河口形状对河口环流和盐水入侵的影响

作者应用改进的ECOM模式，通过设计一个平直和喇叭形理想河口，研究河口形状对环流和盐水入侵影响。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，上层的流速明显增大；表层流有偏北的分量，底层流有向南分量，表明有横向环流存在。盐水入侵产生的盐度锋面在水平面上向西北倾斜，北岸盐水入侵比那南岸大，在垂直上向上游倾斜，底层盐水入侵比表层大，高盐水位于北岸的下层。张潮流、向陆的密度流和混合是产生盐水入侵的动力因子。科氏力使涨潮流向北岸偏转，向陆的密度流存在于底层，这种动力机制导致了盐度分布的不对称。盐度横向分布产生的斜压压强梯度力指向南岸，并随水深增加，导致底层流向南岸流动；因要满足质量守衡，在北岸因底层流的辐散产生下降流、水位下降，而在南岸因底层流的辐合产生上升流、水位抬升，水位的横向分布又导致表层流向北，想成一垂向横向环流。喇叭形河口因口门内河口变宽，造成流的幅散，向海的流速减少和产生上升流，底层向陆的密度流向西流动的距离减少，口门处盐度增加，但盐水向西入侵的距离减少；河口喇叭扣南岸下层也出现明显的高盐水；垂直混合增强，盐度垂向趋于均匀。     

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。     

长江河口水位上升对流场和盐水入侵的影响

基于长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式ECOM-si,通过数值模拟分析长江河口水位上升对径流、潮流和风生流的影响,以及在多种动力因子综合作用下对流场和盐水入侵的影响.数值实验结果表明,在长江河口水位上升30 cm的情况下,各河道横截面面积增大,向海的径流流速减小;潮流随水深增深略微增大;枯季北风作用产生的北港进、南港出的水平风生环流加强,在北支向陆的风生流有所加强.水位上升后,北支盐水入侵增强;南支中段盐度变化不明显;北港、北槽盐水入侵随水位增加变化最为显著,小潮期间盐度增大值大于1,大潮期间增幅有所降低,北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;南槽口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度不同程度的降低.水位上升后南支水源地三个水库取水口盐度均有所上升,减少了可取水时间,不利于供水安全.     

冬季陆架环流对长江河口盐水入侵的影响

应用改进的三维ECOM模式,研究冬季陆架环流对长江河口盐水入侵的影响。模式计算结果较好地再现了台湾暖流、苏北沿岸流、长江入海径流和长江河口盐水入侵的基本特征。在不考虑台湾暖流情况下,沿岸向南的苏北沿岸流向南扩展,使长江口门处盐度增大,整个河口盐水入侵加剧。在不考虑苏北沿岸流情况下,台湾暖流由于北上的阻力减弱,北上加深,使长江冲淡水的扩展方向整体向北偏转,苏北沿岸和北支口盐度明显减小,北支盐水入侵和倒灌减弱,而北港、北槽和南槽盐水入侵加强。在不考虑台湾暖流和苏北沿岸流情况下,长江入海径流向北偏转,大量长江入海冲淡水向北输运,导致北支口和苏北沿岸盐度显著下降,北支盐水入侵明显减弱。入海向北冲淡水输运的增加,导致相应的向南冲淡水输运的减小,北港、北槽和南槽口门处盐度上升,北港、北槽和南槽盐水入侵加强。长江口外陆架环流对盐水入侵和口外盐度分布起着重要的作用,是一个不能忽略的动力因子。     

河口形状对最大浑浊带形成的影响

利用改进的ECOM模式和耦合进的悬沙输运模式,通过设计一个平直和喇叭形理想河口,研究河口形状对最大浑浊带的影响.在滞流点处存在着最大浑浊带, 中心位于南岸, 从动力机制上揭示了最大浑浊带形成的原因.与平直河口相比,喇叭形河口因口门内河口变宽,使得表层向海的流辐散而流速减小,从而造成喇叭形河口段盐水入侵加剧,进而造成底层向陆的密度流及其向西流动的距离增加,盐水在平直河道内向西入侵的距离增加.喇叭形河口悬沙浓度减少,但存在着两个最大浑浊带.一个在平直河道段,因滞流点上移,而相应向上游移动,另一个在喇叭形河口段南岸,主要是由挾带悬沙的径流受科氏力的作用向南岸偏转以及底层横向环流向南岸输送高浓度悬沙造成的.河口形状对河口环流、盐水入侵和最大浑浊带的影响明显.     

