潍河下游地区海咸水入侵动态三维数值模拟分析

文中以潍河下游的莱洲湾南岸地区为研究区 ,阐述了海咸水分布规律。针对海咸水运移过程中的水动力学特征和化学动力学特征 ,推导了水动力化学动力耦合的盐分运移对流弥散方程 ,水动力过程考虑了浓度变化对水流运动的影响 ,化学动力学过程考虑了含水介质表面吸附 (解吸 )作用对盐分运移的影响。采用改进的非线性特征有限元法 ,求解高浓度溶质运移三维模型。计算结果表明 ,该模型更真实地刻画了海咸水入侵系统。通过对海咸水入侵规律进行模拟 ,指出海咸水入侵的根本原因是过量开采地下淡水资源 ,要防止海咸水入侵 ,必须科学开采地下淡水资源。     

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。     

莱州湾南岸海咸水入侵的原因分析及防治对策

莱州湾南岸的昌邑、寒亭、寿光等市(区)，是我省沿海发生海咸水入侵地质灾害较严重的地区之一。自70年代中期发现海咸水入侵以来，入侵速率逐年增加，到1992年，入侵面积已达295．5km^2，给工农业生产和人民生活造成了严重损失。该区海咸水入侵以咸水入侵为主。笔者在分析区域地质背景条件基础上，从水动力学和水化学方面对海咸水入侵的发灾机理进行了探讨。指出地下淡水过量开采是海咸水入侵的根本原因；此外，沉积环境、河流上游来水量减小及风暴潮等对海咸水入侵有加剧作用。从地学角度，提出了全流域综合治理、合理开发利用淡水资源、建设地下水库、跨流域调水，建立抽水槽工程等防治对策。     

广饶县海(咸)水入侵灾害防治的水文地质环境研究

广饶县咸水入侵灾害的发生在于自然环境的脆弱性和社会经济环境的严峻性。本文分析了引起海(咸)水入侵的基本矛盾, 制定了防治咸水入侵灾害的对策和措施──水文地质环境调整方案。     

河北省地下咸水对地下淡水资源入侵影响分析

河北省中东部区域分布为地下咸水分布区。自大量开采地下淡水以来,出现了地下咸水入侵地下淡水资源问题,第四系地下淡水水质呈不断变差趋势,对宝贵的地下淡水资源构成威胁,其主要原因是地下淡水资源的超量开采和成井工艺不严格。本文分析了地下咸水入侵地下淡水机制及影响现状。     

潍坊北部海咸水入侵特征及现状评价

潍坊北部是我国典型的海咸水入侵区,通过资料收集、海咸水入侵专项调查、地质环境监测与实验、样品分析测试和室内综合分析研究,基本查清了海咸水入侵发展及演化历史。工作区海咸水入侵发展过程可划分为发生和发展、快速发展、慢速发展和稳定发展4个阶段,目前处于稳定发展期。利用2012年水质测试结果,选取Cl^-、矿化度、SO4^2-,rHCO3^-/rCl^-,K^＋等指标作为评价因子,运用模糊数学的方法,对潍坊北部海（咸）水入侵区入侵程度的现状做出综合评价;结合工作区海咸水入侵的特征和现状,针对性地提出了今后的防治重点和对策。     

潍坊市滨海平原咸水入侵调查分析

对自1993年以来潍坊市滨海平原咸水入侵进行了全面调查，包括潍坊市滨海平原咸水入侵水质调查、灾害调查、成因分析及防治措施，为滨海平原地区的咸水入侵调查研究与防治提供了参考。     

潮汐强度与咸潮上溯距离试验

采用物理模型实验方法对不同潮差驱动下咸水入侵距离进行实验研究,结果表明存在潮差临界值使得咸水入侵距离最短,当潮差小于该临界值,咸水入侵距离随潮差增大呈快速减小趋势,而大于该临界值则呈缓慢增大趋势。基于实验数据对盐淡水混合进行理论分析,揭示了实验现象的产生机制:①潮差增大过程中盐淡水混合由高度分层变为均匀混合,导致驱动咸潮入侵的动力发生了改变;②当盐淡水为弱混合类型,盐淡水高度分层,重力环流输运是盐进入河口的主要方式,潮汐强度增大减小了盐淡水分层,减弱了重力环流的输运作用,因此入侵距离变小;③当盐淡水为强混合类型,盐淡水混合均匀,重力环流输运作用大大减弱,潮汐扩散成为主要的输运方式,潮汐增强使得扩散能力增大,因此潮汐强度越大,咸潮入侵距离越大。     

滨海岩溶地区海咸水入侵动力学系统研究

我国滨海岩溶地区岩溶系统的形成具有其独特的动力学过程。其中,既有自然环境条件下形成的岩溶特征,又有人类活动的地质效应——海咸水入侵的影响和改造。目前,海咸水入侵对滨海岩溶系统的影响和改造正在加剧,并将逐渐成为主导因素。防治滨海岩溶区海咸水入侵的根本,就是要查明咸-淡水过渡带中碳酸盐岩溶解、沉淀的动力机制。其中,混合溶蚀作用是关键。开展咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力学的野外现场定位观测和室内动态模拟实验研究,并在查明咸-淡水过渡带碳酸盐岩溶解、沉淀动力机理的基础上,建立滨海岩溶地区碳酸盐岩溶解、沉淀系统动力学模型是十分必要和迫切的。研究各种因素综合影响下,滨海碳酸盐岩的混合溶蚀作用,将有利于查明滨海岩溶形成机理,进而为解决滨海岩溶地区海咸水入侵问题开辟一条新的途径。     

