围海造陆条件下排海高温浓盐水对渤海湾温盐场分布影响模拟及预测

自2000年以来围绕渤海湾的围海工程剧增,致使工程区附近潮流场发生变化,进而影响排海高温浓盐水的时空分布特征。本文通过建立2000年和2015年两种不同岸线、地形条件下的三维数学模型对渤海湾沿岸3个电厂高温浓盐水表层排海问题进行模拟,研究结果表明,渤海湾的潮流场和高温浓盐水输移扩散特征在近十几年发生了较大变化:工程后,渤海湾平均盐度增大0.203,平均温度升高了0.105℃,同时曹妃甸附近海域浓盐水输移扩散速度明显增加。增大排放口流量至12.7 m3/s,湾内最高温度为26.46℃,较2015年最高温度增加了2.72℃。本文模型可准确模拟及预测排海废水盐度、温度分布特征,为合理布置水电联产设备排放口的位置提供理论基础。     

波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证

在近岸缓坡浅水海岸,波浪破碎产生沿岸流是近岸海域流场的重要组成部分,它对污染物输移扩散规律的影响重大,在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪场基础上,建立了波浪作用下污染物输移扩散数学模型.计算结果与不同坡度均匀斜坡地形上具有不同波高、周期的规则波及不规则波浪作用下污染物输移扩散实验结果进行了比较,分析了各种因素对波浪作用下沿岸流分布规律影响,所得结论认为地形坡度及入射波高对污染物输移扩散的影响较大,波浪作用将使缓坡海滩上污染物的输移扩散平行岸线方向.     

波浪作用下渤海湾近岸海域污染物的输移扩散规律

用物理模型实验和数学模型计算相结合的方法,研究了均匀缓坡岸滩上,规则波及不规则波浪作用下形成的沿岸流及其对岸边排放污染物输移扩散的影响。针对渤海湾的地形和主要波浪方向,研究了渤海湾主要排污口附近单纯波浪以及波浪、潮流共同作用下近岸海域内流动速度分布与相应污染物输移扩散规律。结果表明,在渤海湾近岸海域(一定范围内),污染物输移扩散受到波浪作用的影响,表现为平行岸线方向。波浪作用使得远离污染物排放口的滩涂受污染的影响增大。     

群岛峡道浓盐水排放扩散的三维数值模拟

采用三维潮流温盐数学模型对六横岛附近海域的水动力环境及盐度场分布进行数值模拟,并以实测资料进行验证,所建立模型可以较好地反映该海域潮流动力特征及盐度场的分布情况。利用验证后的三维数学模型,对海水淡化工程浓盐水排放后盐度场分布进行计算,将排放后的盐度分布与工程前进行对比分析,并推算盐升面积及垂向盐度增量。结果表明,海水淡化工程排放的浓盐水对六横岛海域盐度分布的影响主要集中在排水口附近的底层,影响区域呈带状分布,最大盐度增量为1.2左右,且排水口附近海域出现盐度垂向分层。     

深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟

通过对溢油在深海环境中的输移过程及行为特点的分析,初步建立基于拉格朗日积分法的深海溢油模型.该模型除了能够模拟油气混合物在真实深海环境中的共同输移与分离输移扩散过程,还考虑了石油溶解、气体溶解、天然气水合物形成与分解等行为变化对溢油运动轨迹的影响.应用该模型初步数值模拟了一次实际深海溢油试验,结果表明溢油在水下的空间分...     

南海深水井喷溢油输移扩散的数值模拟研究

文章以假设发生在南海北部深水油气勘探开发海域的1 279 m深水井喷溢油事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以2020年冬季(1月)和夏季(7月)三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟研究未实施和实施海底消油剂处理情景下的溢油在海洋环境中的输移扩散全过程。模拟结果显示：不同深度的海流对溢油输移轨迹有着显著的影响;深水环境中,流速较小,井喷形成的浮射流能够向上输移较长距离;随着水深变浅,流速增强,流向多变,水中不同粒径的油滴以摇摆或螺旋轨迹向上浮升;在表层海流和冬季或夏季盛行风的共同作用下,海面油膜主要往下风向方向漂移扩散;实施海底消油剂处理措施后,水中油滴扩散范围较未处理时的更大,其中微小粒径油滴将在深水环境中长时间悬浮输移。结果可为今后南海深海溢油输移扩散规律的深入研究提供参考。     

