钦江河口盐水入侵距离预测模型研究

平陆运河工程是中国“西部陆海新通道”的重要水运基础设施,青年枢纽作为运河最下游的节点性控制枢纽,受钦江感潮河段的盐水上溯的影响,合理预测盐水入侵距离对认识青年船闸寿命与城市饮用水安全具有重要意义。利用钦江河口盐水上溯过程的实测数据,基于盐水上溯一维扩散稳态方程构建了考虑河口几何形状、潮汐作用及径流过程的高潮期盐水入侵长度预测模型,并通过径流与潮汐作用对钦江河口盐水入侵长度的影响分析,取得的主要结论为:当径流流量Q<100 m^(3)/s时,平陆运河工程后的高潮位期钦江河口盐水入侵长度L=10~27 km,较工程前增加了4.5 km;当径流流量Q<20 m^(3)/s时,钦江河口盐水将上溯至青年船闸闸下;枯水期,当河口潮差H 0>2.5 m时,青年枢纽减盐的最低泄流量须达到20 m^(3)/s。

河口船闸钢筋混凝土受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数研究

河口船闸在服役过程中会受其下游海水入侵的影响,加之船闸运行时由于频繁灌泄水作用,使得船闸结构受盐水干湿交替的频次较海洋潮汐环境更高,混掺盐水高频率干湿交替的复杂环境下船闸钢筋混凝土(RC)易受腐蚀,结构耐久性问题突出。然而,针对河口船闸RC结构的耐久性设计参数目前未见明确的规范条文规定。为此,通过现场实测数据,推求得到了船闸工程建成后环境水中腐蚀因子对结构物的腐蚀程度,结合我国现行与混凝土耐久性相关的设计规范,经对比分析初定了河口船闸RC结构的耐久性设计参数(强度等级、水胶比、保护层厚度等)。在此基础上,综合考虑大体积混凝土在施工过程中的水化放热所引起的工程质量问题,依托既有工程的相关设计资料,提出了针对河口船闸RC受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数建议值,以期为实际工程设计提供数据参考和技术支撑。

三维理想河口盐水入侵对径潮驱动变化的响应

为探究在人类活动与气候条件改变的影响下,径潮动力以及水深的改变对河口区域盐水入侵的影响,建立了三维理想河口盐水入侵数值模型,分析了纵向环流及盐度的垂向与横向沿程分布,研究了垂向与横向剪切作用以及潮泵效应引起的纵向盐输运对盐水入侵的影响以及盐分输运过程对径潮动力与水深变化的响应。结果表明:盐水上溯程度对流量与潮振幅的变化有明显响应,流量增大与潮振幅增大对盐水入侵均有抑制作用;在较浅的河口,潮驱动增大在河口上下游引起相反的潮平均盐度变化趋势,这与横向、纵向剪切与潮泵效应分别引起的纵向盐输运对径潮水深条件的响应相关。

三峡水库应急补水对2022年洪季长江口盐水入侵的影响

2022年汛期长江流域发生了历史罕见的流域性干旱,大通站9—10月份流量在11000 m 3/s上下浮动。9月份开始,叠加台风的影响,长江口遭遇了严重的盐水入侵事件,威胁上海市供水安全。结合实测流量、风速和盐度数据分析,认为此次盐水入侵由低流量和台风导致;基于此,采用三维河口海岸数值模型定量分析三峡水库应急补水的压咸效果。结果表明,应急补水削弱了长江口的盐水入侵,减小了咸潮上溯距离,南支—北港纵断面0.45 psu等盐度线下移了17 km,降低了水库取水口盐度,为青草沙水库争取了约6 h的取水窗口。10月份2次寒潮在一定程度上削弱了此次补水效果,为确保补水效果需加强河口地区水文、潮汐及气象综合监测能力,以保障上海市淡水利用安全。

