枯水期磨刀门与洪湾水道盐度比较分析

以2009年12月磨刀门河口同步水文测验为基础,分析了磨刀门主干与支汊洪湾水道半月潮周期内分层盐度变化和盐淡水混合特征。实测数据表明,一般风力条件下,枯水期磨刀门水道盐度变化特征与交杯沙水道基本一致,磨刀门水道的盐分主要来源于磨刀门主干交杯沙水道,小潮期间尤为如此。从半月潮周期来看,磨刀门河口盐淡水混合类型总体表现为缓混合型,且磨刀门水道垂向分层相对最强、洪湾水道垂向混合相对最强。小潮期磨刀门水道表现为高度分层,形成了明显的盐水楔。     

磨刀门水道枯季咸潮入侵特性及规律

为探讨珠江河口磨刀门水道盐水入侵规律,采用同步实测的方法对磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的水文和盐度进行了测量。结果表明,磨刀门水道盐度总体呈现向上游递减的趋势;口门位置表、底层平均盐度在不同潮型和涨落潮下相差较大,变化范围在1.7%~2.4%之间,尤以枯季分层明显,通常落潮期表、底层盐度差异比涨潮期大;上游竹银位置不同潮型下的表、底层盐度相差较小,平均涨落潮盐度都在0.1%以内;从磨刀门水道沿程表、底层盐度相差比例统计来看,大、中、小潮期间底层平均盐度比表层分别大43.1%、53.4%和77.4%,且流速和盐度的垂向分布存在较好的对应关系,因此小潮期间,更容易出现异重流现象。近口门河段盐度随水深减小而直线递减,上游河段则呈指数递减规律;大潮时,两种分布规律的分界位置距口门23 km左右,中潮和小潮时距口门17 km左右。     

磨刀门日潮平均盐度变化及驱动力分析

基于日潮平均的盐量输运方程,利用变量分离的方法分析实测资料,对磨刀门河口大小潮变化过程中引起日潮平均盐通量变化的驱动力进行了研究。结果显示磨刀门日潮平均盐度变化主要由平流输运和重力环流输运驱动,说明磨刀门河口是一个非稳态河口。大小潮变化过程中,从大潮转小潮的中潮阶段到下一个周期小潮转大潮的中潮阶段,重力环流作用大于平流输运作用,盐量在河口持续增加,各站点盐度持续增大;在小潮转大潮的中潮阶段到大潮转小潮的中潮阶段,平流输运作用大于重力环流作用,盐量在河口持续减少。咸潮上溯过程中,下游站点的纵向盐度梯度先于上游增大,也先于上游减小,上游站点盐度从增大变为减小的时间比下游站点有所滞后。     

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。     

长江口北槽中段枯季输盐输沙特征研究

基于2012年4月15日至23日在长江口北槽中段获得的枯季水文泥沙定点观测资料,运用通量机制分解法探讨了测点处从小潮到大潮连续16个潮周期的输盐输沙特征。结果表明,从小潮到大潮,测点处向海输盐中,欧拉余流输移项贡献最大;向陆输盐中,小潮时以"潮泵效应"输移项为主,中潮和大潮以斯托克斯漂移输移项为主,垂向净环流输移项次之。在向海输沙中,欧拉余流输移项贡献最大;在向陆输沙中,以斯托克斯漂移输移项为主,垂向净环流输移项次之。由于盐水楔的出现,北槽存在重力环流,这对北槽泥沙输运过程具有重要影响。小潮时水体垂向混合弱于大潮,盐水楔主要出现在近底部水层,这是导致垂向净环流输沙项对向陆输沙的贡献率从小潮向大潮不断减小的一个重要原因。     

珠江磨刀门河口调水压咸的时机研究

该文采用原型观测资料分析、水槽机理试验和咸潮物理模型试验相结合的研究方法,对磨刀门河口调水压咸时机进行研究。结果表明在磨刀门水道咸界上涨的小潮及小潮后的中潮阶段,增大径流量能有效地抑制咸潮上溯,特别是在咸界上涨的中潮阶段抑咸效果最优。综合分析其原因可知,径流的下泄通道位于河道表层,咸界附近的表层盐分来源于底层盐分的垂向混合,因此径流的压咸时机宜选择在盐淡水垂向混合最好、表层盐度最大的时段,即小潮后的中潮阶段,此时增大的径流下泄过程能携带更多的盐分下泄,从而达到将咸界推向下游的压咸目的。     

