苏北近海水动力场及污水稀释扩散的模拟

针对苏北辐射沙洲海域,通过数值计算,模拟了其水动力场;并利用实测数据对模拟结果进行了验证,分别就大、小潮情况下的流速、潮位及潮流变化特征进行了分析研究.在潮流场基础上结合苏北辐射沙洲附近海域污水排放情况进一步模拟了陆源排放污水的稀释扩散场,分别就两种典型污水排放量下污染物的稀释扩散范围及污水扩散场作了比较分析.结果表明,正交曲线网格能较好地拟合岸线,利用ADI法离散求解正交曲线坐标系下的控制方程,能够有效地对苏北辐射沙洲水动力场进行模拟;受太平洋前进潮波与黄海驻潮波的影响,苏北辐射沙洲岸外南向近岸流和长江冲淡水入海后形成的北上近岸流在弶港交汇,其水动力场以弶港为中心辐聚辐散,形成向外逸散的放射状150°扇面;涨潮平均流速略大于落潮平均流速,落潮流历时略大于涨潮流历时,形成辐射状定向往复流.利用水动力场基础上建立的污染物输运模型模拟污水的稀释、扩散场等值线分布,并计算污染物的稀释情况.在规划的3 000 m3/h污水排放量下,涨潮阶段,排污口A附近污水沿大丰港附近的深槽稀释扩散,排污口C附近污水自N、NE、E和SE方向扩散,污水稀释度等值线向外海有一定的扩展,但相对不明显;落潮阶段,在苏北南向近岸流和长江冲淡水入海后形成的北上近岸流作用下,包络线向北及向东突起,污水稀释度等值线在落潮过程中达到最大.在规划的5 400 m3/h污水排放量下,排污口附近的稀释度等值线范围明显增大,其中排污口A和B附近稀释度等值线相互包络,落憩时刻污水稀释包络范围达到最大.在小潮过程,污水稀释扩散情况和大潮的潮周期过程较为相似,由于潮流较弱,稀释度范围相对小于大潮情况,各阶段的污水扩散范围变化较大潮时小.苏北近海海域内潮汐强、潮差大,潮间带广阔,排污口附近海域的水动力场对污水有较强的稀释、扩散作用.利用苏北海域的水动力条件及物质输运规律科学地排入污水,充分发挥其自净能力,既可改善海域内水污染状况,促进当地经济的发展,又可节省相应的污水治理费用.因此,探讨该海域的水动力变化特征及污水稀释扩散规律是必要的.     

南黄海辐射沙洲成因的潮流数值模拟解释

用接近计算海域自然陆架坡度的均匀倾斜海底，对南黄海辐射沙洲区的潮流椭圆和潮流场进行数值模拟的结果表明：辐射状潮流场不依赖于海底地形而存在，相反，可能是产生和塑造辐射沙洲的主要动力。并用潮流和潮余流的计算结果，对沙洲区海底沉积物的运移、分布，海底沙洲北大南小的不对称性以及海底沙洲的动态作了解释     

南黄海辐射沙洲潮流不对称性对岸线变动的响应

近岸地区的潮流不对称影响着沉积物输运和地貌改变。南黄海辐射沙洲海域潮动力强且水动力环境复杂,分析研究该海域潮流不对称性对海岸带资源的开发与保护有长远意义。本文基于Delft3D模型模拟1984年、2014年不同岸线条件下辐射沙洲海域的潮汐潮流运动,结合调和分析与偏度理论,分析刻画了不同岸线条件下潮流不对称性的空间分布特征。研究表明：辐射沙洲海域地形主导的涨落潮流速不对称性（PCA）以涨潮占优为主导;涨落憩历时不对称性（SWA）则以涨憩历时短为主导。二者皆主要受半日分潮（M₂、S₂）和浅水分潮（M₄、MS₄）的非线形作用影响。1984–2014年岸线变动后PCA正负性不变,但强度进一步增大,最大变幅可达25%;而γ_SWA减小,最大减幅可达20%,SWA在辐射沙洲海域涨憩历时短的趋势增加。     

南黄海辐射沙洲区悬沙潮扩散规律数值研究

在对南黄海辐射沙洲区的潮汐、潮流特征作进一步探讨的基础上,数值模拟了该区的悬沙潮扩散。根据计算结果,分析了计算海域悬沙含量在一个半日潮过程中随潮流场的瞬时变化规律,研究了不同地点悬沙含量与潮位、潮流的关系,总结了涨、落潮平均含沙量的平面分布规律。结果表明,该区的潮流场控制着悬沙的扩散、运移和分布,进而控制着海底地形的发育,尤其是辐射沙洲北大南小不对称格架的塑造与辐射沙洲根部的加积淤高。     

