流域重大工程和气候变化对长江河口净分流比和盐通量的影响研究

论文摘要

长江三角洲是中国人口密度最高、经济最发达的地区之一,由于人口高度密集对淡水资源的需求量巨大。长江河口是一个典型的多级分汊型河口,准确计算各汊道净分流比、盐通量能更准确清晰地描述长江河口盐水入侵的动力过程及其对淡水资源的影响,对揭示重大工程和气候变化对盐水入侵的影响和动力机制具有重要的科学意义,而且对长江口水资源利用具有重要的指导和应用价值。北支盐水倒灌是长江河口盐水入侵的最大特征,它也是影响南支水源地的主要因素。鉴于北支超浅河道水动力的复杂性,以往在流域工程、气候变化对长江河口净分流比和盐通量的计算中,存在北支大潮期间量值偏大而中小潮期间偏小的问题。近期导师研究组采用随水深变化的谢才-曼宁公式计算北支底摩擦系数,计算结果相比于前人采用对数率计算的摩擦系数更符合实际情况,这显著提升了北支盐水倒灌的模拟精度。本文基于其（上述）研究方法,模拟了流域三峡工程、南水北调工程、气候变化引起的径流量增加和海平面上升情景下的长江河口盐度分布,计算得到各汊道净分流比和盐通量,并分析其对盐水入侵和淡水资源的影响。本文的主要研究成果如下。1.应用改进的盐水入侵三维数值模式ECOM-si,以大通水文站多年1-2月平均径流量和长江河口地区1-2月平均风况为枯季水文、气候条件,模拟结果较为准确地再现了枯季长江河口盐水入侵特征。大潮期间,北支出现倒灌现象,通过北支进入南支的净水通量占总流量的3.9%,净盐通量为11.52 t/s;随后小潮期间倒灌消失,进入北支的水体占总径流量1.2%;全潮时间尺度上（30个潮周期）北支以倒灌为主,进入南支的净水通量为132 m3/s,所占比例为1.1%,净盐通量为6.10 t/s。南支被长兴岛和横沙岛分为南北港,北港在大潮、小潮和全潮期间分流比分别为75.9%、45.8%、60.2%,净盐通量分别为5.84、3.03、5.66 t/s。北港为长江河口径流最主要的入海口,北港盐分来自于北支倒灌和南港盐水入侵。南北港之间存在盐分交换,南槽上溯的高盐水进入南港,其后进入北港随水体下泄。南槽喇叭口形状受外海高盐水和上游来水作用剧烈,强盐度锋面和盐水楔加强了向陆的斜压梯度力,阻碍了径流进入南槽,同时,上溯的高盐水增加,通过南北槽分汊口进入北槽的盐分成为北槽下泄盐分的主要来源,北漕少数盐分来自北港。北槽大潮、小潮和全潮期间分流比分别为66.6%、78.9%、75.7%,净盐通量为10.81、45.17、25.91 t/s。2.三峡工程在枯季持续放水,1-2月入海径流量可增加至13259 m3/s,河口盐度整体下降,盐水入侵明显减弱。全潮期间进入北支的径流量增加,倒灌净盐通量减少1.32 t/s;随着径流量增加南北港分流比仅变化0.1%,南北港净盐通量分别减少0.23、1.32 t/s,北港净盐通量相比分流比受径流量增加影响更大;相对于南北支和南北港分汊口,南北槽分流比变化最大,北槽分流比增加0.4%,但净盐通量减少3.19 t/s。由于南槽特殊的地形,南北槽分流比及净盐通量受动力因子影响变化最剧烈。南支3个水库取水口盐度均出现不同程度的降低。整个2月东风西沙、陈行和青草沙水库取水口宜取水（盐度值低于0.45）时间分别增加约2.5、5和13 d。南水北调工程从长江向北方地区调水,1-2月枯季径流量下降为10500 m3/s,入海径流量显著降低导致河口盐度明显增高,北支倒灌加强,各断面净盐通量均出现不同程度的增加。南北港分流比由河势决定,径流量减少1000 m3/s时分流比不变。南北槽分流比变化2.0%,进入北槽的净盐通量增加了1.52 t/s。南支3个水库取水口盐度在整个2月均增大,东风西沙水库宜取水时间略微减小,陈行水库宜取水时间减少约2.5 d,青草沙水库可持续（24 h以上）取水时间仅在1 d和11.2-14 d。3.气候变化引起的入海径流量增加,使得枯季径流量增加至12350 m3/s,对长江河口盐水入侵有所削弱。