Numerical Analysis of the Mixing Zone for a Vertical Discharge into a Tidal River

This paper analyzes the mixing zone of a vertical discharge of sewage into a natural tidal river with strong tidal currents. The paper presents a numerical model, which combines 1 D and 2 D models to compute the mixing zone for the Sibao Segment of the Qiantang River. The simple 1 D model was used to model the flow for the entire river using field data as the boundary conditions. The complete depth averaged turbulence model was used for the 2 D computation. The calculated results agree well with the field observations. The analysis provides a practical method for the computation of mixing zones in tidal rivers.

感潮河网地区水系结构特征及城市化响应

根据20世纪80年代初以及90年代末上海水资源普查的数据,尝试以水利片作为河网地区流域水系结构的基本单元, 类似Strahler水系分级,采用上海水资源管理信息系统中的河道分级体系作为水系分级方案,探讨了感潮河网地区的水系结构特征及城市化响应。研究表明:(1) 非高度城市化地区河网水系总体上具有Horton表现,反映在非高度城市化地区不同水利片的河道数目及河道平均长度随河道级别呈几何级数变化,不同等级水系的发育具有自相似特征。(2) 城市化是改变感潮河网地区水系结构的重要因素,在高度城市化的城区水利片,不同等级河网水系发育的自相似性特征已受到破坏,其影响集中表现为对河网水系分枝比和水面率的削弱,即高度城市化地区河网水系结构趋于简单,非主干河道减少,河网水面率与城市化水平成反比,反映出城市化过程中未能充分与河网结构保护相协调。(3) 河网水系的结构与功能参数之间具有显著的相关水平,说明河网地区水系形态结构与功能密切相关。由于城市化进程表现为对水面率以及分枝比的削弱,指示水面率和分枝比等指标具有表征城市化对水系结构影响的意义,在河网水系保护和结构恢复过程中应高度重视水面率、分枝比以及河网结构自然度等指标。

渤海西部河口潮间带区海水及沉积物中重金属研究

通过对渤海湾西部永定新河河口潮间带区海水及沉积物中重金属含量及污染状况的研究,认为海水中重金属含量平均值的大小顺序为Zn>Cu>Pb>Hg>Cd;因海水中重金属输入途径的不同,不同潮期海水中重金属含量存在差异:大潮期海水中重金属Cu,Pb和Hg的含量大于小潮期海水中的含量,而重金属Zn和Cd的含量则小于小潮期海水中的含量;因受海水中悬浮物含量、种类及河口区咸淡水混合发生絮凝作用等的影响,海水中重金属含量在垂向上也存在差异。无论是大潮期还是小潮期,海水中重金属含量总是表层略大于底层;按一类水质标准对海水中重金属污染状况的分析,认为研究区海水已局部受到重金属污染,污染最严重的是重金属Zn,其次为重金属Pb,Hg和Cu,不存在重金属Cd污染;沉积物中重金属含量平均值的大小顺序与海水中的相同,说明海水与沉积物中重金属循环处于相对平衡状态。沉积物中重金属含量平均值均在渤海湾环境背景值范围内,且是渤海海域含量最低的区域。经过对沉积物重金属污染状况的分析,研究区沉积物重金属污染轻微。

环境决策支持系统的设计及其在水质管理中的应用

EDSS(Environmental Decision Support System)是一个适用于潮汐河网地区水环境管理和决策的软件系统 ,其主要功能是协助政府部门进行有效和科学的水环境管理。该系统采用地理信息系统、数据库管理系统、模型库管理系统和专家系统等先进技术 ,将环境数据库、水动力与水质模型库、经济优化技术、环境专家以及环境法规有机地集成在一起。文中首先介绍了EDSS的组织方法、设计特征、实现技术和主要功能 ;然后对系统的核心模块——水动力与水质数学模型进行了简要的描述。最后 ,以珠江三角洲潮汐河网区为例 ,介绍了 EDSS在水环境管理决策中的应用情况 ,例如跨界水污染分析、集中供水吸水口选择、重点污染源排序、环境影响评价和水环境功能区划等 ,表明