咸淡水界面位置确定的综合方法(TEcG)及其应用

准确确定咸淡水界面位置是评价咸水入侵范围的前提。对于咸淡水界面位置的确定,传统研究以水化学法和物探法为主。为克服单一使用传统方法造成的人力、物力和财力的大量浪费,以莱州湾西南岸广饶县小清河以南咸水入侵区为研究对象,在综合分析研究区地下水开采现状、水化学监测结果的基础上,选择3个典型断面,采用水化学法中的野外现场电导率法,快速判断咸淡水界面大致位置（某两眼监测井之间）;再在一咸一淡的两眼监测井之间,采用高密度电阻率法快速、准确地确定咸淡水界面的空间分布。结果表明：该地区的地下水电导率若大于1.61 mS/cm,即可认为此处受到咸水入侵;咸淡水界面位置的视电阻率特征值为11~13 Ω·m,咸淡水界面附近咸水体呈舌状入侵并主要发生在地表以下13 m内的浅层地下水中。     

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。     

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     

磨刀门水道咸潮上溯动力特性分析

为研究磨刀门水道咸潮上溯的动力特性,基于非结构网格海洋模型（Finite Volume Coastal Ocean Model,FVCOM）,构建了覆盖珠江河口及其上游网河区的高分辨率三维斜压数值模型,采用实测资料对其进行率定和验证,并开展了咸潮上溯的数值模拟计算。根据计算结果和实测资料,对磨刀门水道大、中、小潮期间的盐淡水分层与混合特征、盐分物质的分层输移机制进行分析,探讨其咸潮上溯强度时空分布差异的原因。结果表明:小潮期,底层累积盐通量明显大于表层,净输移方向为陆向;大潮期,表层累积盐通量明显大于底层,净输移方向为海向;而平衡点一般出现于中潮期,这就是磨刀门水道咸潮上溯最强和最弱时刻分别出现于小潮和大潮后的中潮期的原因所在。     

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.     

Lateral Saltwater Intrusion in the North Channel of the Changjiang Estuary

Saltwater intrusion typically develops in the along-channel direction but exceptions can be found in bifurcated estuaries. Based on the observational data, we found that the saltwater intrusion in the upper reaches of the North Channel (NC) of Changjiang Estuary is dominated by the lateral saltwater intrusion from a small northern outlet (denoted as NONC) of this channel. This phenomenon has severe effects on the freshwater usage in this region. To investigate the underlying mechanisms of this pattern of intrusion, numerical experiments were conducted using a well-validated model. A flux decomposing method was used to decompose the process of saltwater intrusion into several mechanisms. During the neap tide, the saltwater begins to intrude landward into the NONC through shear transport induced by estuarine circulation. During the transition period between the neap tide and the following spring tide, the saltwater that previously reached the NONC further intrudes into the NC via Lagrangian and tidal pumping transports, causing a significant salinity increase in the middle and upper reaches of the NC. During the spring tide and the subsequent middle tide, saltwater intrusion in the NONC retreats. The impacts of the topography of the NONC and the wind stress on this lateral saltwater intrusion were also evaluated in this study.     

基于底层盐水楔扰动的磨刀门咸潮上溯防控研究

基于MIKE3研究扰动底层盐水楔实现抑制咸潮上溯的最优化方案。结果表明,在河道底部喷水扰动盐水楔可以有效减弱底层盐水浓度,且存在最优喷水流量与最优喷水点。当喷水流量小于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大而减小,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大反而会增大;最优喷水流量从小潮到大潮逐渐增加,且随着径流量的增大而减小,如径流量为500 m/s~3时,小、中、大潮期间的最优喷水流量分别为20 m/s~3、20 m/s~3和25 m/s~3,减少的咸潮上溯距离分别为3.82 km、3.40 km和1.18 km。随着径流量增大,取得最佳抑咸效果的最优喷水点位置逐渐向下游移动。针对珠江河口的特殊径潮环境,盐水楔扰动的抑咸效果在小潮和中潮期间较好,在大潮期间相对较差。     

Flow and sediment dynamics in migrating salinity intrusions: Fraser River estuary, Canada

The salinity intrusion in the Fraser estuary, Canada, migrates landward during the rising tide and is flushed downstream on the falling tide. Suspended sediment concentrations are higher during unstratified flows than during stratified conditions. Mixing between the upper layer and the salinity intrusion is restricted by a strong density interface on the rising tide but enhanced mixing occurs across a weak salinity gradient on the falling tide. A weakly-developed estuarine turbidity maximum (ETM) and positive internal waves occur at the tip of the salinity intrusion as it migrates seaward. Spectral analyses of optical backscatter probe time series indicate that sediment movement from the upper layer is restricted by the density interface on the rising tide. During the falling tide, sediment mixing is enhanced by internal waves at the surface of the ETM. Internal waves generated at the density interface have a higher frequency during the rising tide than the falling tide.     

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。     

基于取淡与流量控制的压咸调度方案研究

珠江三角洲素有"三江汇流、八门出海"之称,河网、河口系统之复杂在世界上首屈一指,咸潮活动也因复杂的水动力系统表现出异于世界其他河口的特点。同时,珠江三角洲人口众多、经济活动活跃,受咸潮影响人口超过1 000万人、取水规模超过1 000×104m³/d。为此,珠江防总从2005年起已连续8次实施了水量调度,提出了梧州压咸流量不低于1 800 m³/s的单一控制指标,保障了供水安全。在8次水量调度的基础上,根据咸潮与径流、潮汐的响应关系,分3个流量级提出了基于平岗泵站和联石湾水闸取淡目标的西江北江压咸补淡调度方案。