丁磊 陳黎明 王逸飛 繳健 楊嘯宇

摘要：保障濕地水體交換能力對完善濕地功能，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康至關重要。南京綠水灣濕地是長江江灘濕地，具備多種濕地特點，動力條件復雜。以綠水灣濕地為研究對象，通過構建二維水動力―水齡耦合數(shù)學模型，模擬了現(xiàn)狀和不同閘、泵調控措施下各區(qū)域的水動力特征及水體交換能力。結果表明：現(xiàn)狀工況濕地內部水面覆蓋率低，水體交換能力差，大部分區(qū)域水體交換時間在7 d以上，甚至是14 d以上；建閘后雖然增加了枯季的水面覆蓋率，但明顯減弱了濕地內水動力，延長了各區(qū)域換水周期，換水周期大于14 d的區(qū)域明顯增多；補水泵站的運用整體上縮短了大部分區(qū)域的換水周期，使得水域流速大于0.010 m/s的區(qū)域面積明顯增加，換水周期大于14 d的區(qū)域面積減少。建閘蓄水后，為預防藻類暴發(fā)，需控制濕地內水體的換水周期在14 d內，結合各區(qū)域水動力和水體交換特點，提出了閘門生態(tài)調度、布置凈水能力較強的挺水或沉水植物、增設補水點等調度策略。

關鍵詞：濕地；數(shù)值模擬；水動力；水體交換能力；閘泵調控措施；感潮河段

中圖分類號：X171.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2024）01-0032-10

濕地與森林、海洋并稱為全球3大生態(tài)系統(tǒng)（范振宇等，2023），具有保持水源、凈化水質、調洪蓄水、儲碳固碳、調節(jié)氣候、保護生物多樣性等多種功能（Moomaw et al，2018；嚴思睿等，2021），被譽為“地球之腎”“生命搖籃”“文明發(fā)源地”“物種基因庫”“氣候穩(wěn)定器”等。健康的濕地生態(tài)系統(tǒng)是國土生態(tài)安全體系的重要組成部分和經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要自然生態(tài)基礎。在氣候變化和人類活動的雙重脅迫下，濕地普遍呈水域面積減少、水環(huán)境質量下降、生態(tài)功能退化的不利趨勢（夏少霞等，2022），亟需采取有效措施保護濕地資源，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康。

感潮河段是河流徑流與海洋潮汐兩種動力相互消長的過渡地段，是陸海相互作用最集中、最典型的區(qū)域，動力條件非常復雜（劉曉強等，2023）。南京綠水灣濕地是典型的感潮河段江灘濕地（隗嵐琳等，2023），在自然動力與人類活動的影響下又兼具多種類型濕地特征：（1）綠水灣濕地分布在長江左岸江灘，整體呈條狀分布，沿江長約14 km，面積約18 km2，從地理位置看是典型的河流濕地；（2）濕地周邊與內部建有超40 km長的堤防，僅北部有約100 m與長江相通，且未來存在建閘的可能，從封閉環(huán)境看表現(xiàn)為湖泊濕地的特征；（3）受到長江潮位變動的影響，濕地內部水位、流速等水動力要素會周期變化，該特征與濱海濕地相似；（4）位于城市內部，現(xiàn)建有綠水灣濕地公園，未來地形還將進一步受規(guī)劃設計影響，非沖淤形成的自然地貌，與人工濕地相似。因此綠水灣濕地與其他濕地相比，水體交換機制更加復雜，調控難度更大。目前針對綠水灣濕地的研究多是以健康評價（劉云等，2016；秦亞情和李升峰，2019；張童等，2022）、濕地功能（徐新洲等，2019；張丹奕等，2023）等為主，但濕地內部水體交換機制尚未摸清，提出以保障濕地健康、完善濕地功能為目標的調控措施會缺乏科學依據。

