長江下游及河口區(qū)水動力特征

喬 飛，鄭丙輝，雷 坤，周 剛，柳 青

中國環(huán)境科學研究院，北京 100012

長江下游及河口區(qū)水動力特征

喬 飛，鄭丙輝，雷 坤*，周 剛，柳 青

中國環(huán)境科學研究院，北京 100012

基于EFDC模型，構建長江下游及河口區(qū)二維水動力模型，對河流和河口區(qū)進行整體模擬，研究長江下游及河口區(qū)水動力特征．模型在空間上采用變尺度、擬合邊界的矩形網格，在時間上采用動態(tài)時間步長，在模擬過程中自動識別干濕網格，更好地保證模擬精度與效率．利用1998年冬季以及2005年夏季和秋季實測資料，對粗糙高度等敏感參數進行參數率定和驗證．結果表明，模擬的潮位和流速與實測成果擬合較好，較好地反映了各水期長江下游及河口區(qū)的水動力要素的空間分布特征．應用模型模擬2004—2007年不同水期的水動力過程，并對模擬結果進行統(tǒng)計分析．研究顯示:從空間來看，河道、河口流態(tài)存在顯著差異，漲、落潮流場空間分布差異大;受徑流和潮差的相互作用，潮流界在河口以上150～450 km之間變動，徑流量和潮流界位置具有對數相關關系．從時間來看，徑流量豐平枯變化大，對潮流量和徑流入海時間都有一定的影響，潮流量、徑流入海時間與徑流量之間也存在明顯的定量關系．

長江;河口;水動力模擬;潮流;EFDC

長江下游感潮河段及河口區(qū)同時受到河流動力作用(上游徑流的下泄)和海洋動力作用(潮流運動)兩方面的影響，水位、流量、泥沙等水文要素和流速、流向等水力要素變化規(guī)律非常復雜，對航運、工程及環(huán)境有很大的影響［1］．眾多學者通過大量的現(xiàn)場觀測工作，對長江沖淡水、余流、羽狀鋒形成機制等方面進行了深入研究，分析長江下游及河口區(qū)的水文水力特征．樂肯堂［2］提出了長江沖淡水路徑研究的模式，并分析了風場對路徑的作用．廖啟煜等［3］從不同季節(jié)徑流水位和海區(qū)鹽度的變化分析長江沖淡水的擴展機制，分析了長江沖淡水及其混合問題，研究了長江沖淡水轉向特征，探討沖淡水影響規(guī)律和原因．浦泳修等［4］通過觀測數據統(tǒng)計，分析了長江沖淡水擴展方向的周、旬時段變化．陳沈良等［5］在實際觀測的基礎上分析了長江徑流與潮流形成的羽狀鋒的屏障效應，揭示其對長江口水下三角洲塑造的影響．朱建榮等［6］通過2000年8月的沖淡水和羽狀鋒的觀測，分析了局部水動力的特征和影響因子．這些觀測、實驗資料及分析成果成為進一步研究長江口水動力機制必要條件，也可為長江污染物輸送研究［7］提供參考．

與此同時，應用數學模型開展長江口水動力機制研究的工作也全面展開．李浩麟等［8］運用有限差分和有限元相結合的方法，離散了潮汐非恒定流的三維運動方程和連續(xù)方程，模擬長江河口潮汐河道中的三維流速分布和潮位隨時間的變化過程．趙士清［9］利用二維平面數值模型，研究了長江口水動力過程，揭示水流平面規(guī)律，并提出了一個垂向分為三層的長江口潮流三維數學模型，在減少計算量的同時可以分析水流的垂向分布．劉子龍等［10］在水平方向平面采用了正交曲線貼體坐標系統(tǒng)，垂向采用無量綱化變換，對長江口潮流進行了三維數學模擬．CHANG等［11］用數學模型研究了長江沖淡水的分布規(guī)律．龔政等［12］對長江口水域進行三維水動力數值模擬研究，討論斜壓對流場的影響．張素香［13］利用EFDC模型對長江口和杭州灣海區(qū)進行了三維水動力模擬，揭示徑流潮流作用動力機制．盧麗鋒［14］采用COHERENS模型中的三維水動力模塊研究了長江河口羽狀流擴散與混合過程的時空變化及其控制因素．綜上可以看出，初期的數值模擬研究多集中在模型開發(fā)和改進，而近期數值模擬研究的重點逐漸向模型的應用和拓展方面轉變．

