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。     

长江潮流界位置探讨

长江是径流、潮流中等的潮汐河口,纳潮量十分巨大。长江口水流动力因素以径流和潮流为主。对潮流界位置进行了探讨,其位置随上游径流大小而变化,国内流行的一种长江潮流界在江阴的说法是不够确切的。     

钱塘江河口一维盐度动床预报模型及应用

钱塘江河口为强涌潮、高含沙量、河床冲淤剧烈的河口,其盐度输移时空变化受河床冲淤的反馈影响十分显著。建立了考虑河床冲淤变化的一维盐度动床数学模型,耦合求解水沙运动、河床冲淤及盐度输移过程,数值计算方法采用守恒性较好的有限体积法。验证结果表明:河床冲淤对氯度的影响非常显著,动床模型的结果与实测基本吻合,在长历时盐度预报中采用动床模型是必要的。应用该模型分析了钱塘江河口咸水入侵对上游建库、治江缩窄工程等人类活动的响应,探讨了杭州城市供水水源保证率。结果表明,新安江水库、河口治理缩窄工程对改善河口淡水资源利用、保障杭州市供水安全显著;供水保证率要达95%以上,需采取上游水库泄水调度和新建备用水库等措施。     

Analytical solution for salt intrusion in multiple-freshwater-source estuaries: application to Humen Estuary

Salt intrusion has some negative impact on the estuarine eco-environment as well as the water resource potential. The paper proposes an analytical model to describe salt intrusion in the estuaries with multiple freshwater sources. The impact of river discharge on the salinity distribution changes along the multiple-fresh-source estuaries, which is different from estuaries with single source of freshwater. Our analytical model is derived from the advection–dispersion equation for salinity while taking into account the hydrodynamic variation along the estuary. In this paper, we take the Humen Estuary, a strongly tide-dominated estuary with two major source of freshwater, as an example to illustrate the model. By testing against eight surveys over a complete spring-neap tidal cycle, the analytical model’s capacity to describe salt intrusion in the Humen Estuary is calibrated and validated. The results show that the analytical method can be used to compute the salinity distribution in the multiple-freshwater-source estuaries. In comparison with the field data in the Humen Estuary, the calculated results indicate that the salt intrusion process exhibits remarkable segmentation in the multiple-freshwater-source estuary, although the estuary’s inherent characteristic remains the same throughout the estuary. Moreover, by analyzing the multi-segmental features of the Humen Estuary, an efficient and effective model to predict the salt intrusion length of the Humen Estuary is presented and satisfactory results are obtained to illustrate its practical application.     

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。     

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。     

三峡水库初期蓄水对长江口淡水资源的影响

2003年6月1~15日和同年10月20~31日三峡水库进行了初期蓄水。6月份水库蓄水后使下游大通流量减少了37%,长江口的淡水资源的持续时数降低了40%,最大盐度增加了3倍,平均盐度增加了6倍;10月份水库蓄水使大通流量减少了1/2,淡水资源的持续时间呈现下降趋势,最大盐度增加了3倍左右,平均盐度也有类似的表现。再从流量的沿程变化、流量的变化程度、影响河口淡水的持续时间、河口淡水资源影响因子方面进行了讨论,认为三峡蓄水是这两次河口淡水资源减少的主要原因。     

径潮动力对长江河口滞流点的影响

为研究三峡蓄水后滞流点的时空变化规律,应用ECOMSED模型模拟长江河口在不同径流、潮流作用下的水流动态过程。结果表明:北支大洪水期下移幅度大,涨潮动力强劲,随潮流变化大;南侧变化幅度整体较北支小,随径流的变化幅度自大至小依次为北港、南槽、北槽;随潮流的变化幅度自大至小依次为南槽、北港、北槽。滞流点随径、潮条件变化时,受地形影响明显,三峡蓄水后,径流变化范围缩小,引起不同地貌单元滞流点范围不同程度的缩小,可据此认为,与滞流点位置一致的最大浑浊带范围呈现减小的趋势,由此可能引起最大浑浊带和地貌调整。     

大通站水沙关系演变驱动因素分析

大通水文站是长江进入河口的第一个关键界面,其水沙关系的变化不但直接影响河流本身的发展演变,也影响着河口三角洲的发育过程。深入研究大通站水沙关系的驱动因素,有助于更好地认识长江流域的输沙规律,可为流域地貌演变和对人类活动响应的深入研究提供科学依据。本文基于数理统计方法,重点从降水变化、径流变化、水利水土工程等方面定性定量地研究了气候变化和人类活动对大通站水沙演变过程的影响,结果表明：1954—2000年间降水量和输沙量变化特征较为一致,说明气候变化在一定程度上影响着大通站泥沙输移的变化过程,其更多地体现在对泥沙输移长期性变化的影响方面;2001—2010年输沙量急剧下降,大型水利工程的实施等人类活动对泥沙输移的影响是近10年来大通站入海泥沙急剧变化的直接诱因和主要原因,其主要体现在短时间尺度上。     

