潮汐驱动下的辽东湾水动力及入海污染物输移特征

通过建立水动力学模型、物质输运模型和年龄模型,对渤海辽东湾潮汐驱动下的水动力状况和污染物输移扩散过程进行了数值模拟研究。结果表明,辽东湾海域入海径流对辽东湾整体流场和水交换过程影响不大,其主要影响集中在河口附近海域。在潮汐的驱动下,辽东湾内形成了复杂的环流结构,辽东湾南北海域分别存在顺时针、逆时针的环流,而辽东湾湾口又存在逆时针环流,使得水交换能力较弱,对辽东湾向外海的物质输运产生不利影响,湾顶附近海域的物质主要通过扩散过程与外海进行交换。年龄模型的计算结果表明,辽东湾河流入海污染物在河口附近停留时间较长,向远区的输运需要较长时间。入海污染物的影响具有局地性,对局部海域水质尤其是辽东湾湾顶的水质会产生不利影响。     

集约用海对莱州湾水动力环境影响的数值模拟研究

在考虑水体斜压的基础上利用MIKE3三维数值模型的HD和Ecolab模块,对莱州湾的水动力环境进行了数值模拟,并将验证良好的该模型用于分析预测集约用海工程的实施对莱州湾水动力环境造成的影响。研究结果表明:工程并不会大范围改变莱州湾海域的水动力特征,影响主要集中在工程区附近,距工程新岸线约20 km处,流速变化率在15%左右甚至更小;工程造成海湾纳潮量在大小潮期分别减小0.29%和1.07%,海湾与外海水交换能力被削弱,可能会导致湾内水体污染加剧;工程实施后海湾PO_4-P平均浓度升高,DIN平均浓度降低,N/P比下降,海域磷限制作用被削弱。     

基于遥感反演的莱州湾悬沙分布及其沉积动力分析

选用1986-2004年不同时期的LandsatTM/ETM+影像,利用2004年黄河口附近实测数据推导的表层悬浮泥沙浓度反演模型,结合水文气象资料、多年水深数据和极端天气数模结果,研究了莱州湾西南近岸海域表层悬浮泥沙分布特征,结果表明,受黄河丰枯水期的影响,莱州湾西南部海域悬浮泥沙高浓度区主要分布于黄河口附近海域和西南沿岸,其枯水期的覆盖范围一般大于丰水期的。受潮流高流速场控制,黄河口外悬沙浓度高值区与海底泥沙堆积区对应较好,泥沙主要来源于陆源输沙和泥沙再悬浮;在西南近岸浅海区悬沙浓度高值区主要形成于泥沙的再悬浮,在近岸出现轻微冲刷。风等其他海洋动力因素,一般情况下对悬浮泥沙扩散的程度和范围具有一定的影响作用,但悬沙受潮流场影响而形成的总体扩散趋势未发生改变;极端条件下,风暴潮流使莱州湾西南部近岸浅海区的悬浮泥沙浓度显著增加。     

基于遥感反演的莱州湾水色变化的多时相分析

悬浮泥沙和叶绿素是海洋水色的重要部分,是反映河口海岸地区生态环境状况的重要指标。本文基于Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,在不依赖地面实测数据的条件下,结合水文气象数据,利用光谱信息建立水色遥感模型对莱州湾1996—2015年不同时期的悬浮泥沙和叶绿素变化进行研究。研究结果表明:(1)此模型可以快速反演出较大空间尺度内的水色时空分布情况。(2)1996—2015年这一时期内悬浮泥沙浓度变化明显,枯水期的悬浮泥沙扩散范围总体大于丰水期,悬浮泥沙高浓度区主要分布在黄河口附近海域和沿岸区域,泥沙主要来源于陆源输沙和海水中的泥沙再悬浮,悬浮泥沙的扩散主要受潮流的影响,风和波浪等动力因素也在一定程度上影响着悬浮泥沙的扩散;(3)此外,莱州湾叶绿素高浓度区主要分布在莱州湾东—南部海域,其分布具有明显的季节性,春季(5月)海水温度升高,水中营养物质垂直混合好使得叶绿素浓度处于较高态势。     

