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采用动态方法研究磨刀门水道盐水强烈上溯运动规律.pdf
第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集
采用动态方法研究磨刀门水道盐水
运动规律
包芸叶浩康雅乔
强烈上溯
(中山大学力学系广州510275)
摘要:给出了磨刀门水道盐水上溯宏观规律的常规分析方法和基于流体动力学场的概念的
盐水运动规律的动态分析方法。动态分析方法利用磨刀门水道8个站点的逐时实测盐度资料,
设计了磨刀门水道一维成界图。从各个时间的成界图中可提取出盐水特定值在不同时间的位
置,从而得到了与三灶潮位对应的三个月长时间序列的盐水特定值在磨刀门水道中的运动规
律,并对其运动规律进行了初步的分析。
关键词: 动态分析方法;磨刀门水道;盐水入侵
1引言
河口盐水入侵是河口最主要的动力过程之一。近年来,由于珠江水系上游径流量减少等
原因,珠江河口磨刀门水道盐水上溯强烈,严重地影响到珠海、澳门地区的饮水安全。并且
通过几年的观测发现,在磨刀门水道中盐水上溯规律与常规河口盐水运动规律相反,小潮盐
水上溯强烈而大潮盐水上溯较弱。
对于咸潮入侵问题,国内外都有许多研究。McManus川通过对Tay河口多个站点的长期
观测资料进行分析,研究了一个潮周期中盐水层的特性及其变化情况;Uncles和stephens【2_3J
对Tweed河口不同强度潮汐动力、径流作用下的盐度资料进行了对比分析,研究了河口的动
力变化及其对盐水入侵的影响;Mario等【4】通过对1994年每月一测的盐度、水流资料进行分
析,揭示了河口区盐水楔与河流流量的高度相关性。国内对盐水入侵的研究主要集中在长江
口15剖。珠江河口河道密布,八大口门的盐水运动规律各不相同。有学者分析和讨论了珠江河
口伶仃洋高度分层的盐水运动【7J。目前咸潮影响最严重的磨刀门水道咸潮预报的数学模拟多采
用经验模式陟91。前人的]:作多采用对各个测站单独分析的方法,对各个站点含氯度变化的最
大值和超标历时等方面进行研究110J。
本研究从流体力学研究角度出发,应用场的概念提出盐水连续运动过程和动态分析的新
方法,得到三个月长时间序列的盐水运动上溯距离和潮位的关系,从一个新的角度去研究在
磨刀门水道中盐水的运动规律。
1国家自然科学基金项目
第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集
2磨刀门水道常规咸潮动力分析
现有的咸潮入侵的常规分析是以磨刀门水道上典型站位挂定角作为代表来进行的。
分析数据采用2005年1月18日至2月8日珠江水利委员会水文局及广东省水文局调水压
咸水文同步测验资料。
首先是采用混合指数法和分层一环流系数分类法进行咸淡混合类型宏观上的描述。图1为
挂定角的混合指数。通过混合指数得到以下结论:代表站混合指数每目均不相同,说明每日
径潮动力均不相同;混合指数没有超过1.0的,因此咸淡水混合没有高度分层型;类型为部分
混合型;从全潮过程来看,混合指数有“两高两低”现象,即小潮转中潮及高潮转中潮时为
最低,中潮时相对较高。
图l挂定角臼均混合指数
潮汐潮流是咸潮入侵的动力源。根据观测日期中日最大潮差过程线进行枯水期大、中、
小潮潮汐、潮流特征值对比分析,分析典型潮汐对咸潮上溯的影响。并计算出1月18日至2
月2日为一完整天文潮周期内的口门平均涨潮量、净泄量和山潮比。磨刀门水道挂定角的值
分别为147636m3/S、94258m3/s、O.6385。山潮比为净泄量与涨潮量之比,是衡量径流与潮流
相对强弱的一个参数。山潮比小于1.0,说明枯季潮流作用强,因而受咸水之害严重。
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图2逐时水深流速含氯度过程图
图2给出的是实测逐时水深流速含氯度过群图。幽中绿线为水深,红线为流速,蓝线为含
氯度。结果表明含氯度最人值及最小值出现时刻与转流发生时间一致。含氯度过程与潮位过
程则有一定的相位差,约滞后1~2 h。
从咸潮入侵的半月周期潮相变化过程来看,含氯度变化也具有明显的半月周期特点:同时
珠江三角洲各水道含氯度日最人值出现时间并不一致,沙湾水厂日最大值与潮差日最大值出
现时间一致,最小值也对应小潮,但磨刀门水道的联石湾水闸日最大值并不出现在潮差最大
值日,而是提前3~5 d左右,附近的小隐水闸也具有类似特点。含氯度半月变化与潮差半月变
化并不同步,且各水道义有差异,这种现象的机理目前还暂不明确。
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第九届全国水动力学学术会议髯第一十二膈全国水动力学研讨会文集
从图3中可看到不同上游衽流米水条什F珠江二角洲咸界变动情况.当思贤滑流量为1000
m3/s时,阿北江三角洲成界上溯至佛山、顺德、江门附近,广州、中山、珠海全面位于咸界
内,三角洲各取水口将受剑全面影响:当上
游来水达到5500 m3如时,成界基本退至再
取水口以F;当思贤滑流茸为2500m’/s时,
咸潮基本不
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