南水北调对长江口粗颗粒悬沙来量的影响

探索了长江南水北调占总径流量10%情况下对长江粗颗粒悬沙(≥0.05mm)入海数量变化的可能影响。研究表明:南水北调对入海细颗粒泥沙的影响主要为南沙北调,但数量较小,在1%左右,而对粗颗粒悬沙的影响主要表现在入海流量减少导致的水体挟沙能力的降低。通过建立大通站典型枯水年(1978),平水年(1987)及洪水年(1983)月平均流量与月平均床沙质输沙率相关曲线,估算出各典型年在典型流量23000m3/s,30000m3/s与40000m3/s水平下调水流量3000m3/s时导致的入海床沙质输沙率的变化。结果表明,输沙率的相对变化在-39%至-24%之间,且在较高的流量水平下,输沙率相对变化较小,但绝对变化增大,经大通入海的床沙质数量每年约减少2350～4700万t.     

三峡水库运行下长江中游典型河段水情变化及趋势预测

以1983-2014年长江中游5个水文站实测水文资料为依据,利用Morlet小波和ARIMA模型等方法,系统分析了三峡水库运行下长江中游典型河段水情变化特征及其未来变化趋势.结果表明：三峡水库运行后,长江中游典型河段流量年际变化不显著,年内月分配较明显的趋于均匀化,这是气候波动与以三峡水库为标志的人类活动综合作用的结果;长江中游典型河段径流变化以18~26 a、8~13 a的周期变化较为明显,周期中心分别为22 a和12 a,并存在更小尺度的周期,三峡水库的运行对典型河段径流大尺度的变化周期影响微弱,对小尺度的变化周期产生了一定的影响;总体上,2014年以后典型河段流量将偏丰,并持续若干年.其中枝城站流量将在2014年以后一段时期呈增大趋势,由偏枯期转为偏丰期,大致持续到2017年;沙市、监利、城陵矶、螺山站流量在2011年由偏枯期转入偏丰期之后,一直呈增大趋势,将于2016年左右达到最大值,之后呈减小趋势,但仍将处于偏丰期,大约持续到2018年.     

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.     

长江口咸潮入侵扩散响应函数及初步应用

咸潮入侵是入海径流和潮汐共同作用的盐度扩散过程。以量能累积与阻抗交互作用过程为理论基础,采用逻辑推理和数学分析推导了入海流量、潮差和咸潮入侵面积三者扩散响应的函数关系和曲线型态,并利用长江口近50年枯季入海流量、潮差和咸潮入侵面积进行了实证分析。结果表明,在一定入海流量条件下潮差与咸潮入侵面积关系具有S型曲线特征,入海流量与咸潮入侵最大面积关系也具有S型曲线特征,共同构成一个三维咸潮入侵扩散响应函数;长江口近50年的实测数据实证了上述三维关系特征,据此构建了双曲正切的S型长江口咸潮入侵扩散响应函数,并阐述了参数定值与量化方法;以此函数为基础,分析确定了长江口入海流量大于10 000 m3/s时可抵御大规模咸潮入侵,同时计算了2001-2012年咸潮入侵损失。     

磨刀门水道咸潮入侵及其变异分析

随着区域经济及人口的进一步增长,珠江三角洲磨刀门水道已成为江门、中山、珠海、澳门等城市重要的水源地,相应咸潮入侵对供水安全造成的危害也越来越严重。本文依据实测资料和现场调研,对磨刀门水道咸潮入侵的潮相变化、径流—咸潮的响应模式、风对咸潮入侵的影响及咸潮入侵的历史演变趋势及其变异、最小压咸流量及最佳压咸时机等进行了研究。研究结果表明,影响咸潮入侵的主要因素是径流,有利于咸潮入侵的风向为北风～东北风。以思贤滘流量(即马口水文站与三水水文站流量之和)为参照,为保障珠海、澳门供水安全,磨刀门水道最小压咸流量范围为2200-2700m3/s,平均流量为2450m3/s,最佳压咸补淡的时机为大潮转小潮期,也就是朔望(半月)周期的落潮期。     

新世纪上海地区相对海平面变化影响因素及预测方法

针对传统相对海平面变化分析方法均将理论海平面变化和地面沉降进行的叠加分析,本文讨论和分析了近20年来全球理论海平面上升速率加快背景下的区域海平面变化速率,利用灰色线性回归组合模型预测上海地区海平面变化趋势。考虑了上海地面沉降发展的新特点,以及长江流域来沙显著减少和河口大型工程建设对上海地区相对海平面变化的影响。在流域来沙量显著减少但来水量变化不大情况下,流域大坝的坝下冲刷使得河槽刷深,河口水位降低,同时长江口深水航道整治工程和促淤围垦工程束狭入海口,使得潮位站水位发生变化,两者的综合效应是目前研究长江口相对海平面变化时必须考虑的重要因素。     