黄河口潮间带表层沉积物重金属和营养元素的分布特征

于2010年5月采集了5个断面的黄河口潮间带高、中和低潮滩的表层沉积物样品,对沉积物的理化性质、重金属和营养元素的空间分布特征进行了研究,并采用单因子污染指数法和综合潜在生态风险指数法,参考加拿大安大略省环境和能源部关于沉积物质量指南,对黄河口潮间带沉积物质量进行了评价。结果表明,除Cu和Pb外,其它重金属和营养元素质量分数均表现为河口北侧高于南侧;除Hg外,高、中和低潮滩的表层沉积物重金属和营养元素质量分数无显著差异,没有表现出成熟潮滩明显的垂岸分带特征。Pb质量分数高于渤海表层沉积物的高值,是该区域的首要污染因子;Hg在河口北侧近河口的两个站位低潮滩质量分数达到海洋沉积物质量一类标准的1.7和1.8倍,存在一定的潜在生态风险;TN和TOC质量分数范围在安全级别,TP质量分数在20%的站位超过最低安全级别,存在一定的安全风险。与国内其它潮滩相比,黄河口潮间带重金属Zn、Cd、Hg和As的质量分数处于较低水平,Cu和Pb质量分数处于中等水平,TOC和TP质量分数与长江口潮间带相当,TN质量分数较低。研究结果将为黄河三角洲地区生态保护、环境管理和污染治理提供基础数据。

潮滩上波高的时空变化及其影响因素——以长江三角洲海岸为例

于2009—2010年的不同季节在崇明东滩北部、中部、南部以及杭州湾北岸东段的芦潮港岸段,利用目前先进的SBE 26plus浪潮仪进行了多个潮周期的波浪观测。研究表明,观测期间潮周期平均风速为1.9～11.0m/s、最大风速为2.8～12.1m/s,各测点潮周期平均水深为0.28～2.12m,高潮位最大水深为0.37～3.19m,潮周期有效波高为0.03～0.45m,最大波高为0.08～1.59m。波高的时空变化受风速、风向、水深和岸滩坡度的综合影响。通常情况下,向岸风期间的波浪较大;风速、水深、岸滩坡度越大,潮滩上的波高也越大。空间上,岸滩坡度最小的崇明东滩中部(坡度0.6‰)测点波高和水深之间的相关性最好,岸滩坡度最大的芦潮港潮滩(坡度8.7‰)测点两者间的相关性最差。时间上,波高和水深之间的相关性与风速、风向的变化有关。因此,只有在潮滩坡度较小(例如<1‰),风速、风向较为稳定时,波高和水深之间的显著正相关关系才存在。要了解某个潮滩的波浪特征,有必要利用先进的仪器进行系统的原位观测,而非简单地借助其它潮滩的波浪研究结果。研究推断,在向岸强台风和大潮高潮位阶段,崇明东滩中潮线附近的最大波高可达1.5～2.0m,芦潮港堤外潮滩的最大波高可达2m以上。

最近50a来莱州湾西—南部潮流动力演变的数值模拟研究

根据1959、1984、2002年测量的海图,基于二维浅水方程分别构建了3个年份的莱州湾潮流场模型,研究了最近50a来莱州湾西—南部潮流动力演变规律,揭示黄河河口沙嘴形成演变对莱州湾西—南部潮流动力的影响。结果表明,最近50a中在沙嘴外围一直存在弧形高流速带,在弧形高流速带外围又有潮流剪切锋,潮流剪切锋包括内涨外退式和内退外涨式两类。随着河口沙嘴的不断向海延伸,莱州湾西—南海域的等潮位线呈以沙嘴为中心的辐射式格局;弧形高流速带整体向外海移动,其范围和流速也随之不断增大;剪切锋历时变长、间隔时间变短、南北跨度变大;但弧形高流速带和潮流剪切锋始终位于青坨子以北海域。对照同期海岸地貌演变,在弧形高流速带、潮流剪切锋等共同作用下,大部分黄河入海泥沙的输运路径和沉降范围仅限于青坨子以北,导致海岸地貌以此为界呈现显著的差异性演化。