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     

潍坊海化工业园区污水排海海洋水质影响预测

基于Mike21模型,建立了莱州湾附近海域的水动力计算模型,在对潍坊海化工业园区拟建排污口海域水动力计算结果验证正确的基础上,将水动力模型耦合物质输运模型,对工业园区拟建排污口排放污染物质的输移扩散进行数值模拟研究,研究结果显示:污水排海点拟建位置附近海域的水动力交换能力较差,在拟建污水排海点排放污水时,排放污染物的输移扩散造成较大面积的超标水域,影响的二类及三类海水水质功能区的最大面积分别为4.11km~2和2.36km~2,并影响附近3.07km~2水域底播养殖区。     

黄河入海径流对河口海域盐度影响研究

为研究黄河入海径流变化条件下河口附近海域盐度扩散特征,以更好地保护河口海域生物资源多样性,本文以黄河下游利津水文站的长序列实测径流数据资料为基础,利用近海水动力模型FVCOM,分析径流变化对黄河口海域盐度的影响规律。结果表明：黄河口与莱州湾之间存在顺时针的环流系统,在余流作用以及涨落潮方向的影响下,黄河冲淡水长期向莱州湾扩散;丰水期黄河冲淡水几乎影响了整个莱州湾,27盐度锋可以到达莱州湾中部,27等盐线的表层包络面积为2 665.61 km²,占莱州湾的1/4左右,枯水期低盐度水只有向南扩散的趋势,27以下的低盐度水集中分布在黄河口门附近,27等盐线的表层包络面积只有199.65 km²;5月份,随着入海径流量增加,27等盐线扩散的范围、距离、方向都会发生明显变化。在对近海生物资源有迫切保护需求的情景下,适当减少其他用水户供水量以增加入海生态径流量,可以有效改善黄河口海域附近的盐度情况,为生物资源的生长繁殖创造良好条件。     

半封闭海湾的水交换数值模拟研究

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立半封闭海湾-湛江湾附近海域的三维潮汐潮流数值模型,通过验证,结果与观测数据符合良好,并在此模型基础上对湛江湾的水交换状况进行了数值模拟,将湛江湾划分成3个区域,针对各区域进行了水交换能力研究,研究结果表明:由于湛江湾内不同区域的地形和地理位置变化较大,使得湛江湾内不同区域交换能力相差较大,其中,靠近湛江湾出口处交换能力最强,特呈岛以北海域交换能力最弱,交换时间与物质的初始浓度无关,与投放时刻和外源强迫密切相关,在治理湛江湾环境时,应分区进行,注意选择污染物排放时间和位置。     

港口工程建设对莱州湾水动力环境影响的数值研究

应用ＭＩＫＥ２１建立莱州湾平面二维潮流模型,对港口工程建设前后莱州湾内潮流场进行数值模拟,研究不同工程岸线下莱州湾水动力特征。通过莱州湾的连续实测海流数据与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能较精确地反映该海域工程前后的潮流场分布情况。计算结果表明：潍坊港双堤建设后,堤身两侧潮流流速有所减小,堤头附近潮流流速明显增大,广利港规划方案实施后,位于新形成“湾”内的潮流流速均存在不同程度的减弱,而“湾”口潮流流速均增大;港口工程建设对潮流场的影响主要集中在工程邻近海域,由于潍坊港和广利港的布局占据了莱州浅滩至老黄河口南侧海域的近１／４,因此港口工程的实施对潮流场的影响还是明显存在的。     

胶莱运河的修建对莱州湾水交换及海洋环境影响初探

为研究莱州湾水交换对胶莱运河修建工程的响应,以及为海洋污染治理问题提供参考,以莱州湾为重点模拟区域建立了二维平面潮流和对流扩散模型,利用渤海、黄海、莱州湾地形及海洋环境资料,结合2018年莱州湾海水水质监测结果,初步分析了胶莱运河的修建对莱州湾海洋环境现状的影响。模拟结果表明,胶莱运河建成后年径流总量约为7.2×10⁹ m³,净流方向由胶州湾流向莱州湾;工程后整个莱州湾水交换能力略有增强,东部强于西部,半交换周期缩短14 d;黄海海水经由胶州湾进入胶莱运河输送至莱州湾,冲淡莱州湾内非优良水体,从一定程度上缓解了莱州湾东部河口入海处小范围海域海水水质现状。     

