围填海工程对渤海湾水交换能力影响的数值模拟

基于水动力模型和拉格朗日粒子跟踪法,从整体和局部两个层面分析了围填海工程对渤海湾水交换能力的影响.根据数值模拟结果统计出大规模围填海之前(2003年前)渤海湾海水的整体半交换时间约为300,d,这与其他研究者的结论基本一致;大规模围填海之后半交换时间显著增大,达到600,d以上.分析表明,半交换时间增大的主要原因可能是围填海工程显著影响了渤海湾沿岸的余流场,致使西部水体沿岸南下进入渤海中部的通道受阻.进一步计算了各节点上的驻留时间、曝光时间和返回系数,分析了围填海工程影响下渤海湾各处的局部水交换能力及其对渤海湾整体水交换能力的贡献.结果表明:渤海湾西部、中部和南部沿岸地区对渤海湾整体水交换的贡献小,黄骅港东北部近岸区域对渤海湾整体水交换的贡献较大,且其水交换能力受岸线变化的影响较小;渤海湾湾口的水交换能力受岸线变化影响较大,湾口北部的水交换能力变弱,南部的水交换能力增强;湾内及湾口的余环流对渤海湾的局部及整体水交换能力影响显著,围填海后湾口北部回流对渤海湾整体水交换能力的影响大,南部回流的影响较小.     

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。     

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。     

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。     

浔江湾海水交换时间的计算

采用箱式模型、二维ADI流体方程和对流-扩散模型计算浔江湾海水交换时间，分析浔江湾的水动力特点和湾内海水交换时空分布的特点。计算表明，浔江湾的海水平均交换时间为1．04d；湾内海水涨潮速度比落潮速度快；湾口的海水交换比湾内的其他地方快。     

钦州湾物理自净能力研究

采用二维潮流数值模型和水质模型探讨了钦州湾污染物的扩散规律，利用钦州湾海域现场观测数据，计算了钦州湾的海水交换率，平均半更换期及环境容量。计算结果表明，在较大潮汐时，钦州湾的海水交换率为０．１２４，平均半更换期为７．２个潮周期，保持一级海水的ＣＯＤ排放量为每个潮周期２３４．５ｔ，保持二级海水的ＣＯＤ排放量为３６６．９ｔ。     

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.     

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。     

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.     

海南黎安港纳潮量及海水交换规律研究

利用NortekAquadopp^TM水流剖面仪对黎安港口门处的潮流情况进行了28h的垂直剖面连续观测,结合潮位历史资料,分析了黎安港的潮汐特征,计算了该港的纳潮量,同时,以盐度作为标准物质,计算了海水半交换周期．结果表明：黎安港潮汐类型属于全日潮型,涨落潮历时基本相等,涨潮平均流速小于落潮平均流速;黎安港的平均纳潮量约为5．65×10^6m^3,海水半交换周期约为20．50d．由于黎安港的海水半交换周期长,泻湖内的生态平衡非常脆弱,因而易受外源和养殖自身的污染．     

丁字湾物质输运及水交换能力研究

通过建立丁字湾三维潮流模式、污染物输运模式计算了该湾COD浓度分布，定量分析了丁字湾的水交换能力，较为精确地计算出丁字湾内水交换率和水交换半更换期的空间分布。计算结果表明，当湾中部水交换50％时，湾口水交换达80％，湾底仅为20％－40％；丁字湾湾口的半更换期为1－5d，湾中部为18－20d，湾顶为24－32d。     

2003～2010年铁山港湾营养盐的变化特征

2003～2010年对广西铁山港湾进行22个航次的调查,采集海水样品分析该港湾硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、无机氮、活性磷酸盐和活性硅酸盐8年的浓度变化特征和季节变化特征,并结合文献资料,比较该期间铁山港湾与钦州湾海水营养盐浓度变化的异同.结果,2003～2010年间铁山港附近海域无机氮浓度为0.21～47.86μmol...     

引江济太调水工程对太湖水动力的调控效果

为研究引江济太调水工程对太湖水动力调控所产生的效果,采用数学模型对其水动力进行模拟.利用环境流体动力学模型(EFDC模型),以湖体水龄(描述湖泊水体交换速率的参数)为研究对象,系统地研究引江济太调水工程对太湖水动力的调控情况.结果表明:(a)引江济太调水工程对太湖湖体水动力过程的作用效果很大程度上取决于风速、风向以及出入湖的流量;(b)太湖湖体水龄的分布具有很强的时空异质性,夏天的平均水龄约为130d,其他季节的平均水龄约为230d;(c)太湖地区夏天的主导风向——东南风能够促进东部湖区(无锡、苏州水源地所在地)和梅梁湾湖区(太湖重污染区)的水交换,改善水体运动条件;(d)望虞河入湖的最经济调水流量为100m3/s.     

龙凤头海滩修复工程与波流动力响应特性

基于MIKE 21软件建立平潭龙凤头海滩修复工程海域双重嵌套二维潮流和波浪耦合数学模型,并将验证后的模型运用到工程设计方案实施前后潮流场及波浪场的模拟,比较分析水动力的变化.研究结果表明:平潭海域潮汐类型属于正规半日潮,8月大潮潮差约为5m,潮汐强;海坛湾内潮流总体表现为往复流特征,湾口流速最大,湾内流速较小,湾顶流速最小;北端防波堤大大减少了南北水体交换,内侧落潮流调整为沿堤流;堤头处挑流作用明显,流速增加,形成明显的旋转流;南北端防波堤对其内侧一定范围海域有掩护作用,波高削减显著,受掩护岸线长度略大于防波堤长度;堤头处受波浪折射作用影响,波能辐聚,波高增大.工程后海滩中部岸段波高及流速削减不明显,建议增设离岸堤加强海滩保护.     

