钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测

钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。     

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。     

钱塘江尖山河段北岸治江工程对环境影响分析

采用实测资料分析、数模计算和比尺模型试验等手段,研究比较尖山河段顺直和弯曲两种河势对钱塘江河口上游河床冲淤、潮汐、潮流、涌潮、盐水入侵等重要环境因子的差异.从钱塘江河口治理“减少进潮量、增大山潮水比值”的原则及多目标综合开发治理的目标和消除治理过程中已出现的不利因素考虑,应该采取弯曲河势更为有利.     

千岛湖配水工程对钱塘江河口盐水入侵影响

杭州市第二水源千岛湖配水工程（简称配水工程）的实施将引起富春江水库下泄流量及过程改变,从而对钱塘江河口盐水入侵产生影响。建立考虑涌潮作用的二维盐度数值模型,在验证钱塘江河口潮位和盐度的基础上,预测配水工程实施对河口盐水入侵距离和重要取水口含氯度超标时间的影响。研究表明:配水工程实施后,上游富春江水库若按现状调度方案,对枯水年影响大,咸水上溯距离增加3.7 km,沿岸取水口的可取水时间缩短0.2~3.6 d,丰、平水年盐水入侵和引水前相当;通过水库的优化调度,可基本消除枯水年引水造成的盐水入侵影响。为减少配水工程实施的盐水入侵影响,采用水库的优化调度模式是必要的。     

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。     

黄河下游不同河段分组悬沙输移对河床冲淤的影响

小浪底水库运行后, 坝下游分组悬沙输移特点发生改变, 不同河段冲淤过程有所差别。基于1999—2018年坝下游实测水沙资料及固定淤积断面地形数据, 分析汛期分组悬沙输移的沿程调整特点, 建立分组悬沙输移及河床边界条件双重影响下不同河段河床累计冲淤量的计算关系。分析结果表明: ①汛期各组沙输沙率远小于蓄水前, 且中沙输沙率降幅最大, 在各水文断面平均降幅为85%;沿程上细沙输沙率基本不恢复, 而中沙和粗沙恢复距离分别到利津及艾山。②坝下游河床持续冲刷, 各河段河床组成均发生不同程度的粗化; 在拦沙后期(2007—2018年), 游荡段和过渡段床沙中细沙和中沙占比不足5%, 对悬沙几乎无补给作用, 而弯曲段床沙对中沙仍有一定的补给能力。③下游各河段以冲刷下切为主, 但调整幅度不同, 故对水流的约束能力有所差异。建立了各河段累计冲淤量与前期河相系数及进口断面分组来沙系数的经验关系, 并采用2019年下游水沙数据对公式进行了初步验证, 公式能合理反映断面形态与分组悬沙输移对河床累计冲淤过程的影响。     

黄河河口段一维水流泥沙数学模型

针对黄河河口段河道来水来沙特性和河道冲淤演变特点,综合考虑了断面上水沙分布和冲淤分布不均匀,阻力变化、河口三角洲淤积延伸等问题,建立了黄河利津以下河口段一维水流泥沙数学模型。用该模型对多年汛期和冬季河口段内水沙进行验证计算表明:计算结果与实测结果基本吻合。本模型可用来预测河口段内沿程不同时刻水位、含沙量及河床冲淤的变化过程。     

黄河泥沙冲淤数学模型研究

应用作者提出的动床阻力、非均匀沙挟沙力、床沙交换调正及滩槽水沙交换等关系与新的不平衡输沙等初步经验关系,建立了黄河下游及水库河床变形计算一维数学模型。经1960年～1988年共28年实测水沙资料的验证计算,结果与实际基本符合。该模型的特点是可预报各种水流及河床边界条件下的动床阻力;可同时计算确定混合沙中各粒径组的推移质、悬移质挟沙力、含沙浓度垂线分布及上滩水流含沙量;能较好地反映浑水上滩淤积减沙使主槽减淤增冲的实际情况;能够基本反映泥沙多来多排及高含沙水流的冲淤特性;能综合反映出来水流量、含沙量及级配的调节变化产生的输沙冲淤差别。应用该模型计算黄河小浪底水库库区及下游河道的冲淤,成果比较合理。     

