潮汐径流共同作用对河口盐水入侵距离的影响机制
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摘要
盐水入侵是大多数潮汐河口存在的自然现象,入侵范围直接影响到河口地区的工农业生产和人民生活,一直以来是河口研究关注的重点之一。尽管关于盐水入侵距离已有不少研究成果,但其中潮汐和径流这两大基本因素共同作用的机理和影响规律仍然存在值得深入探讨的地方。在作者以往对概化河口的研究中发现,一定上游来流条件下,随着潮差由小增大,盐水入侵距离表现出从大变小然后又增大的规律,即对应一定径流量,存在某个临界潮差,使得入侵距离最小,同时这一临界值也是盐水强混合与部分混合的分界点。可以运用这一规律在潮汐半月周期内对盐水的入侵和退落进行判断估计。本文在此基础上,进一步对径流因素的影响进行研究,以了解潮汐、径流共同作用下临界潮差的变化,探讨其对入侵距离的影响机制。本研究采用数值模拟方法,利用Delft3D河口水动力模拟程序,以珠江磨刀门河口为背景,建立几何尺度相近的概化河道模型。模型计算使用垂向σ坐标,紊动模式采用k-ε模型,网格尺寸为2m~300m。研究发现,无论是全日潮还是半日潮,当径流流量较小时,潮差小于临界潮差情况下,入侵距离随潮差减小而迅速增大,潮差为零时盐水入侵最远;潮差大于临界潮差情况则入侵距离随潮差增大而缓慢增加。当径流流量增大到一定值后,即使潮差小于临界潮差,入侵距离却是随潮差增大而增大,达到一个最大值后才开始减小,潮差为零时入侵并非最远。若称此最大距离对应的潮差为第一临界潮差,前述最小距离对应的潮差为第二临界潮差,则第一临界潮差值随径流量增加而有所增加,而第二临界潮差值变化很小。当径流量增加到很大后,第一和第二临界潮差现象都消失,入侵距离随潮差增加而缓慢地呈线性增加。全日潮与半日潮的区别主要在于全日潮入侵距离较半日潮更远,且两个临界潮差值更大。结合盐度分布特征进行分析后认为,当径流作用较弱时,入侵距离的变化主要取决于潮汐过程下密度流作用与潮汐混合作用的对比,第二临界潮差即是两者作用相当的分界点。当径流作用增强,出现第一临界潮差,潮差小于该临界潮差时密度流受制于径流使入侵减弱。当径流作用明显超过潮汐作用时,盐水基本被压制在口门附近的下层水体活动,混合作用无法充分发挥,入侵距离随潮差增大而增大。
引文