董家口尾水排海环境影响数值预测及排放口比选研究

采用二维平面潮流数值模拟的方法对董家口港区尾水排放口位置进行比选研究,预测4个拟选排污口分别在尾水正常排放和事故排放两种工况下各水质污染因子的环境影响范围,并结合水深、动力条件等因素最终选定最优排污口.结果表明:研究海区海流以潮流为主,潮流性质为半日潮流,潮流运动形式以往复流为主,旋转为辅,海域涨落急流向为SW—NE向,整体上西防波堤—LNG码头连线南侧海域的水动力条件较好.经数值模拟预测研究,位于西防波堤南侧的P4排污口所在海域水动力条件活跃,水深条件适宜,有利于物质扩散,且事故条件下对日照海域和日照西施舌种质资源保护区影响小,为较优尾水排放点.同时P4排污口所在海域执行三类水质标准,污水数值模拟结果显示该排污口各污染因子超三类水质标准的面积均小于0.742 km2,NS向扩散距离均小于0.34km,扩散趋势与潮流方向一致,有利于其污染物稀释扩散.本次模拟预测客观地反映了污染物排海后的浓度变化和运动规律,为尾水排海污染物进行总量控制及海洋环境开发管理规划提供了科学依据和技术保障.     

A method for simulating sediment incipient motion varying with time and space in an ocean model(FVCOM):development and validation

We modified the sediment incipient motion in a numerical model and evaluated the impact of this modification using a study case of the coastal area around Weihai, China. The modified and unmodified versions of the model were validated by comparing simulated and observed data of currents, waves, and suspended sediment concentrations(SSC) measured from July 25~(th) to July 26~(th), 2006. A fitted Shields diagram was introduced into the sediment model so that the critical erosional shear stress could vary with time. Thus, the simulated SSC patterns were improved to more closely reflect the observed values, so that the relative error of the variation range decreased by up to 34.5% and the relative error of simulated temporally averaged SSC decreased by up to 36%. In the modified model, the critical shear stress values of the simulated silt with a diameter of 0.035 mm and mud with a diameter of 0.004 mm varied from 0.05 to 0.13 N/m~2, and from 0.05 to 0.14 N/m~2, respectively, instead of remaining constant in the unmodified model. Besides, a method of applying spatially varying fractions of the mixed grain size sediment improved the simulated SSC distribution to fit better to the remote sensing map and reproduced the zonal area with high SSC between Heini Bay and the erosion groove in the modified model. The Relative Mean Absolute Error was reduced by between 6% and 79%, depending on the regional attributes when we used the modified method to simulate incipient sediment motion. But the modification achieved the higher accuracy in this study at a cost of computation speed decreasing by 1.52%.     

湄洲湾温排水海区水温垂向不均匀特征的数值模拟与观测研究

基于三维非结构网格有限体积海岸与海洋模型(FVCOM),模拟了湄洲湾受某电厂温排水影响海区的温度场分布与变化特征,并结合5个站位连续24h同步海流、温度观测资料,对该海区温度场进行分析研究。结果表明,该海区不同区域在不同潮时下,温度垂向分布具有明显不均匀特征,出现这一特征主要同各区域与电厂排水口相对位置、潮流场及地形因素有关。     

半日潮流作用下悬移质泥沙的运动特征及其影响因素研究

本文通过建立一维水深平均悬沙模型，对典型潮流控制的水道内悬沙运动特征进行研究。模型以泥沙再悬浮、沉降和平流为主要物理过程，动力因素包含M₂、S₂分潮及余流，采用湄洲湾2007年8月潮位、潮流、悬沙、底质同步观测资料进行分析和验证。通过三角傅里叶分析，将悬沙的时间序列分解为12个主要的谐波分量，其中主要分量包括:M₂分潮作用下产生的具有M₂倍潮角速度的1/4日分潮项，M₂与S₂分潮共同作用下且角速度为两分潮角速度之和的1/4日分潮项，及水平悬沙梯度、余流与M₂分潮共同作用下具有M₂分潮角速度的半日潮项。悬沙在时间上的平均值受到余流、悬沙水平梯度、M₂分潮流及悬沙起动条件等因素控制。余流导致了悬沙序列中相邻周期之间的不对称性。反映泥沙特性的参量对悬沙的曲线特征具有重要影响，泥沙沉降速度影响悬沙的相位，并影响其振幅；再悬浮有关的参量仅影响各谐波分量的振幅，但不影响相位。     

石岛海域潮流通道及岬湾的泥沙动力机制研究

石岛海域潮流通道的动力条件强劲,潮流通道向岸一侧的黑泥湾敞开性高,波浪作用明显,水道、岬湾底质类型包含砾石、砂、粉砂、淤泥各种类型,因而泥沙运动具有特殊性。基于FVCOM的泥沙模块,采用拟合希尔兹曲线改良模型的泥沙起动条件,同时采用多组分泥沙百分含量分布来反映不同地区的底质类型,研究黑泥湾海域夏季泥沙运动规律。模型参数采用2010年沉积物粒度分析资料率定,潮汐、潮流、波浪、悬沙模型采用2006年观测资料及遥感图验证,冲淤模型采用1980—2006年测深资料进行趋势比对。结果显示,黑泥湾整体呈弱侵蚀状态,潮流通道西侧出现N—S向带状侵蚀区,半月潮周期内最大冲刷深度3.5mm。潮流通道水动力条件强,但沉积物成分较粗,侵蚀较弱。镆铘岛东侧近岸海域冲淤变化复杂,冲刷或淤积趋势交替占据优势,半月潮周期内,潮差高于1.4m时潮流较强,冲刷为主导趋势,潮差下降后,非本地起动的泥沙逐渐在此淤积,淤积为主导趋势。     

不同悬沙组分对潮流的响应关系研究

通过建立一维水深平均悬沙模型,对典型潮流控制的海湾内不同悬沙组分对潮流的响应关系进行了研究。模型以泥沙的水平输运、再悬浮和沉降为主要物理过程,以M2,S2分潮及余流为主要动力因素,反演了湄洲湾支水道内粉砂、淤泥组分含量的时间序列,采用2007-08潮位、潮流、悬沙、底质同步观测资料进行分析和验证。通过三角傅里叶分析,将悬沙的时间序列分解为12个主要的谐波分量,模型分解得到的主要傅里叶分量具有M2分潮两倍的角速度与1/4日潮周期,该分量粉砂组分振幅6.1 mg/L,淤泥组分振幅1.5 mg/L;次主要傅里叶分量具有M2分潮的角速度,振幅受水平输沙、余流、M2分潮流共同影响,粉砂组分振幅4.9 mg/L,淤泥组分振幅1.2 mg/L。由于粉砂组分单位起动能力强、沉降速度高,且淤泥组分由于粘结力等因素起动条件较高,粉砂组分振幅高于淤泥组分。测站位置余流与涨潮流方向一致,余流致使涨潮过程中粉砂组分含量所占百分比上升,而落潮过程下降,淤泥组分则相反。