當前圍繞長江河口展開的研究工作較多，而對長江下游感潮河段與河口進行的整體研究相對較少．為進一步系統(tǒng)地了解長江下游及河口區(qū)復雜的水動力特征，筆者構建了包含長江下游感潮河段、長江口及其毗鄰區(qū)域為一體的二維水動力模型，旨在揭示徑流、潮流作用下長江下游及河口區(qū)水動力過程的變化特征和內在影響規(guī)律，以期為進一步研究長江口徑流潮流相互作用、污染物輸送等提供支持．

1 長江下游及河口區(qū)概況

長江每年約有9．24×1011m3的淡水傾瀉入海，約占渤海、黃海、東海主要入海徑流量的80%以上，占東海徑流量的92%左右．長江下游約有長達624 km的感潮河口段，是我國最長的感潮河段，感潮河段潮位和潮流量關系復雜，徑流和潮流的相互作用的不斷變化，潮流界位置［15］和余流均呈明顯的季節(jié)性變化［16］，漲落潮流速和歷時也呈現(xiàn)出明顯的不對稱性［17］．

長江口是豐水、多沙、中潮、有規(guī)律分汊的三角洲河口，水動力要素復雜，主要有徑流、潮流、波浪、鹽水楔異重流等，徑流、潮流是長江口的主要動力因素．長江口潮流在橫沙島以上有固定邊界的河段內為往復流，并且落潮流速一般大于漲潮流速，在口外近海區(qū)域逐漸過渡為順時針方向的旋轉流．北槽以上段以往復流為主，而下段旋轉流性質增強．長江徑流和潮流相互作用，形成了復雜的動力過程．

水動力模擬研究的上游邊界為大通水文站，東邊界至122．5°E，南到杭州灣南側，向北到呂四港以北，包含了長江下游整個河道及長江口、杭州灣臨近海域，研究區(qū)的選擇將有助于揭示長江徑流和潮流相互作用下，河道、河口及海區(qū)的水動力特征，詳細區(qū)域見圖1．

2 研究方法

2．1 模型選用

水動力模擬區(qū)域包含長江下游感潮河段及整個河口區(qū)，河道與河口在橫向尺度上存在很大的差異，并且區(qū)域水動力過程復雜，對模型適用性的要求較高．EFDC模型由US EPA(美國國家環(huán)境保護局)推薦，能夠模擬一維、二維、三維水流計算，在河流［18-20］、湖泊［21-22］、水庫［23-24］、河口［25-30］等多類水體都得到成功應用，在水質［31］、富營養(yǎng)化［32］、突發(fā)事件應急［33］、溫排水［34］、泥沙輸移［35］、濕地［36］、TMDL(日最大負荷分配)［37］等領域得到廣泛應用，并體現(xiàn)了很好的適用性，并且在長江口區(qū)域也有成功的應用［13，15，29-30］，可用于水動力模擬研究．

2．2 模型控制方程

EFDC模型的控制方程組基于縱向尺度遠大于垂向尺度的薄層流場，采用垂向靜壓假定，模擬不可壓縮的變密度流場．在水平方向上，將x-y直角坐標轉換為曲線正交坐標系統(tǒng)，以實現(xiàn)對不規(guī)則邊界的精確擬合．在垂直方向上進行σ變換，將實際水深轉換為0～1，因而模型的垂向精度保持一致，可以更好地擬合底層邊界．

基本控制方程:

式中:z為單位化后的相對水深，無量綱;z*為垂向分層后某一層的實際水位，m;ζ為水體自由表面水位，m;h為水下地形高程，m，用基準面以下深度表示，低于基準面為正值，高于基準面為負值．

水平動量方程:

在(0，1)的區(qū)間內對連續(xù)方程進行垂向積分，根據垂向邊界條件，當z=0、w=0和當z=1、w=0時，可得垂向積分的連續(xù)方程:

