磨刀门水道盐水强烈上溯规律和动力机制研究

通过流体力学场的概念做出磨刀门水道咸界图, 得到3个月长时间序列的盐水运动上溯距离和潮位的关系, 从中发现总是在潮差最小的前后两天盐水上溯有一个突然增加的特点. 从2005年初实测资料中整理分析发现, 在整个珠江上游径流量较小时, 由于分流比的变化, 磨刀门水道在小潮期间有两天净泄量几乎为零, 从而导致涨落潮的流动状态发生显著变异, 涨潮历时为16 h, 落潮历时仅为9 h. 在此动力作用下盐水快速上溯, 随后几天由于小潮期间潮汐动力作用不大, 使得盐水滞留在磨刀门水道, 直到大潮期间较强的潮汐动力作用将盐水带出, 因而造成磨刀门水道异常的盐水上溯规律和严重的咸潮灾害.     

磨刀门水道枯季盐水入侵成界运动规律研究

利用磨刀门水道天河以下至挂定角水闸之间8个水厂/水闸的表层盐度数据,通过拉格朗日插值方法并结合Surfer工具作出磨刀门水道近3个月的纵向逐时咸界分布图,给出了0.5‰,2‰,5‰和8‰咸界的逐时变化情况,并对其运动规律进行了初步探讨。特别对0.5‰每日最远咸界进行了分析,结果发现:磨刀门水道盐水入侵咸界运动有半月的周期,同时上半月和下半月又不完全一致,下半月因潮差较大产生2次盐水上溯。盐水在小潮期间向上游推进,在大潮期间向下游推移。每日咸界上溯最远点发生时间要比每日最高潮时延后5h。0.5‰每日最远咸界与潮差的运动关系图表现出在上半月潮差较小呈圈型,而在下半月潮差较大产生2次盐水上溯呈勺型。     

磨刀门水道咸潮上溯数值模拟及其分析

根据磨刀门水道2006年11月和2007年1月的实测水位、盐度等资料,利用MIKE3对该地区咸潮上溯进行数值模拟。经率定验证后,水位与盐度模拟结果与实测值契合度较高,两者的拟合效果检测指标均较好。对数值模拟结果进行分析,结果表明:盐度的层化受地形、分流比及潮汐涨落变化等因素的影响,且由分层带来的盐度差造成水体密度差,进而产生垂向环流致使盐度出现异常变化;潮通量与盐通量的变化具有良好的相关性,反映出潮水运动的物质运输载体功能。     

基于偏最小二乘回归与支持向量机耦合的咸潮预报模型

利用偏最小二乘回归对影响咸潮的因素进行分析,提取出对因变量影响强的成分,从而克服了变量之间的多重相关性问题;同时利用支持向量机在解决小样本非线性问题上的优势,采用将偏最小二乘回归与支持向量机耦合的方法,建立了咸潮预报模型(PLS-SVM),并应用该模型对珠海市平岗站盐度的变化进行了模拟和预测,研究结果表明,所提出的PLS-SVM模型模拟和预测精度明显优于常用的BP人工神经网络、多元回归模型,可更好地应用于咸潮预报。     

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。     

枯水期西江径流及流域降水对ENSO事件的响应特征

1959年以来的枯水期,珠江口出现过11次强咸潮.流域径流量是影响咸潮的直接因素,引起径流变化的主要因素是流域降水量变化,而ENSO事件是导致流域降水异常的重要因素.根据实测资料,分析枯水期西江径流及流域降水对ENSO事件的响应特征,得出:ENSO事件前一年及当年的枯水期,ONI指数与西江径流量及中、下游降水量具有显著相关性;ONI指数为负时,西江径流及中、下游降水量出现负距平的概率,后枯水期大于前枯水期;El Nino当年1～3月和La Nina次年1～3月,西江流域表现为干旱少雨径流小的特征.此外,流域降水对ENSO事件的响应特征存在显著的时空差异性.     

磨刀门水道具有垂向间断和连续结构的盐水楔

通过在珠江河口磨刀门水道中盐度和流速的垂精细观,第一次证实了磨刀门水道中盐水楔存在垂间断和连续分的典型结构,并发现盐水楔的结构与河口潮涨潮落的流动紧密相关联.小潮与大潮时的盐水都是高度的,但盐水楔垂结构同.小潮期间盐水楔长时间存在有垂间断面的结构,流动基本上为两流,出现较长时间的上落、下涨的流动现,且盐水的上溯能力强.大潮期间盐水楔有明显的进退,但涨潮时和落潮时的盐水楔结构完全同.涨潮时盐水楔现垂盐度有间断面的结构,下高盐水区涨潮流速大于上流速;落潮转流出现时盐度的垂间断面溃灭,盐水楔现垂盐度连续变化的结构,对应落潮流速为表流速大、底流速小,流速的垂变化是连续的;大潮盐水楔结构变化明显,但盐水上溯能力较弱.     

