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长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟

朱建荣 鲁佩仪 唐川敏 陈晴 吕行行

朱建荣, 鲁佩仪, 唐川敏, 陈晴, 吕行行. 长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 13-22. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941017
引用本文: 朱建荣, 鲁佩仪, 唐川敏, 陈晴, 吕行行. 长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 13-22. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941017
ZHU Jianrong, LU Peiyi, TANG Chuanmin, CHEN Qing, LÜ Hanghang. Numerical simulation of saltwater intrusion mitigation by building a sluice in the North Branch of the Changjiang Estuary[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 13-22. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941017
Citation: ZHU Jianrong, LU Peiyi, TANG Chuanmin, CHEN Qing, LÜ Hanghang. Numerical simulation of saltwater intrusion mitigation by building a sluice in the North Branch of the Changjiang Estuary[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 13-22. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941017

长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941017
基金项目: 国家自然科学基金(41676083); 上海市科委重点项目(17DZ1201902); 上海教委高峰学科“岛屿大气与生态”
详细信息
    通讯作者:

    朱建荣, 男, 教授, 研究方向为河口海洋学. E-mail: jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: P751

Numerical simulation of saltwater intrusion mitigation by building a sluice in the North Branch of the Changjiang Estuary

  • 摘要: 枯季长江河口盐水入侵的最大特色是北支盐水倒灌, 它是南支东风西沙、太仓和陈行水库盐水的唯一来源, 也是青草沙水库盐水的主要来源. 考虑潮汐和气候态1月和2月的径流量与风况, 采用已严格验证过的长江河口盐水入侵三维数值模式, 模拟和分析北支上段建闸前后盐水入侵的变化. 模拟结果表明: 在北支上段建闸后, 整个南支全为淡水, 北支盐水倒灌南支的现象消失, 北支上段盐度明显下降; 在东风西沙、太仓和陈行水库取水口盐度接近0; 在青草沙水库取水口盐度大幅下降, 几乎所有时间盐度都低于0.45, 全为淡水. 数值试验中, 闸门的运行方式采用两种方案: 全天落潮流期间开闸、夜里涨潮流期间关闸、白天涨潮流期间开闸, 以及全天落潮流期间开闸、夜里和白天涨潮流期间关闸. 两者的试验结果中南支盐度变化几乎一致, 原因在于前者的运行方式已经使得北支上段盐水入侵大幅减弱, 出现盐度接近0.45的淡水区域; 即使白天涨潮流期间开闸, 其间进入南支的也是淡水, 并且增加了南支向海的总余流. 从数值模拟的结果和闸门运行的成本考虑, 推荐前者的北支建闸运行方案. 北支建闸极大地提高了上海东风西沙、陈行和青草沙水库取水时间, 同样极大地提高了江苏太仓水库的取水时间, 保障了两地的供水安全.
  • 图  1  长江口形势图

    注: 图中标注了水库和北支上段闸门位置

    Fig.  1  Map of the Changjiang Estuary

    图  2  模式计算区域及网格(a), 南北支分汊口(b)和南支下段局部放大网格(c)

    Fig.  2  Model domain and grids (a), enlarged views of the model grid at the bifurcation between the North Branch and South Branch (b), and in the lower reaches of the South Branch (c)

    图  3  大潮涨憩(左侧)和落憩(右侧)时刻垂向平均盐度分布

    注: 图(a)和(b)为数值试验1, 图(c)和(d)为数值试验2, 图(e)和(f)为数值试验3; 红色等值线为盐度0.45(饮用水盐度标准)

    Fig.  3  Distribution of vertically averaged salinity at the flood slack (left panel) and ebb slack (right panel) during spring tide

    图  4  南北支上段放大的大潮涨憩(左侧)和落憩(右侧)时刻垂向平均盐度分布

    注: 图(a)和(b)为数值试验1, 图(c)和(d)为数值试验2, 图(e)和(f)为数值试验3

    Fig.  4  Enlarged views of the distribution of vertically averaged salinity at the flood slack (left panel) and ebb slack (right panel) during spring tide at the bifurcation between the North Branch and South Branch

    图  5  小潮涨憩(左侧)和落憩(右侧)时刻垂向平均盐度分布

    注: 图(a)和(b)为数值试验1, 图(c)和(d)为数值试验2, 图(e)和(f)为数值试验3

    Fig.  5  Distribution of vertically averaged salinity at the flood slack (left panel) and ebb slack (right panel) during neap tide

    图  6  南北支上段放大的小潮涨憩(左侧)和落憩(右侧)时刻垂向平均盐度分布

    注: 图(a)和(b)为数值试验1, 图(c)和(d)为数值试验2, 图(e)和(f)为数值试验3

    Fig.  6  Enlarged views of the dustribution of vertically averaged salinity at the flood slack (left panel) and ebb slack (right panel) during neap tide at the bifurcation between the North Branch and South Branch

    图  7  青草沙水库取水口水位随时间的变化(a); 东风西沙水库(b)、太仓水库(c)、陈行水库(d)和青草沙水库(e)表层盐度随时间的变化

    注: 黑线为数值试验1, 红线为数值试验2, 绿线为数值试验3, 红色虚线为盐度0.45(饮用水盐度标准)

    Fig.  7  Temporal variation of water elevation at the water intake of the Qingcaosha Reservoir (a); temporal variation of surface salinity at the water intake of the Dongfengxisha Reservoir (b). Taicang Reservoir (c), Chenhang Reservoir (d), and Qingcaosha Reservoir (e)

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-14
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-05-01

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