长江流域梯级水库夏末秋初蓄水对河口盐水入侵和淡水资源的影响

流域大型梯级水库群,夏末秋初蓄水,来年枯季放水,季节性改变了入海径流量,会影响河口盐水入侵和淡水资源利用.收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值,利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si,模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响.截至2020年和2035年,长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m^(3),蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13398和17909 m^(3)/s.基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量,考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节,给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量.数值模拟结果表明,截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水,径流量下降,导致盐水入侵加剧.在平均水文年,南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水.在特枯水文年,9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d,到2035年分别为46.53、44.18、47.56和50.75 d.夏末秋初特枯和平均水文年情况下流域水库蓄水期间遇到强北风作用,均会显著影响长江口水源地取水.对于特枯水文年,流域水库群应减少蓄水量,甚至应该放水,以保障长江口淡水资源的安全.

流域枯水条件下长江口盐水入侵变化特征

河口地区在枯水季常出现盐水入侵现象,对当地取水用水产生严重影响。本文基于2022年9-11月6个测站的实测盐度、潮位数据及历年大通流量数据分析发现:盐水入侵的发生与径流大小有着密切关系,夏季干旱造成的流域性枯水是造成盐水入侵提前发生的主要因素;长江口盐度大小与径流呈反比,与潮差呈正比;潮汐变化使得盐度具有半月周期变化和日变化特征。

极端干旱水文年(2006)中长江河口的盐水入侵

观测资料表明,由于在2006年夏季中长江流域发生了特大干旱,形成的特低径流量导致长江河口盐水倒灌比常年提前了3个月.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,而在南支中上段其他水域,因强烈潮混合作用盐度垂向分布均匀.受北支盐水倒灌和盐量的累积作用,在南北支分汊口崇头盐度最大值出现时间比青龙港潮位最高时间滞后约3d,倒灌的高盐水团进入南支后受径流作用影响到下游陈行水库的时间约为2d.

特枯水文年长江河口汛期盐水入侵观测分析

基于2006年汛期10月长江干流大通水文站逐时水位流量资料和长江口区现场实测水文、盐度资料,探讨了特枯水文年份在大型水利枢纽调控影响下的长江口区汛期盐水入侵及其对淡水资源的影响。结果表明:①2006年汛期10月大潮期间,外海上溯至北支的咸潮强度较大,倒灌南支严重,导致观测期间陈行水库、宝钢水库河段不存在淡水资源;②北支高盐度的咸水倒灌主要经白茆沙北水道而进入南支,长江入海冲淡水则主要由白茆沙南水道下泄入南支,两股不同性质的水流在白茆沙尾部汇合,其影响范围可到南港吴淞口;③观测期间,外海高盐水团经南北槽上溯,其强度和上溯距离可影响到吴淞口,致使除吴淞口附近水域存在淡水资源外,南港吴淞口以下河段皆为高盐水体覆盖。

钱塘江河口段盐水入侵的时空变化及预测模型

杭州城市供水85%取自钱塘江河口段,取水水质在枯水大潮期都不同程度地受到盐水入侵的威胁,分析钱塘江河口盐水入侵时空变化及研制二维数值预测模型对保障城市供水安全十分必要。根据钱塘江河口段实测水文氯度资料,分析了强潮作用下盐水入侵的时空变化特征;据此构建考虑斜压作用的二维水流、盐度输移的耦合数学模型,计算格式采用守恒性较好的有限体积法;在模型验证的基础上,数值分析了径流和潮汐对钱塘江河口段盐水入侵的影响,结果表明河口段的盐水入侵明显地受径流和潮汐的影响,据此可通过增大上游新安江水库的下泄流量抑制盐水入侵上溯以减小取水口氯度及超标时间,确保用水安全。

珠江口磨刀门盐水入侵的现状与成因分析

通过对珠江口磨刀门水域包括潮位、径流量、河道深泓、海表水温、盐度、气温、风速、风向、降雨等参数的长期基础历史资料的整理、转换与统计分析,探讨其盐水入侵加强的主要原因。结果表明:珠江口磨刀门盐水入侵受到潮位、径流、降雨、气温、风速的等诸多因素的综合影响,但最直接、最明显的影响因素是径潮相互作用。多因素的综合作用,使得珠江口磨刀门的盐水入侵活动规律复杂多变,给预报和治理工作带来一定的困难。

