象山港水交换数值研究 Ⅱ.模型应用和水交换研究

使用水平二维对流－扩散型水交换模式模拟研究了象山港的水交换,对不同区域的水交换控制机理作了初步探讨,象山港水交换状况与其控制机制的区域性变化很大。牛鼻水道至佛渡水道是一个潮流较强的潮通道;９０％水交换周期为５天左右。象山港狭湾内水交换周期较长,湾顶处９０％水交换的周期约为８０天左右。     

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。     

象山港水交换数值研究──Ⅰ.对流-扩散型的水交换模式

以溶解态的保守性物质作为湾内水的示踪剂,建立了对流－扩散型的海湾水交换数值模型。数值模型使用参数化的方法把重力环流和潮振荡的垂向剪切作用的水平混合效应包纳在水平二维的示踪剂对流－扩散方程中。在空间网距较小时,模型的稳定性和守恒性均可满足海湾水交换研究的需要。     

象山港多年围填海工程对水动力影响的累积效应

由于土地资源开发和围塘养殖等需要,多年以来象山港实施了大量的围填海工程.单个的小面积围填海工程对海湾的影响并不大,但是在较长时间段内,多个围填海工程的累积效应却比较明显.本文在POM(Princeton Ocean Model)模型的基础上,利用动边界处理技术,针对1963,2003和2010年3个不同时期的岸线与地形...     

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。     

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。     

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。     

象山港海域分区评价方法研究

文章根据2011-2018年在象山港海域调查的象山港水文、水团、水环境、沉积物环境、生物生态等调查数据,将象山港海域划分为若干个具有不同生态变化特征的区域,研究象山港海域内的空间异质性,以便剖析各区域环境的问题。研究发现：象山港水交换特征、水团分布、水环境、沉积环境和生物生态特征将象山港划分为A、B、C、D、E 5个区评价较为合理。该方法可以有效并合理地对象山港海域做出评价,并为相关海洋科学工作者和管理者提供科学依据。     

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。     

象山港潮波响应和变形研究 Ⅱ.象山港潮波数值研究

通过象山港水域的潮波运动数值模拟,分析了象山港M4分潮的生成和增长机制．结果说明,潮波传播中的非线性底摩擦效应是M4分潮生成和增长的主要控制因子,M4分潮在湾内的共振现象也起着重要的放大作用二平流效应在绝大部分区域中抑制了M4分潮的发展,只有在佛渡水道中一些岛屿周围极小区域内对M4分潮有增强作用．潮滩在湾内对M4分潮的影响极其微弱．     

象山港避风锚地工程潮流泥沙模型试验研究

在分析现场实测资料的基础上,借助象山港整体变态物理模型,通过潮汐水流定床和悬沙淤积试验,对湾内拟建奉化市避风锚地工程实施后,附近海域的潮流场变化和海床淤积情况进行了系统研究。研究结果表明,避风锚地工程对航道、渔港等周边重要设施的影响有限。从而为工程的海洋环评、海域使用论证及工程设计提供了技术支撑,也为半封闭港湾内其它类似涉海工程的可行性论证提供了可借鉴的经验。     

厦门西港海水交换计算

本文根据“厦门港湾海洋环境综合调查”资料,选用盐度为物质浓度,分析了厦门西港海水交换状况,计算了由潮流和余流引起的海水半交换期。     

象山港航道冲淤变化初步分析

利用象山港海湾不同年份的水深地形资料,运用GIS技术采用航道轴线剖面水深地形叠加对比和海床平面冲淤计算相结合的方法,应用以往水文泥沙等资料综合分析象山港航道区域的冲淤变化。结果表明40a来象山港航道区域总体冲淤基本平衡,大致以双德山附近海域为界,以东牛鼻山浅段和西屿山-双德山深段两区段以微淤为主,平均厚度分别为0.08~0.24m和0.51~0.58m,并具有缓慢淤积的趋势;以西的浅段和深段则以微冲为主,平均厚度为0.32~0.62m,并具有轻微冲刷的趋势。     

象山港潮滩坡度对潮动力影响的数值研究

象山港属于狭长型半封闭港湾,湾内分布有大面积潮滩。多年以来象山港内实施了大量海岸工程及养殖工程,湾内潮滩坡度发生了显著变化。基于非结构网格和有限体积数值模式（FVCOM）建立象山港三维潮动力模型,研究湾内不同区域潮滩坡度变化对象山港潮动力过程的影响机理。结果表明：潮滩坡度下降将增大湾内纳潮量,进而增大M2分潮振幅和迟角,反之则反。铁港潮滩坡度的减小（增大）,将改变底部耗散项,进而增大（减小）M4分潮振幅。由于M2和M4分潮的振幅在湾顶较大,所以湾顶（铁港）潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响明显大于侧岸（西沪港）。西沪港潮滩坡度对象山港潮动力过程的影响是局部的。铁港、西沪港潮滩坡度对湾内潮汐不对称、余流及潮能影响显著。铁港潮滩坡度的改变均会减弱湾内落潮占优程度。西沪港区域潮滩坡度的减小将减弱湾内落潮占优趋势,反之则反。铁港和西沪港潮滩坡度的减小,将增大余流大小及潮能密度,进而潮能耗散增大,反之则反。研究结果对河口海岸潮滩区域的工程建设及生态修复有重要参考价值。     