式中:u和v為正交曲線坐標系中的x和y方向的水平流速分量，m s;g為重力加速度，m s2;mx和my分別為x和y方向的尺度轉換因子，m;m=mxmy，m2; f為科氏力，s－1;w為σ坐標系下的垂向的流速分量，m s，它與 z坐標系下垂向流速 w*的關系為 w= w*－z(tζ+u myyζ)+(1－z)(u myxh+v myyh);總水深H=h+ζ，是相對于未擾動水深z*=0的水深和自由表面高程(水位)的和，m;ρ為相對于參考靜壓密度的壓力項，m2s2;Av為垂向湍粘性系數，m2s;Qu和Qv為動量的源匯項，m4s2;b為浮力項，無量綱，b=(ρ－ρ0) ρ0;ρ為密度，g m3，是溫度(T)、鹽度(S)和壓力(ρ)的函數;ρ0為參考密度，g m3;在溫度和鹽度的輸運方程中，QS和QT為鹽度和溫度的源匯項;Ab為垂向湍流擴散系數，m2s．

3 模型構建和驗證

3．1 網格設置

水動力模型包含范圍較廣，河道、河口和海區(qū)各區(qū)域水體空間尺度變化較大，為了盡可能在滿足不同區(qū)域計算精度的同時保持較高的計算效率，水動力模型采用變尺度網格系統(tǒng)．大通—徐六涇之間采用500 m×500 m正方形網格，徐六涇以下的長江口區(qū)域采用1 500 m×500 m的矩形網格，杭州灣、舟山海區(qū)采用1 500 m×1 500 m正方形網格．網格總數目為718×466個，有效網格數目為43 008個(見圖2)．由于長江河道和河口橫向尺度遠小于海區(qū)，并且河道高程變化劇烈，模型采用動邊界處理技術，動態(tài)設置干濕網格．為更好地擬合河道邊界，在邊界處采用半網格(直角三角網格)，詳見圖3．

3．2 條件設置

3．2．1 初始條件

長江口屬于強對流河口，水動力模型達到穩(wěn)定所用時間較短．因此，模型采用冷啟動模式，初始潮位取憩流時刻的平均潮位，初始流速取零，河流水深取年均水深．

3．2．2 邊界條件

模型上游設置為流量型邊界，采用大通站實測日平均流量系列;模型下游設置為壓力型邊界，3個開邊界采用逐時潮位序列，由潮汐預報模型和潮汐表插值計算得到．

3．3 參數設置

3．3．1 時間步長設置

為提高模型計算效率，時間步長采用動步長，基準步長設置為1 s，實際步長由模型根據實時克朗數(CFL)情況自動調整，經統(tǒng)計平均時間步長為30 s左右，平水期和枯水期稍大，豐水期稍小．

3．3．2 其他參數設置

水平渦黏系數采用Ax=Ay=100 m2s，擴散系數采用1×10－5m2s，粗糙高度是EFDC模型中表征河流底板對水體阻力的變量，相當于曼寧公式中的糙率的作用，參考相關文獻［11-13］，按區(qū)域劃分，徐六涇以上采用 0．015 m，徐六涇至長江口門之間采用0．001 m，杭州灣及其他海區(qū)采用0．01 m．

3．4 模型驗證

為保證模型的可靠性和適用性，水動力模型驗證采用3組不同水期的潮流和徑流資料:①枯水期，1998年1—2月;②豐水期，2005年6—7月;③平水期，2005年10—11月．

枯水期潮位驗證站位多分布在河口區(qū)，上游河道區(qū)主要通過大通、江陰、徐六涇水位進行驗證，流速驗證點主要分布在河口區(qū)．

豐水期和平水期，潮位和流速驗證點位一致，主要分布在河口區(qū)和近海區(qū)域，上游河道主要通過大通水位進行驗證，流速驗證點位全部分布在河口區(qū)，詳見圖4．