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。     

台风“纳沙”过境期间磨刀门水道咸潮上溯的动力机制

选取典型台风"纳沙",采用SCHISM模型建立磨刀门水道三维水流盐度数值模型,结合辛普森数(Simpson number)和盐通量机制分析法,研究台风过境期间磨刀门水道咸潮上溯的动力机制。结果表明:台风在短时间引起强烈的盐水入侵,在水道内形成明显的盐淡水分层,进而引发较强的纵向环流;台风期水道中游呈现应变致周期性层化状态,水道中的纵向环流主要是受潮汐应变驱动形成;台风期盐度分布呈现出"双峰"特征,这与台风"纳沙"增水效应引起平流通量转而向陆输送的动力过程密切相关。     

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。     

伶仃洋河口环流特征及其动力机制分析

基于FVCOM模型,该文建立了珠江河口三维水动力数值模式,模式覆盖了上游三角洲河网区域、八大口门区域以及伶仃洋等近岸海域。该模式的水位、流速和流向验证结果表明模式能较为准确地反映伶仃洋的潮汐潮流变化过程。对珠江河口枯季水动力特性进行了数值模拟,并基于模拟结果分析了伶仃洋余流的时空变化特征及动力成因。结果表明,伶仃洋深槽中存在表层余流向海、底层余流向陆的河口环流特征,且河口环流特征随大小潮发生明显变化:小潮期间河口环流特征较为明显,小潮后的中潮期间最为显著,大潮时河口环流特征减弱,大潮后的中潮期间表底层余流几乎均为向海,河口环流特征趋于消失。这种纵向上的余流变化特征主要是与河口斜压作用有关。此外受东北风作用,伶仃洋横向上存在一个表层余流向西,底层余流向东的横向风生环流。     

咸潮上溯期磨刀门河口垂向环流动力机制

为研究垂向环流在磨刀门咸潮上溯过程中的作用,该文引入淡水输运速度分析潮周期平均水流特征,获得了河口垂向环流结构在咸潮半月周期波动过程中的时空变化。通过改进环流强度与密度弗劳德数的计算,分析了两者的内在关联,且探讨了径流量、垂向盐度分层和地形等动力因素影响垂向环流的机理。结果表明,小潮期间垂向环流强于大潮期间,环流强度的增减与盐水头部(2‰等盐度线)的上移和回落同步;垂向环流形成的动力学条件为密度弗劳德数大于等于1;垂线平均淡水输运速度代表的惯性力及表底层盐度差和水深代表的密度梯度力,对磨刀门水道垂向环流结构起决定性作用;这两种作用力的相对优势转换,是引起咸潮上溯周期变化的主要原因。     

长江口北支小潮至大潮水沙输运机制研究

根据2010年4月23日至30日在长江口北支主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从小潮到大潮连续变化过程中北支的水沙输运特征.研究结果表明:从小潮到大潮余流和单宽输水量不断增加,输水方向向海.单宽输沙量从小潮到大潮趋于增加,但输沙方向具有小潮和大潮向海、中潮向陆的特点.在各输沙项中,平流输沙占主要地位,其输沙方向向海,输沙量从小潮到大潮显著增加,大潮输沙量约为小潮的46倍;潮泵输沙占次要地位,其输沙强度和输沙方向随潮周期变化频繁;垂向净环流的输沙强度很小,输沙方向向陆.此外,从小潮到大潮的过程中,一些重要输沙项的贡献率随潮周期变化显著,这表明各潮周期的悬沙输运机制有时存在较大差异.     