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。

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。

特枯水文年长江口南槽盐水入侵分析

2006年6月至2007年5月长江入海径流量较多年平均减少1/3,为特枯水文年。根据长江口南槽江亚北水道实测盐度等资料,分析了该特枯水文年的盐水入侵状况。结果显示:研究区该时间段几乎均为盐水所占据,96.6%的天数处于盐水入侵状态;与常年相比,盐度具有年变幅大、洪枯季差异小、高盐月份多的特点。研究表明:盐水入侵主要受径、潮流控制,多发生在小径流量-大潮期;大通径流量30000m3/s是盐水入侵与否的阈值。

海平面上升对钱塘江河口盐水入侵影响的预测研究

海平面上升会对河口地区盐水入侵和物质输运造成一定影响,尤其将对饮用水安全造成威胁,因此海平面上升问题越发受到人们的关注.为研究水源地对海平面上升的响应,防范未来可能出现的盐水入侵危害,本文基于FVCOM模式建立了钱塘江河口三维潮流盐度数值模型,并在此基础上通过一系列数值试验分析未来海平面上升(SLR)对河口盐水入侵的影响.结果表明,海平面上升使得河口盐度整体有所增大,盐水入侵距离增加,且小潮期增幅更加明显,在相对海平面分别上升0.3、0.6和1.0m情况下,大潮期盐水入侵距离分别增加1.1、2.2和6.0km,盐度最大增幅发生在七堡附近,量值分别达到0.17、0.32和0.49;小潮期入侵距离则分别增加2.8、5.9和9.8km,盐度最大增幅发生在盐官附近,量值分别达到0.38、0.80和1.22.海平面上升也会引起各取水口盐度和超标时间的增加,在相对海平面上升0.3~1.0m时,南星桥至珊瑚沙3个取水口平均盐度增值分别为0.1~0.3、0.1~0.3和0.1~0.2,最长连续超标时间增值分别为1.0~4.1、0.5~1.6和0.1~0.2d.

盐水入侵下长江口南港水域COD和营养盐分布

根据大潮期对从吴淞口到长江口外10 m等深线之间水域的水质调查资料,分析了特枯水情下,长江口南港水域的COD及营养盐分布特征及影响因素。研究表明,大潮时,南港受到盐水入侵,可上溯至吴淞口。在调查区域内,COD水平分布呈现口内高,口外低的趋势,垂直方向上,底层略大于表层,分布特征与水平方向相似。除NH4-N外,营养盐呈现口内高,口外低的水平分布特征,垂直方向分布特征不明显。COD和营养盐分布主要受长江径流以及河口沿岸排放废水的影响,盐水入侵时,COD和营养盐受到海水稀释,平均值小于非入侵时的平均值。

河口环流和盐水入侵I——模式及控制数值试验

本文应用 ECOM模式 ,设计 1个控制试验 ,研究理想河口环流和盐水入侵的动力过程。数值计算结果表明 ,盐水入侵产生盐度锋面 ,在锋面处底层存在着向陆的密度流 ,为保持断面上质量连续 ,上层的流速趋于增大 ;近口门附近底层流有偏南分量 ,表明有横向环流存在。在口门外因斜压和底形的作用 ,产生明显的上升流。盐水入侵在空间上具有不对称性 ,高盐水位于北岸的下层。在拦门沙上游出现上下 2个相反方向的横向环流 ,而在口门处只出现 1个顺时针方向的横向环流。从动力机制上分析了盐水入侵的空间不对称性和横向环流的产生。

