施后会引起该取水口附近海床面的淤高,取水口高程能否能满足正常取水的需求,对三门核电厂今后安全运营至关重要。水槽试验结果表明,各组次下取水口的高程富余量在1.20~2.80m。当取水口处于取水状态时,其高程富余量可较不取水状态下增大约1/6~1/4。无论取水与否,随着床面的淤高,取水立管的桩柱绕流效应大幅减弱,各取水窗四周的局部冲刷深度均随之减小,从而导致取水口高程富余量的迅速减小,但高程富余量仍在1.00m以上,不会对今后取水口的正常取水造成威胁。通过试验研究,对周边围涂实施后取水口的局部冲刷形态有了新的认识,对取水口设计高程的富余程度有了科学的评估和论证。     

基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

钱塘江河口抗咸流量预报模式及其检验

钱塘江河口咸水入侵的影响因素有径流、潮汐、江道地形、取水量等,其中径流和潮汐的相互作用是取水口盐度是否超标的决定因素。基于咸水入侵的主要影响因素,分析抗咸流量预报的关键点,建立了取水口盐度超标时间与径流、潮差的定量响应关系,构建了抗咸流量预报模式,给出了模式中各参数的计算方法。将该预报模式应用于钱塘江河口2012—2014年的最小抗咸流量模拟预报,经实践检验,按照预报值调度下泄流量,可满足杭州市抗咸要求。抗咸实践表明,不仅大潮期需保证足够的抗咸流量,中、小潮期泄放流量也不得小于预报流量。