长江河口盐水入侵研究 ——北支倒灌、深水航道工程和冬季季风的影响

论文摘要

本文采用三维数值模式和通量分析手段，定量研究了长江河口盐水入侵，特别是北支盐水倒灌及其动力机制，以及深水航道工程和冬季季风对盐水入侵的影响。主要成果如下： （1）建立了一个高分辨率、移动潮滩边界的长江河口三维水动力、盐度数值模式。运用模式对实测的潮位、流速、流向和盐度进行验证，验证结果良好。 （2）对北支盐水倒灌进行了通量机制分析，结果表明Lagrange余流输运和潮泵输运是北支盐水进入南支并往下游输送的主要动力机制，在多数地区前者起主导作用，局部地区两者作用相当。计算了南支各叉道的断面盐分通量以考查倒灌盐水团的输送途径，结果表明北支盐水出南北支分叉口后大部分沿白茆沙北水道下泻，少部分绕过白茆沙后沿着白茆沙南水道往下输送。两部分盐水在七丫口附近河段汇合，然后其中一小部分通过南门水道进入新桥水道，并在新桥水道涨潮优势流的作用下向上游输移，其余盐水继续沿南支主槽下泻。在新浏河沙以下，倒灌盐水通过南、北港分叉区域的几个叉道分别进入南港和北港。在大潮期间，进入南港的盐量较多，在小潮期间，进入北港的盐量较多。 （3）采用北支上端的断面水体净通量作为倒灌强度的代表，在单日和半月两个时间尺度上研究了断面净通量和径流量、潮差的定量关系。 在单日时间尺度上，引入水体倒灌判别指标： Isso=青龙港潮差—1.58×exp（0.2457×径流量/10000）Isso大于零时北支上端的断面净通量指向南支，倒灌发生；小于零时断面净通量指向北支，倒灌消亡；等于零时无净的水体通量。基于Isso得到了单日断面净通量： 单日断面净通量=533.1×exp（0.361×Isso）-533.1（Isso≥0）和 单日断面净通量=226.0×Isso（Isso＜0） 在半月时间尺度上，断面净通量和潮差无关而仅和径流量相关： 半月断面净通量=701.89×ln（-径流量/10000+6.2）-553.54 当径流量达到40000m3／s时半月断面净通量降为零。利用以上各式、结合实

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究长江河口盐水入侵的意义
• 1.2 长江河口盐水入侵研究的现状
• 1.2.1 国外河口盐水入侵的研究状况
• 1.2.2 长江河口盐水入侵的研究状况
• 1.2.3 长江河口盐水入侵研究已得到的主要结论
• 1.3 存在的几个问题
• 1.3.1 北支盐水倒灌
• 1.3.2 深水航道工程的影响
• 1.3.3 冬季季风的影响
• 1.4 本文的工作
• 第二章 长江河口三维盐水入侵数值模式的建立
• 2.1 三维ECOMsi模式介绍
• 2.1.1 模式特点
• 2.1.2 控制方程组
• 2.1.3 初始条件
• 2.1.4 边界条件
• 2.1.5 利用干湿网格判别法实现移动潮滩边界
• 2.1.6 数值求解方法
• 2.2 模式的设置
• 2.2.1 模式的范围和网格
• 2.2.2 长江口及临近海区的地形
• 2.3.3 外海开边界条件
• 2.2.4 上游边界
• 2.3 小结
• 第三章 三维数值模式的验证
• 3.1 2002年9月水位、流速和流向资料验证
• 3.2 2004年1月流速、流向和盐度资料验证
• 3.3 1999年1～2月实测资料验证
• 3.4 小结
• 第四章 长江河口盐水入侵的三维数值模拟
• 4.1 平面分布
• 4.2 剖面分布
• 4.3 小结
• 第五章 长江河口北支盐水倒灌的输送机制、与径流量和潮差的定量关系以及北支整治工程的影响
• 5.1 北支盐水倒灌的过程
• 5.2 北支盐水倒灌的输送机制
• 5.2.1 研究方法——通量机制分析方法
• 5.2.2 数值试验的设置
• 5.2.3 大潮期间盐分输送的潮平均单宽通量
• 5.2.4 大潮期间盐分输送潮平均单宽通量的机制分解
• 5.2.5 大潮期间单宽盐分输送强度
• 5.2.6 断面盐通量
• 5.2.7 本节小结
• 5.3 倒灌强度和径流量、潮差的定量关系
• 5.3.1 数值试验的设置
• 5.3.2 断面净通量
• 5.3.3 本节小结和讨论
• 5.4 北支整治工程的效果研究
• 5.4.1 分流比、纳潮量
• 5.4.2 北支沿程水位、盐度变化
• 5.4.3 工程方案前后落潮盐度场的变化
• 5.4.4 工程前后南支水源地盐度变化
• 5.4.5 本节小结
• 第六章 深水航道工程对长江河口盐水入侵的影响
• 6.1 深航道工程对水体输运的影响
• 6.1.1 对分流比的影响
• 6.1.2 对单宽水体长期输送的影响
• 6.2 深水航道工程对盐分长期输送的影响
• 6.3 工程前后盐度的变化
• 6.3.1 大潮涨潮
• 6.3.2 大潮落潮
• 6.3.3 盐度过程的变化
• 6.4 本章小结和讨论
• 第七章 冬季季风对长江河口盐水入侵的影响
• 7.1 数值试验的设置
• 7.2 风作用下的水体输送
• 7.2.1 只有风作用下的单宽余通量
• 7.2.2 只有风作用下的断面水体通量
• 7.2.3 综合风、径流和潮流共同作用下的分流比
• 7.3 风对盐水入侵的影响
• 7.3.1 盆水入侵的空间变化
• 7.3.2 水源地的盐度变化
• 7.4 本章小结
• 第八章 总结
• 参考文献
• 致谢