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原文传递长江口北槽枯季混合、层化与潮汐应变：资料分析与数学模拟

论文题名：	长江口北槽枯季混合、层化与潮汐应变：资料分析与数学模拟
关键词：	枯水季节;潮汐应变;水体混合;水体层化;潮汐搅动;河口环流;长江口北槽航道;数学模拟
摘要：	2010年1月分别在长江口北槽上、中、下三个站位(CS1、CSW和CS8)，观测得到大、中、小潮的潮位、流速、盐度、含沙量和温度的资料。观测资料定性地反映出由盐度和含沙量产生的混合与层化随涨、落潮，大、小潮的周期性变化。三站位潮流流速矢量形成的潮流椭圆分析显示：(i) CS1站位大潮上层潮流逆时针旋转，下层顺时针旋转；中潮基本为逆时针旋转；小潮中层基本为顺时针旋转；(ii) CSW站位大潮和中潮上层逆时针旋转，下层顺时针旋转；小潮涨转落为逆时针旋转，落转涨为顺时针旋转；(iii) CS8站位大、中、小潮均表现为上层顺时针旋转，下层逆时针旋转。上、下层潮流椭圆旋转方向的不同表明水体中可能存在密度跃层。　　为定量估算北槽水体垂向的混合与层化程度，采用考虑含沙量后的水体密度来估算“整体Richardson数(overall Richardson number，Rio)”。在转流时刻，CS1和CSW站位的整体Richardson数(Rio)量级为101~102，水体呈现层化状态；在涨急、落急时，量级为10-2~10-1，水体呈现强混合状态。CS8站位涨潮时的整体Richardson数(Rio)在0.25和5之间，落潮时平均为10-2量级。三个站位(CS1、CSW和CS8)，涨潮时的层化均强于落潮时；大潮时的层化程度最强，而小潮时的层化持续时间最长。　　层化使水体中形成明显的密度跃层，本文通过垂向“梯度Richardson数(gradient Richardson number，Ri)”确定密度跃层的位置：(i)涨急、落急时底部强混合使含沙量出现峰值，垂向强混合使密度跃层厚度减小且上移或可至水面，悬沙向上扩散至密度跃层以下；(ii)转流时刻，水体层化强，密度跃层厚度增加且下移，潮流椭圆旋转性明显，分隔上、下层潮流椭圆旋转方向不同的水层位于密度跃层内；强层化减弱了底部混合，悬沙被限制在密度跃层以下，更易落淤。这表明密度跃层抑制垂向上动量、能量交换，使上、下层潮流椭圆的旋转方向不同；且抑制垂向上的泥沙输运，使悬沙垂向上的输运也呈周期性变化。　　为进一步探讨北槽混合与层化的生成机制，采用Simpson et al.(1990)的公式，估算了长江口北槽航道弯道段内水体由潮汐应变、河口环流和潮汐搅动引起的势能变化。结果表明：(i)三个站位(CS1、CSW和CS8)均存在潮汐应变的现象，且以由潮汐应变产生的非持久性的层化为主；(ii)潮汐应变是水体层化的主要动力机制，而河口环流比潮汐应变和潮汐搅动小102~103量级；(iii)潮汐应变与潮汐搅动的相互竞争是混合、层化潮周期变化的主要原因。涨潮流时，潮汐搅动和潮汐应变均促进水体混合；落潮流时，潮汐应变增强水体层化，但潮汐搅动的能量大于潮汐应变，水体仍然呈现混合，且混合程度小于涨急时。转流时刻，潮汐搅动能量减小，水体混合减弱，层化增强，这可能是横向潮汐应变增强层化的作用。　　采用GETM三维河口水动力斜压模型，得到了北槽水体混合与层化的初步模拟结果。对北槽下CS8站位大潮和中潮时的流速大小、流向和盐度验证。模拟的底层流速和盐度值拟合较好；模拟的表层落潮流速和盐度值偏小，这可能是由于未考虑北槽中人工导堤和丁坝的原因。模拟的初步结果反映了北槽水体混合与层化的一般规律，转流时刻层化强，涨、落急时混合强。
作者：	李霞
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	时钟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文