河口几何形状对盐水入侵的影响：数值试验设置与分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：本文利用上述模型，研究河口几何形状对盐水入侵的影响。坐标设置是以河口口门横断面中心的平均水平面为坐标零点，向北为y轴正方向，向东为x轴正方向，向上为z轴正方向。以1天为周期的潮汐做边界输入连续计算直到周期平均的盐度场完全稳定，对稳定以后的周期平均量做分析，通过对数值模拟的结果进行比较，揭示河口几何形状对河口流场以及盐淡水的影响。表1计算工况设置图1计算域的坐标设置和网格划分示意图

本文利用上述模型，研究河口几何形状对盐水入侵的影响。从河流到河口的岸线扩展率能反映河口的纳潮能力，一定程度上决定着河口盐淡水混合的类型，是河口的基本属性。受结构化网格的限制，以往的数值模拟研究多将岸线的扩展概化为线性变化，本文根据参考文献［11］，采用更符合实际的指数变化，其表达式（7）如下：

式中：B为河口宽度；B 0为河口口门处的宽度；α为岸线扩展率；y为口门以内距离口门的距离。

由于岸线扩展，水流辐散，流速减小，泥沙在口门附近沉降形成拦门沙，使得口门附近的高程比口门内部略高，拦门沙对阻挡盐水入侵起着重要作用。然而近年来由于河道挖沙，航道疏浚，河口地形因人为原因发生很大改变，为了研究这些变化对盐淡水混合和咸潮入侵的影响，本文还设置了不同河口口门高程以及不同口门以内底坡深度的工况，对比影响程度，还设置了不同的流量。具体工况设置和编号见表1，编号第一位数表示水平岸线形状类型，第二个数字表示地形类型，第三个数字表示流量类型。图1（a）～（d）分别是工况221的水平平面图，z＝0处的纵向立面图，y＝－2km和y＝30km处的横向立面图和它们的网格划分情况。坐标设置是以河口口门横断面中心的平均水平面为坐标零点，向北为y轴正方向，向东为x轴正方向，向上为z轴正方向。小扩展率工况的口门宽度为4km，扩展率为0.0462，大扩展率工况的宽度为16km，扩展率为0.0924，向北30km处都收缩为河宽1km，y大于30km后河宽相同，考虑到边界的影响，小扩展率工况上游计算域到60km，大扩展率工况上游计算域到100km，向海都到－25km，x计算域左右对称都是30km。河流上游采用流量控制，向海边界采用水位控制，所用工况的潮汐采用潮差为1m的全日和半日混合潮。以1天为周期的潮汐做边界输入连续计算直到周期平均的盐度场完全稳定，对稳定以后的周期平均量做分析，通过对数值模拟的结果进行比较，揭示河口几何形状对河口流场以及盐淡水的影响。

表1　计算工况设置

图1　计算域的坐标设置和网格划分示意图

河口几何形状对盐水入侵的影响：数值试验设置与分析

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