长江口北支倒灌影响区盐度预测经验模型

为预测不同径流过程影响下的盐水入侵强度,以长江口南支上段为研究对象,采用实测资料和理论分析相结合,建立了以大通流量和农历日期快速估算氯度值的经验模型。首先,以徐六泾实测潮位资料结合调和分析理论,在考虑11个主要分潮情况下证明日均潮差为半月周期函数,提出了用农历日期估算日均潮差的方法;其次,采用东风西沙实测氯度资料,选用不同函数形式,分析了以支汊盐水倒灌为主的情况下日均氯度对径流、潮差的量化响应关系;最后,提出了指数函数形式的氯度预测经验模型,模型计算值与实测值之间的决定系数在0.8以上。提出的经验模型可由大通流量快速估算特定位置的盐度,为相关的工程和规划研究提供了便捷途径。     

基于MODIS的长江口表层水体盐度时空分异

长江河口地处海陆交汇地区,其海表盐度受到长江流域、东海和三角洲社会经济活动的复合影响。水体盐度直观反映了河口区域冲淡水分布,对于研究淡水羽状锋、长江物质输送与河口环境变化等具有重要意义。本文分别对枯季和洪季的长江口盐度实测数据,以及中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS）遥感反射率与反射率的比值进行拟合回归分析,建立长江口表层盐度反演经验模型,得到枯季的相关系数和均方根误差（root-mean-square error,RMSE）分别为-0.930 3、0.45‰,洪季的相关系数和RMSE分别为-0.818 5、0.88‰;并分析模型在时间尺度上的适用性。利用该盐度反演模型对长江口2007-2016年的表层盐度进行反演,结合大通站记录的长江径流量观测资料,分析长江口表层水体盐度的时空变化规律。结果表明：长江口表层盐度受径流量影响较大,空间上呈自西向东递增趋势,具有季节性分异;枯季近岸盐度较高,高盐度海水可以到达长江口南北支分叉122.5°E附近;洪季冲淡水影响范围广,高盐度海水聚集在123°E以东、31°N以南,长江口北部出现低盐区域;2007-2016年间枯季大通站流量呈上升趋势,平均盐度为29.27‰,总体呈降低趋势,洪季大通站流量呈降低趋势,平均盐度为27.10‰,呈上升趋势,盐度和径流量在年际变化中存在良好的负相关关系。     

黄河入海口径流量和输沙量对黄河三角洲生态环境的影响

20世纪后期黄河入海口的径流量减少和多次断流。这对流域下游地区的经济发展、尤其是农业产生明显影响。特别应注意的是,与径流量减少的同时,输沙量也明显减少,致使20世纪90年代以来入海口造陆面积锐减,在1996年和1997年甚至造陆停滞、出现海侵。黄河入海口的径流量、输沙量减少可能引发的一系列生态环境问题中,造陆面积的减少和海水的侵入可能关系到黄河三角洲的经济发展前途,近期则危及胜利油田的安全,应引起有关部门的关注。文中还探讨了用地球物理测井方法检测生态环境的变化。     

长江口南支河段盐水入侵规律的研究

依据实测资料分析和数学模型计算分析了上游径流、外海潮流以及河势变化对长江口南支河段盐水入侵的，同时着重研究了长江口北支以及南支下游的南、北港三个盐水入侵源对南支河段盐水入侵的影响。研究表明：徐六泾水域基本不受盐水入侵的影响；浏河口以上主要为北支倒灌盐水所控制；钱泾、七丫口河段受北支倒灌的影响；宝钢水域受到三个人入侵源的共同影响，其含氯度峰值一般发生在中、小潮期，主要取决于北支倒灌南支的过境盐水。综     

长江口主要阳离子随盐度变化的研究

以追踪混合水团的方式采样,并测定了长江河口混合区表层和底层中主要阳离子Mg2+、Ca2+、Na+和K+的浓度,讨论了长江口水体的pH分布特征和主要阳离子的混合特征.结果表明,长江口水体的pH状况受人为污染影响较小,河口混合区主要阳离子的浓度随着水体盐度的增大而增大,Ca/Mg比值随水体盐度的增大而迅速减小,且主要阳离子浓度相对于盐度的变化在表层和底层水体间没有显著的差别.在长江河口混合区主要阳离子的浓度及其比值随盐度的变化可用线性混合模型进行较好地预测和模拟.