河口环流和盐水入侵Ⅱ—径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式 ,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响。在径流量增大的情况下 ,口门内表层向海的流速增大 ,底层向陆的密度流减弱 ,滞流点下移。口门外侧向口门的密度流增大 ,上升流趋于增强。口门内盐水入侵减弱 ,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大。在口门上游北岸底层盐度下降明显 ,口门处南岸表层盐度下降明显。径流量变化对盐水入侵影响十分巨大。在海平面上升的情况下 ,拦门沙区域向陆的密度流增强 ,滞流点上移 ,表层向海的流动增大。口门内盐水入侵增强 ,口外盐度增大 ,冲淡水扩展范围减小。海平面上升对盐水入侵影响十分明显 ,北岸底层盐度增大尤为特出。

长江口盐水入侵数值模型研究

本文利用ECOM模式建立了一个长江口水动力盐度三维数值模型。当水底地形变化比较剧烈时,原ECOM模式中水平扩散项的计算就可能产生虚假的流场和物质输运,所以文中首先对ECOM模式物质输运方程的水平扩散项计算方法进行改进,采用返回z坐标系计算,离散变量利用σ层二次Lagrange插值得到。对于改进方法,文中采用Huang&Spaulding提出的数值试验进行验证,证明此方法大大地提高了水平扩散项的计算精度。改进模型采用长江口实测水文资料进行率定验证,计算和分析了南北槽垂向盐度分布和盐水通量过程,结果表明,模型能较好反映测点盐度变化过程,也能较好地模拟出垂向表底层的盐度差异。

钱塘江河口水流-河床相互作用及对盐水入侵的影响

通过长系列实测水文、地形资料分析,钱塘江河口上段河床具有大冲大淤和洪冲潮淤的演变特性,影响河口上段的潮汐强弱,进而影响盐水入侵。若年内丰水期径流量大,则河床出现"大冲",河床容积增大,潮汐增强,导致秋季强潮期盐水入侵加剧;反之,若年内丰水期径流量小,河床容积较小,导致秋季强潮期盐水入侵减弱。结果表明,钱塘江径流对盐水入侵存在直接和间接影响:直接影响是盐水入侵与径流量成反比;间接影响是通过径流冲刷河床,引起潮汐增大,间接导致盐水入侵加剧,这是钱塘江河口大冲大淤以及对潮汐巨大反作用的特性造成的。

水文气象条件变化对长江口盐水入侵影响研究

分析论述了长江口盐水入侵的研究现状、影响因素、入侵变化规律及时空分布特征,将三维数值模式EFDC应用于长江口及其邻近海域,对长江口、杭州湾及邻近海区的水动力特性及盐度进行数值计算,研究结果表明,北港的盐水入侵强度高于北槽,北槽的盐水入侵强度又高于南槽,并且北港淡水往外冲淡的强度也高于南、北槽。在模拟长江口水动力特征和盐度分布的基础上,通过15组数值试验计算研究了枯季三峡水库调节量和南水北调最大调水量等不利状况下,径流量、海平面上升、风速、风向等水文气象环境因子变化单独和综合作用对长江口盐水入侵趋势和影响距离等的不同影响。结果表明,枯季不利状况径流量对长江口盐水入侵影响显著,径流量减少,盐水入侵加重;南水北调工程枯季流量、南水北调和三峡工程联合调节后的枯季流量时,南支水体盐度均超过0.5。径流量所引起的影响变化并不等效,径流量越小,影响程度越大,且对表层作用大于底层,南水北调工程枯季流量较多年枯季平均流量减小4 310 m3/s,表层1.5等盐度线影响距离则增加21.9 km,底层增加25.6 km。海平面上升后,盐水入侵加剧,上升越多,作用越显著,表、底层影响距离变化接近,海平面上升0.3 m,表层1.5等盐度线最大影响距离较海平面不上升的正常情况增加了约4.0 km;海平面上升0.6 m,影响距离则增加了7.6 km。不同的风速、风向对长江口各个汊道的盐水入侵有着不同的影响,10 m/s的北风较10 m/s的东北风影响距离增加了5.5 km,较5 m/s的东北风和北风增加了近24.0 km。综合径流量、海平面上升和风共同作用的最不利状况对盐水入侵影响最大,2等盐度线已接近南北支分叉口。