【摘 要】
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盐水入侵是河口地区最重要的现象之一,不仅与河口环流,泥沙输运,生态环境密切相关,还关系到河口淡水资源的利用。长江河口盐水入侵受径流、潮汐、河势、混合和风应力等因子的综合影响,其动力过程复杂。2014年2月长江河口发生了多年不遇的严重盐水入侵事件,对上海最大水库青草沙水库的取水产生了不利影响,威胁到了上海市的供水安全。本文利用观测资料结合数值模拟,对该次盐水入侵的过程和动力机制进行分析和研究,主要工
【基金项目】
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国家自然科学基金“冬季长时间持续强北风产生沿岸凯尔文波和河口艾克曼输运对长江河口盐水入侵的影响”(41676083); 上海市科委重点项目“青草沙水库运行关键技术应用研究”(14231200400);
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盐水入侵是河口地区最重要的现象之一,不仅与河口环流,泥沙输运,生态环境密切相关,还关系到河口淡水资源的利用。长江河口盐水入侵受径流、潮汐、河势、混合和风应力等因子的综合影响,其动力过程复杂。2014年2月长江河口发生了多年不遇的严重盐水入侵事件,对上海最大水库青草沙水库的取水产生了不利影响,威胁到了上海市的供水安全。本文利用观测资料结合数值模拟,对该次盐水入侵的过程和动力机制进行分析和研究,主要工作和结论如下:(1)对2014年2月实测盐度、风速风向、水位和径流量资料分析,发现北港、南港和南支盐度大幅上升,且北港盐度增加大于南港。盐度上升同时伴随着长时间的持续偏北大风和强烈的增水现象。资料显示该次极端严重盐水入侵事件不是由低径流量引起,而是由长时间持续强北风引起。(2)应用长江河口高分辨率盐水入侵三维数值模式,模拟和揭示严重盐水入侵的动力过程和机制。在仅考虑2月气候态风场和外海开边界余水位情况下,不能再现极端严重盐水入侵过程,模拟的盐度结果与平常观测值相似。在考虑2月实际风场和气候态外海开边界余水位情况下,盐水入侵显著增强,表明持续强北风在盐水入侵中起到了关键作用,但盐度量值明显低于实测值。在考虑2月实际风场和大风实际增水的外海开边界余水位情况下,模拟的盐度值进一步上升,不论量值和位相与实测值十分吻合,再现了盐水入侵真实过程。这表明严重盐水入侵是由持续强北风和增水共同产生的。持续偏北大风产生向陆的强烈Ekman水体输运,导致北港流入南港流出的水平环流,是此次极端严重盐水入侵的根本动力成因。(3)在2月气候态风况条件下,深水航道导堤工程阻挡了北港口门低盐度水体往南输运扩散,减弱了北港盐水入侵,有利于青草沙水库取水。但在2014年2月持续强北风作用下,苏北高盐度水向南输运至长江口,深水航道导堤工程阻挡了苏北高盐度水体继续向南输运,使得大量水体平流进入北港,增加了北港流入南港流出的水平环流,从而增加了北港的盐度,不利于青草沙水库取水。水平环流的增加,减弱了北港流速垂向切变和盐度分层,增加了北槽的流速垂向切变和盐度分层。(4)利用数值实验研究了强北风持续时间、强度、发生时段(不同潮型)以及强北风作用下增加不同径流量对河口盐水入侵的影响。结果显示2014年2月份强北风只需持续4天,导致的盐水入侵已很严重。在相同强北风条件下,小潮期间盐水入侵强度远大于大潮期间。持续强北风风速超过10 m/s北港净水通量由向海转为向陆,持续强北风速超过7 m/s北港净盐通量由向海转为向陆。在2014年2月风况下,在原实测径流量的基础上增加8000 m3/s才能保证青草沙水库2月每天都能有时间取到淡水。
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