长江河口北支倒灌盐通量数值分析

应用改进的三维数值模式,研究了长江河口北支倒灌盐通量.当径流量取11 000 m3/s,风况取风速为6 m/s的北风时,长江河口北支上段大潮、中潮、小潮和半月平均盐通量分别为-26.28,-14.65,-1.58和-15.83 t/s,发生北支盐分倒灌进入南支,大潮期间的盐分倒灌量远大于小潮期间.通过数值计算定量分析了...     

长江河口北支倒灌盐水输送机制分析

基于三维数值模式ECOM-si,采用通量机制分析的方法,对长江河口北支倒灌盐水的输送机制进行了定量研究.模式计算了南北支分叉口和南支河段的潮平均单宽盐通量、各叉道上10个断面的潮平均盐通量和上述两者的机制分解项.基于计算结果讨论了北支倒灌盐水输送的动力机制,发现Lagrange余流输送和潮泵输送在倒灌盐水的输送中起主导作用.讨论了南支各叉道输送倒灌盐水的数量关系,给出了北支盐水倒灌输送的主要路径.     

长江口北支盐水倒灌的数值模型研究

20世纪80年代以来,国内对长江口盐水入侵进行了大量系统专门的研究,对长江口的盐水入侵规律有了一个比较基本的认识.但是,长江口特别是在南支及南北港的盐度变化规律极其复杂,主要有盐度的周日变化峰值与潮流变化关系不尽协调,落潮时盐度反而最大;盐度的纵向分布上游比下游高;盐度的半月变化峰值一般发生在小潮和寻常潮期间,而且各测点盐度峰值的发生时间不尽一致[1,2]等等.其中北支盐水向南支倒灌是引起长江口盐度变化异常复杂的主要原因[1-5].北支倒灌在长江口盐度变化中扮演了重要的角色,掌握北支倒灌是认识长江口盐水入侵规律特别是南支和南北港盐度变化规律的重要内容,同时也是长江口淡水咨源利用的一个重要方面.     

河口、港湾潮流数值模拟中的区域分裂法

本文引用区域分裂法,建立了河口、港湾非恒定流一、二维联解的整体数学模型和二、二维联解的整体数学模型。在一、二维或二、二维模型的联接处,设计了一个重叠域,由此互为相邻子域提供水边界点(线)上的水力要素。重叠域的设置保证了各子域间的协调性,大大提高了计算稳定性。上述两模型应用于椒江河口,结果令人满意。     

海岸河口潮流数值模拟的研究与进展

对海岸河口地区潮流场的数值模拟方法进行了较为系统的归纳总结和评述,对潮流数值模拟的发展趋势进行了分析.     

长江河口涨落潮不对称性动力成因分析

长江河口存在着涨落潮流速和历时的不对称现象.本应用长江河口三维数值模式,数值试验定量给出了不同径流量、潮汐和水深下南北支、南北港和南北槽涨潮落潮平均流速和历时,通过横断面涨潮落潮通量必须满足质量守恒观点从动力机制上给出了涨潮落潮流速和历时不对称的成因.     

近期长江河口冲淤演变过程研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料,分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997-2013年河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强,而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异,近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先,南支至南港和北港中上游河段河床普遍发生冲刷,河床沙活动较活跃,床面微地貌沙波发育更明显,而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退,这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积,尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大,这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象,与近期河口工程建造有关。所以,长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。     

基于LiDAR观测的长江河口南汇南滩近期动力地貌研究

南汇潮滩是长江河口重要的后备国土资源,其地貌的动态变化过程可敏锐反映河海相互作用的强弱。本文利用地面LiDAR获取了南汇南滩2016年4月—2017年5月逐月大潮低潮期间滩面地貌高分辨率点云数据,根据平均小潮高、低潮位将潮滩划分为上、中和下部,由此结合水文泥沙资料分析区域潮滩动力地貌演变过程。结果表明:(1)潮滩在观测期间整体向海淤涨,其一年间垂向淤积值为10 cm,其中潮滩中部面积增大,而潮滩上部和下部的面积均减小;(2)滩面变化具有明显的夏秋季弱侵蚀调整、冬春季强淤积推进的季节性特征,潮滩地貌侵蚀-淤积则呈现明显的空间分异。在潮滩上部中侧-中部西侧形成贯通的冲刷带(10—80cm),上部沿堤西侧植被区出现强淤积带(20—85cm),整个滩面中东部潮滩出现大面积的弱淤积(5—30cm);(3)南汇南滩并未因长江入海泥沙的剧烈减少而遭受侵蚀,这可能受控于局地基本未变的动力环境和悬浮泥沙浓度,冲刷-淤积的纵向分带性则与区域海堤导致的潮流流向发生改变有关。     

