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。     

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.     

围填海工程对防城港湾及其周边水动力条件环境变化的影响分析

从纳潮量、潮流场、余流和波浪4个因素分析防城港钢铁项目的围填海工程对附近海域水动力环境的影响。认为围填海工程所引起的海流、波浪、纳潮量等因素的变化均较小,纳潮量最大减小8％,海流的流速流向只在工程附近发生变化,波浪在SE向有所减弱。这些变化对当地的海洋生态环境、船舶航行和生产活动等还不会构成威胁。     

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。     

启东长江口围填海工程对大型底栖动物的影响

为研究启东长江口围填海工程对大型底栖动物的影响,于2019年春季和夏季对围填海工程外侧水域大型底栖动物进行调查,分析群落结构特征、多样性指数及其与环境因子的关系。结果表明：2019年共采集大型底栖动物40种,其中围填海建造的围堤近侧和离岸20 km以外辐射的外侧海域分别采集到大型底栖动物19种和29种;近侧海域和远侧海域的优势种分别为7种和10种,春、夏季共有优势种分别为伶鼬榧螺Oliva mustelina和异足索沙蚕Lumbrineris heteropoda,优势类群为软体动物和环节动物,并且出现小型化、单一化趋势;近侧海域和远侧海域平均生物密度分别为15.36,19.64 ind./m²,平均生物量分别为1.28,3.80 g/m²;2019年近侧海域生物多样性指数较2011年有所下降,低于远侧海域;冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）表明,盐度、水深是影响大型底栖动物的主要环境因子。围填海改变了海域的盐度、水深、沉积物等生境,加之围垦后人为频繁的扰动及陆源输入等综合因子的影响,导致大型底栖动物群落结构和多样性指数均发生变动。     

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。     

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。     

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.     

围填海工程对日照岚山港附近海域浮游动物群落影响研究

以2005-2019年秋季在日照岚山港附近海域6次浮游动物的调查资料为基础,结合该海域同期悬浮物监测结果,分析其浮游动物种类结构组成、种类数量、丰度、生物量以及香浓-威纳指数的变化,并初步探讨日照岚山港围填海工程对邻近海域浮游动物群落的影响。结果表明：2005-2019年日照岚山港附近海域秋季浮游动物种类组成比例和其他各项指数在一定范围内波动,其中,种类数和丰度呈先升高后降低再升高的趋势,生物量和多样性指数呈先升高后降低的趋势。浮游动物优势类群比例、种类数量和丰度与围填海工程进展存在一定的响应关系,生物量和香浓-威纳指数与围填海工程进展关系不明显。日照岚山港围填海工程会造成附近海域浮游动物优势类群改变,种类数量和丰度减少,围填海停止后优势类群、种类数量和丰度均有所恢复。     

渤海湾西南海域潮汐风暴潮数值模拟

基于有限元方法,采用三角形网格,建立了一个高分辨率的潮汐风暴潮数学模型,该模型对复杂岸线和建筑物布置有较好的描述．通过实测资料对该模型进行了验证,验证结果表明该模型能很好地应用于潮汐风暴潮数值模拟．利用该模型对渤海湾西南海域几次潮汐风暴潮过程进行了研究,研究结果表明,持久的偏东大风是该海域风暴潮发展、演变的重要因素,大风引起的增水和风吹流是该海域泥沙输运的主要动力因素．     

钦州湾潮流模拟及其纳潮量和水交换周期计算

根据FVCOM模式的模拟结果和2006年至2008年间对钦州湾海流的观测资料,分析钦州湾的潮流特征,并计算该湾在平均海平面的纳潮量和大、小潮的水交换半更换周期。结果表明,该湾潮差很大,潮流主要为往复流,平均潮差纳潮量为7．55×10^8m^3,大、小潮水交换的半更换周期分别为1．70个周期和4．53个周期。     

盘管换热的数值模拟

本文应用CAD建立盘管换热模型,利用流体计算软件FLUENT对盘管换热后容器内部的温度场、速度场、压力场进行仿真计算模拟,从改变容器的入口速度、盘管的入口速度、容器容积的大小与容器入口温度等初始条件的角度进行数值计算分析。通过计算分析可知：盘管的进出口温差随着容器的入口速度的增大平稳上升;盘管的进出口温差随着盘管入口的速度的增大先缓慢下降,再平稳上升,依照此规律逐渐变化。上述计算结果,可为以后有关盘管换热问题的计算具有指导意义。     

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.     

湖-气水热传输模型的研究和数值模拟

在一维涡扩散模型的基础上,发展了考虑冬天结冰和夏天蒸发等水体相变问题及对流混合过程的湖 气水热传输模型.模型采用焓代替温度作为预报变量,这也更加方便处理水的相变过程.模型的计算结果与以色列Kinneret湖的观测资料进行对比,验证了模型的合理性,说明了加入对流混合过程是符合湖-气水热传输的实际物理机制的.     