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。     

长江口南汇边滩围垦工程对流场和盐水入侵的影响

考虑枯季一般状况的径流量和风况,数值计算和动力分析南汇边滩围垦工程对长江河口流场和盐水入侵的影响.南汇边滩围垦工程实施后,南槽喇叭口形状减小,改变了涨潮流和纳潮量.研究表明,围垦工程导致南槽大潮期间纳潮量减少13%,小潮期间减少16%,越过深水航道导堤的涨潮流减小;从南槽向北的越堤盐通量减小,导致北槽向海的盐通量减弱,中上段向陆的盐通量减弱,工程东南侧向陆的盐通量减弱,但因南槽口门处缩窄向陆的盐通量增强.围垦工程后南槽盐度锋面减弱,大潮期间南槽口门处和工程东南侧盐度上升,量值超过1.0;因纳潮量、越堤流和向陆盐通量减小,南槽中上段、北槽和横沙东滩盐度下降,量值超过0.5;北港和崇明东滩盐度上升,盐度超过0.5.小潮期间因潮动力减弱口门处的涨潮流和向陆盐通量减小,整个南槽盐度下降,量值超过1.5.因围垦工程后南槽盐度锋面减弱,阻挡径流进入南港的作用减弱,大潮和小潮期间北港净分流比略微减小,南槽的分流比大潮和小潮期间分别比工程前增加了1.57%和1.50%.     

长江口盐水入侵三维数值模拟

建立了河口区盐水入侵计算的三维数学模型。该模型将整个计算水域通过简单的坐标变换转换成单位方位，三个坐标方向的空间网络均可采用非均匀网格，对变换后的基本方程进行差分离散，水平方向的空间导数采用显式中心差分，垂直方向的空间导数采用隐式中心差分，三角方程用ＴＤＭＡ法求解。水位采用回代计算以提高精度。该模型运用长江口水域的盐水入侵计算，结果表明，算出的含盐度时空分布与实测一致。模型的主要特点是：变换简单、     

1996 年3 月长江河口水文观测和分析

基于长江河口1996 年3 月现场水文观测资料分析，得出：北支涨潮流速明显大于落潮流速，余流指向上游，存在着严重的外海盐水入侵。在南支中上游，盐度的变化受外海盐水的入侵和北支盐水的倒灌的共同影响，盐度变化与一般河口的变化规律不同；在大潮和中潮前期，盐度主要受下游外海盐水入侵的影响，在中潮和小潮期间，盐度主要受大潮期间上游北支倒灌盐水下移的影响。在南支下游，落潮流大于涨潮流，落潮历时大于涨潮历时；盐度最大值发生在涨憩，最小值发生在落憩，盐度变化受外海盐水入侵的影响，水文状况遵循一般河口变化规律。     

风应力和科氏力对长江河口没冒沙淡水带的影响

应用改进的三维数值模式ECOM,考虑径流、潮汐潮流、地形、混合和口外陆架环流等多种动力因子,研究风应力和科氏力对枯季长江河口南槽没冒沙淡水带形成的影响.枯季没冒沙区域存在着淡水带,其形成的动力机制主要是长江径流和振荡的潮流.本文的数值计算结果表明,在分叉的长江河口,枯季北风产生向岸的埃克曼输运,导致北港流进南港和南槽流出的水平风生环流,阻挡了南槽外海盐水的入侵,有利于没冒沙水域淡水带的形成.在北半球科氏力使水流运动向右偏转,上游径流带来的淡水沿南汇边滩下泄,有利于没冒沙水域沿岸淡水带的形成.     

