大麦屿港区规划污水排放中化学需氧量对乐清湾海域环境的影响及环境容量研究

浙江是海洋大省,沿海港口开发已成为浙江省"十二五"期间重大战略,港口开发中污水排放对海洋环境的影响亦成为社会重点关注的问题之一。文章采用MIKE21软件,在乐清湾已知测点潮流、潮位、水质化学需氧量本底浓度以及大麦屿港区规划污水排放口、化学需氧量排放源强、环境目标值等基础资料的前提下,进行潮流场模拟,采用污染物扩散水质模式预测台州港大麦屿港区规划污水排放中化学需氧量对乐清湾海域环境的影响,并计算污水排放口周边混合区范围内化学需氧量的环境容量。结果表明,大麦屿港区规划污水排放中化学需氧量对乐清湾海域影响较小,整个乐清湾内的化学需氧量浓度增量在0.001～0.005mg/L之间,增量大于0.003mg/L区域仅限于排污口附近;海水中化学需氧量环境容量较大,污水中化学需氧量排放量仅占环境容量的0.083%。     

长江口水动力及污水稀释扩散模拟

利用Delft3D数学模型对长江口水动力条件、上海市现有及拟建排放口污水排放的稀释扩散场进行了模拟。模型利用潮汐数据和排放口附近的现场实测数据进行了率定和验证，分别对丰水期、枯水期的大、小潮情况下的流速场、潮位场及污水扩散场进行了研究。结果表明：长江口的水动力条件有利于污水的稀释扩散；现状排放量对长江口水环境影响不大；但如果污水在排放前不进行一定的处理，规划排放量排人长江口将会严重恶化其水质，特别是枯水期小潮时最为严重。建议根据长江口和杭州湾的环境容量，结合排放口的稀释扩散能力，合理确定污水排放方案。     

模糊线性优化在厦门湾水体总磷环境容量计算中的应用

在应用POM模型进行厦门湾水动力、污染物扩散和各排污口响应系数场模拟研究的基础上,采用最优化法对厦门湾水体总磷环境容量进行计算.根据厦门湾海区特征和使用功能,将厦门湾划分成5个海区,分别在5个海区选取水质控制点.分别以各海区水质控制点总磷浓度作为约束条件,运用普通优化和模糊优化对厦门湾内22个排污口源强进行优化设计.分析结果表明,基于模糊线性优化方法进行排污口源强优化设计和环境容量计算可以实现排污口源强再分配,且能够更充分地利用厦门湾的纳污能力.     

金山污水排海对纳污海域水质影响的数学模拟

采用数值模拟的方法,计算和分析了上海市金山区水域无污水排放、放流管深海正常排放、岸边紧急排放和污水未经处理直接排放4种不同排放方式对纳污海域水质的影响。结果表明,在金山邻近海域的水动力条件下,上述4种排放方式中,岸边紧急排放对近岸海域的污染最严重。在事故排放这一最不利工况时,金山排海工程所选定的排放口,紧急排放对纳污海域环境的影响仍然是有限的,不会影响到小金山岛等敏感水域的水质。     

基于无机氮浓度响应系数的厦门湾沿岸污水处理厂排放口选址优化

基于美国普林斯顿大学的河口、陆架和海洋模式(ECOM),建立了厦门海域三维变边界的物质输运模型,模拟了厦门海域污水处理厂尾水排放口附近无机氮的响应系数场.结果表明,厦门市尾水排放口中,石渭头排放口响应系数明显小于其他排放口,其排放口中心点的响应系数仅为其他排放口的0.08～0.50;其次是澳头、海沧和筼筜排放口;而杏林、同安、集美以及翔安排放口的响应系数相对较大,说明该区域水动力条件较弱,污染物扩散缓慢,不是理想的排放口.建议将杏林排放口优化调整至海沧排放口,集美、同安、翔安排放口优化调整至澳头排放口进行排放.该研究可为厦门海域尾水排放口选址优化提供科学依据,为厦门海域入海污染物总量控制和海洋环境管理提供参考价值.     

南通污水排海工程排放点比选的数值模拟

采用数值模拟的方法,计算和分析了南通污水排海工程排放点位于-4m、-7m和-9m三个水深位置的污染物扩散影响,结果表明,在海域水动力条件下,-4m点高质量浓度COD水体面积最大,排放口污染最重,又位于浅海区,对海洋养殖极为不利,不宜选择;-7m点排放口和-9m点排放口均没有出现超过三类水质标准的区域,-7m点排放口影响水域COD质量浓度大部分为二类水质标准区域,只有面积很小甚至可以忽略不计的小范围三类水质标准区域,满足排海要求;-9m点排放口虽然对海域影响最小,但因其离岸距离过远,将大幅增加工程的施工及运营难度,为此,在能够保障COD排海条件的情况下,同时结合各方案管线长度带来的施工难度以及造价费用,采取-7m点为最佳排海口方案。     

基于POM的物质输运方程数值格式研究

在三维海洋模式POM基础上建立水质模型,采用中心差分格式、迎风格式以及Smolarkiewicz迎风格式离散物质输运方程.以三维理想水槽中连续源排放的浓度场预测为例,分析3种离散格式求解所得的浓度场.结果表明,3种格式的数值解与解析解的偏差均小于20%.中心差分格式会引起解的震荡,导致物质的反向输移,出现浓度负值.迎风格式能够保证浓度的正值,但该格式带来的数值耗散导致数值解与解析解偏离较大.Smolarkiewicz迎风格式在普通迎风格式基础上引入抗扩散流速,经多次叠代,能有效降低计算中的数值耗散,提高了计算精度.     

