普兰店湾内湾水交换数值模拟研究

采用不规则三角网格系统和有限体积法,建立半封闭海湾-普兰店湾海域的潮流数值模型,潮位、潮流数值模拟结果与实测值符合良好,在此基础上结合普兰店内湾海域状况变迁的实际情况,将普兰店湾内湾划分为3个区域,对普兰店内湾2012年和2014年的水交换状况进行了数值模拟研究,并对各区域水交换能力进行了对比分析。数值结果显示,普兰店湾内湾在2012年和2014年区域地形相对变化的情况下,水域水体交换能力基本接近,仅在内湾纵深末端水域,2012年的水体交换能力略强于2014年。     

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。     

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。     

影响坦帕湾水交换的三种因素

本文利用高分辨率数值模型,以2001年秋季为例,详细分析了影响坦帕湾水交换的三种因素:潮汐、河流和风。论文共设置了三组实验,驱动力分别为潮汐,潮汐和河流,潮汐、河流和风。模拟结果显示:只有潮汐作用时,由于坦帕湾潮汐较弱,潮程较短,坦帕湾与其临近海域的水交换主要发生在湾口附近;当潮汐和河流共同作用时,由于河流和湾口海水盐度的不同形成了水平密度梯度,在其产生的水平密度梯度力的作用下,坦帕湾形成了表层流向湾外、底层流向湾内的重力环流,从而加强了坦帕湾跟其临近海域的水交换;由湾内指向湾外方向(2001年秋季平均)的风应力加强了流向湾外的表层流,同时水位梯度力发生了反转,变成了由湾口指向湾顶,这加强了流向湾内的底层流,表层流和底层流的加强最终促进了坦帕湾跟其临近海域的水交换;在航道处,水深较深瑞利数较大,该处的重力环流较强,这使得相对于两侧的浅水区,航道处的水交换能力较强。此外,文章还分析了坦帕湾水交换的空间差异,在Old Tampa Bay的西侧和北侧,滞留时间最长,水交换能力最弱。为减少海洋生态灾害发生,今后应重点加强对该地区的生态环境保护。     

象山港水交换特性研究

在验证良好的三维斜压潮流数学模型的基础上,以溶 解态的保守性物质为示踪剂,建立对流-扩散型的海湾水交换数值模型,计算了象山港水体半交换时间和平均滞留时间,并研究了斜压动力对湾内外水交换的贡献。研究结果表明,象山港水交换速度的区域性变化较大,水体半交换时间和平均滞留时间由象山港口门向湾顶逐渐增加,口门附近半交换时间在5d以内,平均滞留时间为5~10 d;湾顶水交换速度缓慢,水体半交换时间为30~35 d,平均滞留时间为35~40d。斜压动力对狭湾外段水交换影响较弱,对狭湾内段有较大的影响。     

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。     

胶州湾水交换的数值研究

基于一个成熟的水动力模型ECOM（Estuary Coastal Ocean Model），对胶州湾潮波系统及其驱动下的标识质点运移规律进行数值模拟。将胶州湾划分为6个区域，定量研究了整个海湾水的存留时间和不同区域水的交换能力，并指出流场结构对湾内水交换起了决定性作用。研究结果表明，湾内两余流涡对质点运动起阻碍作用，使得流入余流涡对的质点很难流出；海湾水交换有赖于初始投放时刻；东岸区域质点运移规律表明，东岸排污对前海旅游区和西岸养殖区均无很大影响。     

不同风向作用下莱州湾水交换规律数模研究

为了解莱州湾在不同方向风作用下水动力和水交换状况,基于实测数据验证的海洋水动力模型Mike21FM对流场和余流场进行了数值模拟。水动力研究结果表明,风对莱州湾海流的影响不如余流明显。通过示踪剂输移扩散的水交换模型计算结果可知,不同风向对莱州湾不同海域水交换改善也不相同:E向风对东部海域水交换改善明显;N向风对西部海域水交换改善明显;W向风对整个莱州湾水交换能力改善最好;S向风对水交换能力改善最差。研究表明不但是污染源决定了污染物浓度的分布状况,水文气象条件也对污染物浓度分布有影响,应充分认识到不同水文气象条件对水体污染物分布的影响。     

罗源湾海域台风风暴潮数值模拟研究

本文以福建罗源湾海域为重点研究区域，结合台风风暴潮数值模式，对不同强度、不同方向台风引起的风暴潮增（减） 水规律进行了数值模拟研究。通过对影响罗源湾海域的历史台风分析，确定了影响该区域的两种典型台风路径，即东南-西北移动 （NW-SE） 和南-北移动 （N-S） 路径。文中结果表明：在两种典型路径台风到达罗源湾海域时，罗源湾内的风暴增水达到极值，在超强台风 （中心气压及最大风速：945 hPa，55 km/h） 作用下，NW-SE 和 N-S 路径下增水极值分别为3.9 m 和 3.67 m。随着两种典型台风路径从湾外向湾内平移，湾内不同岸段的风暴增水表现出不同的规律：北岸和西岸增水逐渐增大且在典型台风路径过湾顶向西平移约 15 km 处达到最大；湾内南岸区域增水逐渐减小且在台风路径过湾口向湾外平移约 15 km 处达到最大；湾口站点增水极值随路径平移无明显变化。对于 N-S 典型路径方向，台风中心过罗源湾后有明显减水现象，且越靠近湾内的站点减水程度越大，超强台风作用下湾内西北角站点减水达 2.80m，而 NW-SE 路径的台风风暴减水现象不明显。     

