河口环流和盐水入侵Ⅱ--径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响.在径流量增大的情况下,口门内表层向海的流速增大,底层向陆的密度流减弱,滞流点下移.口门外侧向口门的密度流增大,上升流趋于增强.口门内盐水入侵减弱,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大.在口门上游北岸底层盐度下降明显,口门处南岸表层盐度下降明显.径流量变化对盐水入侵影响十分巨大.在海平面上升的情况下,拦门沙区域向陆的密度流增强,滞流点上移,表层向海的流动增大.口门内盐水入侵增强,口外盐度增大,冲淡水扩展范围减小.海平面上升对盐水入侵影响十分明显,北岸底层盐度增大尤为特出.     

径流量和海平面变化对河口最大浑浊带的影响

应用改进的ECOM模式,耦合泥沙输运方程,研究径流量和海平面变化对河口最大浑浊带的影响.河口最大浑浊带位于滞流点处,底层上下游余流均向该处输运泥沙,造成该处泥沙汇合,而由流场辐合产生的上升流又使该处的泥沙不易落淤.由于盐水入侵带来的高盐水位于北岸的底层,其斜压效应使底层的横向环流由北向南流动,把底层高浓度的泥沙向南岸平流,使得最大浑浊带位于南岸.研究河口最大浑浊带现象必须使用三维泥沙输运模式.在径流量增大的情况下,与控制试验相比底层向陆的密度流减弱,滞流点下移,导致最大浑浊带也下移;因上游来沙量增加,在最大浑浊带中心和河口拦门沙处悬浮泥沙浓度趋于增加.在径流量减少的情况下,最大浑浊带的变化趋势与径流量增大情况的结果相反.在海平面上升的情况下,拦门沙区域底层向陆的密度流趋于增强,滞流点上移,最大浑浊带也相应向上游移动;最大浑浊带中心处泥沙浓度趋于增大,但口门拦门沙处泥沙浓度趋于减小.径流量和海平面变化对最大浑浊带影响明显.     

非结构网格三维斜压模型研究人类活动对海南岛清澜潮汐汊道水动力影响

清澜潮汐汊道为海南岛东部一个典型的泻湖-潮汐汊道-沙坝系统,由于其优越的自然条件而成为开发的重点区域。近几年的人类活动主要包括:口门西侧的围填工程,航道的疏浚和八门湾泻湖内的围塘工程。采用SELFE模型,结合观测资料,研究了不同人类活动对潮汐汊道的潮波、潮通量与涨落潮历时、河口重力环流、盐水入侵和河口羽流的影响。结果表明不同的人类活动其对动力的影响不同,口门西侧围填工程减小了潮汐汊道的潮差,对潮通量和盐水入侵影响很小;航道疏浚则加大了潮差和潮通量,加强了河口环流和盐水入侵;泻湖内围塘工程使潮差有所增大,但减小了潮通量,对盐水入侵的影响不显著。口门西侧围填工程改变了河口羽流的路径,而航道疏浚则使河口羽流更加向海扩散。     

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。     

珠江八大口门2016年枯季盐度同步观测及咸淡水混合研究

通过分析2016年枯季在珠江三角洲8个口门测站的现场同步观测盐度资料,总结了枯季八大口门同步盐度垂向分布和盐淡水混合特征.结果表明:由于八大口门的水动力条件、河口走向等不同,各口门的盐水入侵强度、盐淡水混合程度存在时空差异.其中,在盐度分布上表现为以横门为中心,向东西两侧口门,盐度逐渐递增;在层化参数分布上,总体上由横...     

