感潮河段江滩湿地水体交换模拟与调控措施研究

保障湿地水体交换能力对完善湿地功能,维持湿地生态系统的健康至关重要。南京绿水湾湿地是长江江滩湿地,具备多种湿地特点,动力条件复杂。以绿水湾湿地为研究对象,通过构建二维水动力―水龄耦合数学模型,模拟了现状和不同闸、泵调控措施下各区域的水动力特征及水体交换能力。结果表明:现状工况湿地内部水面覆盖率低,水体交换能力差,大部分区域水体交换时间在7 d以上,甚至是14 d以上;建闸后虽然增加了枯季的水面覆盖率,但明显减弱了湿地内水动力,延长了各区域换水周期,换水周期大于14 d的区域明显增多;补水泵站的运用整体上缩短了大部分区域的换水周期,使得水域流速大于0.010 m/s的区域面积明显增加,换水周期大于14 d的区域面积减少。建闸蓄水后,为预防藻类暴发,需控制湿地内水体的换水周期在14 d内,结合各区域水动力和水体交换特点,提出了闸门生态调度、布置净水能力较强的挺水或沉水植物、增设补水点等调度策略。

大连湾海底隧道透水式接岸结构对水体交换的影响

在大连湾海底隧道工程中首次应用了透水式接岸结构,采用数值模拟的方法计算了大连湾海底隧道接岸结构施工后的流场和水体交换,并与传统的不透水方案计算结果进行了对比分析。研究结果表明:透水式接岸结构方案中水流会产生明显的横跨隧道方向的流动,对隧道两侧的水体交换有改善的作用,更能促进周边水体交换。这种透水结构具有推广应用价值。

南水北调工程对南四湖下级湖水体交换特征影响研究

【目的】南水北调东线工程以南四湖为输水通道,工程运行后南四湖下级湖的流场变化较为复杂。为研究调水工程运行对下级湖及各个分区水体交换特征的影响,【方法】在收集南四湖下级湖地形、降雨、蒸发、风场等资料的基础上,构建了下级湖二维水动力和对流扩散模型,并进行了模型率定与验证,选取50 m^(3)/s、2020—2021年度调水期实际流量、设计流量125 m^(3)/s共3种流量工况进行了模拟分析。【结果】模拟结果显示:调水148 d时,3种流量工况下下级湖韩庄站至二级坝水位差分别为0.06 m、0.12 m、0.36 m,韩庄站至二级坝水位比降分别为1.0×10^(-6)、2.1×10^(-6)、6.2×10^(-6),下级湖平均流速分别提高0.15 cm/s、0.54 cm/s、0.87 cm/s,死水区和滞水区面积占比不断减小,湖区水体流动性大幅提升。实际流量工况模拟入下级湖共6.6亿m^(3),出下级湖6.3亿m^(3),其中下级湖旧水体占67%,外调水占33%。【结论】同一流量情况下,下级湖从南至北、从东至西水体更新时间逐渐变长,3种流量工况下下级湖水体更新时间分别为77 d、78 d、53 d。研究结果有助于定量分析调水情况下下级湖水体流动和交换过程,对南水北调东线工程南四湖段调度运行具有一定参考作用。

徐圩港区水体交换能力改善措施研究

结合徐圩海域水动力条件,依据现场水文测验资料,以溶解态的保守物质作为港内示踪剂,建立对流-扩散的水体交换数学模型。通过模拟对流-扩散过程研究徐圩港区水体交换现状,结果表明,徐圩港区水体交换能力平面分布极不均匀,口门附近水体交换能力略强,港区内部区域水体交换能力极差;通过在港池底部设置排水泵站的办法可有效提高该水域的整体水体交换能力。

