長江三角洲是中國人口密度最高、經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一,由于人口高度密集對淡水資源的需求量巨大。長江河口是一個典型的多級分汊型河口,準確計算各汊道凈分流比、鹽通量能更準確清晰地描述長江河口鹽水入侵的動力過程及其對淡水資源的影響,對揭示重大工程和氣候變化對鹽水入侵的影響和動力機制具有重要的科學意義,而且對長江口水資源利用具有重要的指導和應用價值。北支鹽水倒灌是長江河口鹽水入侵的最大特征,它也是影響南支水源地的主要因素。鑒于北支超淺河道水動力的復雜性,以往在流域工程、氣候變化對長江河口凈分流比和鹽通量的計算中,存在北支大潮期間量值偏大而中小潮期間偏小的問題。近期導師研究組采用隨水深變化的謝才-曼寧公式計算北支底摩擦系數(shù),計算結(jié)果相比于前人采用對數(shù)率計算的摩擦系數(shù)更符合實際情況,這顯著提升了北支鹽水倒灌的模擬精度。本文基于其(上述)研究方法,模擬了流域三峽工程、南水北調(diào)工程、氣候變化引起的徑流量增加和海平面上升情景下的長江河口鹽度分布,計算得到各汊道凈分流比和鹽通量,并分析其對鹽水入侵和淡水資源的影響。本文的主要研究成果如下。1.應用改進的鹽水入侵三維數(shù)值模式ECOM-si,以大通水文站多年1-2月平均徑流量和長江河口地區(qū)1-2月平均風況為枯季水文、氣候條件,模擬結(jié)果較為準確地再現(xiàn)了枯季長江河口鹽水入侵特征。大潮期間,北支出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象,通過北支進入南支的凈水通量占總流量的3.9%,凈鹽通量為11.52 t/s;隨后小潮期間倒灌消失,進入北支的水體占總徑流量1.2%;全潮時間尺度上(30個潮周期)北支以倒灌為主,進入南支的凈水通量為132 m~3/s,所占比例為1.1%,凈鹽通量為6.10 t/s。南支被長興島和橫沙島分為南北港,北港在大潮、小潮和全潮期間分流比分別為75.9%、45.8%、60.2%,凈鹽通量分別為5.84、3.03、5.66 t/s。北港為長江河口徑流最主要的入�？�,北港鹽分來自于北支倒灌和南港鹽水入侵。南北港之間存在鹽分交換,南槽上溯的高鹽水進入南港,其后進入北港隨水體下泄。南槽喇叭口形狀受外海高鹽水和上游來水作用劇烈,強鹽度鋒面和鹽水楔加強了向陸的斜壓梯度力,阻礙了徑流進入南槽,同時,上溯的高鹽水增加,通過南北槽分汊口進入北槽的鹽分成為北槽下泄鹽分的主要來源,北漕少數(shù)鹽分來自北港。北槽大潮、小潮和全潮期間分流比分別為66.6%、78.9%、75.7%,凈鹽通量為10.81、45.17、25.91 t/s。2.三峽工程在枯季持續(xù)放水,1-2月入海徑流量可增加至13259 m~3/s,河口鹽度整體下降,鹽水入侵明顯減弱。全潮期間進入北支的徑流量增加,倒灌凈鹽通量減少1.32 t/s;隨著徑流量增加南北港分流比僅變化0.1%,南北港凈鹽通量分別減少0.23、1.32 t/s,北港凈鹽通量相比分流比受徑流量增加影響更大;相對于南北支和南北港分汊口,南北槽分流比變化最大,北槽分流比增加0.4%,但凈鹽通量減少3.19 t/s。由于南槽特殊的地形,南北槽分流比及凈鹽通量受動力因子影響變化最劇烈。南支3個水庫取水口鹽度均出現(xiàn)不同程度的降低。整個2月東風西沙、陳行和青草沙水庫取水口宜取水(鹽度值低于0.45)時間分別增加約2.5、5和13 d。南水北調(diào)工程從長江向北方地區(qū)調(diào)水,1-2月枯季徑流量下降為10500 m~3/s,入海徑流量顯著降低導致河口鹽度明顯增高,北支倒灌加強,各斷面凈鹽通量均出現(xiàn)不同程度的增加。南北港分流比由河勢決定,徑流量減少1000 m~3/s時分流比不變。南北槽分流比變化2.0%,進入北槽的凈鹽通量增加了1.52 t/s。南支3個水庫取水口鹽度在整個2月均增大,東風西沙水庫宜取水時間略微減小,陳行水庫宜取水時間減少約2.5 d,青草沙水庫可持續(xù)(24 h以上)取水時間僅在1 d和11.2-14 d。3.氣候變化引起的入海徑流量增加,使得枯季徑流量增加至12350 m~3/s,對長江河口鹽水入侵有所削弱。全潮期間北支向陸凈水通量分流比減少0.1%,向陸凈鹽通量減少0.27 t/s;北港分流比不變,向海凈鹽通量減少了0.77 t/s;北槽分流比減少了0.1%,向海凈鹽通量減少了1.43 t/s。徑流量增量不大時,所有汊道分流比變化均不顯著。3個水庫取水口的鹽度均略微降低。2月東風西沙、陳行和青草沙水庫取水口宜取水時間分別增加約0.5、2和6.5 d。長江河口地區(qū)絕對海平面上升30 cm,增強了長江河口的鹽水入侵,但在不同區(qū)域其增強效果不同。水位上升,導致河道水深加深,全潮期間北支鹽水入侵增強,倒灌凈鹽通量增加0.66 t/s;北港分流比減少0.3%,凈鹽通量增加0.24 t/s,其中北港北汊受水深增加鹽水入侵變化最為強烈;北槽分流比增加4.7%,凈鹽通量增加4.13 t/s。口門處灘地由于水位增加,非線性效應減弱,鹽度也不同程度的降低。水位上升后,南支三個水庫取水口鹽度均有所上升,東風西沙、陳行和青草沙水庫取水口在2月的宜取水天數(shù)分別減少約0.5、1.5和4 d。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P467;P731.2
【部分圖文】：