罗源湾海水交换三维数值模拟

利用ECOMSED模式中的示踪粒子三维追踪模块分析罗源湾的水交换情况。结果表明,水交换能力的强弱与纳潮量的大小成正比。这里分析湾内水逗留期的空间分布,然后根据湾水存留期的不同将湾内划分为4个地区。进一步的研究表明不同海区湾水逗留期的差异主要是由欧拉余流场的结构差异造成的。由于风场可以影响当地的海流,因此不同的风场也会影响水交换能力。本文结果表明西南方向的风有利于水交换;而作为罗源湾全年主导风向的东北风,在平均风速的情况下,却阻碍了湾内水体的交换。本文还发现在不同投放时刻水交换能力的不同。初始投放时刻的不同对质点总数的减少速度有较明显的影响,高潮时和落潮中间时投放的质点数要比涨潮中间时和低潮时投放的质点数减少得快。罗源湾水交换能力的垂直分布不是均匀的:表层交换率较快,底层较慢,整个海域的交换能力与中层的相当。     

黄河口门位置及入海径流变化对莱州湾盐度分布的影响

2020年黄河丰水期入海径流量是往年平均值的2倍以上,必然会引起河口水动力和盐度分布的动态变化。本作者基于有限体积海岸海洋模型(Finite Volume Community Ocean Model,FVCOM),模拟2020年黄河冲淡水在丰水期和枯水期的扩散情况,研究黄河口以及莱州湾海域的盐度分布状况变化,以及径流量变化和口门变迁对黄河冲淡水扩散的影响,模型结果与观测结果吻合较好。模拟结果表明,黄河口西北侧潮流沿岸线方向,随着涨落潮呈西北-东南向往复;黄河口以南包括莱州湾的潮流均随着涨落潮呈东北-西南方向往复。高流速区域主要集中在黄河口和莱州湾北部,在0.5 m/s以上。在余流作用下,大量的黄河冲淡水会涌入莱州湾,丰水期时27psu等盐线包络面积占到整个莱州湾的1/4左右。径流量和风的变化主要影响羽流的扩散面积,而口门的变迁会改变其扩散方向。黄河冲淡水经北向口门入海主要影响莱州湾区域,经东向口门入海更多地会向北扩散。通过对2020年黄河口及莱州湾海域盐度分布的分析,为黄河入海径流管理及莱州湾渔业资源保护提供科学参考。     

围填海工程对莱州湾水动力条件的影响

本文采用数值模拟的方法研究了2003—2013年10年来围填海工程建设对莱州湾水动力环境的影响。结果表明2003—2013年围填海工程的建设导致了莱州湾海域面积减小7.38%;围填海工程使莱州湾流速整体呈减小趋势,流速减小超过4cm/s面积约占整个海湾面积的24.3%,流速增加大于4cm/s区域仅占4.0%,流向变化整体较小;莱州湾的纳潮量明显减小,平均纳潮量减小了5.57%;围填海工程建设使莱州湾水交换率略有减小。围填海工程弱化了莱州湾的海湾属性。     

莱州太平湾及附近海域二维平流——扩散输运数值计算应用实例

应用ADI方法,建立莱州太平湾及附近海域的二维平流—扩散输运模型。在计算流场的基础上,对该海域沿岸排放的有机污染物对水质产生的影响做了计算分析及预测。     

海湾水交换对取排水工程的响应

建立三门湾附近海域的水动力和水质模型,研究核电站取排水工程对海湾水交换的影响。计算得到取排水工程建立后三门湾海域40 d的海水交换率由51.60%变为51.06%,降低了0.54%。将三门湾海域分区分析,结果发现靠近排水工程的汊道水交换率降低最多,降低了5.36%,其余区域水交换率也都有所降低,但是降低幅度不大。结果表明:取排水工程的建立使得湾内水流状况发生变化,不同区域的水交换率变化相差较大;排水工程切断了附近汊道水流与外海的交换,导致排水口附近海域水交换率降低最多。     