近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅲ.盐水入侵

本文应用本系列论文Ⅱ中建立的长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟长江河口20世纪50年代、70年代和2012年盐水入侵,定量分析不同年代河势下盐水入侵状况和变化程度及其原因。在北支,不同年代盐水入侵的变化是由分流比和潮差共同作用造成的。50年代北支盐水入侵较强,70年代大幅下降,中上段出现淡水,2012年盐水入侵极为严重,整个北支被高盐水占据,上段出现强烈的盐度锋面。50年代和2012年,北支盐水倒灌南支,大潮期间远大于小潮期间,2012年远强于50年代,70年代没有北支盐水倒灌南支现象。在南支,50年代、70年代南支大部分为盐度都小于0.45的淡水,在2012年大潮期间由于出现了强烈的北支盐水倒灌,南支上段出现盐度大于0.45的盐水。在南北港,在50年代盐水入侵最严重;大潮期间,北港净分流比南港大21.6%,北港盐度小于南港盐度,外海盐水主要通过南港入侵,出现南港盐水倒灌进入北港的现象。至70年代,南支主流转向南港,南港净分流比增大,比北港大10.4%,南港盐度明显小于北港盐度;南北港盐水入侵较弱。在2012年,南支主流再次转向北港,北港分流比比南港大10.4%,南港的盐水入侵再次强于北港。小潮期间,50年代由于南港分流比相比于大潮时更小,南港盐水上溯距离更远,上段盐度比更大;至70年代,北港分流比减少,盐水入侵减弱;至2012年,由于大潮时期北支倒灌的盐水在小潮期间到达北港,北港净盐通量比大潮时期大。由于潮动力减弱,小潮期间各年代垂向盐度分层更明显,盐水入侵变化与大潮期间一致。     

Sedimentation and morphological changes at Yuantuojiao Point,estuary of the North Branch,Changjiang River

The North Branch, separated by the Chongming Island, was once the main channel in the estuary of the Changjiang River. Reclamation and a decrease in runoff to the North Branch had led to the narrowing and shallowing of the channel. The Yuantuojiao Point is located at the intersecting point connecting the North Branch of the Changjiang River and the Jiangsu coastline. Erosion cliffs are developed between the typical silty-muddy tidal flat and the salt marsh occupied by Spartina alterniflorea, and this has changed rapidly over the past few years. The sediment grain size analysis results of the surficial and two core samples indicate that the Yuantuojiao Point tidal flat experienced continuous accretional processes. Based upon 137 Cs analysis results of the YT and YY Cores sampled from the tidal flat at the Yuantuojiao Point, the average sedimentation rate of the YT Core was 2.30 cm/a from 1963 to 2007, and 2.38 cm/a from 1954 to 2007 for the YY Core. The sedimentation rates of both core locations have declined since the 1960s corresponding to the seaward reclamation at the Yuantuojiao Point. The average sedimentation rates at the Yuantuojiao Point were similar to that of the silty-muddy tidal flat at the northern Jiangsu coast, but lower than that of the south of the Changjiang River Estuary. According to field morphological investigations from 2006 to 2008 on the salt marsh at the Yuantuojiao Point, cliffs retreated markedly by storm surges and disappeared gradually because of the rapid sedimentation on the silty-muddy tidal flat. The maximum annual retreat reached 10 m. The recent sedimentation and morphological changes of the Yuantuojiao Point tidal flat not only displayed the retreat of the salt marsh and the disappearance of cliffs, but also was accompanied by rapid sedimentation of the silty-muddy tidal flat and the salt marsh, indicating the responses to the tidal currents, storm surges, Spartina alterniflorea trapping sediments and large-scale reclamation. The sediment grain size and their trends, southward coastal flow, and sandspits of the longshore bars suggest that the main sediment source at the Yuantuoijao Point, estuary of the North Branch was possibly from the Changjiang River before 1958, since then, it has been from the south of the submarine radial sand ridges of the southern Huanghai Sea (Yellow Sea).     

潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响

利用TELEMAC-3D开展了长江口北槽2010年枯季条件下湍流混合与层化的有限元数学模拟研究。该模型在外海开边界设置了8个主要分潮,并在自由表面考虑了定常风的影响,利用北槽水域3个潮位站(横沙、北槽中、牛皮礁)和2个水文观测站(北槽中段CSW、北槽下段CS8)2010年枯季的潮位、流速及盐度观测资料对模型进行验证并获得了良好的精度,从而得到北槽水域纵向、平面流场和盐度场。模拟得到的流速、盐度被用来计算势能差异(φ)、势能差异变化率(φ/t)、Simpson数(Si)和梯度Richardson数(Ri)。结果显示:1)北槽水域大潮平均和小潮平均的势能差异的变化范围分别约为0~30 J/m3和0~90 J/m3,且较大的势能差异基本位于主航槽,这些表明北槽水体小潮的层化大约是大潮的3倍,主航槽的层化强于坝田区,而北槽中段往往具有更强的层化。2)落急时刻,就北槽下段而言,潮汐应变、潮汐与风共同搅动引起的势能差异变化率的范围分别约为-20×10-4~100×10-4W/m3、0~100×10-4W/m3,这些表明,从大潮至小潮,潮汐应变总体增强而潮汐与风共同搅动总体减弱。空间上,主航槽丁坝附近的潮汐应变明显强于坝田区,潮汐与风共同搅动的强度在坝田区内、外也存在差异,导堤和丁坝的影响明显。3)对于北槽下段CS8站,大潮至中潮的Si数在0.15~0.4之间(介于下临界值0.088和上临界值0.84之间),表明潮汐与风共同搅动占优,属于应变致周期性层化(SIPS)。小潮的Si数在0.9~1.5之间(高于上临界值0.84),表明潮汐应变显著增强并占优,属于持续性层化。4)北槽下段CS8站梯度Ri数的量级范围在混合较好的表层和底层约10-3~10-2,在层化较好的中间水层约100~101。该站湍动能耗散率的量级范围大潮为10-3~10-9W/kg,小潮为10-5~10-10W/kg,具有明显的M4周期性特征和涨、落潮不对称分布,且表层和底层分别由于风应力和底摩擦作用而具有较强的耗散,中间水层稳定层化区的耗散则显著减小,潮汐应变是造成湍动能耗散率在涨、落潮周期内不对称分布的重要因素。     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

秋季长江口北支表层海水pCO2变化特征

根据2009年9月首次获得的长江口北支海水pCO2实测数据,结合温度、盐度等参数,对长江口北支海水pCO2时空分布、变化特征及其影响因素进行了研究.研究结果表明,长江口北支海水pCO2总体呈现出淡水端高,咸水端低的特点;在同等盐度条件下,长江口北支海水pCO2明显高于长江口南支;长江口北支南段海水pCO2与盐度之间有着...     

长江口北支沉积物粒度特征及其环境意义

通过对长江口北支兴隆沙XL2孔沉积物的粒度特征、环境磁学特征及微体古生物特征的分析,揭示长江口北支潮流沉积沙体的演变规律,进而推测长江口北支的演变规律,为长江口北支的开发整治提供科学依据。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

近年来长江河口北支水沙特性与河槽稳定性分析

根据崇头、青龙港、三条港和连兴港1950～2001年潮汐潮流观测资料和2005年6～7月的大、中、小潮及2007年5月5～10日沿北支河槽进行的两个连续潮周期水、沙、盐的现场观测数据并结合参考2005年的实测地形图.通过对长时间序列(1950～2001年)的分流比、年均流量、潮位、潮历时等数据的整理分析并与近期(1998～2005年)的水文特征值比较,发现随着北支分流量逐渐减少,河槽内强烈的潮波已成为影响北支河槽不稳定的主要因素;青龙港近年来(1998～2005年)平均高、低潮位出现增高,比多年(1950～2001年)平均高、低潮位分别高出15和17cm,是北支河床近年来持续性淤浅的体现;大潮期间北支河槽涨潮含沙量无论量值还是扩散强度均大于落潮,明显表现出河口涨潮槽具有的泥沙运动规律.自2001年以来除少数年份的小潮汛外,均表现出明显的涨潮优势,其中2002年3月大潮的潮量优势流仅为9.42%,显示出涨潮优势十分明显,说明北支河槽近几年来正朝着衰退的过程发展;2005年北支河槽-2、-4和-6 m等深线均呈喇叭状,闭合端指向上游,符合涨潮槽的几何形态;再从河槽类型系数(λ)看,大潮期间λ值均大于1,最大值为31.1,涨潮槽特征显著;而洪季中、小潮各测站λ值均小于1,最小值为0.000 3,A、B两测站在大潮时λ值均大于1,而小潮时又都小于1,显示北支河槽虽主要表现为涨潮槽的特征,但洪季受径流和潮汛影响,其涨潮槽特性不稳定.总体而言,目前北支河槽为一条不稳定的废弃型涨潮槽.     

长江口北支近期河势演变与航道资源开发研究

从实测资料出发,分析长江口北支近期岸线与主流线的变化,并就滩涂围垦对北支河势的影响进行深入探讨.认为目前北支航道500 t级船舶基本可以达到全潮通航,1 000 t级船舶乘潮保证率也可达90%,若采取一定的工程措施,对局部浅段进行疏浚和整治,早日开辟北支1 000 t级航道是可行的.     

端元分析模型在长江口邻近海域沉积物粒度数据反演方面的应用

海洋沉积物粒度分布曲线往往同时具有多个峰,而且同一类型沉积物因时间和空间上的不同其粒度分布曲线峰的位置也不同,沉积物粒度分布多峰的特点反映了沉积物不同的输运形式和沉降过程[1,2].因此,在沉积物的粒度分布数据中保存了有关沉积物输运和沉降的信息,而获得这些信息对于揭示沉积区域水动力特性、沉积物输运和沉降规律具有重要的意义.