海州湾近岸物质输运规律研究

基于干湿网格的三维河口-陆架-海洋( ECOM3D) 模式,并结合物质平流-扩散方程,模拟了海州湾近岸海域潮流场和污染物输运浓度场.分析了在不同风向情况下海州湾近岸海域拉格朗日潮余流的分布特征,并且分析了污染物在不同风向下时空分布特征.分析结果表明:在WSW向风作用下,污染物有利于向外海扩散;在E向风和ESE向风作用下,污染物向近岸堆积.     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮     

胶南东部近岸海域实测海流分析及潮流场数值模拟

基于2005年胶南东部近岸海域的测流资料，分析了该海域的海流、潮流及余流特征，在此基础上，进行了潮流场的数值模拟，展现了M2分潮的潮波系统、潮流椭圆分布、最大流速分布和逐时潮流场。计算结果与实测结果符合良好，较好地反映出该海域M2分潮潮流场时空分布的基本特征。对该海域的水动力状况有了更进一步了解，为胶南近岸海域的环境保护规划的制定提供了科学依据。     

基于FVCOM 的辽东湾水动力特性数值模拟

辽东湾属于半封闭性海湾, 水动力过程具有一定的代表性。本文基于无结构化三角形网格的有限体积海岸海洋模型FVCOM（Finite-Volume Coastal Ocean Model）, 构建了辽东湾及其邻近海域的三维水动力数值模型, 并利用实测数据对6 个潮位验潮站、4 个潮流验潮站的大小潮时刻的潮位、流速、流向进行了对比验证, 该模型能够准确地模拟辽东湾的潮汐、潮流等水动力场情况, 可进一步为研究辽东湾温盐、泥沙、水质、污染物扩散等提供研究基础。     

大连湾保守污染物迁移三维模型及应用

采用基于有限体积法和非结构化网格的三维潮流模型,同时耦合拉格朗日粒子追踪模型和保守污染物输运扩散模 型。模拟了大连湾内的水动力变化、潮致余流场分布、保守污染物的输移和特征粒子的运动轨迹;同时研究了不同人工岛对 湾内污染物迁移的影响。模拟的潮流场与实测数据吻合较好。结果表明：湾内潮致余流呈顺时针半涡形态,湾口潮致余流呈 NE 方向;湾内保守污染物主要随潮致余流的方向而迁移,湾口的迁移扩散快于湾中,湾内北部的污染物能较快扩散到湾外, 湾内南部的污染物易在湾底滞留,各个子湾内的污染物不宜扩散出来;两种方案人工岛均会降低臭水套湾和香水套湾的自净 能力,且方案2 比方案1 的影响大;而对红土堆子湾方案1的影响比方案2大,且方案2 能改善其水质情况。     

胶南近岸海域海流实测资料分析及数值模拟计算

基于2005年胶南近岸海域海流的周日连续观测资料,对该海域观测日期内的海流特征、潮流性质及余流特点进行了初步分析;进而在实测资料分析的基础上,利用分步杂交法对潮流场进行了数值模拟计算,展现了M2分潮的潮波系统、潮流椭圆分布、最大流速分布及逐时潮流场。数值计算结果与实测资料分析结果相一致,较好地反映出该海域M2分潮潮流场时空分布的基本特征,对该海域的水动力状况有了更进一步了解,为胶南近岸海域的环境保护规划的制定提供了一定条件下的科学依据。     

八所近岸海域排污口选址及水质预测

在所建潮流场的基础上,建立了八所近岸海域拉格朗日余流模型及乎流——扩散输运模型。预测八所污水集中排海对海域水质的影响,选COD为有机物污染的指标因子,经多方案比较,提出推荐位置及相应位置下的最大允许排放量。     

长江口水动力及污水稀释扩散模拟

利用Delft3D数学模型对长江口水动力条件、上海市现有及拟建排放口污水排放的稀释扩散场进行了模拟。模型利用潮汐数据和排放口附近的现场实测数据进行了率定和验证，分别对丰水期、枯水期的大、小潮情况下的流速场、潮位场及污水扩散场进行了研究。结果表明：长江口的水动力条件有利于污水的稀释扩散；现状排放量对长江口水环境影响不大；但如果污水在排放前不进行一定的处理，规划排放量排人长江口将会严重恶化其水质，特别是枯水期小潮时最为严重。建议根据长江口和杭州湾的环境容量，结合排放口的稀释扩散能力，合理确定污水排放方案。     

洋浦港附近冬季潮、余流特征分析

洋浦是典型的日潮区,潮型判别系数是7.32;最大潮流流速都出现在涨潮的北向流中,最大潮流速度为70cm/s.余流的表、中、底30d平均流向依次为188(°)、153(°)和95(°).表、中、底30d平均余流流速值依次为8.7、8.5和4.1cm/s.冬季余流的形成,主要受北部湾风生环流控制.     