长江口南槽最大浑浊带短周期悬沙浓度变化

2003年2月17～24目，在长江口南槽最大浑浊带地区进行了大、小潮水文泥沙定点连续观测。用OBS-5观测水深、盐度和浊度，用直读式海流计（SLC9—2）观测不同水层流速，同时获取了不同潮时不同水层悬沙水样。通过对水深、盐度、浊度、悬沙浓度和流速等数据进行大、小潮周期对比与分析。得出如下主要结果：（1）盐度和水流流速变化范围分别为13．5～22．3和0．30～2．13m／s；（2）表层与底层悬沙浓度变化范围分别为180～222mg／L和1019～1300mg／L；（3）一个潮周期内，可出现4次悬沙浓度峰值；（4）通常情况下，悬沙浓度值涨潮大于落潮，大潮大于小潮，但强风或风暴潮会改变大、小潮的悬沙浓度变化格局。研究表明，研究区悬沙浓度变化具有一定的周期性和规律性，但也存在一些不确定性。长江口南槽最大浑浊带的发育主要是由于“潮泵效应”和盐水异重流引起的对床底侵蚀和泥沙再悬浮造成的。另外，动水絮凝和滩槽之间泥沙交换，也对最大浑浊带的形成与发育有重要影响。

长江南通段污染带影响因素研究

通过建立应用贴体坐标系和有限体积法求解的二维水流—水质方程的模型,对潮汐河口南通段污染带的影响因素进行研究。揭示了水深、水面比降、纵向及横向混合系数以及污染物的排放时段与污染带范围的相关关系,并进行了各影响因素的灵敏度分析,对灵敏度大小进行了排序:水深>水面比降>横向混合系数>纵向混合系数>排放时段。

河流入海口潮间带某工业地块石油烃污染特征及迁移规律

以河流入海口潮间带某工业地块为研究对象,采集和分析土壤及地下水样品中的石油烃(TPH),探究TPH在潮间带工业地块土壤和地下水中的迁移规律及潮汐作用的影响。结果表明:地块沿江区域地下水位受潮汐作用影响波动明显,含水层渗透系数平均为1.40 m/d,且近江区域含水层渗透性较好;地块土壤TPH最大超标倍数为1.39倍,污染主要分布于核心生产区,主要赋存于第一个2个不同岩性层间的交界处附近,地层结构和潮汐效应对土壤TPH垂向分布作用明显,当水位下降时TPH向下迁移,部分残留在包气带中,水位上升则导致相反的过程;地块地下水TPH最大超标倍数为95.23倍,污染羽中心与土壤TPH污染主要区域一致,地下水流场对污染物迁移分布影响显著;潮汐效应使得TPH污染羽的范围扩大,地下水水位波动和无长期稳定流向使得TPH在土壤和地下水之间发生数次的重新分配,导致其迁移规律不明显。本研究在一定程度上揭示了潮汐效应引起的潮间带地下水位长期波动对污染物在土壤和地下水中的迁移规律产生的显著影响,可为类似污染地块的有效管控和修复治理提供科学指导。

上海市水生态环境控制单元划分的实践与思考

“十四五”期间,水环境工作重点也从水环境转向水生态,水生态环境控制单元分区划分是推行流域水生态环境精细化管理的科学、有效的技术手段。本文经过调研上海市水生态环境分区管控的历程,结合上海平原感潮河网的水文、水生态环境的特点,从水利片调度、海陆统筹、流域统筹等方面提出了适用于上海市水生态环境管控制单元划分工作的要点,为“十四五”期间我国平原河网地区划分水生态环境控制单元、落实水生态环境精细化管理提供技术支撑。

