崇明东滩鸟类栖息地优化工程区水量和涵闸调控研究

论文摘要

滨海湿地生态保护区的水资源调控与管理十分重要,水位和盐度会影响鸟类栖息与潮滩植物生长,是保护区调控的重要内容,闸下淤积是水量调控过程中不可忽视的问题,若淤堵则闸门无法使用。自上海市崇明东滩互花米草生态控制与鸟类栖息地优化工程建设完成后,为了满足生境区鸟类觅食、栖息与植物需水等需求,必须将水深、盐度维持在合适范围内,需要基于水量平衡掌握各月需水量,缺少的水量取自随塘河;当随塘河水位过低时,开启大堤上水闸从外面东滩引水,需要了解引水总量以及盐度和泥沙在随塘河输运扩散的过程;闸外引水渠容易淤平,需要知道关闸情况下自然淤平时间和冲淤效果。对上述保护区管理和运行中面临的问题开展研究,具有科学意义和应用价值。优化工程区占地面积达,难以展开详细研究,本文以优化工程区内实验区C区为主要对象进行研究分析,理论基础与研究成果可为其他区域提供借鉴与帮助。生境区水位与水深变化及调水方案研究。本文综合考虑蒸发、植物蒸散和土壤下渗等水量损失以及降水过程,统计不同类型的湿地面积,基于水量平衡原理研究计算得出了各月生境C区与随塘河水位、水深值的时空变化;给出了生境C区与随塘河各月需要补水和排水的时间和量值,为优化工程区制定科学的补水和排水方案提供了依据。结果表明,生境区C1N、C1S、C2E、C2W和C4全年损失水量分别为82,450、213,696、36,240、39,286和163,922 m3,向随塘河排水量分别为43,254、71,751、16,336、12,732和11,070 m3,从随塘河引水量分别为22,768、110,328、11,137、3,052和80,520 m3。随塘河全年水量损失343,177 m3,需要引水309,439 m3。随塘河引水量、物质输运过程模拟计算。为论证生境区取水条件是否存在,在ECOM-si模型的基础上建立了随塘河三维水沙盐数值模式。闸门开边界条件由长江河口大区域模式计算的水位、盐度和悬浮泥沙浓度提供。利用2018年7月生境区实测的水位、流速、流向、盐度和悬浮泥沙浓度资料,对模式进行率定验证,计算结果与实测资料吻合良好。模拟和分析了随塘河风生流,1月和7月开闸引水两日后,随塘河水位、盐度和泥沙浓度的变化与引水的量值。7月分为高盐度引水情况与低盐度引水情况,引水总量分别为795,064与807,736m3。1月开闸两日后引水总量为873,102 m3。随塘河的引水总量满足内部生境的需求。在风应力的影响下,北风促使随塘河盐度向北输运较多,南风促使盐度向南输运较多,原因在于底层出现与风向相同的补偿流且盐度较高。开闸引水进入随塘河泥沙大部分沉积在闸门口附近水域。优化工程闸外引水渠淤积程度及冲淤效果模拟。建立了闸下引水渠三维水沙数值模式,在已有的堰流模块基础上利用闸门水力学公式并结合随塘河三维水动力模式计算过闸流量。根据2018年7月实地测得的开闸前后闸下引水渠纵断面高程观测资料,重点率定底床泥沙临界启动应力,模式计算冲淤结果与实测资料吻合良好。冲淤计算结果表明,关闸后两个月闸下引水渠基本淤平,闸口淤积程度最高;自然淤积两个月后开闸冲淤,随塘河蓄水至3 m,外海高水位进水,开闸一天后引水渠内平均冲淤量达到625 mm。纳潮冲淤是最为有效的冲淤方式。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 需水量计算

1.2.2 闸控河流

1.2.3 闸下冲淤

1.3 本文工作

1.3.1 主要问题

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法

第二章生境区调水方案

2.1 水量平衡计算

2.1.1 生境区网格建立和高程分布

2.1.2 水量平衡计算公式

2.1.3 降水量

2.1.4 蒸发量

2.1.5 植物蒸散

2.1.6 土壤下渗

2.1.7 湿地面积

2.2 计算过程及结果分析

2.2.1 自然状态下生境区水深变化

2.2.2 生境区水位水深随时间变化及排水量和补水量

2.3 小结

第三章随塘河三维水动力和泥沙数值模式建立及验证

3.1 水动力数值模式建立和验证

3.1.1 模式介绍

3.1.2 模式设置

3.1.3 模式验证

3.2 三维泥沙数值模式建立

3.2.1 模式介绍

3.2.2 模式设置

3.2.3 边界条件

第四章随塘河流场盐度泥沙数值模拟

4.1 风生流

4.2 开闸流场

4.3 夏季

4.3.1 高盐度引水方案

4.3.2 低盐度引水方案

4.4 冬季

4.5 风应力对随塘河物质输运的影响

4.6 小结

第五章闸外引水渠冲淤数值模拟

5.1 底部冲淤高程方程

5.2 网格设计、模式设置及边界条件

5.3 模式验证

5.4 闸下淤积模拟

5.5 闸下冲淤模拟

5.5.1 自然淤积一个月后开闸冲淤

5.5.2 自然淤积两个月后开闸冲淤

5.6 小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 不足与展望

参考文献

作者在学期间科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 鲁佩仪

导师: 朱建荣

关键词: 生态保护区,水量平衡,水闸调控,闸下冲淤,数值模拟,崇明东滩

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 生物学,水利水电工程

单位: 华东师范大学

基金: 上海市科委重点项目:“崇明东滩生态修复工程涵闸水沙调控技术”(17DZ1201902)

分类号: TV213.4;Q958

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