3．4．1 水量守恒驗證

在模擬計算過程中，模型上游輸入長江大通站日流量，徑流與潮流相互作用，通過河口進入東海．從水量平衡來講，上游輸入的水量與下游控制斷面的凈下泄水量應該保持一致．統(tǒng)計模型計算徐六涇斷面的凈下泄流量，與大通輸入流量進行對比，以驗證模型水量平衡．由圖5可見，枯水期大通站輸入水量和徐六涇斷面下泄水量偏差最小，僅為1．8%;平水期最大，為2．8%，豐水期為2．2%．由圖6可見，3個水期徐六涇下泄流量與大通流量過程一致，平水期和枯水期一致性更好．整體來看，3個驗證期兩個斷面水量差別不大，反映了不同徑流輸入條件下長江徑流輸入與下泄水量的平衡，很好地體現(xiàn)出了模型守恒性．

3．4．2 潮位 水位驗證

對模擬潮位與實測潮位進行對比，從對比結果(見圖7)來看，長江口門以外區(qū)域的點位受潮流影響更大，較好地反映出近海潮位變化過程，從潮位對比過程來看，大潮期間在潮位、潮型、相位方面均擬合很好．南槽驗證點的潮位過程無論是相位還是潮位均擬合較好．北支和北槽驗證點大潮期間整體擬合較好，小潮的落潮的低水位稍高，這可能與局部地形概化精度有關．位于長江潮流區(qū)內的徐六涇、江陰兩站，大潮驗證很好，小潮落潮低潮位偏高．大通站位于最上游，水位擬合很好，基本不受潮流影響，與實際情況一致．

3．4．3 流速驗證

從流向對比結果(見圖8)來看，長江口門以上站位明顯為往復流，長江口外站位明顯為順時針旋轉流，模擬結果與實測結果完全一致．從流速對比結果(見圖8)來看，大部分驗證點流速絕對值變化過程和趨勢一致，偏差較小;部分站位極值流速偏差相對較大，這可能是局部地形概化精度所致．整體來看，長江口流速模擬較好，能夠反映長江口的基本情況．

4 長江下游及河口區(qū)水動力特征討論

模擬2004—2007年枯水期(1—2月)、豐水期(6—7月)、平水期(10—11月)的水動力過程，并對長江下游及河口區(qū)水動力空間特征、時間特征，及徑流、潮流相互作用等情況進行分析討論．

4．1 空間特征

河口區(qū)大潮流速明顯大于小潮流速，落潮流歷時大于漲潮流歷時，在小潮期間體現(xiàn)最為明顯，越往上游這一特點越明顯．長江口在南北槽口以上水流為往復流，在南北槽口以外，水流均為明顯的順時針旋轉流．漲潮時，南、北港流速最大，水流通過南北港進入南支;落潮時，北槽和北港流速最大，水流通過北槽和北港進入近海，詳見圖9．

受徑流和潮差的影響，長江潮流界變動范圍很大．在枯水大潮時，潮水能夠上溯到河口以上450 km左右;而在豐水小潮時，潮水僅能夠上溯到河口以上150 km左右．河口上游150～450 km是潮流和徑流影響最大的區(qū)域，450 km以上區(qū)域徑流作用比較明顯，而150 km以下區(qū)域潮流作用更明顯．對2004—2007年模擬結果進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在徐六涇潮差確定的情況下，徑流與潮流界呈對數相關關系，相同流量下，潮差導致潮流界的變幅能夠達到200 km左右，這一結論與沈煥庭等［1］的實測結果基本一致，詳見圖10．

4．2 時間特征

徐六涇凈下泄流量與大通站平均流量基本一致，流量偏差與上游流量無明顯關系，從2004—2007年各水期模擬結果來看，平水期平均流量為21 104 m3s，水量偏差最大，為3．2%;豐水期平均流量為39 574 m3s，水量偏差最小，為1．0%;枯水期平均流量為11 974 m3s，水量偏差為1．7%．這一結果與徑流、潮流作用機制相符合．

長江徑流與潮流相互作用，各水期上游流量不同，流量越大，徐六涇斷面總下泄水量也越大;潮流量越小，枯水期潮流影響最大，平水期次之，豐水期潮流影響最小．對模擬結果進行統(tǒng)計分析，徑流量與潮流量、徑潮比之間存在明顯的相關關系(見圖11)．豐水期徑潮比達到2．5，平水期大約為1．0，而枯水期僅為0．5左右．這一結果與豐水期徑流主導，枯水期潮流主導的結論一致．