七里海潟湖近百年水体交换能力变化特征

基于三重嵌套的非结构网格建立七里海潟湖水动力和物质输运模型,采用实测资料对模型的潮位、流速和流向进行验证,结合卫星遥感影像资料,模拟1950—2018年七里海潟湖地貌演变过程,利用水体冲刷时间尺度探究不同工况下潟湖水体交换能力的变化特征。结果表明,自然条件下,径流改变较海平面变化对水体交换能力的影响更为显著;挡潮闸的开闭是影响潟湖水体交换能力的关键因素,同时潟湖围垦降低了纳潮量也减弱了水体交换能力,但降低幅度较小;潮汐通道工程的变化是影响水体交换能力的主要原因,潮汐通道由弯曲变为顺直及其拓宽均增强了潟湖的水体交换能力。

舟山小干岛西部围填海生态修复水体交换数模研究

围填海工程会对生态环境造成诸多影响,引起周边海域水动力的变化,对水体交换能力和水质产生影响。小干岛位于舟山本岛的东南海域,为解决小干岛围填海历史遗留问题,实现生态修复目标,本文利用平面二维水流数学模型Mike21计算了现状条件和不同生态修复方案下的水体交换差异。结果表明,所有方案均能达到修复小干岛南北两侧水体交换和增强围区内部水动力的目标;不同方案下的围区内换水周期均有所缩短,3号和4号水域尤为明显;各方案产生的差异主要在1号水域,修复方案一、方案二、方案三高潮位起始的90%换水周期分别为11.9、12.7、12.1 h,低潮位变化较小,分别为5.2、5.1、5.1 h。

基于水动力模型的大洲围河网水体交换过程研究

为改善平原河网水流交换情况,拟在东莞市万江街道大洲围开展河涌综合整治工程。结合河涌整治和运行管理需求,建立大洲围主要内河涌的一维河网水流数学模型,计算分析大洲围内河涌的水动力特征。针对外江典型的水动力条件,选取不同的内河涌水位,计算并分析外江与内河涌的水体交换过程,分析围内河涌的水环境改善情况,从改善水环境角度,对大洲围的河涌整治方案提出建议。

基于数值方法的城市人工湖泊水体交换研究

为定量分析和定性掌握引调水作用下城市人工湖泊的水体交换能力,以某城市人工湖泊为例,建立了水动力和对流扩散模型,通过获得湖内保守性物质含量的分布,计算了人工湖的水体更新时间和水体交换率。模型依据实测水位资料得到校准和验证。计算结果表明,主湖区的水体更新时间较短,不超过10 d,湖区整体更新时间最短可达13 d,水体交换率最大可达94%。内湖水体受其半封闭性形态限制更新时间较长。对内湖及湖周死水区域采取增加抽注水等工程措施,可显著改善湖内水体交换效果。研究结果有助于理解湖内水体中的物质输移过程,可用于人工湖泊的规划设计和调度运行的决策管理,对其他同类型城市人工湖泊的水体交换研究具有一定的参考作用。

铁山湾建港前后水体交换能力的数值模拟

铁山湾是北部湾东北部较大的海湾,水深条件好,可用岸线长。为研究铁山湾建港工程前后湾内的水体交换能力,文章建立了平面二维的水动力模型以及平面二维对流—扩散模型,率定后水动力学模型模拟结果与实测结果吻合良好。运用二维对流—扩散模型计算了湾内不同区域的水体半交换时间,模拟结果表明:铁山湾的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129天,海域的水体交换能力主要受铁山湾潮汐作用的影响。铁山湾潮汐作用较强,潮差较大,且铁山湾口门开阔,这都为铁山湾的水体交换提供了良好的条件。工程后铁山湾水体半交换时间为142天,工程前后铁山湾水体半交换时间仅相差13天,说明工程方案对铁山湾水体交换能力无重大影响。

海南岛博鳌港水体交换的初步研究

依据全潮水文观测资料,估算了博鳌港的水体交换参数。结果表明,博鳌港北部(占整个纳潮水域的1/3)的水体交换特征是:在不考虑河流淡水输入的情况下,一个进入口门的海水质点将在湾内平均停留6.7个潮周期(7.4d),区内50%的水体被外海水替换所需要的时间为5d,80%的水体交换所需时间为11d;如果考虑万泉河的淡水输入,则水交换的速度更快(不到1d)。与之相反,博鳌港南部(即沙美内海湖)水交换速度则相对较慢。在博鳌亚洲论坛会址今后的建设过程中,应注意保持博鳌港(包括沙美内海)与外海水交换的通畅,以保护区内良好的生态环境。

