控制长江口北支咸潮倒灌支持南水北调

对上海市原水供应的形势和长江口咸潮入侵的态势进行分析.结果表明,在枯水季节,长江口水源地易受咸潮入侵影响,入侵路径为南支咸潮直接入侵和北支咸潮倒灌间接入侵(水文测验数据表明,后者影响较大);南水北调工程尤其是东线工程建成后,在枯水季节运行将减小长江口径流量,降低长江口水位,从而加剧咸潮入侵长江口水源地.为了既保护长江口南支河段淡水资源,又支持南水北调工程上马,上海市水务局已立项对控制北支咸潮倒灌的工程措施以及合理调度和配置长江水资源的非工程措施进行专题研究.     

长江口北支平面改善方案对咸潮倒灌的控制效果

为了分析长江口北支外顾园沙3种不同围圈方案对咸潮倒灌的控制效果,基于EFDC二维水盐模型,模拟出方案实施前后南北支流场、盐度场分布以及重要水源地盐度变化。结果表明:(1)工程后北支口连兴港处潮流量减小,且单独圈围方案(方案一)进潮总量最小;(2)方案一流场变化最小,并北岸方案(方案二)、并南岸方案(方案三)导堤内侧深槽流速明显增大;(3)方案三北支高盐水上溯范围最大,而南支水源地盐度下降,陈行水库、青草沙水库、东风西沙盐度值分别下降32.16%,27.90%和13.38%;(4)方案二北支盐度通量与现状最接近,方案三盐度通量减幅最大;(5)南支盐度的整体变幅明显小于北支。3种方案下北支口潮动力有所减弱,且潮流量越大减弱效果越明显,但该削弱作用很有限,故对北支咸潮倒灌控制效果并不显著,还需结合其他工程措施。     

长江口北支围垦对其水动力影响的数值模拟分析

20世纪50年代以来,上海市和江苏省两地对长江口北支实施了大规模围垦,使北支河宽大幅度缩窄,地形边界显著改变。在利用MIKE21_FM构建长江口—杭州湾二维垂向平均潮流数学模型,并用实测数据对模型进行验证的基础上,对北支大规模围垦前后的潮流场进行了模拟分析。研究结果表明：大规模围垦后,北支全河段平均高潮潮位抬升,平均低潮潮位降低;中上游河段涨、落潮流速增大,下游入海河段涨、落潮流速减小;南北支涨潮流汇流点上提至南北支交汇的崇头,涨潮动力增强。     

北支咸潮倒灌对东风西沙水库取水水质的影响

根据东风西沙水库取水口水域枯水期、平水期以及北支河道丰水期、枯水期的水质监测资料,采用水质监测分析与模型计算相结合的方法,系统分析北支咸潮倒灌对崇明岛东风西沙水库取水口水质的影响。结果表明:徐六泾取水口水域的水质明显好于北支,即使在特枯年的枯水期,北支咸潮倒灌进入取水口水域产生的污染物质量浓度最大增量不高于0.22 mg/L。DO、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、FN、油类、Hg 9个项目中,除TP由Ⅲ类降低为Ⅳ类外,其他指标类别基本不变,均优于Ⅲ类。     

长江口北支倒灌对南支水域水质影响初探

为研究在长江口水环境问题日益突出的情况下,北支倒灌对南支水域水质的影响,以南支上段受北支倒灌直接影响的东风西沙水域为例,采用实测资料分析和数学模型计算结合的手段,就北支倒灌对南支水质的影响进行探讨。结果表明：一般情况下,北支水域水质条件劣于南支水域;北支倒灌明显影响东风西沙水域水质的时间为大潮期;北支倒灌污水进入东风西沙水域后,在可利用的淡水时段,部分项目的水质类别有所降低,北支倒灌对南支水域的水质有一定影响;鉴于北支倒灌的复杂性,需加强北支倒灌期南支水域与北支同步的水质监测。     

2022年长江口北支咸水倒灌传播特征分析

基于长江口历年枯季、2022年9～11月初的实测盐度、潮汐资料以及同期大通站和徐六泾站径流量成果,分析了2022年北支咸水倒灌的特点及与其他年份的差异,结合流域来水及极端天气情况,探讨了北支咸水倒灌的影响因素、影响范围及传播路径。分析显示：2022年北支咸水倒灌开始时间较前几年显著提前,强度明显提高;咸水倒灌强度与上游来水呈负相关;北支咸水倒灌对影响长江口的台风及寒潮偏北大风较为敏感;出现了咸水倒灌与外海咸水通过南支上溯正面袭击相叠加的现象;咸水倒灌存在与潮汐类似的周期性变化趋势,其强度与潮汐动力呈正相关;咸水倒灌可影响到南支右岸白茆至陈行水库一带水域。     

长江口水环境数值模拟研究--水动力数值模拟

本文基于沿水深积分的平面二维非定常流动数学模型对长江口拦门沙水深水航道工程对长江口水域流场的影响作了细致的数值模拟。模型率定和难证表明本模型稳定性好，可应用于工程计算。数值模拟结果表明长江口挡门沙深水航道工程对长江口水域的流场有明显的影响。     

长江口水源地咸潮入侵应对预案体系

基于对长江口咸潮入侵及其发展态势、水源地咸潮入侵影响因素及其灾害应对措施等的分析,研究了长江口区水源地咸潮灾害应对预案的框架体系及相关要素或指标,提出了预案组织与职责、监测、预报、预警、应急响应、保障等体系的设计方案。     