伶仃洋河口横向环流

横向环流存在于大多数河口中,在河口的动量平衡和物质输运过程中起着重要的作用,其形成的机制众多。本文利用三维水动力模型EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code),结合1989年和2002年的实测数据对伶仃洋河口进行研究,得到了伶仃洋河口在洪季和枯季时期不同的水动力和盐度分布结构。在文中选取了具有代表性的两个断面,针对洪枯季、大小潮以及涨落潮等不同时期的横向流结构和盐度剖面分布特点进行比较和分析。结果显示,受局地的径、潮流条件和地形约束影响,横向环流结构并不能充分形成,在不同的区域表现出截然不同的结构特点。伶仃洋河口横向环流主要是在径、潮流与地形三者之间的相互作用下形成的,不同的区域的形成机制存在差异。综合分析后,本文认为伶仃洋河口的横向环流在该区域的动力过程中相对较为次要。     

潮汐河口环流、湍流、混合与层化的物理学

简要回顾了潮汐河口环流、湍流、混合与层化的基本物理概念、内涵、研究方法、研究成果,指出了主要的研究进展,最后,展望了今后的研究方向。本文不考虑悬沙和风浪的影响。经典的河口环流也因潮汐应变的出现而受到挑战,河口环流由重力环流和潮汐应变环流构成。"涡黏度-剪切协方差(ESCO)"概念的提出,又区分出重力ESCO环流与潮汐ESCO环流。横向环流,尤其具有曲率的弯道中的横向环流,也得到进一步的理解。涡度方法的应用,揭示横向环流不仅由各种不同物理机制造成,而且对纵向河口重力环流有重要的影响。分层流中剪切湍流的理论加深了人们对潮汐河口湍流、混合的物理学的认识,势能差异方程更是使得定量理解潮汐河口混合与层化的三维时间、空间变化成为可能。     

象山港盐度分布和水体混合I.盐度分布和环流结构

利用１９８１—１９９０年的实测水文资料分析了象山港与混合密切相关的盐度分布和环流结构,并对盐度锋面出现成因进行了探讨。研究结果表明,象山港盐度受长江冲淡水活动影响较大,冬、夏口门附近盐度分别为２４—２５左右和３１以上,湾顶附近盐度季节变化不大。冬季湾内盐度空间梯度较小。夏季湾内有两个盐度锋面出现,水体垂向略有层化但并无明显的跃层出现。此外,象山港狭湾内以重力环流为主,狭湾外以水平环流为主。     

象山港盐度分布和水体混合Ⅰ. 盐度分布和环流结构

利用９８１－１９９０年的实测水文资料分析了象山港与混合密切相关的盐度分布和环流结构,并对盐度锋面出现成因进行了探讨。研究结果表明,象山港盐度受长江冲淡水活动影响较大,冬、复口门附近盐度分别为２４－２５左右和３１以上,湾顶附近盐度季节变化不大。冬季湾内盐度空间梯度较小。夏季湾内有两个盐度锋面出现,水体垂向略有层化但并无明显的跃层出现。此外,象山港狭湾内以重力环流为主,狭湾外水平环流为主。     

冬季北风风速对长江河口盐水入侵的影响

本文应用三维数值模式ECOM-si,研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明,北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运,在埃克曼输运作用下,长江河口形成北港进南港出水平环流,加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下,当北风风速超过10 m/s,北港口门水通量朝陆净输运,当风速超过11 m/s,北港盐水倒灌至南港。无风时,北港半月平均盐度仅为0.97,北港口门半月平均水位仅为0.13 m;当风速增加到14 m/s时,盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减少了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d;当风速高于10 m/s,30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵,不利于青草沙水库取水。     

江苏北部灌河口悬沙输送数学模型

位于江苏北部的灌河口是淤泥质河口,潮流作用下的悬沙输送对河口河床演变有很大影响.为开发灌河口的航运资源,治理口门砂嘴,需建立河口的悬沙输送数学模型.淤泥质河口的悬沙输送是一个复杂的物理过程.数学模型中需要复演在径流、潮流和沿岸流共同作用下的泥沙运动.为此,既要准确地模拟河口区的流场,又要考虑到泥沙在水动力要素作用下的起动、悬浮和沉降过程.灌河口的口内段细长且弯曲,口外段开敞,口门处有砂嘴形成的水下浅滩.因此,模型包括的范围必须足够大,既要包括河口的口内段,以便模拟口内河势对口门砂嘴处水沙运动的影响,又要包括足够大的口外水域,以反映口外水域的真实流态.     