黄河口清水沟河道的冲淤过程与模拟

为揭示黄河口清水沟河道长时段的冲淤演变规律并建立其冲淤计算方法,分析了清水沟1976—2015年的时空冲淤演变过程,采用河床演变的滞后响应模型,考虑河口来水来沙及河道延伸与蚀退的影响,建立了清水沟累计冲淤量的计算方法。结果表明:1976—1980年改道初期清水沟改道点上游先冲后淤,改道点下游淤滩塑槽,淤积量随着下游河道展宽而增加,1980年后改道点上、下游河道冲淤过程趋于一致;受水沙条件等因素影响,1980—1986年清水沟主槽冲刷展宽,之后主槽淤积萎缩;1996年清八改汊和2002年小浪底水库"调水调沙"原型试验以来,河道转淤为冲,2002年后河道冲刷速率随时间指数衰减;河床演变的滞后响应模型可计算清水沟长时段的冲淤过程,该方法可为预测未来清水沟冲淤演变趋势提供科学参考。     

多因素变化对三峡近坝段浅滩演变的迭加影响效应

为探索三峡坝下游淤沙型浅滩冲淤特性突变的成因,结合芦家河河段较为系统的水沙输移和河床冲淤观测资料,从来水来沙变化、河势调整等多种角度,分析了多因素变化条件下的浅滩演变机理。结果显示:水库下游悬沙来量大幅减少导致分汊河道冲刷变形,促使洪水流路过流能力增强、浅滩冲淤转换的临界流量减小;三峡水库进入175 m运行期后,来流退水过程加快,泥沙输移更集中于汛期。以上变化更利于汛期浅滩淤积,不利于汛后浅滩冲刷,各种因素迭加作用下,导致浅滩条件在2008年前后发生阶段性变化。未来冲刷过程中,研究河段的浅滩淤积现象仍可能出现,类似问题在长江中下游其他的主流年内交替型汊道浅滩也同样值得注意。     

珠江口咸潮入侵分析与经验模型——以磨刀门水道为例

收集了2004-2006年珠江口磨刀门水道咸潮发生时测站(1~7)逐日定时观测的的含氯度、水位与流量数据,分析了各监测站含氯度与水位的日变化与年变化,导出了咸潮演变各过程中,含氯度与径流、潮流、河口地形等的关系式,建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型。据此,模拟了2006年1月12日的磨刀门地区的咸潮入侵态势,经过和沿途各观测点验证发现与实测数据非常吻合。以含氯度等于250mg/L(饮用水的含氯度最大值)的点作为咸潮入侵的最远点,用简化修改后的盐度模拟模型计算了磨刀门咸潮入侵最大距离,并根据2006年1月12~20日的河口含氯度与最近的上游天河站的径流量实测数据计算出相应的咸潮入侵最大距离。研究表明,在河流枯水期(珠江河口通常是12月至翌年3月),只要获得当天河口的含氯度和上游测站的径流量数据,就能利用此经验模型估算出河流各点的含氯度,作出盐度模拟图,并估算出相应的咸潮入侵最大距离。     

人类活动对河口咸水入侵的影响

采用新安江水库建库前后及钱塘江河口治江缩窄前后的实测氯度资料分析了大型调节水库增加了枯水径流,治江缩窄改变了潮汐特性和进潮量这两类人类活动对咸水入侵的影响,又采用一维咸水入侵数学模型进行了上述影响的验证和计算分析,结论基本一致.     

2014年长江口咸潮入侵分析及对策

长江口咸潮入侵是枯水期经常发生的一种自然现象,但2014年初的咸潮入侵相比往年尤甚。分析了本次咸潮入侵的基本情况和形成的原因,探讨了长江口咸潮入侵的机理和入侵途径,并结合历史资料,分析了新形势下长江口咸潮入侵出现的新特点。在此基础上,从水源地布局、技术措施、水资源管理和长江流域水量的统一调配等方面研究了如何有效应对长江口咸潮入侵对自来水原水供应的影响。     

基于在线学习与误差修正的珠江河口区盐度预报

受潮汐、径流、风速风向、地形变化等多种海陆要素交互作用,河口区盐水入侵呈高度不确定性与非线性特征,盐度预报难度较大.利用在线学习算法与误差自回归修正方法在水文预报中时效性更强的优点,构建一种耦合在线序列极限学习机-误差修正(OSELM-EC)盐水入侵预报模型,选取珠江河口区磨刀门水道为典型研究区进行逐日盐度预报.结果表...     