“深水地平线”事故深海溢油输移扩散的数值模拟

为深入认识深海溢油输运过程和提高深海溢油事故的应急响应能力,文章以2010年墨西哥湾“深水地平线”事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟溢油深海泄漏后的浮射扩散、水体中输移扩散以及在风场和流场共同作用下在海面上输移扩散的全过程,同时模拟实施海底消油剂喷注处理措施后溢油输移轨迹和扩散范围的变化。研究结果表明：数值模拟结果与相关报道的悬浮油带实际观测结果以及美国国家海洋与大气管理局的海水异常遥感监测结果总体相符,可为更加全面和精细的深海溢油输移扩散数值模拟研究奠定良好的基础。     

爆破挤淤产生的悬浮物输移扩散模拟研究

爆破挤淤是处理淤泥质软基的常用方法,而研究由此产生的悬浮泥沙的输移扩散对于评价施工对工程区水环境的影响有重要意义。在对爆破挤淤产生的悬浮泥沙对水环境影响初步分析的基础上,就防波堤地基爆破挤淤处理产生的悬浮泥沙在波浪、潮流共同作用下的输移扩散过程进行了数值模拟,并对爆破挤淤后悬浮泥沙输移扩散规律进行了探讨,指出爆破挤淤对水域附近的生态环境有一定影响,但影响范围并不大,且持续的时间亦不长。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

南黄海辐射沙脊群西洋水道污水输移扩散研究

采用沿深平均二维数值模型对南黄海辐射沙脊群西洋海域的潮流场和物质扩散场进行了模拟,计算和分析了大潮情况下海域5 m、7 m和10 m 3种水深(理论基准面下)排放位置处达标污水输移扩散的范围及分布规律。结果表明,污水排入海后,会很快被稀释,各排放位置200和500稀释度等值线包络面积均较小,且包络面积随水深增加有明显变小的规律。拟合了不同污水排放量对应的200和500稀释倍数包络面积,发现两者呈良好的幂级数关系。     

胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况。与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好。在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征。研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈"左进右出"的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8%。     

海水淡化排海浓盐水对胶州湾盐度分布影响

为考察海水淡化产生的浓盐水对胶州湾盐度分布的影响,利用POM模式,建立了胶州湾盐度扩散模型,分别以现有海水淡化量和2010年规划海水淡化量所排放的浓盐水量为输入条件,模拟计算了胶州湾盐度的分布和变化。模拟显示,2010年2月、5月、8月和10月胶州湾整个湾内平均盐度分别为30.9895,30.8040,30.0221和30.2306,较2008年分别增加约0.0276,0.0274,0.0212和0.0205。浓盐水排放位置附近局部海域盐度增加明显,如黄岛浓盐水排放点附近海域,2月大潮涨潮时盐度超过31.55的水域面积较2008年增加0.24 km2,并且出现0.08 km2盐度超过32.00的水域;2月大潮落潮时盐度超过31.55水域面积比2008年增加0.53 km2左右,盐度超过32.00的面积增加约0.16 km2。2月、5月、8月和10月最高值分别达到40.23,36.66,37.94和37.87。结合前期室内实验结果可以看出,2月份的盐度最高值超过对胶州湾浮游植物生长有明显影响的非检测浓度(38.62)。这表明,按2010年规划的海水淡化规模所产生的排海浓盐水尽管对整个胶州湾的盐度分布影响不大,但会导致局部海域盐度明显增加,从而可能会对该海域浮游植物生长造成一定影响。     

胶州湾水域有机农药六六六分布及迁移

根据1979年的胶州湾水域调查资料,分析有机农药六六六（HCH）在胶州湾水域的分布、迁移和季节变化。分析结果表明,在一年中,胶州湾水域夏季HCH的污染严重,而春、秋季污染较轻。在时空分布上,春、夏、秋季整个胶州湾水域的HCH水平分布比较均匀,属于面污染源。HCH的表、底层含量都相近,水体的垂直分布均匀。整个胶州湾水域,春季HCH含量增加,夏季迭到高峰5．393～12．480μg／L,秋季降低到低值0．073～0．685μg／L,这与胶州湾的入湾河流的流量变化相一致。因此认为,农药HCH的使用导致胶州湾水域HCH含量的变化。     

胶州湾多分潮漫滩数值模拟研究

在普林斯顿海洋模式(POM)数值模型的基础上加入了漫滩格式,通过对胶州湾1个月实测潮位资料的调和分析,选取了5个较大的分潮,首次对胶州湾进行了多分潮的潮位和潮流数值模拟,模拟结果与实测资料符合较好。     