運用數(shù)值模擬的方式分析天然河流（王菲菲等，2021）、湖泊（饒貴康等，2023）、河口（Premathilake & Khangaonkar，2019）、海洋（Li et al，2019）的水動力狀況已是成熟且常用的研究手段，流速、流向、水位等參數(shù)能夠描述研究對象的水動力狀況。但對濕地而言，尤其是經人工設計后水下地形變化較大的濕地，還需在流場分析的基礎上引入其他水動力參數(shù)來描述水體交換特點。陳黎明等（2022）設計了二維水動力模型并引入水齡計算模塊，明確了不同補水工程下濕地公園內部湖區(qū)水動力狀況及水體交換特性。張偉星（2020）引入更新時間的概念，討論了曹妃甸濕地水域在不同引水流量調控下的流場及水體置換情況。本文為厘清綠水灣濕地在復雜動力邊界影響下水動力特點及在不同水文條件下的變化規(guī)律，構建了綠水灣濕地平面二維水動力―水齡耦合數(shù)學模型，模擬了綠水灣濕地在不同水文狀態(tài)下水動力分布及過程，得到了復雜動力邊界對水體交換的影響，并在此基礎上提出了調節(jié)濕地蓄水量、改善濕地水體交換能力的工程措施，量化分析調控效果。研究成果可為綠水灣濕地水環(huán)境改善提供措施依據，也可為其他復雜動力邊界濕地水體交換特性研究提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)域

長江在安徽大通以下開始受上游徑流與外海潮汐雙重影響，南京河段潮位為非正規(guī)半日潮混合型，呈現(xiàn)周期性變化，每日兩漲兩落。每日漲潮歷時超過3 h，落潮歷時超過8 h，水位年內變幅較大。潮位高低主要受長江徑流控制，一般每年5-10月為洪季，11月至次年的4月為枯季。根據1950年以來南京潮水位站實測水位資料統(tǒng)計，歷年最高潮位為8.48 m（2020年7月21日），歷年最低潮位為-0.37 m（1956年1月9日）。

綠水灣濕地地處長江南京段北側岸線，位于長江大堤東側，以長江江灘、夾江水域及子堤內圩垸為主體，周邊有五里河、七里河、城南河等河流流入濕地。西側為主堤，東側為血防堤，血防堤高程最低7.6 m，可將濕地與長江分隔，濕地僅北部有約100 m與長江相通。綠水灣濕地內部被子堤分隔，共形成6個相對獨立區(qū)域（圖1），區(qū)域1、區(qū)域2為城市客廳區(qū)；區(qū)域3為夾江；區(qū)域4、區(qū)域5、區(qū)域6為濕地公園區(qū)。區(qū)域間由涵洞或提水泵站連接，維持水體交換。本文所有高程均采用1985國家高程系統(tǒng)。

綠水灣濕地受氣候變化和人類活動影響，地表徑流的天然平衡條件已遭到破壞，蓄水量失調，現(xiàn)狀水系不暢，同時受五里河、七里河、城南河來水影響，部分時段水質較差。雖然已采取補水措施，將長江引入七里河和城南河后下泄至濕地，但并未起到良好效果。

1.2? ?研究方法

本文采用數(shù)值模擬的手段對綠水灣濕地水體交換進行研究。應用二維非恒定流淺水方程組，采用有限體積法對方程組進行數(shù)值求解，模擬計算綠水灣濕地水動力狀況。為更好地分析濕地內水體交換特性，本文進一步引入水齡計算模塊分析水體的交換能力。

1.2.1? ?模型原理? ?二維淺水方程和對流―擴散方程的守恒形式為：

[?h?t+][?（hu）?x+?（hv）?y=0] ①

[?（hu）?t+][?（hu2+gh2/2）?x+?（hv）?y=gh（S0x-Sfx）] ②

[?（hv）?t+][?（huv）?x+?hv2+gh2/2）?y=gh（S0y-Sfy）] ③

式中：h為水深，u、v分別為x、y方向上平均流速分量，t為時間，g為重力加速度，S0x、Sfx分別為x方向上的水底底坡、摩阻坡度，S0y、Sfy分別為y方向上的水底底坡、摩阻坡度。