黄茅海河口小尺度动力结构及其沉积作用

基于１９８１～１９９１年多次水文泥沙测验及数学模型计算，分析了珠江黄茅海河口水动力特性。著重分析了河口低频水流与环流。观测和计算表明河口中部存在一低流速区，河口区拉格郎日流迹计算揭示了拦门沙形成的重要机制；黄茅海河口自北而南存在４个主要小尺度动力结构：巨大的崖门双向射流系统，垂直密度环流，三角山狭口射流和凯尔文水平环流。本文简要讨论了以上动力结构对河口沉积及地貌的重要作用。     

长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟

枯季长江河口盐水入侵的最大特色是北支盐水倒灌,它是南支东风西沙、太仓和陈行水库盐水的唯一来源,也是青草沙水库盐水的主要来源.考虑潮汐和气候态1月和2月的径流量与风况,采用已严格验证过的长江河口盐水入侵三维数值模式,模拟和分析北支上段建闸前后盐水入侵的变化.模拟结果表明:在北支上段建闸后,整个南支全为淡水,北支盐水倒灌南支的现象消失,北支上段盐度明显下降;在东风西沙、太仓和陈行水库取水口盐度接近0;在青草沙水库取水口盐度大幅下降,几乎所有时间盐度都低于0.45,全为淡水.数值试验中,闸门的运行方式采用两种方案:全天落潮流期间开闸、夜里涨潮流期间关闸、白天涨潮流期间开闸,以及全天落潮流期间开闸、夜里和白天涨潮流期间关闸.两者的试验结果中南支盐度变化几乎一致,原因在于前者的运行方式已经使得北支上段盐水入侵大幅减弱,出现盐度接近0.45的淡水区域;即使白天涨潮流期间开闸,其间进入南支的也是淡水,并且增加了南支向海的总余流.从数值模拟的结果和闸门运行的成本考虑,推荐前者的北支建闸运行方案.北支建闸极大地提高了上海东风西沙、陈行和青草沙水库取水时间,同样极大地提高了江苏太仓水库的取水时间,保障了两地的供水安全.     

闽江口川石水道的水文泥沙特性及其内拦门沙成因分析

闽江口川石水道,口内段落潮流占优势,口外段涨潮流占优势,口门附近是落潮流优势向涨潮流优势转化的过渡地带。由于水流分汉、分歧、扩散、会潮以及盐淡水混合等因素的作用,口门附近水动力条件较弱。该水道在中潮位以下的低水时期泥沙运动活跃,河槽冲淤变化剧烈。在川石水道的口门上发育着拦门沙,堆积体部分处在口内,部分处在口外,两部分堆积体虽然相连,在外形上是一整体,并统称为内沙浅滩,但是口内外堆积体的形成发育过程有明显的差别。川石水道口门上的拦门沙实原上是由不同原因造成的两个浅滩的联合体。     

2007—2016年北支河势变化对长江口盐水入侵影响数值研究

河势变化是影响河口水动力和盐水入侵的一个主要因素.本文基于长江河口北支2007年和2016年实测水深资料,分析这10年间北支河势变化,并数值模拟和分析北支河势变化对水动力和盐水入侵的影响. 2007—2016年河槽容积北支上段增加4.4%,中段减少8.8%,下段减少20.5%.总体上呈现上段冲刷,中段和下段淤积.在南北支分汊口出现新生沙体,淤积厚度达4～6 m.数值模拟结果表明:新生沙体导致大潮期间北支倒灌量增加15.0%,分流比由–2.8%变化至–3.2%,新生沙体明显增强了北支盐水倒灌;新生沙体若继续淤浅0.85 m,北支盐水倒灌将不再增加;新生沙体导致南支3个水库取水口盐度增加,在大潮、大潮后中潮期间,东风西沙水库取水口平均盐度分别增加了0.14、0.15,陈行水库取水口分别增加了0.12、0.11,青草沙水库取水口分别增加了0.11、0.09.北支下段淤积导致连兴港断面大潮涨落潮量分别减少了15.2%和16.4%,小潮涨落潮量分别减少了21.2%和19.0%;越往上游,涨落潮量越少,呈下降趋势;北支大潮期间高潮位下降,低潮位抬升,潮差减少;北支中下段纳潮量明显减少,北支盐水倒灌...     