浙江象山港海域悬沙浓度分布变化及其水动力影响分析

利用冬、夏两季象山港15个同步连续站和60个准同步大面站实测悬沙浓度数据,结合实测潮流、盐度等海洋水文资料,分析了象山港海域悬沙浓度变化规律。结果表明,象山港海域悬沙浓度分布具有较明显冬季大于夏季、大潮期大于小潮期以及湾口向湾顶逐渐减小的变化特征。这些特征主要受制于冬季高含沙量、低温、低盐的闽浙沿岸流与夏季高温、高盐、低含沙量的台湾暖流的交替作用和半月潮周期潮流动力变化的影响。在这种背景下,由于潮流动力作用,大小潮周期中底部沉积物与水体悬浮泥沙之间存在再悬浮与沉降的交换过程。     

运用多元统计方法识别浙北海域两个典型港湾的水质状况

浙北海域两个典型港湾,杭州湾与象山港的水体污染状况日趋严重。本文运用多元统计方法,对分析了研究海域水体的物理及生物地球化学要素进行了量化分析。结果表明,根据物理及生物地球化学特性,层次聚类分析可将研究海域划分为两个不同的子区域;主成分分析分别在杭州湾和象山港识别出3个潜在的污染源,且陆源径流的输入、沿岸工业排污以及自然演化过程为主要源头。因此,研究海域的生态环境保护刻不容缓,应该立即采取相关措施。     

Residence times of Manukau Harbour,New Zealand

Residence times of the three main channel systems of Manukau Harbour were calculated by methods based on the salinity measured in 10 tidal excursion segments: the freshwater replacement technique and a volume exchange model. The amount of freshwater present in the segments at high water was low (< 11% throughout the year), so salinities were high, with minimum values (winter) in each segment being in the range 30.1–34.0 (compared with a median value of 34.5 in the nearby coastal waters). The proportion of each segments’ volume which was exchanged with an adjacent segment during a tidal cycle varied markedly across the harbour, from ≤ 5 % in several shallow inner harbour segments to 65% in a deep segment adjacent to the entrance channel. For annual average conditions the freshwater replacement times of the channels were 11–18 days. Slightly longer residence times—12–26 days—were obtained from the volume exchange model. Calculated replacement times for two non‐conservative tracers— inorganic phosphorus and nitrogen—were approximately half those for freshwater, as 5–12% of these species disappeared from the water column each day.     

象山港围隔生态系水质模型研究

在美国环保局开发的WASP(the water quality analysis simulation program,水质分析模拟程序)中的概念模型基础上,运用系统动力学软件Stella9.0.2建立了适用于海洋围隔生态系水质动力学模型.模型包括浮游植物、磷循环、氮循环、碳生化需氧量-溶解氧4个模块,涉及叶绿素a、有机磷、无机磷、有机氮、氨氮、硝酸-亚硝酸盐氮、生化需氧量、溶解氧8个水质指标.利用2010年10月初象山港围隔生态实验数据进行了模型验证和参数率定工作,成功模拟了不同水温条件下围隔水质情况,并确定了30余个模型参数,展现了系统动力学模拟的优势,为揭示象山港海域生态系统的动力学机制,模拟和预测他的变化提供科学依据.     

应用压力-状态-响应模型评价象山港富营养化水平

象山港因其特殊的地理环境及功能特性, 富营养化问题突出, 以往以营养盐为指标的评价不能有效反映象山港的实际情况, 因此亟须对其富营养化水平开展客观、准确的评价和研究。文章利用2001年—2015年间象山港海域监测数据, 根据我国水体富营养化研究现状与评价标准, 结合象山港实际情况, 对部分指标进行改进, 构建了新的压力-状态-响应模型。应用该评价模型, 研究了象山港水体富营养化压力程度, 建立了以叶绿素a为初级症状指标, 以底层溶解氧和赤潮发生情况为次级症状指标的富营养化状态等级。同时, 结合象山港实施海域海岸带整治、五水共治、污染物总量控制及减排等因素预测了富营养化响应状况。结果显示, 在“优、良、中、差、劣”五个富营养化等级中, 象山港综合评价等级为中等富营养化程度。其中, 压力、状态、响应的评价等级均为中级。通过预测, 未来几年象山港富营养化综合评价等级也基本维持在中等水平。该评价结果较好地反映了象山港水体富营养化压力和症状水平, 其结论更符合实际, 有助于政府部门对海域富营养化进行科学和有针对性的管理。