長江徑流量大小與徑流入海所需時間也有著一定的關系，徑流量越大，入海所需時間越短，枯水期徑流入海所需時間長，而豐水期徑流入海所需時間較短．在大通斷面放入指示劑，通過分析徐六涇斷面指示劑濃度來分析徑流從大通斷面流至徐六涇斷面的時間，從統(tǒng)計結果來看，大通流至徐六涇的入海時間與徑流量之間存在一定的相關關系(見圖12)．枯水期大通站流至徐六涇的平均時間為23．8～36．1 d，豐水期為9．4～13．1 d，平水期為11．3～16．8 d．

5 結論

a)基于EFDC模型，構建長江下游及河口區(qū)二維水動力模型．為了保證更好地適應地形條件，模型采用變尺度矩形網格系統(tǒng)，大通—徐六涇之間采用500 m×500 m正方形網格，徐六涇以下的長江口區(qū)域采用1 500 m×500 m的矩形網格，海區(qū)采用1 500 m×1 500 m正方形網格，彎道邊界處采用三角形網格，有效網格數目為43 008個．時間步長采用動步長模式，平均步長達到30 s左右，以提升模型穩(wěn)定度和計算效率．

b)利用1998年冬季、2005年夏季和秋季資料實測資料，對模型進行參數率定和模型驗證．模擬的潮位和流速與實測成果擬合效果較好，潮位保證區(qū)間水量平衡，流速保證區(qū)間水流運移路徑準確．從各水期的驗證結果來看，水動力模型很好地再現(xiàn)了長江下游河口水動力過程和特征．粗糙高度是影響水動力模擬效果的重要參數，按區(qū)域分別給出，徐六涇以上采用0．015 m，徐六涇至長江口門之間采用0．001 m，杭州灣及其它海區(qū)采用0．01 m，河道、河口、海區(qū)存在一定的差異．

c)應用模型模擬2004—2007年各水期的水動力過程，并對模擬結果進行統(tǒng)計分析．從空間特征來看，水流在河道內為往復流，在河口區(qū)為順時針旋轉流．長江潮流界隨著徑流與潮差的變化在河口上游150～450 km之間移動，在確定潮差下，徑流與潮流界之間具有明顯的對數相關關系．從時間特征來看，不同水期徑流量存在一定的差異，而徑流量與潮流量和徑流入海時間之間也有較明顯的定量關系．

［1］ 沈煥庭，朱建榮，吳華林，等．長江河口陸海相互作用界面［M］．北京:海洋出版社，2009．

［2］ 樂肯堂．長江沖淡水路徑的初步研究:Ⅰ．模式［J］．海洋與湖沼，1984，15(2):157-167．LE Kentang．Apereliminary study of the path of the Changjiang diluted water model［J］．Oceanologia et Limnologia Sinica，1984，15(2):157-167．

［3］ 廖啟煜，郭炳火，劉贊沛．夏季長江沖淡水轉向機制分析［J］．黃渤海海洋，2001，19(3):19-25．LIAO Qiyu，GUO Binghuo，LIU Zanpei．Analysis of direction change mechanism of the Changjiang River diluted water in summer ［J］．Journal of Oceanograpgy of Huanghai＆Bohai Seas，2001，19 (3):19-25．

［4］ 浦泳修，黃韋艮，許建平．長江沖淡水擴展方向的周、旬時段變化［J］．東海海洋，2002，20(2):1-5．PU Yongxiu，HUANG Weigen，XU Jianping．Thespreading direction change of the Changjiang River diluted water in 7-10 days ［J］．Donghai Marine Science，2002，20(2):1-5．

［5］ 陳沈良，谷國傳，胡方西．長江口外羽狀鋒的屏障效應及其對水下三角洲塑造的影響［J］．海洋科學，2001，25(5):55-57．CHEN Shenliang，GU Guochuan，HU Fangxi．The barrier effect of plume front on the submerged delta development of Yangtze River estuary［J］．Marine Sciences，2001，25(5):55-57．