鸭绿江洪季的河口最大混浊带

对 1 994年 8月在鸭绿江河口的水文和悬浮泥沙的观测资料进行分析。结果表明 ,在洪季鸭绿江河口的最大混浊带 ,出现在第一个河口锋面内侧。它的核心处盐度小于 1 ,从上游带入河口的细颗粒泥沙多数被河口第一锋面截留 ,还有一部分上游来沙穿过该锋面 ,聚集在河口第一和第二锋面之间。垂向密度环流作用和絮凝作用在鸭绿江洪季最大混浊带的维持过程中起着主导作用     

长江河口盐水入侵锋研究

根据１９５９－１９８８年部分年份长江口南港南槽、南港－北槽－北港和北支共２２个纵向测次资料，计算分析各入海通道向盐水入侵锋的伸退区域及其特征。利用密度佛氏数Ｆ＇ｘ的计算结果，提出确定盐度锋迁移范围和滞流点的判据。研究结果表明，盐度锋对河口量大浑浊带主要有两大贡献：锋区含盐有利于泥沙絮凝；锋面附近形成的重力环流，有利于泥沙富集，形成最大浑浊带。     

河口大型围垦工程中龙口水动力特点

河口大型围垦工程围区吞吐潮量大,河口滩势条件复杂,龙口位置选择和极值流速确定是工程设计中的关键环节。以两个典型河口大型围垦工程龙口为例,从水动力分析角度提出合理的龙口平面选址和龙口渡汛时因地制宜的结构布置。在青草沙水库工程中,龙口位置的确定充分利用围区原有深槽的过流能力,以保证库区内外及时水交换,并兼顾到围堤实施顺序与工程区整体河势环境相协调,避免口门进出水引起工程河段滩地的大冲大淤,也确保了堤基安全。龙口渡汛需要面临长时间大潮汛过流考验,龙口流速大小决定了龙口结构的保护方案和后期的合龙方案,常规使用的堰流计算方法能较为准确地计算龙口流量和断面平均流速过程,数值模型能对大型龙口流速空间分布情况进行很好的模拟,是常规计算方法的重要补充。计算结果表明口门横向上中心流速大于口门两侧流速,在纵向上底坡内外两侧顶角处水流受重力作用加强,垂向断面收缩,在涨、落急时刻分别形成大流速区,是龙口结构布置时重点抗冲保护区域,需要设置抗冲性较强、自重大且联接牢固的护面材料。此外,同一潮周期内涨急流速通常大于落急流速也是其重要水动力特点。     

大亚湾大鹏澳夏季余流的分析

1989年夏季在广东大亚湾大鹏澳进行了近2个月的海流锚系观测。本文报道观测结果,并利用谱和经验正交函数分析法研究余流的特性。结果表明,1989年夏季溴内有一弱气旋环流,但存在相当强的低频流.低频流以E-W 方向为主,能量集中在8～16d 和4～5d 频带上,其主分量表现为溴口南部同北部位相相反的低频水平环流。低频流与当地风场有明显的关系。     

