长江口2013年和2014年枯季盐水入侵分析

为研究长江口枯季盐水入侵及北支盐水倒灌特性,于2013年12月及2014年2月两次对长江口南北支分汊口处进行全潮同步水文测验,分析结果表明:受地形地貌因素影响,北支进口盐度比同期南支白茆沙水域的高出一个数量级。水域盐度与径流量大小呈负相关关系,与潮差大小呈正相关关系。径流较小、潮差较大时,北支盐水会发生倒灌。由于下泄径流的顶托,迫使倒灌盐水北偏,使得白茆沙北水道盐度大于南水道。风应力对盐水入侵的影响不可忽视,持续的南风会减弱长江口北支的盐水入侵。在枯季条件下,北支倒灌盐水一般沿白茆沙北水道南侧下泄。大潮时倒灌进入南支的盐水在白茆沙水域有一定时间的滞留,使得白茆沙水域盐度往往会在大潮后的中潮期达到最大。     

长江河口枯季北支盐水倒灌特征分析

基于2002年长江口水沙盐原型观测资料,分析该年枯季长江口南北支、南北港及南北槽水域盐水入侵源和盐度的时空变化规律,从多种角度阐述北支盐水倒灌的特性。结果表明:2002年1～3月,长江月平均径流量与历史上两次特枯水文年北支发生倒灌时流量值相当;大潮期间,外海上溯至北支的咸潮强度增大,北支盐水倒灌南支严重,倒灌的盐水最远可波及南、北港分流口。通过相关分析,得到该区域盐度与盐水入侵长度呈三次曲线关系,相关关系式在有无北支倒灌情况下有所不同。     

三峡水库运行以来入海径流与盐水入侵响应研究

为研究三峡水库运行以来盐水入侵对长江河口的影响,采用自行编译完成的Delft3D 4.01.01版本源代码,建立了大通到长江口外的二维水流盐度数学模型,综合分析入海径流量与盐水入侵的响应机制。研究表明Ddlft3D 4.01.01源代码能很好地模拟计算长江口水动力盐度分布,验证误差仅有10%~15%。从计算结果可以看出,盐水入侵情况与径流量关系明显,当大通站径流量为5 000 m~3/s时,长江口南支与北支均发生盐水入侵。随着径流量增大,淡水区域面积由南支右岸向下游进一步扩大。当径流量超过30 000 m~3/s时,南支基本不存在盐水入侵情况,可以保证水库正常取水安全。当存在风力作用时,盐水入侵明显,盐水浓度达到3.5 ppt以上,而无风情况下,盐水入侵趋势减弱,长江口南支河段区域的盐度一般满足灌溉水的标准(2.2‰)。     

长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应

上海市饮用水的80%来自长江口三大水源地——陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库。枯季盐水入侵一直是长江口水源地安全面临的最大威胁。作为河口区域的主要动力, 有必要进一步研究径流和潮汐对长江口水源地盐水入侵的影响。通过建立长江口平面二维潮流盐度数学模型, 对长江口盐水入侵进行模拟, 分析了水源地取水口盐度过程与潮位过程的关系, 探讨了北支盐水倒灌对水源地的影响。研究结果表明:三大水源地因位置不同, 盐度过程线特征也不相同。水源地取水口盐度过程线与潮位过程线的关系可作为受北支倒灌盐水和正面入侵盐水影响程度的重要依据。北支盐水倒灌发生时, 东风西沙水库、陈行水库、青草沙水库水源地分别在大潮、中潮及小潮时受倒灌盐水影响最为严重。随着径流增大, 水源地受盐水入侵影响的时间会提前, 但是盐度则随径流的增大而减弱。     

上海市境内长江口水质时空分布特点研究

建立了大通至外海长江口平面二维水-盐数学模型,对上游不同径流量及外海不同潮流条件下长江口淡水资源分布情况进行了数值模拟。结果表明,淡水资源分布情况与径流量关系明显,当大通站径流量低于10000m³／s时,长江口南支与北支均发生盐水入侵。随着径流量增大,淡水资源分布区域逐渐增加。当径流量大于20000m³／s时,青草沙水库可以保证水库正常取水安全。涨潮时,大潮期间南支淡水资源分布范围较广,而小潮时淡水资源分布范围较小,落潮时相反。对于青草沙水库而言,潮差越大水体含盐度越低。形成“大潮低盐,小潮高盐”的现象。     