FVCOM模型在渤海湾潮流潮汐模拟中的应用

浅海是潮运动占优的海域,潮汐、潮流对物质输运和水交换有重要影响．采用非结构有限体积近岸海洋模型（FVCOM）模拟渤海湾的三维潮汐潮流分布和变化规律,非结构网格能真实地拟合岸线,刻画出渤海湾的复杂岸线,能够较好地计算出渤海湾的潮汐潮流的时空分布特点,与实测值吻合较好．模拟的M,分潮振幅的平均方差为7．33cm,迟角的平均方差为11．53°．在渤海湾,M2分潮的最大振幅为120cm,湾内的迟角差为70°;渤海湾湾中潮余流较弱,流速在0—0．6cm／s．渤海湾是潮流较强的区域,海区的最大可能潮流流速超过100cm／s．     

底摩擦系数对渤海潮波系统数值模拟的影响

采用非结构有限体积近岸海洋模型（finite volume coastal ocean model,FVCOM）,对渤海潮波系统进行1年的数值模拟．分析了不同底摩擦系数对渤海潮波系统数值模拟的影响,并选取潮波系统误差较小的结果,进行15天、1月和1年的调和分析,以比较不同调和分析时间对结果准确性的影响．结果表明：模拟结果与实测调和常数分布有较好的一致性;开边界条件一定,当底摩擦增大时整体海域振幅值相对减小,无潮点也向潮波传入方向左偏;底摩擦系数为0．002时潮波系统整体模拟结果较好;调和分析的时间不宜少于1月．     

钦州湾海上溢油扩散数值模拟

【目的】研究钦州湾海上溢油扩散特征及其影响因素。【方法】在对钦州湾水动力进行数值模拟的基础上,利用MIKE 21/3SA溢油分析模块,对其海上溢油扩散进行数值模拟。【结果】常风况条件下,涨潮时刻发生溢油,溢油先向茅尾海方向漂移,待落潮后退出茅尾海;计算时段内,溢油向茅尾海方向及钦州湾外湾方向漂移的最远距离分别约为17.51km和10.73km,扫海面积约为71.83km~2。落潮时刻发生溢油,溢油则先向钦州湾外湾漂移,待涨潮后转向钦州湾湾颈方向;计算时段内,油膜向钦州湾外湾方向漂移最远距离约17.96km,油污扫海面积约为50.72km~2。【结论】钦州湾溢油漂移扩散特征与溢油发生时刻及风作用密切相关,溢油时刻及风作用对钦州湾溢油漂移扩散的影响不容忽视。     

厦门湾常风浪场数值模拟

通过采用目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模型SWAN(Simulation waves nearshore),实现厦门湾常风浪场的数值模拟.先分别计算平潭、崇武、东山3个海洋观测站16个风向的多年平均风场,实现台湾海峡常风浪场的数值模拟,再将模拟结果嵌套人厦门湾,根据实测风场,进行厦门湾常风浪场的数值模拟.模拟结果显示厦门湾常风浪场主要受两个因素的影响,一是风的作用,二是从台湾海峡传进港湾的波浪.厦门湾湾口的有效波高和有效周期均大于湾顶.在主风向风作用下,湾口区有效波高可达1.8 m,有效周期可达6 s,湾顶则约为0.2 m和2.1 s.     

渤海湾盆地烃源岩有机-无机相互作用对生烃的影响

以渤中19-6气田为例,以烃源岩为研究对象,开展有机-无机相互关系研究,厘清渤中19-6构造带烃源岩特征及有机-无机相互作用对生烃成气的影响。30余口井泥岩样的有机地球化学、无机地球化学、古生物等分析结果表明,渤中19-6构造带及周缘次洼古生物以被子类和裸子类高等植物为主,形成了以腐殖型无定形体占绝对优势的Ⅱ2型烃源岩;渤中19-6构造带黏土矿中伊利石占绝对优势,在黏土矿表面通过物理吸附和化学键作用富集了大量腐殖型无定形体并经加氢改造,后期在伊利石的影响下,烃源岩主要发生脱羧反应,热裂解形成大量短链烃类,产烃量大大增加,进而富集形成现今凝析油气广泛分布的特征。     

波浪的NS方程数值模拟

采用粘性的ＮＳ方程,数值模拟惯性和重力占主要地位的表面波浪．为了“严格”地满足自由条件,采用了σ变换,把时变的水域变为固定的矩形计算域;在计算域的深度方向采用不均匀网格,水面处特意加密．同时,连续性方程变成波面起伏的对流型偏微分方程．出口边界处设置阻尼耗散区,外边界再用Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ－Ｏｒｌａｎｓｋｉ（ＳＯ）条件闭合．计算了多种波浪问题,特别是对入射余弦波的模拟,着重考察了数值粘性（特别是时间步长）和出口条件对波浪传播的影响．