北仑河口水交换能力及物质输运的数值模拟研究

【目的】随着入海污染物的不断增加,北仑河口海域的生态环境保护面临严峻挑战,因此对其水交换能力和物质输运特征进行研究尤为重要。【方法】基于COD调查结果,应用ECOMSED模型模拟北仑河口海域的水交换能力以及夏季与冬季的COD输运特征。【结果】北仑河口海域的水交换半周期为4.5d,水体交换80%的时间约为29d。北仑河口海域夏季两侧的COD浓度比冬季高0.4mg/L,冬季中央区域COD浓度则比夏季高,这一方面与夏季较强的羽状流引起的较强水交换有关,另一方面与该区域冬季存在气旋式涡旋有关。【结论】北仑河口海域的羽状流及环流结构对污染物浓度分布有重要影响。     

ECOM模式在丁字湾的作用

应用河口、陆架和海洋模式（ECOM模型），引入干湿网格法模拟潮滩涨落的改进，并建立丁字湾及近岸海域的三维变动边界潮流模型。该模型考虑了湾口拦门沙、湾内水道和人工围海等地形特点。计算结果与实测值比较符合良好，较好地刻画出丁字湾M2分潮潮流场的时空分布特点。     

湄洲湾海水交换率和半更换期的计算

利用湄洲湾海域现场观测数据,采用单箱模型,二线数值模型分别计算了湄洲湾海水的平均交换率,平均半更换期和各区段海水的半更换期,计算结果表明:湄洲湾海水的平均交换率为0.127,平均半更换期为7.1d,湾顶附近水域的半更换期超过19d。     

夏季波浪对钦州湾水交换能力的影响研究

基于无结构三角网格的FVCOM海洋模式,以K1、O1、P1、Q1、M2、S2、N2和K2这8个分潮调和常数为驱动,考虑钦江和茅岭江两条径流,建立了钦州湾海域的高分辨率三维水动力数值模型。通过与实测数据的对比,该模型可以较好地模拟钦州湾海域的水动力特征。在此基础上叠加浪流耦合模块和DYE-RELEASE模块,模拟了夏季波浪对钦州湾海域流场结构以及水交换能力的影响。结果表明:波浪对钦州湾海域流场的影响,涨急和落急潮流场的变化不显著,而涨憩尤其是落憩时,钦州湾的流速明显增大。钦州湾在潮汐径流作用下的半交换时间为14.3 d,在潮汐径流波浪作用下的半交换时间为4 d。内湾茅尾海的水体交换主要受制于潮汐和径流,而外湾钦州湾的水体交换受制于潮汐和波浪。     

三沙湾纳潮量及湾内外的水交换

根据三沙湾多年实测潮位资料和2个临时潮位站的实测资料,分析了三沙湾潮汐特征,计算了纳潮量、海水的平均交换率和海水半更换期.结果表明:三沙湾潮差较大,有较强的纳潮能力.但由于其水域面积较大,地形也比较复杂,其整个区域海水的平均“更新能力”一般.当潮差累积率为20%(大潮)时,三沙湾的海水半更换期约为36个潮周期;当潮差累积率为50%(中潮)时,海水半更换期约为75个潮周期;当潮差累积率为80%(小潮)时,海水半更换期达到114个潮周期.     

渤海水交换的数值研究—水质模型对半交换时间的模拟

介绍了几种关于水交换的概念和模型。认为以水质模型模拟半交换时间研究海域的水交换能力更全面、客观。对渤海水交换的研究表明，由于渤海环流结构及季节变化，使得渤海3个海湾及渤海中部交换能力相差很大，莱州湾交换能力最强，辽东湾特别是其西部海域交换能力最弱。交换时间与物质初始浓度无关，与投放时刻、外源强迫密切相关。在治理渤海环境时，应分区进行，注意选择污染物排放时间和位置。     

基于MIKE3的丰枯水期防城湾水交换能力研究

为了对防城湾水交换能力有全面的认识,本文基于无结构的三角网格建立高分辨率的MIKE3水动力数值模型,采用Lagrange质点追踪方法,选取水体半交换周期和水体交换律作为评价指标,评价防城湾丰枯水期水交换能力。结果表明:防城湾水交换主要受径流和潮流控制,因防城河的存在,西湾保守物质浓度的空间分布呈现由河口向湾外增加趋势,东湾的保守物质浓度的空间分布呈现由湾口向湾内增加趋势,随着时间的增加,两湾保守物质浓度下降速率降低;西湾水交换时间明显少于东湾,半交换期在丰水期为1.7d,在枯水期为3.6d;东湾在丰水期半交换时间为15.2d,在枯水期为27.8d。     

海岸带开发对葫芦山湾水交换能力的影响

为评价2000年至2010年海岸带开发活动对葫芦山湾水交换能力的影响,本文通过数值模拟方法计算2000年、2005年和2010年葫芦山湾海域潮流场、纳湖量和海湾水交抉率的情况。研究表明,2000年至2010年葫芦山湾岸线减少2.1km,海域面积减少约14.8km2s2000年至2005年纳湖量平均减少了0.21×108m3,水交换率平均增大了3.15%;2005年至2010年纳潮量平均减小了0.11×108m3,水交换率平均减小了0.05%,说明葫芦山湾海岸带开发活动速成海湾纳潮量减小,导致环境容量的逐年减少,是海湾污染日益加剧的主要原因之一。     