［6］ 朱建榮，丁平興，胡敦欣．2000年8月長江口外海區(qū)沖淡水和羽狀鋒的觀測［J］．海洋與湖沼，2003，34(3):249-255．ZHU Jianrong，DING Pingxing，HU Dunxin．Observation of the dikuted water and plume front off the Changjiang river estuary during august 2000［J］．Oceanologia et Limnologia Sinica，2003，34 (3):249-255．

［7］ 喬飛，孟偉，鄭丙輝，等．長江流域污染負荷核算及來源分析［J］，環(huán)境科學研究，2013，26(1):80-87． QIAO Fei，MENG Wei，ZHENG Binghui，et al．Pollutant accounting and source analyses in the Yangtze River basin［J］．Research of Environmental Sciences，2013，26(1):80-87．

［8］ 李浩麟，易家豪．河口淺水方程的隱式和顯式有限元解法［J］．水利水運科學研究，1983(1):44-48．LI Haolin，YI Jiahao．Implicit and explicit finite element methods of shallow water equalitions in estuarys［J］．Hydro-Science and Engineering，1983(1):44-48．

［9］ 趙士清．長江口潮流的一種數值模式［J］．海洋與湖沼，1985 (1):8-20．ZHAO Shiqing．A numerical model for tidal current in the Changjiang River estuary［J］．Oceanologia et Limnologia Sinica，1985(1):8-20．

［10］ 劉子龍，王船海，李光熾，等．長江口三維水流模擬［J］．河海大學學報，1996，24(5):108-110．

［11］ CHANG P H，ISOBE A．A numerical study on the Changjiang diluted water in the Yellow and East China Seas［J］．Journal of Geophysical Research Atmospheres，2003，108(C9):151-157．

［12］ 龔政，張長寬，張東生，等．長江口正壓、斜壓診斷及斜壓預報模式-三維流場數值模擬［J］．海洋工程，2004，22(2):39-45．GONG Zheng，ZHANG Changkuan，ZHANG Dongsheng，et al．3-D current numerical models of Yangtze Estuary with barotropic mode，baroclinic-diagnosis mode and baroclinic-prediction mode［J］．The Ocean Engineering，2004，22(2):39-45．

［13］ 張素香．長江口水動力模擬及水質模擬［D］．南京:河海大學，2007．

［14］ 盧麗鋒．長江河口羽狀流擴散與混合過程的數值模擬［D］．上海:上海交通大學，2008．

［15］ 宋蘭蘭．長江潮流界位置探討［J］．水文，2002，22(5):25-27．SONG Lanlan．Research on the location of tidal current limit of Yangtze River［J］．Hydroology，2002，22(5):25-27．

［16］ 孔亞珍，丁平興，賀松林．長江口鄰近海域余流的基本特征分析［J］．海洋科學進展，2007，25(4):367-375．KONG Yazhen，DING Pingxing，HE Songlin．Analysis of basic characteristics of residual current in the Changjiang River estuary and adjacent sea areas［J］．Advances in Marine Science，2007，25 (4):367-375．

［17］ 王彪，朱建榮，李路．長江河口漲落潮不對稱性動力成因分析［J］．海洋學報，2011，33(3):19-27．WANG Biao，ZHU Jianrong，LI Lu．A study on the dynamics of the asymmetry between flood and ebb in the Changjiang Estuary［J］．Acta Oceanologica Sinica，2011，33(3):19-27．

［18］ 齊珺，楊志峰，熊明，等．長江水系武漢段水動力過程三維數值模擬［J］．水動力學研究與進展A輯，2008，23(2):212-219．QI Jun，YANG Zhifeng，Xiong Ming，et al．Three-dimensional modeling of hydrodynamic processes in the Wuhan catchments of the ChangJiang River［J］．Journal of Hydrodynamics(Ser．A)，2008，23(2):212-219．

［19］ SANGMAN J，KYUSUNG Y，YOUNGTECK H，et al．Salinity intrusion characteristics analysis using EFDC modelin the downstream of Geum River［J］．Journal of Environmental Sciences，2010，22(6)934-939．