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。     

胶州湾水体重金属Hg的质量浓度和分布

根据1982-04、06、07和10月胶州湾水域调查资料,探讨和研究胶州湾重金属Hg的水质、平面分布、垂直分布、季节变化以及来源.结果表明：Hg在胶州湾水体中的质量浓度范围为：0.006～0.049 μg/L,在胶州湾整个水域,没有受到Hg的污染.在胶州湾西南沿岸水域,地表径流直接输送Hg入海,其质量浓度都非常低;在胶州湾东部沿岸水域,河流输送Hg入海,其质量浓度相对较高.Hg的表、底层水平分布证实了Hg的水域迁移过程和水域迁移机制.Hg质量浓度的垂直分布展示了胶州湾表层水质受到陆地地表径流输送Hg的影响,而胶州湾底层水质受到累计沉降的效应.通过胶州湾Hg的时空分布,发现控制Hg的排放得到实施,输入胶州湾水域的Hg大为减少.     

A Study of the Performances of Different Turbulence Schemes in Numerical Simulation of Hydrodynamics of a Semi-Closed Sea (Persian Gulf)

Complex process of turbulent mixing in Persian Gulf that is a semi-closed sea makes it a good media to test the performance of different turbulence schemes. In this research, we used the 3D ocean model COHERENS (COupled Hydrodynamical Ecological model for REgioNal Shelf seas) for the Persian Gulf with the open boundary in the Hormuz Strait. Of the turbulence schemes for the vertical diffusion available in the COHERENS, we tested four models to investigate the hydrodynamic characteristics of the Persian Gulf. The results show that all of the schemes presented the sea surface salinity (SSS) distribution rather accurately but the k-l and flow-dependent models results have better agreements with observations. The most noticeable difference between the results of four schemes is the differences found in the simulation of turbulent parameters. The turbulent closure schemes generally provide better results, but the algebraic schemes show turbulent parameters far from reality and they do not show substantial changes with time. Generally, the vertical structures of turbulence in the water basins and parameterization of turbulence in water column is very sensitive to the selection of the type of the turbulence scheme. However, large-scale structures that take place within the inflow and outflow area are approximately quasi-horizontal, and the vertical small-scale turbulence does not affect them as much. As a result, they show less sensitivity to the performance of various turbulence schemes.     

Numerical Simulation of Water Exchange Characteristics of the Jiaozhou Bay Based on A Three-Dimensional Lagrangian Model

Based on theory of three-dimensional hydrodynamics,an Euler-Lagrangian particle model is established to study the transport and water exchange capability in the Jiaozhou Bay.The three-dimensional hydrodynamic model,driven by tide and wind,is used to study the effects of wetting and drying of eatuarine intertidal flats by the dry-wet grid technology based on the Estuarine,Coastal and Ocean Model (ECOM).The particle model includes the advection and the diffusion processes,of which the advection process is simulated with a certain method,and the diffusion process is simulated with the random walk method.The effect of the intertidal zone,the turbulent diffusion and the timescales of the water exchange are also discussed.The results show that a moving boundary model can simulate the transport process of the particle in the intertidal zone,where the particles are transported for a longer distance than that of the stationary result.Simulations with and without the turbulent random walk show that the effect of turbulent diffusion is very effective at spreading particles throughout the estuary and speeding up the particle movement.The spatial distribution of residence time is given to quantify the water exchange capability that has very important ramifications to water quality.The effect of wind on the water exchange is also examined and the southeasterly wind in summer tends to block the water exchange near the northeast coast,while the northerly wind in winter speeds up the transport process.These results indicate that the Lagrangian particle model is applicable and has a large potential to help understanding the water exchange capability in estuaries,which can also he useful to simulate the transport process of contaminant.     

黄河水下三角洲沉积物输运及海底冲淤研究

根据黄河水下三角洲的特点,建立了一个垂直平均二维沉积物输运数学模型,结合潮流和沉积物资料,模拟研究了沉积物输运机制和海底冲淤演变过程。模拟结果表明,垂直河口射流的潮流决定了本区沉积物净输运的总体格局,风应力对悬浮泥沙和推移质泥沙运动也起到重要作用。潮流底应力和活动层厚度分布表明,黄河口门和埕岛油田附近海域是潮流底应力和活动层厚度高值区,为沉积物活跃区,海底稳定性弱,易于侵蚀再搬运。冲淤计算表明,埕岛油田附近海域为冲刷中心区;现在河口水下三角洲在断流时为冲刷区,正常行河时则转为淤积区。