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。     

非恒定水域盐水入侵特性试验研究

通过10组试验研究了非恒定水域盐水入侵特性与上游淡水来流、水深、潮差、下游盐度等参数之间的关系。结果表明:①表层和底层的盐度几乎不受涨落潮的影响,表层盐度一直较低,底层盐度一直较高;中间层的盐度具有周期性,且一般在涨憩时刻附近取得最大值,落憩时刻附近取得最小值。②下游盐度、水深以及潮差越大,上游来流越小,盐水入侵强度越大。垂向平均盐度值在纵向上从下游向上游递减。总体来讲,下游纵向盐度梯度比上游的大,且纵向盐度梯度在中游附近达到最大。③上、中、下游断面盐度垂向分布明显不同,下游表层盐度梯度较大,且下游盐度、潮差、上游来流、水深越大,下游表层垂向盐度梯度越大。总体来说,表层垂向盐度梯度从下游向上游递减,而底层垂向盐度梯度从下游向上游递增。④从下游至上游,表层盐度值基本没有变化,底层盐度减小但减小速率较慢,中间层盐度值减小速率较快。     

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。     

浙江沿海及长江口同步潮位数据比较分析

通过对浙江沿海及长江口31个潮位站同步潮位数据分析比较可知,浙江沿海各站的潮汐变化有着较好的一致性和明显的规律,即在半个月的潮汐周期中出现1次大潮和1次小潮,而在1个太阴日中,出现2次高潮和低潮,潮汐变化过程呈现出半日潮特征。在河口区,落潮历时长于涨潮历时,且由河口口门向上游历时差逐渐增大;在近岸浅海区,长江口至浙中沿海的大目涂站,表现为落潮历时长于涨潮历时;向南至浙中沿海的东矶岛、大陈岛站涨落潮历时基本相等;总的来说浙南沿海松门、披山岛、坎门、洞头站涨潮历时略长于落潮历时;而南麂岛、琵琶门和霞关站又以落潮历时略长于涨潮历时为特点。在近岸浅海区,潮差分布从长江口往南到霞关总的趋势由北向南增大。在河口区,最高潮位和平均高潮位由河口向上游逐渐增大;在近岸浅海区,最高潮位和平均高潮位由北向南增大,最低潮位和平均低潮位的分布则恰好相反。     

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。     

潮汐双向流条件下丁坝水流特性研究

以长江口南支河段为原型,概化并建立水槽数学模型,研究径潮双向流条件下丁坝附近的水流结构。研究表明:丁坝一侧河岸,丁坝下游潮差远大于上游,在丁坝上游潮差小于对岸侧,下游潮差大于对岸侧;落潮时,丁坝回流区与壅水区长度大于涨潮,转流时刻,丁坝坝头附近流速相对较大;河床底部剪切应力变化在涨落急时刻最大,且落潮大于涨潮,转流时刻坝头及坝身迎水侧剪切应力增加明显。     

钱塘江河口七堡段氯度时空变化及与水文的关系

对10多年钱塘江河口七堡段大量的氯度、水文、地形等实测资料进行了统计、分析和比较,结果表明:在径流、潮流此消彼长的影响下,河口闸口—仓前河段咸淡水掺混最为强烈,径流大则氯度低,潮汐强则氯度高,但氯度垂向分布比较均匀,横向差异小,主槽氯度大于边滩;连续丰水年、连续枯水年,盐水入侵均较弱,径流从丰转枯的第一年,盐水入侵较强;大潮期受潮波变形和涌潮等影响,涨潮动力显著大于落潮,易发生盐水入侵;潮差是潮动力的重要指标,潮动力决定盐水入侵强度,潮差对河口的盐水入侵具有重要的指示作用。     

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。     

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。     

长江口北槽潮波对地形变化的响应研究

以长江口北槽为研究背景,建立了二维潮流数学模型,在模型验证良好的基础上,研究了北槽潮波传播对工程与地形变化的响应。研究表明,长江口深水航道治理工程完成后,北槽地形未发生调整前,北槽潮波高、低潮位均升高,潮差减小,涨、落潮相位明显滞后,潮波变形加剧,涨落急流速均呈增大趋势;北槽水深增加后,高、低潮位随之降低,潮差增大,落潮相位略有提前,涨潮相位变化相对较小,潮波变形逐渐趋缓,涨急流速减弱,落急流速增强。