水體交換時間可用水齡來表征，即邊界水體完全交換至各水體單元的時間（以天計）。因此基于可溶性物質平均水齡CART理論，在數(shù)學模型中，利用輸運方程計算保守物質相對濃度和加權水齡積。考慮示蹤物僅從1個河流邊界進入，不考慮其他源、匯項，保守物質相對濃度和加權水齡積分別用如下方程計算（陳黎明等，2022）：

[?C?t+][?（uC）?x+?（uC）?y]-K[?2C?x2+?2C?2x] [=0] ④

[?α?t+][?（uα）?x+?（uα）?y]-K[?2α?x2+?2α?2y] = C? ⑤

式中：C為保守物質相對濃度，α為加權水齡積，K為擴散系數(shù)。

平均水齡a可以表示為：

a=α/C ⑥

1.2.2? ?模型概化? ?模型東、南、西邊界為堤防，北邊界為城南河、七里河入江口下游400 m處。采用三角形網格對計算區(qū)域進行劃分：網格尺寸10～50 m，共計54 660個節(jié)點，107 884個網格單元（圖2）；其中最大網格面積為1 673.4 m2，最小網格面積為4.5 m2。由于綠水灣濕地內部水系復雜，河道狹窄，為了更精確的描述區(qū)域內河道連通情況，模型主要對城市客廳、濕地公園兩部分區(qū)域進行局部加密，平均網格大小約為75 m2。模型地形采用設計水下地形，夾江區(qū)域高程略低，基本低于3 m，濕地公園內深槽高程為2.5 m，城市客廳南部深槽高程為2.8 m，北部深槽高程為3.5 m。

1.2.3? ?邊界條件? ?初始條件：濕地水體水位按常水位控制，示蹤物濃度和年齡濃度初始值均設為0。

水動力邊界條件：上邊界條件為五里河泵站、兩河口（城南河、七里河）的流量過程。現(xiàn)狀五里河泵站平均流量為1.6 m3/s，兩河來水平均流量為4 m3/s，長江補水4 m3/s。

下邊界條件為長江南京段的流量過程。

水體交換能力計算邊界條件：外部支流及引水的示蹤物濃度設為1，年齡濃度設為0，其余的開邊界示蹤物濃度和年齡濃度均設為0。

1.2.4? ?模型參數(shù)? ?為了反映水邊線的變化，采用富裕水深法根據水位的變化連續(xù)不斷的修正水邊線。在計算中判斷每個單元的水深：當單元水深大于富裕水深時，將單元開放，作為計算水域；反之，將單元關閉，置流速于零。模型中設置其干濕單元，其中完全干單元設置為0.005 m，完全濕單元為0.100 m。模型糙率的取值范圍為0.030～0.035，深槽和灘地略有不同；紊動粘滯系數(shù)通過Smagorinsky方程進行求解獲得。本模型參數(shù)的選取已在其他濕地水動力計算中得到驗證。

2? ?結果與分析

2.1? ?水域面積計算

根據設計高程計算出綠水灣濕地水位―面積曲線（圖3），分析不同水位條件下綠水灣濕地水域面積保證率。濕地內部水位達4 m時，可維持綠水灣內水面面積達到4 km2；濕地內部水位達4.5 m時，可維持綠水灣內水面面積達到6.4 km2；濕地內部水位達5 m時，可維持綠水灣內水面面積達到7.6 km2。

在近5年中，長江流域2022年為典型的枯水年，2020年為豐水年。2022年水域面積超過4 km2的保證率為21%，水域面積超過6 km2的保證率為15%，水域面積超過8 km2的保證率為2%；枯季水域面積超過2 km2的保證率僅為1%。2020年綠水灣濕地水域面積超過4 km2的保證率為42%，水域面積超過6 km2的保證率為38%，水域面積超過8 km2的保證率為31%；枯季水域面積超過2 km2的保證率僅為8%。因此，綠水灣濕地水面面積保證率低的問題非常突出。