太湖水体交换周期变化(1986-2018年)及对水质空间格局的影响

针对太湖水体交换周期近十余年发生的变化,本文收集整理了19862018年太湖水文巡测、汛期水文巡测数据以及太湖流域沿江城市引水量、流域降雨量变化数据,基于太湖出入湖水量的变化研究了太湖水体交换周期的变化及原因,并对交换周期变化对水质空间格局的影响进行分析.结果表明:太湖入湖水量有显著上升,2007年以来平均每年入湖水量增长30.8亿m^(3)/a.水体交换周期显著下降,2007年以后约为184 d,相比2007年前下降了26 d.太湖流域及各水利分区近70年来,除去2015和2016年,降雨量无显著变化,主要入湖区下垫面变化造成的入湖水量增加估算在每年2.0 m^(3)左右.太湖入湖水量增加主要集中在湖西区,与沿江口门引水量明显相关.相比2007年前,沿江口门引水量年均增长28.9亿m^(3)/a,而这期间太湖入湖水量增量与这一引水有关.入湖水量的增加开始影响太湖存在的“西浊东清”水质结构,水体交换周期缩短会使东西太湖水质出现均化的现象,东部太湖水质会出现下降的趋势.

水体交换与传输的时间维特征

从水体交换时间维的特征出发对相关概念进行了总结,分析了宏观概念、微观概念的意义,比较了不同概念的异同。重点给出了更替周期及更新时间的计算方法,并分析了两者的关系。还参照前人研究,分析了水体入口、出口位置不同时水体更替周期、平均传输时间、平均寿命、平均滞留时间的关系。最后以20世纪90年代黄河中下游河段为例对其更替周期及逐月变化规律进行了计算分析,并证实径流量与更替周期存在负相关关系。

清淤疏浚工程对七里海潟湖湿地水体交换的影响

七里海潟湖湿地受到人类活动的影响,湖盆淤积、湖面萎缩、水质恶化,其生态修复工程(一期)通过对湖盆进行清淤疏浚来改善潟湖生态环境.基于三重嵌套非结构网格建立七里海潟湖湿地水动力和物质输运数学模型,采用实测资料对模型的潮位、流速和流向进行验证,运用欧拉法计算潟湖整体滞留时间及其空间分布,分析工程对七里海潟湖水动力和水体交换的影响,结果表明:(1)工程对潮位的影响较小,工程后潮汐通道口门处涨落潮流量增大,涨落潮流速也随之增加;(2)工程后,潟湖纳潮量较工程前提升87%,滞留时间较工程前降低38%,水体交换能力自潮汐通道向潟湖内部逐渐减弱,工程对潟湖水体交换能力的改善主要集中在河道及潟湖中心水域;(3)工程前水体滞留时间的分布主要受到潟湖地貌影响,工程后水深增大,流场受地貌的影响变小,水体交换能力的分布主要受到潟湖流场影响.清淤疏浚工程有助于潟湖改善水体的交换能力和生态环境.

大连太平湾港区人工湖工程水体交换数值模拟研究

通过水动力及水体交换数学模型试验,模拟了大连太平湾港区人工湖工程实施后的流场特征及水体交换能力。研究结果表明,湖内水体流动仅靠纳潮,流速整体均较低,大潮平均在0.2 m/s以内。湖区内流速分布呈口门附近略高,末端接近静水的趋势。口门拦水潜堤高程越高,湖内流速越低。湖区口门附近交换率较高,末端交换率很低。太平湖不建潜堤条件下,月交换率可达86%左右。如拦水潜堤顶高程抬升,则月水体交换率降低,当潜堤高程为85基面上+1.0 m时,月交换率仅为29%,拦水潜堤的高程决定了水体交换能力的量级。

