长江口北支中束窄工程对周边水动力和水质影响的数值模拟研究

摘要

自二十世纪五十年代以来，随着北支河槽的冲淤演变，长江口北支一直淤积变窄，出现了北支悬沙和咸潮倒灌进入南支的问题。尤其是八十年代以来，北支的潮流径流交汇点向下游移动，使这一问题更加突出，严重影响了该地区城市的发展和居民的生产生活。为避免大量泥沙和咸潮通过北支倒灌入南支，威胁上海市的用水安全，上海市准备实施旨在解决“咸潮倒灌”现象的“北支中束窄”围填海工程。中束窄工程采用围海造地的方案，将水域围填成土地，让崇明岛东北部向外扩展，以缩小北支的径口。
　　本文首先主要详细介绍了国内外数值模型的研究进展，其中包括水动力、盐度、水质等几个方面；介绍了国内外围填海工程的发展状况和长江口的各方面的研究现状；介绍了长江口及附近区域的位置，以及此区域的水文情况，气象条件以及社会环境概况；系统地阐述了MIKE数学模型中涉及到的基本控制方程及模型数值方法。
　　本文的研究目标主要为，利用MIKE三维数值模型，并且把考虑了水体斜压的基础上开启了温盐模块（TS）模块的水动力模型（HD）和水质模型（Eco lab）耦合在一起，建立大尺度数值模型，对长江口水域进行数值模拟，并从潮位、水流、温盐等几方面进行拟合验证，并分析其分布特征。以大尺度模型为基础构建小尺度模型，并对小尺度模型重复验证，用无机氮、磷酸盐和叶绿素a的实测分布图进行验证，并分析营养盐的分布特征。
　　在已验证好模型的基础上，增加工程影响，并对北支中束窄工程对附近水域水动力、盐度及水质的影响进行分析。中束窄工程围填后，北支涨憩潮位明显降低，落憩潮位影响复杂。围填后，北支流速均有一定程度的降低，北支上段汊口处受到南支涨潮的影响，涨急流速有增大趋势。北支束窄工程对盐度的影响趋势为北支区域盐度值有明显的降低，对冬季北支咸水倒灌进入南支起到了明显的控制作用。工程实施后，在冬季，北支河口磷酸盐、无机氮与Chla含量增加明显；北支中上段磷酸盐及无机氮含量略有下降，叶绿素a的含量略有增加。工程实施后，在夏季，北支中上段磷酸盐、无机氮和叶绿素a的含量略微下降；北支河口的无机氮和磷酸盐增加明显，叶绿素a受到高氮抑制的影响而浓度下降。工程围填对南支及外海区域的水动力特征及营养盐含量的影响较小。最后对数值模拟工作进行总结，并对不足之处进行分析论证并为以后研究工作提出建设性意见。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 数值模型研究现状及发展

1.3 围填海概况及研究

1.4 长江口水域的模拟研究

1.5 本文主要工作

2 研究区域概况

2.1 地形地貌

2.2 自然环境

2.3 社会环境

2.4 本章小结

3 基本理论及数值模型

3.1 基本方程

3.2 定解条件

3.3 数值方法

3.4 本章小结

4 模型的设置及验证

4.1 模型简介

4.2 模型设置

4.3 模拟结果及数据分析

4.4 本章小结

5 小尺度模型的水动力及水质模拟

5.1 模型的设置

5.2 模拟结果及数据分析

5.3 本章小结

6 工程对长江口水环境的影响

6.1 中束窄工程简介

6.2 潮位的影响

6.3 潮流的影响

6.4 盐度的影响

6.5 营养盐分布的影响

6.6 本章小结

7 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