2.2? ?水體交換模擬

2.2.1? ?濕地流場時空變化規(guī)律? ?綠水灣濕地內部水體交換受徑潮動力的耦合影響，來自五里河、七里河和城南河的徑流動力，以及長江的潮汐動力，在長江潮位漲落的影響下，導致濕地內部不會形成穩(wěn)定流場。選擇2021年2月、8月長江逐時潮位過程作為模型下邊界（圖4），模擬枯季和洪季綠水灣水動力狀況受長江潮位變動的影響。2月時潮位基本在1～3 m間變化，8月時在4.5～6 m之間?？菁敬蟪睍r潮差可達2 m，洪季受徑流頂托作用明顯，大潮時潮差也在1 m以內。

枯季時長江潮差大，但在濕地內上溯距離短。漲潮流在夾江上溯過程中受兩河入流頂托影響，僅兩河口下游有限范圍內表現(xiàn)出往復流特征，半日周期中約1/6時段表現(xiàn)為漲潮流，流速隨時間變化非常明顯，最大漲潮流速接近0.200 m/s，其他時段為落潮流，流速基本穩(wěn)定在0.150 m/s（圖5）。洪季時濕地內部夾江區(qū)域表現(xiàn)出明顯的往復流特征，兩河口下游半日周期中約1/6時段表現(xiàn)為漲潮流，最大漲潮流速接近0.250 m/s，其他時段表現(xiàn)為落潮流特性，流速最大在0.120 m/s。濕地內部潮波發(fā)生明顯變形，潮差大小僅為下游的1/4，兩河口上游約7 km處夾江中心位置漲潮流最大0.030 m/s，落潮流最大0.020 m/s（圖6）。

對大潮落急時刻流速平面分布進行比較（圖7）?？菁緝H有區(qū)域2、3、5過水。其中區(qū)域2上游部分不過水，僅有五里河下游被水覆蓋，受五里河入流影響，約80%區(qū)域流速在0.010～0.050 m/s。區(qū)域3約80%區(qū)域幾乎無流動（流速小于0.005 m/s）。區(qū)域5因有涵洞與夾江相同，有部分區(qū)域被水體覆蓋，但總體流速較低，僅有不到2%區(qū)域流速高于0.010 m/s。洪季濕地公園水面面積有明顯增加。區(qū)域1與區(qū)域2五里河上游已蓄水但幾乎無流動，區(qū)域2五里河下游流速主要為0.005～0.010 m/s，因水深增大該區(qū)域流速與枯季比有所降低。區(qū)域3超過70%區(qū)域流速在0.010～0.050 m/s之間，約20%區(qū)域流速超過0.050 m/s。區(qū)域4僅有約5%區(qū)域流速超過0.010 m/s且集中在北部區(qū)域，約80%區(qū)域幾乎無流動，總體表現(xiàn)為北部流速大于南部的特征。區(qū)域5約40%區(qū)域流速超過0.010 m/s，集中在深槽區(qū)域。區(qū)域6約60%區(qū)域流速大于0.010 m/s，約20%區(qū)域幾乎無流動。

2.2.2? ?濕地水體交換特點? ?枯季、洪季濕地水齡分布如圖8所示，枯季時總體表現(xiàn)為濕地上游水體交換時間比下游長。洪季時表現(xiàn)為匯入口附近及其下游交換時間短，其他區(qū)域交換時間長。水體交換進行統(tǒng)計，枯季時，在五里河入流影響下，區(qū)域2下游換水周期整體較短，基本在3 d內完成換水。區(qū)域3下游受區(qū)域2來水及兩河來水影響，換水周期相對較小，基本可在7 d內完成換水，上游換水周期比下游長。區(qū)域5換水周期均在14 d以上。洪季區(qū)域2上游過水，但換水周期大于14 d，下游換水周期均在7 d內。區(qū)域3上游換水周期較長，兩河下游換水周期均小于7 d。區(qū)域5有超過85%的區(qū)域換水周期大于14 d。區(qū)域1、4、6已蓄水但幾乎無流動，換水周期均大于14 d。