辽河口潮滩潮沟形态特征与水文连通强度评价

为了解潮沟形态的空间变化特征,以辽河口潮滩为例,基于潮位校正原理精确划分潮区,采用半自动方法提取精细化线状潮沟图像,基于潮沟分级算法对潮滩潮沟进行分级,定量分析潮沟的形态特征参数,并对潮滩上潮沟网络连通度进行定性评价。结果表明:潮沟的级别与平均长度具有明显的空间异质性,随着潮沟级别增加,研究区域潮沟平均长度呈指数上升,潮沟数量呈指数下降(R 2>0.99);随着潮滩高程逐渐降低,潮沟总密度显著减小,随着潮沟级别增加,潮沟密度与频数均大幅下降;潮滩距离外海愈近,潮沟曲率愈低,高潮滩潮沟分汊率最高(Rb=3.54),潮沟最不稳定;辽河口潮沟网络连通度与潮沟总分汊率、环岛潮沟数量呈正相关,潮沟网络发育程度则主要由潮沟曲率和支潮沟的密度决定,其中,高潮滩潮沟网络水文连通度最好,潮上带潮沟网络发育程度及排水效率最高。研究表明,潮汐水动力对辽河口潮沟形态特征演变及水文连通强度影响较大,进一步加强辽河口潮沟网络的排水效率可有效缓解辽河口潮滩湿地退化进程,实现盐沼植被的生态修复。

黄河口潮区界铺设河底管线时主要参数的确定

对黄河口潮区界铺设河底管线的主要参数进行了计算分析,结果表明:管道穿越处在现有河势和最不利条件下,主河槽最大摆动宽度为1 000 m,河道最大冲刷坑深度位于滩唇以下13.5 m,两岸滩地最大冲刷坑深度为2.0 m;考虑管道穿越地层的适宜性,管底设计埋深应在滩唇以下23.0 m,相应管底高程为-19.4 m。

感潮河岸潜流带非饱和土水分运移实验模拟研究

河岸潜流带是河流系统与岸滩地下水系统的过渡带,系统之间不断通过物质输送和能量交换来维系河流的生态健康。为了探讨感潮河岸潜流带水分运移特征和变化规律,该文以感潮河岸潜流带为原始模型,设计了一套模拟实验装置,通过测定不同波幅条件下不同渗透性土体含水率变化和基质势大小,研究河水水位波动幅度和沉积物渗透性对岸滩潜流带水分运移规律的影响。实验结果表明,感潮河流潜流带非饱和土含水率对河道水位波动的响应关系呈现非线性特征,水分运移具有显著的垂向和横向差异性,且非饱和土中水分迁移受潮汐驱动的河道水位波动幅度、沉积物类型及土水特征滞后性的影响显著。

感潮河地区污水厂进水COD浓度偏低的影响分析

目前,我国大多数城市污水处理厂出现了进水COD浓度偏低的现象,致使污水厂运行效果较差。在感潮河地区,由于受不规则半日潮的潮汐规律影响,这一现象尤为严重。分析表明COD浓度偏低的污水进入污水厂处理,不但加重了污水厂的运行负担,而且给节能减排工作带来严重后果。以南方某镇污水厂为例,分析了造成污水处理厂进水COD浓度偏低的主要原因,有针对性地提出了解决措施,以供污水处理厂提高进水浓度作为参考。

黄河三角洲沿岸日潮区的空间分布与潮汐特征

该文基于黄河三角洲沿岸实测潮位数据,探讨了研究区域沿岸日潮区的空间分布与潮汐特征。全日潮的潮型特性和潮位曲线形态分析结果表明,黄河三角洲北岸日潮区的西界位于老九井至106沟之间,东岸日潮区的南界位于现行黄河入海口南侧。半日分潮无潮点和潮汐调和常数计算结果表明,众多半日分潮无潮点集合在一定区域而形成黄河口无潮区,致使半日分潮振幅减小,全日分潮振幅上升为主控当地整体潮汐运动的因子。潮汐学理论计算与实测潮位数据统计分析结果表明,大潮和小潮的理论出现时间分别在月赤纬最大和最小的日期;全日潮约占全年时间的三分之二。日潮区的潮差小,大潮与小潮潮差相差悬殊;涨潮历时比落潮长。月平均海面的月际变化、年际变化与年内变化均较大。最高潮面夏半年比冬半年高,最低潮面冬半年比夏半年低。