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《华南理工大学》 2017年
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径流和潮汐作用下的河口盐水入侵机理实验研究

张朋  
【摘要】:河口区域是河流和海洋的交汇地带。咸潮入侵是河口地区的一种自然灾害,而且近年来我国河口盐水入侵有加剧的趋势。所以,对河口地区的盐水入侵问题进行研究具有重要的意义。径流和潮汐是影响盐水入侵的主要因素。在以往的盐水入侵研究工作中,缺乏对于径流和潮汐作用下的盐水入侵机理的系统研究。所以本文通过水槽物理模型实验对径流和潮汐两大因素作用下的河口盐水入侵机理和规律进行研究,研究的重点是盐水入侵速度和入侵过程。实验中以淡水流量模拟径流,以正弦变化的盐水水位模拟潮位。本文设计了无径流无潮实验、有径流无潮实验、无径流有潮实验和有径流有潮实验。(1)以lock-exchange实验表示的无径流无潮实验,是本文最基础的实验,用来对只在密度梯度力作用下的长距离盐水入侵进行研究,得到:盐水会一直向前入侵,入侵速度会随由盐淡水密度差引起的密度梯度力的增大而增大。盐水头部入侵速度随位移增加逐渐减小,盐水头部位移与时间之间的关系很符合二次函数。通过引用流体力学公式并进行适当假设,推导得到了与实验结果相符程度较高的盐水头部速度、位移的理论公式,并对公式中的参数值进行了确定。(2)通过设计有径流无潮实验,在无径流无潮盐水入侵实验成果的基础上,对只在径流作用下的盐水入侵进行研究,得到:盐水入侵会在某一位置达到稳定。径流量增大会减弱盐水入侵。通过理论分析和实验数据得到盐水稳定入侵距离计算公式,公式可以解释实验现象,也可以解释径流对盐水入侵的抑制作用会随盐水入侵距离的增加而增强。盐水入侵过程近似符合二次函数,得到了入侵过程二次函数的计算方法。(3)通过设计无径流有潮实验,在无径流无潮盐水入侵实验成果的基础上,对只在潮汐作用下的盐水入侵进行研究,得到:盐水会不断向前入侵。盐水入侵速度总体可以按匀速处理,且总体随潮差增大而减小。得到了盐水入侵速度计算公式,公式可以体现实验现象。密度梯度力导致盐水涨潮时段明显长于落潮时段。(4)通过设计有径流有潮实验,在有径流无潮实验和无径流有潮实验成果的基础上,对径流和潮汐共同作用下的盐水入侵进行研究,得到:盐水入侵距离达到稳定所需的潮差随径流量增大而减小;潮差小的咸界增长的快;盐水入侵距离随径流量增大而减小。径流导致盐水入侵稳定时的盐水涨潮时段要短于落潮时段。当潮差很小时,盐水入侵距离会大于无潮时盐水入侵距离,并从半个潮周期内水位平均的角度解释了此现象;当潮差较大时,盐水入侵距离会随潮差增大而减小,并认为其原因是潮差增强了盐淡水混合,使得盐水入侵密度梯度力减小和径流对盐水入侵的抑制作用增强。盐水入侵过程也近似为二次函数,并得到了盐水入侵初速度的计算方法。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TV148;P731.2

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