長江河口及其鄰近海域概況圖

圖 2. 1 模型計算范圍和網(wǎng)格（a）、南支分汊口區(qū)域網(wǎng)格（b）和南北槽分汊口區(qū)域網(wǎng)格（c）2.3 模式驗證北支底拖曳系數(shù)采用隨水深變化的謝才-曼寧公式，相比于采用對數(shù)率計算摩擦拖曳系數(shù)，Lyu 和 Zhu（2018）結(jié)合北支 2017 年 2 月 8 個測站 4 個潮型的高質(zhì)量實測資料，對模式作了嚴格的驗證，結(jié)果表明采用隨水深變化的謝才-曼寧公式大幅提高了模式鹽度計算精度。本文對北支的模式驗證不再重復，主要采用 2017 年 2 月堡鎮(zhèn)、崇西、橫沙、馬家港、南門水文站水位 2018 年 3 月導師研究組南槽實測流速、流向和鹽度對模式進行驗證。該組數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，能較好地比較實測資料和數(shù)值模式的相關性。2.3.1 水位驗證

圖 2. 2 模式潮位驗證采用的水文站分布5 個潮位站大潮期間和小潮期間最大潮差分別約為 2.5 m、1.5 m（圖 2.3）。其中小潮模擬值相比實測偏小，2 月較大一個大潮后的小潮差異更為明顯，這是由于模型驗證采用的氣候態(tài)多年平均作為氣候條件，這與 2017 年 2 月的實際氣候條件存在差異，因而導致 2 月小潮期間驗證不夠準確。南門、堡鎮(zhèn)兩個觀測站模擬結(jié)果均小于實測資料，差值量值約為 0.1-0.4。相位模擬則均與實測數(shù)據(jù)吻合良好，說明模式能較好地模擬長江河口的潮汐變化特征。
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 徐雙全;;長江河口河海分界的探討[J];中國水利;2008年16期