根據水體交換模擬結果，綠水灣濕地水動力存在兩個問題：（1）枯季水面覆蓋率很低，除夾江外其他區(qū)域基本處于露灘狀態(tài)；（2）水體交換能力很差，除兩河口附近，其他區(qū)域水體交換時間基本在7 d以上（表1），需采取有效措施加以解決。

2.3? ?調控措施分析

2.3.1? ?調控思路? ?根據綠水灣濕地“三面封閉，一面感潮”的格局特點，可在下游與長江交匯處采取建閘的工程措施，使得枯季時綠水灣濕地內部全封閉，能夠截留支流來水，將濕地水位控制在閘頂高程以上。同時，為增加濕地內部水體流通性，可在濕地上游合適位置布置補水點，進行生態(tài)補水。數(shù)學模型是確定閘頂高程、補水點位置、補水流量等關鍵參數(shù)的有效研究手段（王志鵬等，2021；賈瑞鵬等，2023），但為聚焦分析工程措施對水體交換的影響，本文將不進行不同參數(shù)的比選。本文對僅建閘和建閘與設置補水點共同作用的方案進行模擬。

擬建閘門位于兩河（七里河和城南河）入江口下游400 m處，閘頂設計高程為4.5 m，長江潮位低于4.5 m時關閘，高于4.5 m時開閘。枯季長江潮位普遍低于4.5 m，建閘可使得濕地內水位維持在4.5 m以上；洪季長江潮位普遍高于4.5 m，因此洪季閘門常開，不考慮調控措施。在考慮補水方案后，在綠水灣內共設置6個補水泵站，控制進入濕地的總水量不變，將現(xiàn)有向兩河補水的方式改變?yōu)閷ι嫌螀^(qū)域進行分散補水（圖9）。其中補水點1-1、補水點1-2、補水點2-1、補水點2-2的補水流量為0.5 m3/s，補水點2-3、補水點2-4的補水流量為1 m3/s（表2）。設置補水點后，兩河流量降低為4 m3/s，其他參數(shù)與僅建閘方案保持一致。

2.3.2? ?調控效果? ?兩河口下游建閘后，枯季關閘可使得濕地內水位維持在4.5 m以上，原無水區(qū)域（區(qū)域1、區(qū)域2上游部分、區(qū)域4～6）蓄水但幾乎無流動（圖10）。區(qū)域3受關閘影響水動力明顯減弱，幾乎無流動區(qū)域占比高達95%，流速超過0.010 m/s區(qū)域不到3%。配合補水泵站運用后，不僅能使水域面積明顯增大，也使各區(qū)域流速有了明顯提升，區(qū)域1從幾乎靜止到20%以上區(qū)域流速大于0.005 m/s，10%以上區(qū)域大于0.010 m/s，區(qū)域最大流速在0.050 m/s以上（表3）。區(qū)域2從約60%區(qū)域幾乎靜止下降到35%，而流速大于0.010 m/s區(qū)域面積為補水泵站運用前的4倍。區(qū)域3從約95%區(qū)域幾乎靜止下降到55%，流速大于0.010 m/s區(qū)域面積也為補水泵站運用前的4倍。區(qū)域4從幾乎靜止到20%以上區(qū)域流速大于0.005 m/s，10%以上區(qū)域大于0.010 m/s，區(qū)域最大流速在0.050 m/s以上。區(qū)域5從幾乎靜止到約30%以上區(qū)域流速大于0.005 m/s，10%以上區(qū)域大于0.010 m/s，區(qū)域最大流速在0.050 m/s以上。區(qū)域6并未發(fā)生明顯改變，仍處于幾乎靜止狀態(tài)。因此，補水泵站可使得關閘后幾乎無流動的區(qū)域1、4、5中10%左右水域流速提升至0.010 m/s以上，針對流動性較弱的區(qū)域2、3也可有效提高流動性，流速大于0.010 m/s區(qū)域面積為補水泵站運用前的4倍。而針對同樣水動力弱的區(qū)域6無作用。