我国近海陆架锋面与生态效应研究回顾

海洋锋面存在于特征明显不同的2种或多种水系或水团交界处,锋面区域形成的次生环流和辐聚作用可显著影响到海洋中的物质输运与生物生产,故受到海洋学家的广泛关注。研究发现,我国近海陆架存在14个永久性的准静止锋面（渤海海峡锋面、山东半岛沿岸锋面、苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面、长江环形浅滩锋面、闽浙沿岸锋面、黑潮锋面、台湾沿岸锋面、闽粤沿岸锋面、珠江口沿岸锋面、琼东锋面和北部湾锋面）,且部分海域观测到双锋面、穿刺锋面和锋面波等现象。它们与陆架环流及其他动力过程（如：涡旋、内波等）共同控制着我国边缘海的物质能量输运与交换以及生物生产力格局。近岸物质沿锋面、跨锋面输运与锋区的垂向输送过程对我国边缘海生物地球化学循环和生态过程存在显著季节性影响。冬季到春季,沿岸锋面松弛能够加强物质从近岸向陆架的输运,进而在空间上调制春季藻华暴发的时间与量级;夏季到秋季,我国边缘海存在显著的潮汐锋面系统,锋面的辐聚效应以及次级环流可显著提高锋面区域的营养盐浓度和改善光照水平,对浮游植物的生长聚集起到促进作用,故在富营养化的河口与沿岸海域,锋面区域容易成为赤潮或缺氧高发区。此外,锋面的物理屏障作用使得两侧水团保持相对独立的物理与化学特征,因而在我国边缘海生境区划和生物多样性梯度变化等方面扮演重要角色,这些研究对认识我国边缘海物质循环与生物生产的控制机制具有重要作用。未来仍需充分结合观测与卫星资料,运用多过程耦合的高分辨率模型,深入认识锋面的精细结构与动态变化,加强亚中尺度和小尺度过程及其生态效应的研究。     

海南岛南渡江河口的盐水入侵

南渡江是海南岛最大的河流,河口长度较短(约25 km),口外濒临琼州海峡。南渡江的盐水入侵近年来呈加剧趋势,急需对其过程与机理进行研究。本研究运用FVCOM模型,采用2009年枯季的实测数据对模型进行了验证。根据模型计算结果分析了枯季和洪季南渡江河口的流速和盐度的时空分布及盐水入侵的变化,探讨了河口不同位置驱动盐分向陆输运的机制。研究结果表明:枯季小潮时的河口环流强度大于大潮时,而洪季河口环流在大潮时更加发育,洪枯季都表现出大潮期的盐度分层(表底层盐度差)大于小潮期;口门附近,潮汐振荡输运在总的向陆盐分输运通量中占主导,而向上游方向,稳定剪切输运则表现得更重要。主河道内损失的盐分主要通过海甸溪的盐分输入进行补充。     

伶仃洋沉积动力特点的研究

位于珠江三角洲东侧的伶仃洋，因径流下泄与潮流进退的流向不一，使它各分流口门的出口水道都有主槽和支槽之分，即都有主干水道和分汊水道。陆架高盐海水入侵又使伶仃洋内沉积动力过程在空间分布上发生差异，如沉积物分布有粗－细－稍粗之分；而水体中的密度、速度差异，常常产生锋带，对水下地形的发展有不可忽视的影响。因而全面认识发生在伶仃洋内的沉积动力作用，对深水航道的选线极为重要。     

深刻认识物理海洋学

迄今为止,我们在如下领或中尚存在认识上的差距:1.海洋表层温度大尺度变化的物理学实质,这些变化与大洋环流和大气过程变化特点的关系,对于大气和海一气间大尺度相互作用的反馈;2.海洋1500-2000米表层水团水平环流与大洋深层水环流之间的联系;3.海洋深处垂直环流的细微结构;4.所有天然尺度(从几百公里到几百米)的海洋涡旋在起源及其动力学方面的差别;5.多种天气尺度涡量的特别《长生》的物理学原因:6.确定天气尺度涡量缓和的独特过程;7.确定海洋长期存在的急剧变化的温跃锋面的准稳定锋面的动力学。8.海洋锋面的三维结构;9.决定海洋锋面出现不稳定性时的诸动力要素;10.组成     

夏季长江口及其邻近海域湍流特征分析

利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据,本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数K_Z的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10?10～2.95×10?5 W/kg;垂向湍扩散系数的大小为3.24×10?7～4.55×10?2 m2/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似,均为上层最强,底层次之,中层最弱。上层由于风应力的作用,使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大;温跃层处层化较强,抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离,锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少,湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流,它们是由锋面的次级环流产生的;上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。