全潮期间北支向陆净水通量分流比减少0.1%,向陆净盐通量减少0.27 t/s;北港分流比不变,向海净盐通量减少了0.77 t/s;北槽分流比减少了0.1%,向海净盐通量减少了1.43 t/s。径流量增量不大时,所有汊道分流比变化均不显著。3个水库取水口的盐度均略微降低。2月东风西沙、陈行和青草沙水库取水口宜取水时间分别增加约0.5、2和6.5 d。长江河口地区绝对海平面上升30 cm,增强了长江河口的盐水入侵,但在不同区域其增强效果不同。水位上升,导致河道水深加深,全潮期间北支盐水入侵增强,倒灌净盐通量增加0.66 t/s;北港分流比减少0.3%,净盐通量增加0.24 t/s,其中北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;北槽分流比增加4.7%,净盐通量增加4.13 t/s。口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度也不同程度的降低。水位上升后,南支三个水库取水口盐度均有所上升,东风西沙、陈行和青草沙水库取水口在2月的宜取水天数分别减少约0.5、1.5和4 d。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 国外研究进展
•     1.2.2 国内研究进展
•   1.3 尚存在的问题
•   1.4 本文工作
• 第二章 长江河口三维数值模式
•   2.1 三维数值模式
•     2.1.1 控制方程组
•     2.1.2 初始条件和边界条件
•     2.1.3 潮滩动边界
•     2.1.4 数值求解方法
•   2.2 模型设置
•   2.3 模式验证
•     2.3.1 水位验证
•     2.3.2 流速、流向和盐度验证
•     2.3.3 误差分析
•   2.4 小结
• 第三章 长江河口枯季盐度分布的时空变化特征
•   3.1 枯季盐度分布
•     3.1.1 盐度平面分布
•     3.1.2 断面通量变化
•   3.2 小结
• 第四章 流域重大工程对长江河口净分流比、盐通量和盐水入侵的影响
•   4.1 三峡工程
•     4.1.1 数值试验设置
•     4.1.2 盐度平面分布变化
•     4.1.3 断面通量变化
•     4.1.4 水库取水口盐度变化
•   4.2 南水北调工程
•     4.2.1 数值试验设置
•     4.2.2 盐度平面分布变化
•     4.2.3 断面通量变化
•     4.2.4 水库取水口盐度变化
•   4.3 小结
• 第五章 气候变化对长江河口净分流比、盐通量和盐水入侵的影响
•   5.1 气候变化引起的径流量变化
•     5.1.1 数值实验设置
•     5.1.2 盐度平面分布变化
•     5.1.3 断面通量变化
•     5.1.4 水库取水口盐度变化
•   5.2 海平面变化
•     5.2.1 数值试验设置
•     5.2.2 盐度平面分布变化
•     5.2.3 断面通量变化
•     5.2.4 水库取水口盐度变化
•   5.3 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 创新之处
•   6.3 不足与展望
• 参考文献
• 作者在学期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐川敏

导师: 朱建荣

关键词: 长江河口,数值模型,重大工程,气候变化,盐水入侵

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,海洋学

单位: 华东师范大学

基金: 国家自然科学基金课题“长时间持续强北风产生沿岸开尔文波和河口艾克曼输运对长江河口盐水入侵的影响”(41676083)

分类号: P467;P731.2

总页数: 115

文件大小: 13537K

下载量: 123