錢塘江河口鹽水入侵?jǐn)?shù)值模擬.pdf

1、錢塘江河口潮強(qiáng)流急，沖淤變化劇烈，是典型的強(qiáng)潮河口。該河口供應(yīng)了杭州市80％的飲用水，是城市重要的水源地。多年來鹽水入侵嚴(yán)重影響取水口水質(zhì)。研究錢塘江河口鹽水入侵對于保障城市飲用水安全具有十分重要的意義。論文依托國家科技重大專項課題-潮汐影響城市飲用水安全保障共性技術(shù)研究與示范(2009ZX07424-001)對錢塘江河口鹽水入侵及其影響因子展開系統(tǒng)研究。
　　在錢塘江河口開展了多站同步潮位和鹽度實(shí)時觀測，據(jù)此分析了潮周期、半月潮

2、、季節(jié)性及年際的鹽度時間變化。在潮周期和半月潮短歷時尺度上，鹽度變化取決于潮汐作用;在季節(jié)和年際的長歷時尺度上，鹽度變化則取決于徑流量。錢塘江河口鹽度的空間分布上，縱向上沿程遞減，最大梯度發(fā)生在倉前附近;垂線平均鹽度一般主槽低于邊灘，但變幅不大;鹽度垂向分層現(xiàn)象不明顯，分層系數(shù)多數(shù)小于0.3，表明錢塘江河口為強(qiáng)混合型?；赟avenije一維鹽度平衡方程，建立了錢塘江河口漲憩和落憩時刻鹽度的經(jīng)驗(yàn)解析模型，并對鹽度沿程空間分布及鹽水入侵距

3、離進(jìn)行了計算，結(jié)果與實(shí)測較為一致。提出一種改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(IPSO-WNN)，據(jù)此對錢塘江河口七堡鹽度時間序列進(jìn)行了較好地模擬。
　　基于FVCOM模式建立了錢塘江河口三維潮流鹽度數(shù)值模型，模擬的潮位、流速、流向和鹽度整體上與實(shí)測資料吻合良好，說明模型能有效反映錢塘江河口水動力及鹽水入侵過程。基于模擬結(jié)果分析了枯季強(qiáng)潮期錢塘江河口富春江電站-澉浦水域鹽度的時空變化。平面分布上，鹽水隨潮流周期性往復(fù)運(yùn)動，大潮期

4、鹽水入侵嚴(yán)重，0.45等鹽度線可上溯至閘口與聞堰之間;小潮期鹽水入侵程度減弱，0.45等鹽度線回落到倉前與七堡之間。鹽度垂向分布均勻，紊動混合較充分，無論大潮還是小潮，漲憩時刻鹽度分層現(xiàn)象較漲急及落潮期明顯。
　　基于三維鹽度的一系列數(shù)值試驗(yàn)，研究了徑流量、潮汐、風(fēng)速、風(fēng)向及海平面上升等動力因子單獨(dú)變化時對錢塘江河口鹽度分布和入侵距離的不同影響。徑流和潮差是鹽水入侵的兩個主要影響因素。河口鹽度及鹽水入侵距離隨著上游徑流量的增加而減

5、小，隨著下游潮差的增加而增加。風(fēng)對鹽水入侵的影響表現(xiàn)在，與漲潮流向一致或相近的風(fēng)應(yīng)力作用下，河口整體鹽度大潮期降低而小潮期則有所增加，與落潮流向一致或相近的風(fēng)應(yīng)力作用下恰好反之。海平面上升后，鹽水入侵加劇，上升幅度越大，作用越顯著。相對海平面分別上升0.3、0.6和1.0m，鹽水入侵距離大潮期分別增加了1.1、2.2和6.0km，小潮期則增加了2.8、5.9和9.8km。
　　基于數(shù)模結(jié)果，發(fā)現(xiàn)鹽水入侵距離與徑流量大小成負(fù)指數(shù)關(guān)系

6、，與潮差大小呈指數(shù)關(guān)系。通過非線性多元回歸分析，建立了鹽水入侵相對距離的指數(shù)函數(shù)(exp(L/L0))與相對潮差（H/h）和徑流弗勞德數(shù)(qr/h√gh)的冪函數(shù)之間的正比關(guān)系。在澉浦枯季8.21m最大實(shí)際潮差下，南星橋和珊瑚沙取水口在徑流量為50和300 m3/s時半月內(nèi)連續(xù)最長超標(biāo)時間分別為10.4～11.5和0.2～1.4d，當(dāng)流量達(dá)到500 m3/s以后，兩個取水口均不超標(biāo)。在澉浦15d最大潮差8.52和6.79 m情況下，滿足