2 ;第一章　長江河口及其鄰近海區(qū)概況[J];東海海洋;1995年Z1期

3 鄒德森;;長江河口北支近百年水文地貌的演變及發(fā)展趨勢分析[J];江蘇水利科技;1981年01期

4 郭沛涌,沈煥庭;長江河口水環(huán)境的生物監(jiān)測[J];科技導報;2001年06期

5 朱建榮;呂行行;;長江河口下扁擔沙水域最長連續(xù)不宜取水時間[J];海洋學報;2019年06期

6 陳吉余,惲才興,徐海根,董永發(fā);兩千年來長江河口發(fā)育的模式[J];海洋學報(中文版);1979年01期

7 陳吉余;長江河口越江工程在上海港建設中的重要作用[J];長江流域資源與環(huán)境;1995年02期

8 陳吉余;;開發(fā)浦東要充分發(fā)揮長江河口自然資源優(yōu)勢[J];海洋與海岸帶開發(fā);1991年04期

9 徐建益,黃覺新;堅持綜合治理 開發(fā)長江河口[J];中國軟科學;1996年11期

10 周菊珍;谷國傳;;長江河口夏季營養(yǎng)鹽的分布、變化及鋒面對營養(yǎng)鹽的影響[J];廣州環(huán)境科學;2002年01期

相關博士學位論文 前9條

1 謝小平;長江河口九段沙形成發(fā)展及演化規(guī)律研究[D];華東師范大學;2004年

2 吳輝;長江河口鹽水入侵研究[D];華東師范大學;2006年

3 袁瑞;長江入海水沙輸運擴散[D];華東師范大學;2015年

4 裘誠;長江河口鹽水入侵對氣候變化和重大工程的響應[D];華東師范大學;2014年

5 李路;長江河口鹽水入侵時空變化特征和機理[D];華東師范大學;2011年

6 欒華龍;長江河口年代際沖淤演變預測模型的建立及應用[D];華東師范大學;2017年

7 王金慶;長江口鹽沼優(yōu)勢蟹類的生境選擇與生態(tài)系統(tǒng)工程師效應[D];復旦大學;2008年

8 黃文丹;長江河口水體有機膠體含量、來源及其對重金屬行為影響的研究[D];華東師范大學;2013年

9 王永杰;長江河口潮灘沉積物中砷的遷移轉(zhuǎn)化機制研究[D];華東師范大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 唐川敏;流域重大工程和氣候變化對長江河口凈分流比和鹽通量的影響研究[D];華東師范大學;2019年

2 劉文亮;長江河口大型底棲動物及其優(yōu)勢種探討[D];華東師范大學;2007年

3 顧莉;長江河口南支太倉段水動力及水質(zhì)三維數(shù)值模擬研究[D];河海大學;2007年

4 謝志發(fā);長江河口互花米草鹽沼與大型底棲動物群落之間生態(tài)學關系研究[D];華東師范大學;2007年

5 曹慧江;長江河口枯季三維流場懸沙數(shù)值模擬[D];華東師范大學;2005年

6 侯成程;長江潮流界和潮區(qū)界以及河口鹽水入侵對徑流變化響應的數(shù)值研究[D];華東師范大學;2013年

7 李佳;長江河口潮區(qū)界和潮流界及其對重大工程的響應[D];華東師范大學;2004年

8 王一斌;近期長江口北支和南北槽潮流和含沙量特性及水沙關系[D];華東師范大學;2013年

9 薛靖波;長江口攔門沙系近期變化與河口深水港開發(fā)前景探討[D];華東師范大學;2014年

10 邵聰穎;長江河口北槽彎道橫向次生流、混合與層化:資料分析與數(shù)學模似[D];上海交通大學;2016年

本文編號：2868910