換水周期方面，下游建閘后，原本不過水的區(qū)域1、區(qū)域4和區(qū)域6因水體幾乎不流動，換水周期均在14 d以上。夾江區(qū)域水體交換能力也有一定的下降（圖11）。在建閘的基礎上設置補水口后，各區(qū)域換水周期明顯降低。對于區(qū)域1，由活水泵站運用前換水周期均大于14 d變?yōu)閮H有10%的區(qū)域換水周期大于7 d。區(qū)域2五里河上游開泵前基本均超過14 d，而開泵后換水周期基本全部小于14 d，另有超過40%區(qū)域換水周期達到7 d內。區(qū)域3內換水周期超過14 d區(qū)域的面積由75%下降至25%。區(qū)域4換水周期超過14 d區(qū)域的面積下降至37.5%，上游區(qū)域換水周期明顯下降。區(qū)域5從換水周期幾乎均大于14 d下降至僅有25%的區(qū)域換水周期大于14 d。而活水泵站對區(qū)域6的改善效果相對一般，仍有超過80%的區(qū)域換水周期大于14 d，并集中在東北角。

3? ?討論

3.1? ?不同調控措施效果

保障濕地水體交換能力對完善濕地功能，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康至關重要。南京綠水灣濕地是長江江灘濕地，呈“三面封閉，一面感潮”的格局，是河流濕地的同時又具備湖泊濕地、濱海濕地以及人工濕地的特點，動力條件非常復雜，除在濕地下游受漲落潮影響與長江有水體交換外，也有江北岸線處五里河、城南河、七里河向濕地補充水源。根據數(shù)學模型模擬結果，現(xiàn)狀濕地內部水面覆蓋率低，水體交換能力差，濕地大部分區(qū)域水體交換在7 d以上，甚至是14 d以上。

在綠水灣濕地下游建閘是涵養(yǎng)濕地水源的有效方式，內部將不再受漲落潮影響可使得綠水灣濕地水位穩(wěn)定保持在閘頂高程以上，水面面積明顯增加，但雖然可使得原枯季無水區(qū)域（區(qū)域1、區(qū)域2上游部分、區(qū)域4～6）枯季蓄水但幾乎無流動，區(qū)域3水動力相較關閘前明顯減弱，并且各區(qū)域換水周期變長，換水周期大于14 d的區(qū)域明顯增多。

現(xiàn)狀采用的從長江向城南河、七里河補水再下泄進入濕地的方式只能改善兩河口附近的水體能力，若將補水泵站分散布置在濕地上游，在總補水量不變的情況下，能夠達到優(yōu)化濕地流場，整體改善水體交換能力的目的。補水泵站可使得關閘后幾乎無流動的區(qū)域1、4、5中10%左右水域流速提升至0.010 m/s以上，針對流動性較弱的區(qū)域2、3也可有效提高流動性，流速大于0.010 m/s區(qū)域面積為補水泵站運用前的4倍，而針對同樣水動力弱的區(qū)域6無作用，從區(qū)域換水周期的角度來看，泵站的運用整體上減小了大部分區(qū)域的換水周期。但對于區(qū)域6的改善效果相對一般，仍有超過80%的區(qū)域換水周期大于14 d，并集中在東北角。

3.2? ?建閘后存在的風險

在綠水灣濕地建閘蓄水后，濕地特點將從河流濕地轉變?yōu)楹礉竦?，易發(fā)生藻類暴發(fā)等問題（文曄等，2023）。藻類的生長周期通常為30 d，分為3個階段，其中生長期10 d，高峰期10 d，老化期10 d，因此為了預防藻類暴發(fā)，通常需要水體的換水周期在兩周內。一般情況下，每年的4月氣溫開始逐步回升，水溫也同步升高，基本可以達到藻類最適宜的生長所需水溫，4-5月份長江潮位接近模型計算中的枯季工況，存在局部藻類暴發(fā)的風險，還需通過閘門生態(tài)調度的方式來改變其水動力條件，提升其水體交換能力。