近十年来渤海湾围填海工程对渤海湾水交换的影响

近十年来我国海岸带地区快速城市化,对土地的需求持续高涨,导致沿海地区围海造地现象愈演愈烈,海湾纳潮海域面积持续萎缩,对海湾的水交换带来了较大压力。为此,选取我国海岸带快速城市化的典型区域——渤海湾为例,研究近十年来渤海湾海岸带城市化对渤海湾水交换的影响。基于国际流行的MIKE3水动力模型耦合粒子追踪模块,应用2000年和2010年两个典型年份的渤海湾岸线资料,分别计算了2000年和2010年渤海湾环流系统及其驱动下的水质点运移规律和变化特征。研究将渤海湾划分为8个区块,定量化研究和对比了近十年来由于渤海湾持续围填海导致的海湾水存留时间和不同区块水交换能力的变化。结果表明,随着近十年来渤海湾沿岸快速城市化产生的岸线变化,导致湾内环流涡旋增多,决定湾内水交换的流场结构发生了显著变化,导致各区块的水交换能力和平均水存留时间不仅存在较大差异,而且发生了显著的变化。与2000年相比,2010年天津港、黄骅港和曹妃甸港区海域的平均水存留时间明显增加,水交换率下降,对区域水质的改善十分不利。     

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     

钦州湾水交换能力数值模拟研究

基于普林斯顿海洋模式（Princeton Ocean Model,POM）,以M₂、S₂、K₁、O₁、M₄和MS₄ 6个分潮为驱动,建立了包含漫滩处理的高分辨率钦州湾水动力模式。与现场观测的数据对比表明,该模式能较好地刻画钦州湾的水动力特征。在此基础上建立了水质模型,模拟钦州湾的水交换过程。模拟结果表明:钦州湾水交换能力整体上较强,整个湾平均的水体半交换时间约为18 d,水体平均存留时间为45 d。空间分布上,钦州保税港区以南海域水交换能力最强,半交换时间小于1 d;沿着水道向北,水交换能力逐渐减弱;茅尾海中部半交换时间为26~28 d;茅尾海的东、西、北3个部分存在水交换滞缓区,半交换时间超过50 d。数值实验表明,采用漫滩技术对准确模拟钦州湾潮流速度和水交换能力非常重要,不考虑漫滩过程会低估钦州湾的潮流速度和水体交换能力。水平扩散系数对流速及交换时间都有影响,但影响有限。     

渤海湾水交换的数值研究

采用三维水动力和水交换数值模型FVCOM,建立了渤海湾附近海域的水交换数值模型,经实测潮汐和潮流数据验证,模型结果良好,并通过模型对渤海湾的水交换过程进行了研究。结果表明,渤海湾海域总体水体交换率较低,水体半交换周期达323 d;渤海湾中部海域的水交换率相对较高,西北部海域和南部海域的水交换率较低,尤其是西南部海域,由于阻隔带的作用,水体交换能力最弱。因此,在进行污染物排放时,应注意选择污染物的排放位置和排放时间。     

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。     

潜式与离岸式人工岬头护滩作用和水交换特征比较

潜式人工岬头和离岸式人工岬头是两种改良式人工岬头,与传统人工岬头相比,它们对岸滩的保护效果稍弱,但能改善岬湾内的水交换。以北戴河西海滩养滩工程为研究对象,采用数值模拟的方法,对潜式岬头和离岸式岬头的护滩效果和改善水交换效果进行研究比较。首先建立岸线演变模型和物质输运模型,对工程后的岸线演变及水交换情况进行模拟。岸线演变的模拟结果表明,潜式岬头和离岸式岬头的护滩效果均较好,但潜式岬头后的岸线形状相比离岸式岬头后更为平滑。同时讨论海滩的侵蚀和淤积特性对潜式岬头和离岸式岬头的影响以及潮汐条件对冲淡时间的影响。与传统岬头相比,潜式岬头和离岸式岬头可以很好地减少岬后冲淡时间以及改善岬湾内水交换,而护滩效果只是稍有减弱。因此,潜式岬头和离岸式岬头都是改善岬湾水交换的有效工程措施。     

Relation Matrix of Water Exchange for Sea Bays and Its Application

1 .IntroductionWater exchange of sea bays is a basic issue for marine environment study. Water exchange be-tween a coastal area andthe outside area dueto advection and diffusionis animportant waytoimprovethe water qualityinthe coastal area . Withthe rapid…     

海洋工程引发的悬浮物扩散预测模型优化

在详细了解工程附近海域自然状况的基础上,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程组模拟该海域的水动力状况,采用有限体积数值格式离散水动力学方程。在此基础上,引入该海域附近两个建设工程的影响,基于对流扩散的水质模型模拟悬浮物浓度场的分布状况,并分别计算了两个工程对海域的影响程度,即影响贡献度。通过实测数据验证了模型的准确性和实用性。经过结果分析可知,工程2对控制点的影响较工程1的影响贡献度系数小65%左右,这主要是由于工程1相对于工程2距离湾顶更近,水深较浅,海流速度较小,海水交换能力较差,扩散能力也较弱造成的。