在超浅河口底摩擦拖曳系数对盐水入侵的影响

       长江河口北支盐水倒灌南支是一个独特的现象，也是南支水源地的最大威胁。以往的数值模拟中存在着北支倒灌盐通量大潮期间偏小、中期和小潮期间偏大的现象，一直难于解决，是盐水入侵数值预报误差的主要来源。对一般河口和陆架水域，底摩擦拖曳系数采用对数率公式，但北支为超浅的河道，水深特浅，落潮期间大量滩涂出露，基于底边界层的对数率可能不再适用。
       针对这个难题，实验室于2017年2月在北支开展了8点座底系统和半小时垂向OBS剖面定点观测，分小潮、小潮后中潮、大潮和大潮后中潮4个潮型，每个潮型连续观测至少3天，获得了高质量的流速、流向和盐度等资料。针对北支超浅河道的特点，提出底摩擦拖曳系数需采用随水深变化的谢才-曼宁公式。应用长江河口盐水入侵三维数值模式和上述实测资料，采用底摩擦拖曳系数为对数率公式和随水深变化的谢才-曼宁公式，对模式作严格验证，结果表明底摩擦拖曳系数采用谢才-曼宁公式大幅提升了盐度计算精度（图1）。
       进一步从底摩擦拖曳系数在大潮和小潮期间最高潮位和最低潮位时刻的分布、单宽余通量分布、北支横断面盐通量、大潮和小潮期间涨憩盐度分布，详细分析和揭示了底摩擦拖曳系数在北支盐水入侵中的作用。底拖曳系数在落潮期间随水深减小而增大，基于谢才-曼宁公式的结果比基于对数率的结果要小。基于谢才-曼宁公式计算的北支上段向陆净水通量大潮期间增加，北支盐水入侵增强，特别在北支上段。在北支上段横断面，净断面水通量大潮期间向上游，小潮期间向下游，由谢才-曼宁公式产生的值远比基于对数率公式得到的值大。值得注意的，基于谢才-曼宁公式计算的大潮期间北支盐水倒灌比基于对数率公式计算的值大1.8倍。基于对数率公式模式低估了北支盐水倒灌和南支水文站盐度，但使用谢才-曼宁公式能成功模拟北支盐水倒灌和南支盐度随时间变化（图2）。
       该研究成果发表于Journal of Hydrology，第一作者为研究生吕行行，通讯作者为朱建荣教授。
 
Hanghang Lyu, Jianrong Zhu*, 2018. Impact of the bottom drag coefficient on saltwater intrusion in the extremely shallow estuary. Journal of Hydrology, 557:838-850.