3.3? ?未來調控措施建議

根據不同區(qū)域的水動力特征及水體交換能力分析結果，本文提出方案已對區(qū)域1、2水體交換能力有明顯改善，針對其他區(qū)域提出相應的調度策略及建議：（1）針對區(qū)域3，當上游來水水質較差時，建議可通過閘門調度方式減少五里河泵站以及城南河、七里河上游徑流污染帶來的影響；夾江水體交換時間較長，建議可通過閘門生態(tài)調度的方式，結合漲落潮動力條件，綜合考慮外江的潮位，在4-5月以及夏季開展生態(tài)調度，盡可能增加水體交換能力，降低夾江區(qū)域的水體富營養(yǎng)化風險。（2）針對區(qū)域4和區(qū)域5中生態(tài)補水難以置換到的主槽外坑塘區(qū)域，建議可以結合濕地植被重構考慮布置凈水能力較強的挺水或沉水植物，提高其區(qū)域水體自凈能力。（3）針對區(qū)域6，整體水體交換能力較差，可建議增設補水點，加強其水體交換。

志謝：感謝南京水利科學研究院竇希萍正高級工程師在論文選題、構思方面給予的指導，感謝《中國海洋工程（英文版）》編輯部王玉丹編審在英文摘要撰寫上提供的幫助。

參考文獻

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（責任編輯? ?熊美華）

Water Exchange Simulation and Regulation of a Yangtze Estuary Wetland

DING Lei1，2， CHEN Li‐ming2，3， WANG Yi‐fei1，2， JIAO Jian1，2， YANG Xiao‐yu1，2

（1.? Nanjing Hydraulic Research Institute， Nanjing? ?210029， P. R. China;

2. Key Laboratory of Port， Waterway and Sedimentation Engineering of Ministry of Transport，

Nanjing Hydraulic Research Institute， Nanjing? ?210029， P. R. China;

3. The National Key Laboratory of Water Disaster Prevention， Nanjing? ?210029， P. R. China）

Abstract：A strong and stable water exchange capacity is crucial to maintain wetland function and health. Nanjing Lvshuiwan wetland， located in the Yangtze River estuary， is a typical tidal wetland and characterized by complex hydrodynamics and numerous features. For this study， Lvshuiwan wetland was selected for research， and the hydrodynamics were simulated with and without sluice-pump regulation.? A developed two-dimensional hydrodynamic-water age coupled model was used to explore the water exchange capacity of the wetland under different hydrological conditions. Various scenarios were posed for conserving water and increasing the water exchange capacity. Our aim was to provide guidance for improving the aquatic environment of Lvshuiwan wetland. Results show that the current water surface coverage was low and water exchange capacity was weak in Lvshuiwan wetland. In most areas of the wetland， the water exchange time was over 7 days， and in some areas， the exchange time exceeded 14 days. Although water surface coverage in dry seasons increased after construction of the sluice， the hydrodynamics within the wetland were clearly weakened， water exchange time increased， and areas with an exchange time of over 14 days increased significantly. The use of a pumping station decreased the water exchange time in most wetland regions， significantly increased the area where water flow velocity exceeded 0.01 m/s， and reduced the area with an exchange time of over 14 days. To control algae blooms， the water exchange time in the wetland should not exceed 14 days after the sluice is built. Measures proposed to improve hydrodynamics and water exchange of the region include ecological regulation of sluice operation， adding emergent or submerged plants with strong water purification capacity and setting up additional water replenishment points.

Key words：wetland; numerical simulation; hydrodynamic; water exchange capacity; sluice and pump regulation measures; tidal river reach

收稿日期：2023-10-31

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFC3200304-06）；河口海岸保護與治理創(chuàng)新團隊項目（Y220013）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費重大項目（Y223002）。

作者簡介：丁磊，1993年生，男，工程師，碩士，主要從事港口海岸及近海工程研究。E-mail： lding@nhri.cn

通信作者：陳黎明，1983年生，男，正高級工程師，碩士，主要從事水資源、水環(huán)境與水生態(tài)規(guī)劃研究。E-mail： lmchen@nhri.cn