珠江河口二维咸潮数值预报系统研究

基于高精度扩散各向异性数值算法,建立了覆盖整个珠江河口网河区及口外海域的二维咸潮数值预报模型.模型基于水文站点实测数据空间插值(珠江河口网河区)及Modis影像进行遥感反演(口外海域)确定盐度初始场,保证了模型的计算效率及结果的可靠性.针对遥感影像数据与模型计算网格数据格式不一致的问题,提出了处理不同数据源的网格映射方法,将盐度遥感定量反演结果赋值给相应模型计算网格.在此基础上利用地理信息系统(GIS)技术,对模型组件进行集成,建立了珠江河口二维咸潮数值预报系统,并应用于珠江河口咸潮预报,取得了较好的效果.     

长江口咸潮入侵预报系统的设计与应用

基于长江口高分辨率FVCOM数值模型,在率定验证可靠的基础上,建立了一个驱动数据下载、模型计算、可视化处理、预报成果发布的集成自动化操作的长江口咸潮入侵预报系统,采用WRF天气模式进行长江口及临近海域的风场预测,从而能够进行未来3 d(72 h)长江口盐度的三维空间分布以及时间变化预报.并通过该系统后报检验了2011年1月份长江口南支堡镇和崇西的盐度变化过程,后报检验良好.操作便捷、自动化运行等优点使得该系统具有一定实用价值,能够方便及时地对长江口咸潮入侵进行预报.     

广东水资源忧思录之咸潮

咸潮,并不是突发急症。早在清代雍正年间就有“卤潮入内河,禾尽槁”的记载。在2005年,我们见到的则是“20年来最严重”、“持续50多个小时”、“特大咸潮再袭珠江三角洲”等字样。到了2006年春,广东朋友见面问候的话里多了一句:“喝到没咸味的水了么?”4月初,这场广东43年来最大咸潮消退之际,“专家预测未来6个月广东不会再受特大咸潮之苦”,已经让众人额手称庆了。然而,6个月之后呢?明年的明年呢?“咸灾”会越来越严重么?……当我们清楚地了解咸潮带来的种种危害、了解广东水资源的种种窘况之后,咸潮只是一个引子,它的背后是关于水资源的忧…     

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。     

长江入海径流变化对河口盐水入侵影响分析

将河口海岸三维斜压水流数值模式应用于长江口海域,对长江口深水航道整治工程后枯季大通流量在6000～40000 m3／s的18组分级流量情况下的盐水入侵影响范围和影响程度进行了模拟计算。结果表明：上游径流对盐水入侵有明显的制约作用,随着上游径流量增加,盐水入侵的范围改变显著;利用大通流量和河口代表点半月最大盐度进行回归分析,得到半月最大盐度与大通流量呈现良好的指数关系,相关系数高于0．99。     

珠江河口潮能及其耗散的空间分布

 基于SELFE的珠江河口3D数学模型,统计了珠江河网 河口湾的能量通量与能量耗散。从能通量和能耗分布特征看,珠江河口可以分为伶仃洋 虎门水域、磨刀门河口水域区、黄茅海 潭江水域、网河区水域。潮能通量与耗散特征与珠江口滩槽地形分布特征大体一致。上述各区域存在‘门’等高能耗局部地貌单元,其单位面积能耗比附近水域的高数倍甚至1～2个数量级。     

浙北引水对钱塘江河口段主要水环境的影响分析

基于实测资料相关分析以及一维咸水入侵模型,分析了浙北引水对钱塘江河口段江道淤积和咸水入侵的影响.结果表明,浙北引水将减少进入河口的径流量,造成钱塘江河口淤积的增加和盐水上溯距离加长,且对不同位置取水口的取水条件有着不同程度的影响.     

海河河口生态需水量研究

分析了河口淡水对盐度乃至生物产生的影响．以海河河口及近岸海域为对象,通过建立入海径流与盐度的回归关系,用20世纪80年代中期以前的多年平均盐度值作为盐度控制标准,以计算得到的该标准下的入海径流21．6亿m^3作为海河河口生态需水量,对海河流域年内过程和各水系的生态需水进行了分配、在与现状生态用水比较后可知,大部分年份均不能满足生态需水要求,应加强人工调控．保证入海水量需求、     

潮汐循环作用下海水入侵模型的现状及展望

针对潮汐循环作用下海水入侵模型的问题,综述了目前国内外海水入侵模型的研究现状,探讨了流固耦合效应和潮汐时域运动效应对海水入侵的影响,指出了建立潮汐循环作用下海水入侵的渗流-应力-损伤-对流扩散多场耦合模型,并考虑潮汐循环加载、岩土非均匀性和岩土损伤与对海水入侵之间的关系,是今后海水入侵模型的主要研究方向。     

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.