长江口水流盐度数值模拟

利用长江口平面二维水流盐度数学模型，模拟计算了4种水文组合条件下径流和潮流对盐水入侵的影响．探讨了长江口拦门沙地区盐度随水流的扩散输移规律．利用长江口北槽三维水流盐度数学模型分析了盐度梯度引起的斜压项对水流的影响，以及航道增深对盐水入侵的影响．     

长江口登陆台风增水数值模拟

1810号强台风“安比”是1990年以来直接登陆上海的最强台风,却并未诱发较大风暴增水。采用ERA-Interim数据集作为背景风场资料建立了双重嵌套的高分辨率风暴潮与天文潮耦合数学模型,研究了台风“安比”在长江口地区风暴潮增水特征及成因。结果表明:台风期间增水主要集中在长江口北支出口沿岸,而长江口南支在台风登陆后出现明显的减水过程,台风登陆位置导致了长江口南、北支增水分布的差异;移行风对台风路径右侧增水影响更大,除梯度风场的向岸风作用外,落潮期间移行风场的作用致使连兴港附近岸段风暴增水平均增幅26.8%;除台风强度外,台风路径也是影响长江口地区风暴增水大小的重要因素之一。     

长江口盐水入侵对径流变异和海平面变化的响应

基于1960—2019年长序列实测径流、潮位资料,采用Mann-Kendall检验和Theil-Sen估计分析了长江口径流变异和海平面变化趋势,结合MIKE21水动力模型和蒙特卡罗方法,提出了计算盐度超标率的方法,并对长江口盐水入侵风险进行了评估。结果表明：径流对数值的年方差和平均海平面高度分别呈显著下降和上升趋势;预计到2060年和2100径流对数值的年方差分别减小30%和60%,平均海平面高度分别上升0.2 m和0.4 m;海平面上升增大了长江口盐度超标率,河口中段的盐度超标率增幅相对明显;随着径流变异性的减小,长江口沿线盐度超标率呈交错增减变化;2060年和2100年长江口平均盐度超标率将从46.9%增大到52.2%和54.9%,其中海平面变化对长江口盐水入侵的影响显著大于径流变异。     

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。     

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。     

珠江西四口门盐水入侵数值模拟及分析

为了经济有效地获取大量数据并理解和分析盐水入侵的运动机制，本文采用FVCOM非结构化三维数值模型，对2003年至2006年间的3个半月周期的盐水入侵现象进行了模拟计算。采用多个测站的水位和盐度的实测与模拟值的均方根、绝对平均误差和累积百分率对模型进行了检验。结果表明，其水位预测误差基本能控制在5%范围内，而盐度预测误差基本能控制在10%范围内；对磨刀门口门附近的涨、落潮流速与实测数据进行了对比，吻合较好。说明FVCOM模式对珠江西四口门的盐水入侵预测是合理可行的。盐度空间分布而言，咸界的变化周期和潮汐运动规律相似，具有日周期和半月周期波动规律。垂向环流对小潮后盐度迅速上涨起到不可忽视的作用，且在垂向环流时盐水分层明显，盐度垂向梯度大；在小潮低潮位时磨刀门水道存在明显的盐水分层现象，而复杂的地形加剧盐水混合；盐通量变化规律与盐水的上溯规律一致，盐通量与潮通量呈正相关，相关性较好；盐通量与潮能通量呈负相关，且相关性较弱。     

珠江西四口门盐水入侵数值模拟及分析

采用非结构化三维近海及海洋有限体积模式(Finite Volume Coast and Ocean Model,FVCOM),对2003—2006年间的3个半月周期的珠江西四口门的盐水入侵现象进行了模拟计算。采用多个测站的水位和盐度的实测与模拟值的均方根、绝对平均误差和累积百分率对模型进行了检验。结果表明,其水位预测误差基本能控制在5%范围内,而盐度预测误差基本能控制在10%范围内;对磨刀门口门附近的涨、落潮流速与实测数据进行了对比,吻合较好。研究盐度空间分布发现,咸界的变化周期和潮汐运动规律相似,具有日周期和半月周期波动规律。垂向环流对小潮后盐度迅速上涨起到不可忽视的作用,且在垂向环流时盐水分层明显,盐度垂向梯度大;在小潮低潮位时磨刀门水道存在明显的盐水分层现象,而复杂的地形加剧盐水混合;盐通量变化规律与盐水的上溯规律一致,盐通量与潮通量呈正相关,相关性较好;盐通量与潮能通量呈负相关,且相关性较弱。     

长江口盐水入侵特征及规律

在分析长江口2002年3月枯季全潮水文测验资料的基础上,建立了“长江口—杭州湾—舟山群岛”海域大范围二维水流盐度数学模型,对长江口盐水入侵的特征及规律进行了研究。结果表明:受北支盐水倒灌影响,时间上南支某些水域不同于一般的涨(落)憩时盐度达到峰(谷)值,而是涨憩时盐度达到谷值,落憩时盐度达到峰值;空间上南支盐度分布在大潮期间呈现出“高—低—高”的格局,口门处的盐度在涨憩时明显大于落憩时,数值模型计算结果与实测数据分析相一致。同时,通过对北支潮径动力分析可发现,外海潮差越大,上游径流量越小,北支盐水倒灌南支的可能性越大,即北支口分流比随上游径流量呈指数增长,而与外海潮差成反比。研究成果可供研究长江口盐水入侵科技人员参考。     

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。