长江口水动力及泥沙输运数值模拟研究
发布时间：2020-09-18 08:39
长江入海时携带着大量泥沙,在水动力的作用下经年累月的塑造河口地貌形态,影响河口演变,在这一过程中泥沙是水动力作用与地貌演变之间的枢纽,而水动力作用则是悬浮泥沙输运、沉积和再悬浮的直接原因。然而近年来,在三峡大坝、南水北调等越来越多的人类活动出现的大背景下,长江入海的径流量和泥沙呈显著减少的趋势,伴随这一现象,长江入海口的水动力和泥沙变化规律必然发生变动。因此,研究水体与泥沙的相互作用,掌握新的水动力和泥沙输运特征,可以揭示长江口淤泥底床的演变规律,从而为长江河口水环境和污染物的处理提供科学依据以及对海岸工程和航道工程建设提供有力的技术支持。本文使用Delft3D三维泥沙输运模型对长江口海域的泥沙输运过程进行数值模拟,利用2016年7月获取的现场流速、流向和悬沙浓度数据进行验证。验证结果表明,除个别突变现象,整体来看吻合良好,模型可以较好地反映长江口海域风、地形、长江径流和潮流等影响因子之间的相互作用,能够较准确的模拟长江口海域的潮流和泥沙输运状况。在后续的控制实验中,主要分析了风、地形、长江径流和潮流等影响因子对流场和泥沙输运机制的影响。实验结果表明,风对泥沙的扩散有较小的抑制作用,但会使得观测点泥沙浓度偏大;去除M2分潮后,泥沙扩散的范围出现了极大地减少,观测点浓度基本为0,可以证明作为边界驱动力的潮对泥沙输运过程的影响最大;长江径流的降低使得泥沙在东北方向上扩散范围偏小;地形不是一个独立的影响因子,地形的变动会改变其他边界条件对泥沙输运过程的作用,仅从结果来看,地形的减少会使得泥沙的东向输运范围和浓度偏大。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV148;TV131.2
【部分图文】：
第二章 长江口基本概况第二章 长江口基本概况长江(YR)是中国第一长河，同时也是世界上第三长的河流，就悬浮物含量和排水，分别为第四大和第五大河流[53-55]。长江全长 6300 公里，流域面积 1.8×106 平方公流流量季节变化很大，在 5 月至 10 月的汛期，约占全年 70％的径流量，旱季在一仅有 30％。根据大通水文站(距离上游 500km 左右的最近站点)的资料，多年平均年总量为 8960 亿ｍ3，多年平均流量为 28400ｍ3/s(1950-2010 年资料统计)；1950-2，年平均排沙量分别达 9.05×1011m3 和 4.33×108t。20 世纪 60 年代后期以来，由于建设，河流沉积物供应呈明显下降趋势[56]，特别是在 2003 年作为世界最大的水坝峡大坝(TGD)开始运行，泥沙的逐年减少趋势更加明显。三峡工程前多年平均输沙.27 亿吨，2004 年的沉积量仅为 1.47×108 吨，这个数值在 2005 年为 2.16×108 吨，2为 1.61 亿吨。
图 2-2 2016 年长江大通站逐月径流量与输沙量变化Fig 2.2 Monthly Runoff and Sediment Yield Changes at Yangtze River Datong Station in 20162.2 悬浮物质悬浮物质浓度为泥沙输运过程的综合反应，也决定了模型的初始条件，其受潮、波浪、地理位置等影响因子的控制[61-63]。东海悬浮物质浓度的受地理位置和时间的影响，随空间和时间有规律的变化。在平面上，分布受海岸线和长江口控制，自海岸线向外海，悬浮物质浓度逐渐降低且等值线走向与岸线基本保持平行。长江入海口为悬浮物质浓度终年最高值区，杭州湾和舟山群岛附近次之；从长江口外 120°E 到 123°E，长江冲淡水控制能力逐步下降，因而在该海域出现浓度梯度带；在 123°E 以东冲淡水控制力基本为0，悬沙浓度一般小于 0.5mg/L。在垂直分布上，悬浮物质浓度的变化主要受水深控制，河口近岸地区水深较浅，泥沙等悬浮物质的沉积随深度的增加显著增长，造成海底悬浮物质浓度高于中层水体，中层水体又高于表层。河口近岸区的浓度垂直梯度远大于陆架区，这是因为陆架区较深的水和较低的泥沙浓，陆架区从表层到底层浓度略有增加基本保持一致。外陆架海区，表