铁山湾建港前后水体交换能力的数值模拟

铁山湾是北部湾东北部较大的海湾,水深条件好,可用岸线长。为研究铁山湾建港工程前后湾内的水体交换能力,文章建立了平面二维的水动力模型以及平面二维对流—扩散模型,率定后水动力学模型模拟结果与实测结果吻合良好。运用二维对流—扩散模型计算了湾内不同区域的水体半交换时间,模拟结果表明：铁山湾的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129天,海域的水体交换能力主要受铁山湾潮汐作用的影响。铁山湾潮汐作用较强,潮差较大,且铁山湾口门开阔,这都为铁山湾的水体交换提供了良好的条件。工程后铁山湾水体半交换时间为142天,工程前后铁山湾水体半交换时间仅相差13天,说明工程方案对铁山湾水体交换能力无重大影响。     

花场湾水交换能力计算与研究

花场湾为海南岛北部的一个半封闭海湾,随着周边工程的建设,湾内水质有所恶化。基于MIKE21软件建立了花场湾海域的二维水动力数值模型,对花场湾的纳潮量及水交换特征进行了研究,模型结果与实测数据吻合较好。结果表明:纳潮量占花场湾固有水容量的比例较大,说明花场湾受湾外水动力影响较为显著,具有良好的水交换特性,利于污染物的扩散。然后采用保守物质扩散方法来定量分析花场湾的水交换周期,得到花场湾的半交换周期大约为3 d,15 d后基本完成了全部水交换,保守物质浓度随涨落潮过程呈现波动变化。该研究为花场湾的环境保护提供了科学依据。     

水交换作用下渤海纳污承载能力研究

将渤海分为莱州湾、渤海湾、辽东湾和渤海中部4个不同区域,讨论了在水交换作用下渤海水域污染面积与污水排放量的相关性,建立了渤海海域污染物累积量的计算方法,对渤海承载排污的能力进行了分析。结果表明:在陆源污染物排放以一定增长率逐年增加的情况下,渤海海域的纳污承载力为230～278亿t左右,其中莱州湾海域的纳污承载力为62～63亿t左右,渤海湾海域为40～41亿t左右,辽东湾海域为44～52亿t左右。文中的分析方法对于判断和预测海洋资源环境承载能力具有借鉴意义。     

莱州湾海水中营养盐分布与富营养化的关系

根据2001年5月和9月2个航次莱州湾海区海水营养盐等的调查资料,分析了该海域海水中5项营养盐的分布特征及时空变化,评价了水质的富营养化状况。结果表明,溶解无机氮的平均浓度为9.80μmol/dm3,2个季节中溶解无机氮以NO3-N浓度为最高,平均为7.61μmol/dm3,占总无机氮的77.65%,是莱州湾海水中的无机氮主要形式;活性磷酸盐的平均浓度为0.48μmol/dm3,活性硅酸盐的平均浓度为11.31μmol/dm3。研究发现,莱州湾海水中溶解无机氮和活性磷酸盐浓度分别是12 a前的2.03倍和3.2倍。DIN∶P,Si∶P,Si∶DIN比值分别为69.5,34.2,1.4;因此,磷酸盐为限制因素。按照营养状态指数值,莱州湾海区湾顶近岸海域划分为富营养化区,秋季一旦水文气象等条件适宜有发生赤潮的可能。     

三门湾海域污染物扩散数值研究

本文基于Delft3D建立了二维水动力数值模型和污染物输运扩散模型,分析了三门湾海域的三种主要污染物即化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的输运扩散规律。水动力计算结果与实测结果基本吻合,能够较好重构三门湾海域的水动力环境特征。根据物质输运特征,将三门湾划分为7个动力单元,即健跳-浦坝、海游-蛇蟠南、青山、沥洋、乐井洋-石浦、混合区域、口门区域。Lagrange运动轨迹表明,各动力单元的物质输运基本控制在本单元范围内;污染物整体浓度分布符合湾顶较高、养殖区附近较高、混合区与口门区附近较低的特征;各污染因子中,相同水域的TN浓度最大,COD浓度稍小,而TP浓度则小于前两者约一个量级;落潮时,浓度等值线移向湾口,各单元区块污染物分布范围较涨潮时扩大,其中沥洋单元、青山单元和乐井洋单元的变化最显著;各污染因子中COD的变化最为明显,TN次之,TP的变化最小。