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。     

河网水质模型及其数值模拟

本文研究了河网水质数学模型．该模型不仅反映了网状河道中非稳态的水流及水质变化特点，还反映了水体分别处于好氧、缺氧、厌氧状态下的水质及底泥中主要污染物的变化规律．模型中的参数都是在分析机理的基础上通过实验室和现场实验得到的．文中还研究了模型的动态耦合数值计算方法，应用实际资料验证模型，取得良好的结果．本模型已用于为改善无锡河网水质而进行的水量、水质调控方案的研究中．     

基于随机游动模型的铁山港水交换的数值模拟

采用三维浅海水动力模型和粒子随机游动模型,模拟了铁山港潮汐、潮流场,分析了湾内水体平均驻留时间的时空特征和物质迁移特征.研究结果表明,铁山港海水交换主要受潮汐控制,上层海水与湾外水交换率大,平均驻留时间为9.84d,下层海水为25.18d;腹大口小的海湾内湾顶水交换较慢,湾口和湾中水交换较快;落潮期水体交换速度明显快于涨潮期.采用单点中性粒子追踪公馆河入海处等5个较典型位置水体的运动轨迹,结果表明北暮—营盘附近口门海域和石头埠沿岸水交换活跃,利于水体物理自净扩散;湾顶、白沙河和沙田均水交换缓慢,容易造成物质的沿岸堆积.     

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。     

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。     

广佛交界河段水动力水质模拟与水质预警系统

以广佛交界河段西南涌、芦苞涌以及九曲河为研究范围,构建基于MIKEHYDRO的一维感潮河段水动力、水质模型,并在此基础上建立了“两涌”水质预警系统。水动力、水质模型通过多次比对以及参数率定,使模拟与实测结果相关系数达到0.982 0。水质预警系统能对各种水环境风险管理方案和不同防治情景的实施效果进行在线模拟,从而实现河道水质超标预警功能。模型以及预警系统已经多次应用到实际工作中,包括水资源论证水量分析计算、水质污染物通量计算、西南涌补水论证流量水质模拟等项目。     

泰安岩溶水系统地下水水量水质模拟与预测

运用建立的地下水水量水质耦合模型，以2000年为基准，对泰安岩溶水系统2010年的水量及水质进行了模拟预测，指出现状开采条件下岩溶水系统地下水环境将持续恶化；为了实现地下水资源可持续利用，必须对岩溶水系统地下水资源进行优化控制规划。     

桃山水库水动力和水质模拟研究

Delft-3D模型可以很好地模拟水域的水动力和一系列物理化学生物过程所造成的水质变化,运用该模型对黑龙江省的重要水源地——桃山水库的水动力和水质情况进行了模拟.结果表明:桃山水库水流流速较小,一般为10-3 m/s数量级,局部地方会出现回流环流现象.出现突发污染事故时,水库自上游至下游的空间分布上,溶解氧(DO)质量...     

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。     

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。     

渤海海冰演化的三维数值模型

基于非结构化网格、有限体积三维海洋模型FVCOM建立了海洋-海冰耦合的渤海海冰数值模拟系统.模型中考虑了海冰动力过程和海冰热力过程,讨论了适合渤海的冰厚度分类规则、临界冰厚、短波辐射在冰内的透射率以及冰的热传输系数的合理取值.利用美国国家环境预报中心(NCEP)一小时一次的再分析气象数据作为驱动对2003—2004年冬季渤海海冰过程进行了模拟.模拟的渤海温盐计算值与实测值吻合较好,模拟的渤海冰盖分布与同期卫星遥感结果接近,模拟的辽东湾初冰日、终冰日的海冰面积、海冰厚度及其最大值和最大值对应的时刻与实测值基本一致.模拟与实测结果对比表明,建立的三维海冰数值模型能比较合理地反映渤海动力过程、气象条件影响下的温盐场过程以及渤海海冰的生消演化过程,具有较高的计算精度和计算效率,适合用于渤海海冰中长期数值模拟.     