Dynamic characteristics of saltwater intrusion in the Pearl River Estuary,China

River discharge, tide, wind, topography and other factors all have great impacts on the saltwater intrusion of Modaomen Waterway (MW), a major outlet of the Pearl River Estuary. A coupled 1D–3D numerical model was applied in this study to account for the dynamic characteristics of saltwater intrusion in the MW, and the impacts of tide and river discharge on the length of saltwater intrusion were uncovered. Results are as the followings: (1) River discharge from upstream induces an obvious dilution of salinity along the MW, whereas tide can exert a positive force that pushes salt water landward. The effects of river discharge and tide on the length of saltwater intrusion can be well described by a regression function; (2) the saltwater intrusion along the MW is generally aggravated by increases in tidal range from the South China Sea. The length of saltwater intrusion usually reaches a maximum 2 or 3 days before spring tide, and the hourly length of saltwater intrusion along the MW usually slows the tidal process for approximately 4 h, which can provide important information that the pumping operation along the MW to store freshwater in the backup storages needs to be at least 3 days ahead of the spring tide so as to avoid serious impact from saltwater intrusion; (3) the length of saltwater intrusion generally decreases with increasing river discharge. In 2005, 2009 and 2010, the average river discharge from upstream was 2680, 2630 and 3160 m³/s, respectively, with corresponding average lengths of saltwater intrusion of 32.7, 42.3 and 21.4 km. The inverse correlation between the water flow and the length of saltwater intrusion may provide some guidance for operations to maintain enough upstream flow to dilute the salinity and therefore satisfy the domestic water supply.     

Examination of Winter Circulation in a Northern Gulf of Mexico Estuary

Numerical model experiments were conducted to examine how estuarine circulation and salinity distribution in the Calcasieu Lake Estuary (CLE) of southwest Louisiana respond to the passage of cold fronts. River runoff, local wind stress, and tides from December 20, 2011, to February 1, 2012, were included as input. The experiments showed an anticyclonic circulation in the eastern CLE, a cyclonic circulation in West Cove, and a saltwater conduit in the navigation channel between these circulation cells. Freshwater from the river and wetlands tends to flow over the shallow shoals toward the ocean, presenting a case of the conventional estuarine circulation with shallow water influenced by river discharge and with weak tidally-induced motion, enhanced by wind. The baroclinic pressure gradient is important for the circulation and saltwater intrusion. The effect of remote wind-driven oscillation plays an important role in circulation and salinity distribution in winter. Unless it is from the east, wind is found to inhibit saltwater intrusion through the narrow navigation channel, indicating the effect of Ekman setup during easterly wind. A series of north-south oriented barrier islands in the lake uniquely influenced water level and salinity distribution between the shallow lake and deep navigation channel. The depth of the navigation channel is also crucial in influencing saltwater intrusion: the deeper the channel, the more saltwater intrusion and the more intense estuarine circulation. Recurring winter storms have a significant accumulated effect on the transport of water and sediment, saltwater intrusion, and associated environmental and ecosystem effects.     

山东烟台夹河中、下游地区海水入侵三维水质数值模拟研究

建立了三维变密度对流弥散水质数学模型来研究山东省烟台夹河中、下游地区咸淡水界面的运移规律。以四面体为基本离散单元 ,推导出三维海水入侵变密度水质模型求解的数值方法 ,其中水流方程求解时运用了迦辽金有限单元法。溶质运移方程求解时运用了欧拉拉格朗日混合方法 ,将对流项与弥散项分离 ,用传统迦辽金有限元方法求解弥散项 ;采用自适应MOC MMOC法求解对流项 ,以消除人工过量和数值弥散。根据地下水的潮汐效应观测信息 ,确定了含水系统的海底延伸边界 ;利用该地区地下水水头及水质长观资料识别了模型的水文地质参数 ,探讨了夹河地区海水入侵的原因 :认为夹河下游地区滨海地带地下水过量开采是造成烟台地区海水入侵的主要原因。此外 ,海水随潮定期地倒灌进入夹河 ,通过局部岩性天窗侵入淡水含水层加剧了沿夹河河床两侧地下水的咸化。同时还预测了几种情况下地下水的水质演化趋势 ,为防止和减轻夹河地区海水入侵提供合理、科学的依据。