青岛东部开发区排污口优选

在青岛东部邻近海域潮流模型的基础上,对青岛市政工程处提出的污水排海位置的多种方案,进行拉格朗日标识质点数值跟踪及海域水质预测,通过比选,从环境角度确定了最佳的排污口位置,并对污水排海方式,及总量控制提出建议。     

闽江河口沉积结构与沉积作用

结合已有的闽江河口航道整治研究成果，在该河口采集了130多个表层沉积物样品。根据对沉积结构、河口沙坝类型和水动力条件的分析，探讨了闽江河口沉积物的分布规律和沉积作用机制。研究结果表明，1）闽江河口可划分为砂质、混合和泥质3个沉积区，它们分别代表三角洲前缘、前缘斜坡和前三角洲沉积环境；2）闽江河口各汊道径、潮流强度对比不同，河口沉积过程有显著差异。径流在川石水道的发育中居主导作用，潮流是塑造梅花水道的主要因素；3）河口沙坝类型受制于输出水流的扩散形式，闽江河口有多种类型的河口沙坝，川石水道的河口沙坝为水下突堤型，乌猪水道北侧发育了水下突堤型沙坝，熨斗水道为拦门沙型河口沙坝，梅花水道则是潮流脊型的河口沙坝。     

吞吐流量对湖泊流场结构影响的数值试验

本文利用EcoTaihu三维生态模型中的三维水动力学模型,开展了典型背景风场、多个吞吐流量条件下的湖流数值试验,分析比较流场达到稳定状态时。沿垂直方向平均流场随吞吐流量大小的变化特征。结果表明:随着吞吐流量的增加,湖泊垂向平均流场逐渐由受风生流控制转变成受吞吐流场控制,在此转变过程中存在临界吞吐流量值。当吞吐流量大小超过该值时,流场结构发生明显的改变,湖泊内小尺度的环流先消失,规模最大的环流最后消失;环流中流向和吞吐流流向一致的区域流速得到加强.而与吞吐流流向相反或差异较大的区域.流速先减小,后增加。风向和风速是影响临界吞吐流量值大小的主要因素。本文的研究结果对认识湖泊流场特征和了解物质在湖泊内的输移扩散具有重要意义,为合理规划引调水、准确预测水质、重建健康生态湖泊提供基础科学依据。     

海州湾及邻近海域潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法，建立海州湾及邻近海域二维变边界潮流数值模型，计算得到最大潮流分布、同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。     

海南东寨港红树林港湾潮汐动力研究

在海南东寨港林市村附近红树林港湾潮汐动力测量的基础上，建立二维可移动边界有限元数值模型，研究红树林港湾浅水湖滩潮流场特征。实测与计算结果表明，潮沟区流速最大，具驻波特征，呈明显时间－速度不对称，东潮沟涨潮优势，百潮沟落潮优势，整个港湾水体呈顺时针循环。白滩与林地周期性淹没，白滩流速较湖沟略小。林地曼宁系数为白滩的１０倍，流速小于１０ｃｍ·ｓ（－１），约为相应潮沟流速的１／１０。林地如去掉林木，流速可增加３倍以上，流向也有变化。     

黄河三角洲潮滩发育时空谱系

研究黄河三角洲潮滩发育的时空话系指出：在时间上，黄河三角洲潮滩系由不同时期河口滩发育而成，各段潮滩发育时间因素的差异在比较形态学上有清晰反映，在空间上，并存着处于不同发育阶段上的四种类型（阶段）。由此构成了黄河三角洲前沿所特有的湖滩形态时空体系。     

青岛—石臼所沿岸潮流特征分析

本文对青岛—石臼所沿岸潮流特征进行了分析。实际观测资料表明,这一带潮流具有典型的往复流性质,并有较明显的不对称性和较大的垂直变化。文中指出涨落潮流不对称性是由于余流和分潮流影响的结果。讨论了不对称性随余流和分潮流的变化和潮流垂直梯度的特征。不对称和垂直梯度对泥沙运动和污染扩散的影响在文中也作了阐述。