钦州湾潮流场及污染物输运特征的数值研究

【目的】钦州港作为广西重要的港口,港口快速发展的同时带来污染物排放量的不断增加。为保证钦州湾海洋生态的可持续发展,必须深入分析钦州湾的水交换与污染物输运特征。【方法】基于2010年秋季钦州湾的调查结果,应用ECOMSED模型构建了钦州湾三维潮流与污染物(以COD为例)输运模型。潮流模型的调和常数来自俄勒冈大学的中国海潮汐模型,污染物输运模型的开边界与初始值来自于调查结果。【结果】模型结果与海流调查结果吻合较好。钦州湾平均涨潮时与平均落潮时分别为11.4h与8.7h,对应落潮流大于涨潮流;平均潮差为2.8m,最大潮差4.25m,平均纳潮量约为10.8×108 m3;钦州湾的水体交换半周期为7d,而水体交换80%的时间约为28d;钦州湾COD浓度越往北越大,越靠近湾外越小,COD逐时浓度最大值约为1.27mg·L-1;钦州湾保税港区围填海后金鼓江北端和西侧的COD浓度分别上升约20%和10%。【结论】广西钦州湾保税港区的围填海工程对金鼓江的污染物浓度分布影响较大。     

福清湾潮流场及污染物输运特性的模型研究

运用一个含动边界的二维河口海岸动力模型模拟了福清湾潮汐潮流的基本特征,模拟结果与实测数据吻合较好.在此基础上估算了福清湾涨落潮流历时,分别为6 h 19 min 2 s和6 h 3 min 48 s;大小潮周期的纳潮量,分别为10.94×107和4.47×107 m3;福清湾的半交换和80%的交换周期分别为3和6 d.最后,以COD为例,给出了在排放稳定后保守污染物的分布特征.     

有限体积海岸海洋模型模拟泉州湾人工岛建设对水交换的影响

以泉州湾秀涂人工岛的建设为例,基于有限体积海岸海洋模型,建立泉州湾三维数值模型,模拟分析建岛前、后水动力特征、潮致余流和纳潮量的变化.采用欧拉弥散方法模拟污染物浓度的对流扩散,对泉州湾的水交换能力进行分析.结果表明:建岛后,大部分海域的海潮流速约减小0.1 m·s^-1;石湖港区人工岛连线以西大部分区域的潮致余流变化不显著,但湾口的潮致余流出现较为明显的减少;纳潮量的变化较为明显,小潮期间纳潮量的变化率为10.09%,使小潮期间湾内水体与外海的交换能力变弱,更易遭受污染威胁;洛阳江流域和金屿的污染物浓度差变化较大,导致湾内水体的半交换时间约增加3 d.     

三维水动力学模型高精度差分格式和解法研究

采用高精度差分格式对三维水动力学问题的时均化Navier-Stokes方程进行了数值模拟，进而采用广义共轭剩余法（GCR方法）求解压力泊松方程，并采用显式三级二阶Runge-Kutts格式模拟了时间步进过程。傅立叶分析表明，文中所采用的三阶迎风紧致差分格式具有较高的精度，数值实验进一步验证了上述数值模型的准确性和有效性。     

生态水遥感定量研究

“生态水（层）”是本课题组近年提出的新概念。生态水指与地球表层植物体紧密相关的水体,它是大气降水转化后的一个层次,由植被、植被腐殖层、根系土壤层所储存,形成以植被为中心的“生态水层”。有如“地下水含水层”,它能对降水进行截流,并向地表河流、地下水储层补给输水,是水文循环研究的重点和难点。选择岷江上游毛儿盖一带为实验区,综合应用遥感等新技术新方法,根据生态学、植物学、水文地质学、森林水文学及地物遥感信息成因机理,研究生态水（层）的性质、功能、空间分布特征及变化规律,初步建立了生态水（层）信息指标体系和生态水（层）各指标参数的遥感反演模型,并提出了计算生态水资源量的遥感反演模型与方法。     

麦鞘毛眼水蝇幼虫和蛹的空间分布及抽样技术的初步研究

应用随机抽样法,查明麦鞘毛眼水蝇(Hydrellia chinensis Qi et Li)幼虫和蛹在青稞田内的空间分布为聚集分布,以个体群的形式存在;提出了用旗叶叶鞘代替整株叶鞘以减少2/3剥查工作量的方法;当l=1,D=0.1、0.15和0.2时,虫口密度所需最大抽样株数分别为N=+9.3,N=+4.1329,N=+2.325;当m_0=3,时序贯抽样的上下界T(n)=3n±3.5466     

泵站进水弯道三维流动分析及流态改善研究

采用雷诺时均方程结合k-ε紊流模型首次对典型泵站进水弯道水流及其流态改善进行三维数值模拟，计算结果与试验值吻合。计算优选出的组合底坎有效地改善了进水流态。对实际工程郑集泵站前池复杂流场的三维数值求解进一步证明该模型是正确的，求解方法是可行的。采用数学模型结合物理模型的研究方法可缩短研究周期，降低研究成本。