人工岛对金梦海湾水体交换的影响

为研究金梦海湾人工岛的不同布局对周围海域水动力及水体交换的影响,基于MIKE软件建立三维和二维潮流模型以及保守物质输运模型,运用欧拉法计算水体滞留时间,从整体和分区二个方面分析人工岛对水体交换的影响机制.结果表明:海螺岛工程起到分流?导流的作用,提升了金梦海湾的水体交换能力,水体交换率提升10.17%;海螺岛和进岛路的联合作用,使金梦海湾形成一个水体交换能力较差的半封闭式水域,水体交换率下降7.73%;在建设人工岛时保留潮汐通道有助于该区域的水体交换,进岛路的去除为汤河口和金梦海湾近岸增加一条潮汐通道,水体交换能力增加17.90%;在弱潮流地区,需考虑余流的作用.金梦海湾区域的余流小,潮流弱,因此保守物质滞留时间长,水体交换缓慢,水体的自净能力低.

三峡库区干支流水体交换特征初步研究——以朱衣河为例

通过对三峡库区中部典型支流朱衣河与干流界面水动力参数、河口流场强度与特征的分析,计算了干支流水体交换通量,进而探讨水库运行各个时期干支流水体交换情况及其对库区水环境的影响。结果表明,朱衣河河口水体具有双向流动特性,水库运行各个时期干支流交界面进出水体分布不同,流速差异显著;不同季节与水库运行期河口流场相应表现出上下分层、左右分布,以及进出流量差异显著等特征;尽管朱衣河河口净流量较小(全年大部分时期小于100 m^3/s),然而双向水流结构的存在致使水体有效交换量相对显著(约为净流量的5~10倍)。根据朱衣河实测数据及相关资料,初步推算了库区干流水体参与干支流水体交换的比例,得出全年平均交换率为204%,1月份最高,达343%。

狭长形海湾与外海水体交换的一个物理模型

本文根据狭长形海湾的口门潮交换和纵向弥散交换机制,建立了象山港与外海水体交换的物理模型,并采用地形参数和1983年冬季所测得的水文参数进行了计算。该模型按垂向充分混合时间小于一天和超过一天的两种情况分别运行。其结果均表明象山港是一个水体交换缓慢的海湾。在进行工业布局、海港建设、海岸带开发和环境保护等工程时,对此应给予充分的重视。

挖入式港池水体交换能力研究

港池水域面积较大的单口门挖入式港池不利于港池水体与外界的交换,连通河涌是解决港池水体交换方式之一。本文以广州港南沙港区挖入式港池为例,通过潮流运动的数值模拟和河涌断面潮量的计算,探讨了连通河涌的位置和开通方式,有效地起到了港池与外界水体交换的作用。

环抱式单口门港池水体交换能力研究

沿海港口的环抱式单口门港池可起到防浪和减少泥沙回淤的作用,但此种港池布置对于港区内外水体交换是不利的。在港池口门朝向正对波浪情况下,港池水体随涨潮流增加、落潮流减小而出现港池内水位涌高,导致港池内外水体交换量减小、港池水环境容量下降。以浙江台州温岭港为例,在单纯潮流及波流共同作用两种水情下,通过模拟规划方案下港池内外水质点运动轨迹变化及计算口门通过潮量的变化来探讨该类型港池对污染物输移及水体交换方面的特点,并提出相应的解决办法。

基于水动力ROMS与BOX耦合模型的长江口及邻近水域水通量及水体交换特性

本研究将水动力模型ROMS(regional oceanic modeling system,区域海洋模式系统)与箱式(box)模型结合,详细阐述了长江口及邻近水域四个季节的水通量特征及水体交换特性。研究发现:总的水通量整体受季风控制,季风的作用在于使水体在南北方向上交替输送,而台湾暖流对春夏季底层水南向输运具有重要作用;直接进入123.5°E以东外海区域的水通量很小,而是先从南边界流出研究区域,然后通过海洋环流系统进入外海。在强烈季风下,水体更新依赖于季风方向的水平通量,主要是同层水体而不是表底层水体之间的交换。虽然水体更新时间较长的区域与缺氧区基本一致,但本研究认为该区域底层水体缺氧的本质原因是跃层阻隔了表底层水体之间的交换。