［20］ LI Jian，LI Danxun，WANG Xingkui．Three-dimensional unstructured-mesh eutrophication model and its application to the Xiangxi River，China［J］．Journal of Environmental Sciences，2012，24(9)1569-1578．

［21］ CHEN Qiuwen，TAN Kui，ZHU Chuanbao，et al．Development and application of a two-dimensional water quality model for the Daqinghe RiverMouth oftheDianchiLake［J］．Journalof Environmental Sciences，2009，21(3):313-318．

［22］ MISSAGHIA S，HONDZOB M．Evaluation and application of a three-dimensional water quality model in a shallow lake with complex morphometry［J］．Ecological Modelling，2010，221(11): 1512-1525．

［23］ LINDIM C，PINHO J L，VIEIRA J M P．Analysis of spatial and temporal patterns in a large reservoir using water quality and hydrodynamic modeling［J］．Ecological Modelling，2011，222(14): 2485-2494．

［24］ 伍悅濱，徐瑩，田禹，等．磨盤山水庫溫度場的數值模擬［J］．哈爾濱工業(yè)大學學報，2010，42(6):925-929．WU Yuebin，XU Ying，TIAN Yu，et al．Numerical simulation of temperature fields in Mopanshan reservoir［J］．Journal of Harbin Institute of Technology，2010，42(6):925-929．

［25］ 謝銳，吳德安，嚴以新，等．EFDC模型在長江口及相鄰海域三維水流模擬中的開發(fā)應用［J］．水動力學研究與進展A輯，2010，25(2):165-174．XIE Rui，WU Dean，YAN Yixin，etal．Application and improvement of the EFDC in numerical simulating of Yangtze River Estuary and adjacent sea［J］．Journal of Hydrodynamics(Ser．A)，2010，25(2):165-174．

［26］ 任華堂，陶亞，夏建新，等．旱季深圳灣水污染輸移擴散特性研究［J］．水力發(fā)電學報，2010，29(4):132-139．REN Huatang，TAO Ya，XIA Jianxin，et al．Study on characteristics of mass transport and diffusion in Shenzhen bay during dry season ［J］．Journal of Hydroelectric Engineering，2010，29(4):132-139．

［27］ 王翠，孫英蘭，張學慶．基于EFDC模型的膠州灣三維潮流數值模擬［J］．中國海洋大學學報，2008，38(5):833-840．WANG Cui，SUN Yinglan，ZHANG Xueqin．Numerical simulation of 3D tidal currents based on the EFDC model in Jiaozhou Bay［J］．Periodical of Ocean University of China，2008，38(5):833-840．

［28］ 姜恒志，沈永明，汪守東．甌江口三維潮流和鹽度數值模擬研究［J］．水動力學研究與進展A輯，2009，24(1):63-70．JIANG Hengzhi，SHEN Yongming，WANG Shoudong．Numerical simulation study on three-dimensional tidal flow and salinity in the Oujiang Estuary［J］．Journal of Hydrodynamics(Ser．A)，2009，24 (1):63-70．

［29］ Xi Li，WANG Yigang，ZHANG Suxiang．Numerical simulation of water quality in Yangtze Estuary［J］．WaterScience and Engineering，2009，2(4):40-51．

［30］ 喬飛，孟偉，鄭丙輝，等．長江流域污染物輸出對河口水質的影響［J］．環(huán)境科學研究，2012，25(10):1126-1132．QIAO Fei，MENG Wei，ZHENG Binghui，et al．Influence of pollutants exported from the Yangtze River Basin on water quality in the estuary［J］．Research of Environmental Sciences，2012，25 (10):1126-1132．

［31］ 鄭曉琴，丁平興，胡克林．長江口及鄰近海域夏季溫鹽分布特征數值分析［J］．華東師范大學學報(自然科學版)，2008(6):14-23．ZHENG Xiaoqin，DING Pingxing，HU Kelin．Numerical analysis of characteristics of temperature-salinity distributions at the Changjiang Estuary and its adjacent areas in summer［J］．Journal of East China Normal University(Natural Science)，2008(6):14-23．