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。     

河网水动力及综合水质模型的研究

采用Preissmann 4点隐式差分格式离散一维圣维南方程组,应用三级联解法求解河网水动力数学模型。基于河道-节点-河道算法的河网水质模型的求解特点,在WASP的水质模型理论基础上,建立了河网非稳态水动力综合生态水质数学模型,考虑了多个污染物变量的耦合计算、变量之间的相互转化和迁移。利用模型对4个河网算例进行验证。验证表明,水位和流量过程计算值与实测值吻合很好,各水质变量的计算值和实测值也符合较好,可见模型是合理可靠的,为河网的水质预测和管理提供了一个较为简便实用的工具。     

长江未来水质污染的时间序列分析

根据1995~2004年长江流域水质报告给出的主要统计数据,对长江未来10年水质污染的发展趋势用时间序列分析模型进行了预测分析(假如不采取有效治理措施).预测结果令人触目惊心:长江水文年全流一类水质、三类水质的百分比呈明显下降趋势;四类水质、五类水质和劣类水质的百分比呈严重上升趋势.10年后,长江全流劣类水质的百分比上升到可怕的程度.如不采取有效措施,长江将彻底癌变.     

感潮河网水量水质模型及其数值模拟

本文研究了感潮河网水量水质数学模型——Hwqnow模型。该模型不仅反映了感潮河网的水流、水质复杂多变的特点,而且反映了感潮河网水体受各种因素影响下的水量、水质变化规律,尤其是反映了感潮河网水体分别处于好氧、缺氧、厌氧状态下的各水质组分间相互制约、相互影响的变化规律。模型的参数都是在分析机理的基础上通过实验室和现场实验得到的。在计算方法上采用有限体积法对水质基本方程数值求解,物理概念清晰,通用性强,计算稳定收敛。经实测资料审定和验证,取得良好的结果。该模型已用于为改善上海浦东新区河网水环境而进行的调水方案研究以及浦东新区水利一期工程对改善新区水环境的研究中。     

半相接双星质量交换率的研究

对16颗旋转周期增加的半相接双星的质量交换速率进行了研究．运用经典的O-C周期分析方法,分析了其周期变化率和质量交换速率;讨论了影响质量交换率的因素,表明质量交换率随质量比的增大而增大,指出质量比是影响它的一个重要因素之一．     

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。     

基于时间切片模型的设施农业时空数据研究

为实现北京市设施农业信息管理系统由静态GIS向时态GIS的转变,解决设施农业时空数据动态存储与表达的问题,针对设施农业数据的时空动态变化特征与情况,结合时间切片模型的思想与方法,提出了设施农业时空数据模型,以实现设施农业时空数据的重组与管理.阐述了设施农业时空数据的组织、存储结构与查询方法.研究表明,设施农业时空数据模型能很好地表达设施农业时空对象的空间信息、属性信息以及变化关系,为设施农业时空数据管理提供了新的思路与方法.     

超临界水活塞效应传热现象的数值模拟

在热力学临界点邻域，流体的一些物性（定压比热、热膨胀系数和等温压缩率）呈奇异性变化，从而产生了一种奇异的传热现象——“活塞效应”．活塞效应是由超临界流体在临界点附近较高的热压缩率和较低的热扩散率引起的，它不同于常规的导热、对流和辐射3种传热方式，被认为是第四种传热机理．文中对封闭容器内超临界水的活塞效应进行了数值分析，结果表明，不论是加热过程还是冷却过程，由于活塞效应的作用，系统趋于热平衡所需的时间大大减少．活塞效应不仅存在于临界点附近，而且在远离临界点处仍然作用明显，流体温度越接近对应压力下的拟临界温度，活塞效应作用越强烈．流体的定压比热与定容比热之比可以作为衡量不同参数时活塞效应强度的参数．