珠江虎门口动力结构研究

虎门口是珠江八大入海河口之一,其形成是上游河流携带泥沙在两基岩岛侧淤积延伸的结果,属潮汐优势型河口。口门上、下游方向水面放宽,形成了独特的双向不对称射流体系,通道口以北为涨潮优势流,通道口以下南为落潮优势流;基于几个重要的河口参数和滤波技术,从双向射流,密度环流及其对沉积物输运等方面分析了虎门口的动力结构特点:虎门动力环境中,非线性作用和摩擦力的影响均不能忽略,在密度梯度力驱动下,枯季发育了密度环流,这从浅表层沉积物的输运和低频水流的输运上得到了验证,同时,密度环流与双向射流相互交汇,更增加了射流系统的复杂性。     

2011年春末夏初枯水期间长江河口盐水入侵

全球气候变化导致的长江流域枯水事件近几年趋于增多.2011年春末夏初长江中下游发生干旱,4、5和6月大通径流量分别比多年月平均值分别下降了33.4%、50.6%和50.3%.观测资料表明,4月崇西水文站大部分时间盐度大于0.45(饮用水标准),北支倒灌盐水从崇西水文站到南门大约需要2 d,到宝钢水库需要3~5 d,宝钢水库出现2 d和4 d不宜取水时间,青草沙水库出现5 d和4 d不宜取水时间.5月中下旬北支永隆沙仍被高盐水占据,崇西水文站盐度超标达到7 d,青草沙水库不宜取水d数达到8 d.6月4-7日大潮后中潮期5个观测潮周期内东风西沙水库约有一半时间盐度大于0.45,陈行水库和青草沙水库取水口盐水均低于0.45,但随时间逐渐升高,盐份主要来源于北支倒灌.长江河口盐水入侵一般发生在12月和来年的1-3月,4-6月随着径流量的增大盐水入侵消失.气候变化产生的枯水事件加剧了长江河口盐水入侵、严重影响了非盐水入侵期水源地取水安全.     

分汊河道分沙的三维数值模型

为分析汊道口门处水流结构对悬移质分沙的影响,采用带旋流修正的k-ε双方程紊流模型,对分汊河道分流口门处的三维水流结构进行精确计算,并在此基础上,采用可考虑相间滑移的混相流模型对不同形态分汊河道的悬移质分沙进行计算。计算结果显示了分汊口门处表底层水流的差异及横向环流的存在等现象,与前人的实验值吻合良好。计算结果表明,分汊口门处的环流强弱和悬移质垂线分布是影响汊道分沙比与分流比关系的主要因素。     

建闸河口整治工程与河床演变特征研究

建闸河口整治工程引起的河床演变调整十分复杂.基于验证好的潮流、泥沙输运及河床演变模型分析了双龙河口整治一期工程和二期工程后水动力和河床演变的响应特征.结果表明,闸下河道水动力变化和河道冲淤分布与局部浚深拓宽及纳潮量增加有密切联系.若仅对河道上段局部河道进行整治,浚深拓宽段的涨落潮不对称现象加剧,局部产生回流区.若以固定坡降对整条河道进行整治,则涨落潮流速显著增加且不对称性减小.纳潮量增加在工程初期会引起口门段冲刷,而局部拓宽段会因流速相对减小而产生淤积,特别是在回流区淤积严重.因此为延长工程寿命,尚需辅以定期开闸放水和局部清淤等措施.     

建闸河口整治工程与河床演变特征

建闸河口整治工程引起的河床演变调整十分复杂.基于验证好的潮流、泥沙输运及河床演变模型分析了双龙河口整治一期工程和二期工程后水动力和河床演变的响应特征.结果表明,闸下河道水动力变化和河道冲淤分布与局部浚深拓宽及纳潮量增加有密切联系.若仅对河道上段局部河道进行整治,浚深拓宽段的涨落潮不对称现象加剧,局部产生回流区.若以固定坡降对整条河道进行整治,则涨落潮流速显著增加且不对称性减小.纳潮量增加在工程初期会引起口门段冲刷,而局部拓宽段会因流速相对减小而产生淤积,特别是在回流区淤积严重.因此为延长工程寿命,尚需辅以定期开闸放水和局部清淤等措施.     

灌河口波浪要素推算

1 前言。灌河口地处江苏北部，口外水域开阔．作为河口的主要水动力要素，波浪和潮汐与河口泥沙运动、河床演变、口门砂咀及边滩等地貌特征的形成和发育有着密切的关系．获取灌河口波浪场资料并分析其特征对开展河口沉积动力研究、分析河口河床演变规律有着重要的意义，同时对治理口门砂咀也具有实际价值．