海湾内传输过程时间尺度的计算方法

为了探明海湾中水体交换、污染物扩散等过程中的物质传输特征,提出相应传输时间尺度的计算方法并进行数值模拟分析。基于水动力模型COHERENS,分别采用基于粒子跟踪法的Lagrange方法和基于对流-扩散方程的Eul-er方法对东京湾的滞留时间和游弋时间进行计算。结果显示:传输时间尺度在东京湾中的分布特征,表明水体自外洋进入海湾后的传输过程及湾内外水体的交换速率都在空间上存在差异。本方法既可用于估计水体系统宏观的传输时间尺度,亦能得到其空间分布。     

岬湾海岸海滩养护工程对水体交换的影响

岬湾海岸内岬头后侧水动力条件较弱容易造成水体生态环境退化,水环境改善可归结为控制污染物,而水体交换能力的强弱反映了水体自净能力.采用MIKE 21软件建立潮流和保守物质输运模型对人工岬湾内部进行分区研究,引入时间尺度指标定量分析水体交换对海滩养护的响应.由于海滩养护工程中沙坝与水流走向保持基本平行,沙坝修建后使得岬头后侧环流减弱,沙坝坝顶处流速增加,两沙坝间通道流速减小.滩肩前方海域流速减小,两沙坝后侧的流速减少更多.人工岬头与沙坝之间形成潮汐通道使得靠近岬头处流速有所增加,工程后滞留时间缩短;其中岬湾内近岬头的2个子区域滞留时间减少量较多,岬湾内中部区域滞留时间变化不明显.波浪和风场均会促进水体交换,但由于波浪受到风场影响,波浪和风场共同作用下滞留时间并不为单独条件的线性叠加关系.     

三峡水库香溪河库湾水动力特性分析

为研究解决三峡水库支流库湾水环境问题, 必须探明三峡水库支流库湾的水动力过程. 基于2008年的野外观测数据, 对香溪河库湾水流速度、水温、浊度、水位、流量等因子进行分析. 结果表明香溪河库湾水动力特性难以简单概化为一维特征, 而在深度上具有分层异向流动特征. 支流上游来水主要以顺坡底部异重流形式流出库湾; 干支流水体密度差的变化及水位变动带来干支流水体处于频繁的交换状态, 水库干流水体主要以倒灌异重流形式进入库湾. 香溪河库湾异重流主要由水体之间的温差和浊度差引起, 其中温差是主要原因. 倒灌异重流潜入点深度主要决定于干支流水体密度差; 潜入点异重流厚度主要受水库干支流水体密度差及水位高低影响; 潜入库湾的距离主要受支流上游来流量、水位高低及水位日变幅影响.     

大规模填海工程对钦州湾水动力环境的影响

【目的】研究钦州湾大规模填海工程导致的水动力环境变化。【方法】构建一个平面二维潮流数学模型,并利用2007年与2009年实测水文资料对模型进行验证,模型较好地模拟了钦州湾的潮流运动规律。进一步计算分析了2008~2012年钦州湾大规模填海建设前后水动力变化状况。【结果】结果显示:钦州湾东航道、金鼓江航道浚深导致航道内流速减小,最大减小量约0.145m/s;三墩公路建设导致其西侧流速明显缩小,最大减小量约0.224m/s,而其东侧流速显著增大,增量最大达0.322m/s。【结论】大规模填海工程导致钦州湾2012年水体体积比2008年缩小约2.21%;钦州湾水交换能力变弱,海水半交换周期最大增加0.56d。     

北部湾及广西近海潮流数值模拟

该文采用二维浅水模型模拟分析了北部湾海域潮流系统,并在此基础上建立了广西沿海一、二维耦合水动力模型,模型中考虑了广西沿岸6条主要入海河流对近岸水动力的影响,进一步分析了广西近海海域潮致余流场及其对近海污染物输移扩散的影响。模型潮位计算值和实测值符合良好。结果显示:K1分潮在北部湾口形成一个逆时针旋转潮波系统,M2分潮在湾顶越南海防附近形成逆时针旋转潮波系统,广西近海海域K1分潮占优。广西沿海海域内,离岸较近的海域余流场相对较强,余流速度受浅水效应及湾口等地形缩窄影响而增强;离岸较远海域余流明显减弱,水体交换能力降低。     

半封闭海湾围填海对水动力 环境的影响分析

以东山湾为例,采用平面二维数学模型,从潮流、纳潮量和水交换3个方面探讨湾内围填海对东山湾水动力环境的影响.研究结果表明:随着填海面积的增加,影响范围及程度不断增大;湾口海域对填海区位置及填海范围的响应较为敏感,当填海范围扩大到湾口海域后,纳潮量减少10%以上,大潮平均水交换率均减小8.82%,小潮平均水交换率减小13.33%,易影响湾内的污染物扩散能力,从而引发水质和生态问题.