[发明专利]一种基于气幕的河口水道咸潮上溯距离抑制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于气幕的河口水道咸潮上溯距离抑制方法及系统。高盐水体从河槽底部进入上游，形成了底层盐水向上游、表层淡水向下游的垂向环流；而气幕形成的局部上升流将底层盐水带入表层，使得进入上游的高盐水体减少，从而可以实现防咸的目的。气幕作用的效果可用其等效混合系数反映，因此本发明通过等效混合系数估算气幕所需的加气量，根据加气量施加气幕，从而根据气幕引起的混合效应缩短咸潮上溯距离，达到河口抑咸目的。

技术领域

本发明涉及咸潮入侵与抑咸技术领域，特别是涉及一种基于气幕的河口水道咸潮上溯距离抑制方法及系统。

背景技术

咸潮是河口特有的水文现象，主要是由密度大的高盐水从河道底部侵入河流而形成。咸潮影响河口地区的工农业生产和供水安全等，是制约河口地区经济社会发展的关键水问题之一。珠江三角洲磨刀门水道分布有众多取水口，为澳门、珠海、中山等地供水，自2003年以来屡受咸潮上溯灾害的影响，咸潮灾害对策也成为咸潮研究的重点之一。目前采用的抑咸措施主要有工程和非工程措施两类，采用工程措施(建闸)和非工程措施(如水库抑咸调度)抑制咸潮上溯兼而有之。此外气幕也可作为河口船闸防咸措施。由于珠江河口水系的复杂性，珠江流域水量调度抑咸措施具有调水线路长、淡水利用率不高的不足，为拓展河口抑咸技术，开展了气幕抑咸措施研究。

气幕早在20世纪初开始用于防波堤消浪，而后对气幕的认识也逐渐提高，Bulson等(1968)通过大尺度实验得出，孔口大小、孔口间距以及管道布置不是气幕产生的水平流表面流速和水平流厚度的影响因素，提出了由气幕产生的水平流表面流速和水平流厚度的计算公式；Masanori Nakai等(2002)利用水槽试验研究气幕影响下的恒定水位盐水入侵，给出了不同加气量下的盐水楔形态，发现气幕在潮汐条件下对咸潮上溯影响与恒定水位条件存在差异。不同加气量会直接影响咸潮的上溯距离，因此在防咸气幕设计时，需要通过调整气幕加气量达到抑制咸潮上溯距离的目的，从而为气幕应用于河口咸潮的防治提供技术支撑。然而气幕在河口水道中的防咸应用未见相关介绍。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于气幕的河口水道咸潮上溯距离抑制方法及系统，以通过调节气幕加气量抑制咸潮上溯距离。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于气幕的河口水道咸潮上溯距离抑制方法，所述河口水道上游布设有气幕生成装置；所述方法包括：

获取河口水道无气幕时的咸潮入侵距离以及气幕作用下的期望咸潮入侵距离；

根据所述气幕作用下的期望咸潮入侵距离及所述无气幕时的咸潮入侵距离确定咸潮上溯距离抑制比；

获取河口水道的盐度、平均水深和流量；

根据所述盐度、所述平均水深、所述流量以及所述咸潮上溯距离抑制比确定气幕等效混合系数；

根据所述气幕等效混合系数确定所述气幕生成装置的加气量；

所述气幕生成装置根据所述加气量施加气幕，利用所述气幕抑制所述河口水道的咸潮上溯距离。

可选的，所述根据所述气幕作用下的期望咸潮入侵距离及所述无气幕时的咸潮入侵距离确定咸潮上溯距离抑制比，具体包括：

根据所述气幕作用下的期望咸潮入侵距离及所述无气幕时的咸潮入侵距离，采用公式确定咸潮上溯距离抑制比R；其中L表示气幕作用下的期望咸潮入侵距离；表示无气幕时的咸潮入侵距离。

可选的，所述根据所述盐度、所述平均水深、所述流量以及所述咸潮上溯距离抑制比确定气幕等效混合系数，具体包括：

根据所述盐度、所述平均水深、所述流量以及所述咸潮上溯距离抑制比，采用公式确定气幕等效混合系数K_a；其中S表示河口水道的盐度；H表示河口水道的深度；Q表示河口水道的流量；α为常数。