第二章 长江口基本概况行的冬季，其表层流向不明显，流速较弱[70]。Zhu 等人对比长江口海测资料验证台湾暖流在长江口外的存在，为研究台湾暖流在长江口外了依据[71]。这些基于实测资料都为研究长江入海水沙的运输提供了一暖流水在不同季节、不同层次的北侵程度方面尚存在不同看法。潮全球第二大暖流，是太平洋暖流的一环，自菲律宾开始穿过台湾东东北向流，之后汇入东向的北太平洋暖流。黑潮的速度约为 1 至 2m 500-1000m，宽度约 200km，年平均水温 24 至 26°C，夏季可达 22 至延伸进入东亚大陆的边缘海，对长江口海域造成一定影响。
【学位单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV148;TV131.2
【部分图文】：
第二章 长江口基本概况第二章 长江口基本概况长江(YR)是中国第一长河，同时也是世界上第三长的河流，就悬浮物含量和排水，分别为第四大和第五大河流[53-55]。长江全长 6300 公里，流域面积 1.8×106 平方公流流量季节变化很大，在 5 月至 10 月的汛期，约占全年 70％的径流量，旱季在一仅有 30％。根据大通水文站(距离上游 500km 左右的最近站点)的资料，多年平均年总量为 8960 亿ｍ3，多年平均流量为 28400ｍ3/s(1950-2010 年资料统计)；1950-2，年平均排沙量分别达 9.05×1011m3 和 4.33×108t。20 世纪 60 年代后期以来，由于建设，河流沉积物供应呈明显下降趋势[56]，特别是在 2003 年作为世界最大的水坝峡大坝(TGD)开始运行，泥沙的逐年减少趋势更加明显。三峡工程前多年平均输沙.27 亿吨，2004 年的沉积量仅为 1.47×108 吨，这个数值在 2005 年为 2.16×108 吨，2为 1.61 亿吨。
图 2-2 2016 年长江大通站逐月径流量与输沙量变化Fig 2.2 Monthly Runoff and Sediment Yield Changes at Yangtze River Datong Station in 20162.2 悬浮物质悬浮物质浓度为泥沙输运过程的综合反应，也决定了模型的初始条件，其受潮、波浪、地理位置等影响因子的控制[61-63]。东海悬浮物质浓度的受地理位置和时间的影响，随空间和时间有规律的变化。在平面上，分布受海岸线和长江口控制，自海岸线向外海，悬浮物质浓度逐渐降低且等值线走向与岸线基本保持平行。长江入海口为悬浮物质浓度终年最高值区，杭州湾和舟山群岛附近次之；从长江口外 120°E 到 123°E，长江冲淡水控制能力逐步下降，因而在该海域出现浓度梯度带；在 123°E 以东冲淡水控制力基本为0，悬沙浓度一般小于 0.5mg/L。在垂直分布上，悬浮物质浓度的变化主要受水深控制，河口近岸地区水深较浅，泥沙等悬浮物质的沉积随深度的增加显著增长，造成海底悬浮物质浓度高于中层水体，中层水体又高于表层。河口近岸区的浓度垂直梯度远大于陆架区，这是因为陆架区较深的水和较低的泥沙浓，陆架区从表层到底层浓度略有增加基本保持一致。外陆架海区，表
第二章 长江口基本概况行的冬季，其表层流向不明显，流速较弱[70]。Zhu 等人对比长江口海测资料验证台湾暖流在长江口外的存在，为研究台湾暖流在长江口外了依据[71]。这些基于实测资料都为研究长江入海水沙的运输提供了一暖流水在不同季节、不同层次的北侵程度方面尚存在不同看法。潮全球第二大暖流，是太平洋暖流的一环，自菲律宾开始穿过台湾东东北向流，之后汇入东向的北太平洋暖流。黑潮的速度约为 1 至 2m 500-1000m，宽度约 200km，年平均水温 24 至 26°C，夏季可达 22 至延伸进入东亚大陆的边缘海，对长江口海域造成一定影响。
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本文编号：2821425
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