磨刀门河口瞬时盐度分层状态及其动力分析

建立可以反映河口盐度分层状态的混合需能方程,并推导得到其时间变化率与重力环流作用、潮流剪切作用和潮流紊动作用的关系模型。基于该模型可知,重力环流作用总是抑制混合,潮流紊动作用总是加强混合,潮流剪切作用在涨潮阶段加强混合,在落潮阶段抑制混合,这3种驱动力在潮汐变化过程中交替起控制主导作用,使得磨刀门瞬时盐度分层状态呈现时空多样性,日平均混合需能在中潮时最小,小潮时最强,大潮时远小于小潮,略大于中潮。     

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。     

北风对磨刀门咸潮上溯的影响机制

基于MIKE3软件建立了磨刀门水道三维潮流盐度数学模型,采用实测资料对其进行率定和验证,并开展了北风作用下磨刀门咸潮上溯的数值计算。根据计算结果,结合盐通量分解方法,分析北风对磨刀门咸潮上溯的影响机制。结果表明:北风风力的大小直接影响磨刀门水道盐分输运途径,风力较小时,磨刀门水道分汊口以上的盐分主要来自于横洲水道,而洪湾水道则表现为磨刀门主干往外海排盐的通道;但在强北风作用下,洪湾水道成了磨刀门水道盐分的主要来源。     

磨刀门水道枯季大潮水体层化混合分析

通过分析磨刀门水道枯季大潮期间的水体盐度实测资料,得出涨落潮时期盐跃层上下流速结构的差异性,确定了磨刀门水道盐度和盐水楔变化特征,判定磨刀门河口属于部分混合型河口。采用整体Richardson数、梯度Richardson数以及势能函数φ等3种层化指标,计算分析了磨刀门水道枯季大潮期垂向各层不同密度水体层化混合的周期性变化过程,指出出现层化混合的峰值时期。采用Simpson势能理论,分析了磨刀门水道枯季大潮期的河口环流、潮汐应变和潮汐紊动过程,及其与水体层化指标特征峰值的对应关系,结果显示磨刀门水道枯季大潮期河口环流加剧水体层化,潮汐紊动促进水体混合,潮汐应变则是在涨潮时促进混合,在落潮时促进层化。分析指出潮汐应变是引起磨刀门水道各层不同密度水体周期性层化混合现象的主控因子。     

基于水幕方法的珠江河口抑咸对策

基于数值模拟手段,论证水幕方法扰动底层盐水楔实现抑制咸潮入侵的可行性。结果表明,在磨刀门河道上游深槽设置水平喷水干扰盐水楔,可以有效减弱底层盐水浓度,在底部高盐水团附近喷水的抑咸效果优于其他断面,并且喷水流量存在最优值,当小于该值时,咸潮上溯距离随流量的减小逐渐增大,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大逐渐增大。进一步研究发现磨刀门河口地区小潮期进行盐水楔扰动的效果最好,低盐度等值线(≤0. 5‰)向外海退缩程度显著,有利于河口区取水。     

强潮作用下钱塘江河口潮余流特征研究

钱塘江河口是典型的强潮河口,研究其潮余流特征对于深入了解强潮特性及潮汐资源开发利用具有重要意义。采用钱塘江河口枯季大潮期沿程5个站点连续5 d高频次的流速、潮位、水深等观测数据,分析了强潮作用下潮流、水深及余流的时空变化特征,讨论了余流与水深、潮差的关系。结果表明:在强潮作用下,河口下游段水流向陆净输运,余流主要受斯托克斯余流控制;上游段水流向海净输运,余流主要受欧拉余流控制。大潮期前期阶段,向陆输运的余流促使河口段出现蓄潮现象,水深持续增加,后期阶段余流与潮差具有极强的相关性。     

咸潮影响下磨刀门水道取淡时机初探

对磨刀门水道2005-2010年枯水期实测数据进行分析,提出“最早取淡日”和“最后取淡日”的概念,探讨潮周期最早取淡日与最大潮差日、最后取淡日与最小潮差日关系.结果表明:在枯水期,相对于最大潮差日,最早取淡日呈逐月向后推移的趋势,压咸流量一般应在潮周期最早取淡日之前1d到达思贤滘;最后取 淡日与最小潮差日关系较复杂,...