［32］ PARK K，JUNG H S，KIM H S，et al．Three-dimensional hydrodynamic-eutrophication model(HEM-3D):application to Kwang-Yang Bay，Korea［J］．Marine Environmental Research，2005，60(2):171-193．

［33］ 任華堂，陶亞，夏建新．深圳灣水環(huán)境特性及其突發(fā)污染負荷響應研究［J］．應用基礎與工程科學學報，2011，19(1):52-63．REN Huatang，TAO Ya，XIA Jianxin．Characteristics of Water Environment and Response to Sudden Loads of Pollution due to Accidents in Shenzhen Bay［J］．Journal of Basic Science and Engineering，2011，19(1):52-63．

［34］ 何國建，趙慧明，方紅衛(wèi)．潮汐影響下電廠溫排水運動的三維數值模擬［J］．水力發(fā)電學報，2008，27(3):125-131．HE Guojian，ZHAO Huiming，F(xiàn)ANG Hongwei．3D numerical simulation for flow and heat transport of power plant affected by tide ［J］．Journal of Hydroelectric Engineering，2008，27(3):125-131．

［35］ KONG Q R，JIANG C B，QIN J J，et al．Sediment transportation and bed morphology reshaping in Yellow River Delta［J］．Science China Technological Sciences，2009，52(11):3382-3390．

［36］ 李興，李暢游，勾芒芒，等．挺水植物對湖泊水質數值模擬過程的影響［J］．環(huán)境科學，2010，31(12):2890-2895．LI Xing，LI Changyou，GOU Mangmang，et al．Influence on Emerged Plant in the Process of Numerical Simulation About Lake Water Quality［J］．Environmental Science，2010，31(12):2890-2895．

［37］ ZHAO Lei，ZHANG Xiaoling，LIU Yong，et al．Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian，China［J］．Journal of Environmental Sciences，2012，24(8):1355-1363．

Hydrodynamics in the Lower Reaches of the Yangtze River and Its Estuary

QIAO Fei，ZHENG Binghui，LEI Kun*，ZHOU Gang，LIU Qing
Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China

Based on the EFDC model，a two-dimensional hydrodynamic model for the lower reaches of the Yangtze River and the estuary area was constructed．In this model，mutative scale and fitting border rectangular grids were used for space fitting．Dynamic time step and automatic identification of wet and dry grids during the simulation were applied to ensure the simulation accuracy and efficiency．The modeled results matched well with the monitored data including water level and flow direction in 1998 and 2005，and the model was verified to reflect the hydrodynamic characteristics of the research area．The model was used to simulate the hydrodynamics in different water periods from 2004-2007，and results showed that flow state in the reaches and estuary were significantly different，and the water path and tidal flows had large differences in space during periods of the flood and ebb tides．Due to the interactions between runoff and tide range，the tide boundary changed from 150 to 450 km from estuary to upstream of the river，and had a logarithmic relationship between tide boundary distance and runoff amount．The runoff varied largely among different floodings，dry and normal season，and played a significant role in total flow into sea and transport time，and the different quantitative relationships were created．

Yangtze River;estuary;hydrodynamic simulation;tide;EFDC

X143

1001-6929(2017)03-0389-09

A

10．13198 j．issn．1001-6929．2017．01．28

喬飛，鄭丙輝，雷坤，等．長江下游及河口區(qū)水動力特征［J］．環(huán)境科學研究，2017，30(3):389-397．

QIAO Fei，ZHENG Binghui，LEI Kun，et al．Hydrodynamics in the lower reaches of the Yangtze River and its estuary［J］．Research of Environmental Sciences，2017，30(3):389-397．

2016-06-15

2016-10-09

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2013ZX07501-005，2012ZX07503-002)

喬飛(1977-)，男，陜西合陽人，高級工程師，博士，主要從事流域水資源、水環(huán)境模擬研究，qiaofei@craes．org．cn．

*責任作者，雷坤(1973-)，女，內蒙古化德人，研究員，博士，主要從事流域水環(huán)境管理研究，leikun@craes．org．cn