基于MIKE21的渤海湾海水淡化浓盐水排海盐度场分布研究

运用MIKE21模型搭建计算网格,选取合适的计算参数,对渤海湾典型潮期、不同规模和位置海水淡化工程浓盐水排海后的盐度场分布进行了初步的模拟研究,计算了盐度升高面积。结果表明,合理选择海水淡化工程浓盐水排放口位置和排放时期,可以避免和减少浓盐水排放对海洋环境的影响。     

海洋环境容量分析在规划环境影响评价中的应用

海洋环境容量是沿海城市区域发展的重要约束条件之一,根据规划环境影响评价的特点,在计算近岸海域汇流区域内污染物排放总量的基础上,预测规划年污染物排海总量,从而制定陆源污染物排海总量控制措施和目标,优化调整规划方案,海洋环境容量的大小与海域特征和海水水质目标有关。文章以大连湾为例,在潮流场数值模拟的基础上,计算了大连湾受纳水体水质对排放源的响应关系,结合混合区的确定,计算了主要污染物ＣＯＤ、无机氮和活性磷酸盐的最大允许排放量,为各个排污口排放的不同污染物制定相应的排放与削减量提供依据。     

污水排放影响下平潭近岸海水COD和DIN浓度场的数值模拟

利用Delft3D数学模型建立了平潭综合实验区近岸海域物质输运数学模型,模拟了澳前、海坛海峡北、海坛海峡南、流水、竹屿5个排污口在不同污水排放量下COD、无机氮浓度的分布．结果表明：在污水排放规模为3．0×10^4t／d时,竹屿排污口邻近海域海水COD、无机氮质量浓度分别为3．80、0．51mg／dm3,流水排污口邻近海域海水COD、无机氮质量浓度分别为3．60、0．42mg／dm3,都超过二类海水水质标准值,表明这2个海域水动力条件较弱、污染物扩散缓慢,不是理想的排污口．在污水排放量为1．5×10^5t／d时,海坛海峡北排污口邻近海域海水COD、无机氮质量浓度分别为1．87、0．28mg／dm3,海坛海峡南排污口邻近海域海水COD、无机氮质量浓度分别为1．84、0．27mg／dm3;澳前排污口在污水排放量为5．0×10^5t／d时,其邻近海域海水COD、无机氮质量浓度分别为2．48、0．28mg／dm3,均符合二类海水水质要求,表明上述海域水动力条件良好、纳污能力强、环境容量大,是较好的污水排放口．该研究可为平潭综合实验区海域污水排放口选址优化提供科学依据,为该海域入海污染物总量控制和海洋环境管理提供参考．     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

污染物动力扩散数值模型模拟研究 ——以象山港为例

文章建立污染物动力扩散数值模型,并将模型应用于象山港污染物扩散的模拟计算。研究结果表明：象山港海域化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐源强的实测值与模型模拟结果之间的相对误差基本小于15％;污染物动力扩散数值模型在总体上有效模拟了象山港化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐等污染物的浓度分布,为该模型在其他海域的应用提供参考依据。     

琼东南深水区海陆过渡相富生烃凹陷评价及优选

琼东南盆地古近系崖城组被证实为海陆过渡相烃源岩,但是深水盆地内6个凹陷的特征及演化存在显著差异,如何确定最富生烃的凹陷直接关系到深水钻探的成效。本文在深水凹陷区域构造形成机制、沉积环境演变特征以及海陆过渡相烃源岩有机质特征分析的基础上,充分利用现有钻井和地震资料,首先依据地震相模式分析方法预测了烃源岩层段沉积相分布,并根据沉积相与有机相的对应关系,预测了有机相分布;同时采用地震速度岩性定量分析技术确定出各凹陷烃源岩厚度分布,并利用地震反演速度及区域内泥岩孔隙度和烃源岩Ro的关系,定量预测了源岩热成熟度分布;然后依据烃源岩有机相、厚度和热成熟度等参数计算了崖城组各层段生气量和生气强度;最后以这两个参数为主,结合资源量和油气发现概况,建立了深水区富生烃凹陷评价标准,以此对6个凹陷进行综合评价优选。研究认为陵水、乐东、宝岛和长昌四个凹陷是Ⅰ类(最富生烃)凹陷,而松南和北礁凹陷为Ⅱ类(较富生烃)凹陷。该评价结果对南海北部深水区下一步勘探部署和目标钻探有重要的指导意义。     

缓坡潮间带海湾的污染物输移扩散数值模拟方法研究

采用在缓坡上设置窄缝的方法,处理由于水位变动而导致计算域相应变化的动边界问题,提出了具有动边界功能的二维对流扩散模型的一种新形式,并将污染源作为移动源处理.所提出的方法已应用到渤海湾污染物迁移扩散模拟中,计算结果与实测值吻合良好.     

Numerical study of pollutant transport in the sea-bay with mild slope beach

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｓｅａ－ｂａｙｗｉｔｈｍｉｌｄｓｌｏｐｅｂｅａｃｈＷａｎｇＺｅｌｉａｎｇａｎｄＴａｏＪｉａｎｈｕａ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃｅｍｂｅｒ２２,１９９６;ａｃｃｅｐｔｅｄＪａｎｕ...     

全国行业COD和TN污染物产强环境准入基准体系研究

围绕当前中国源头治理与产业转型升级之间脱节严重的突出问题,在编制行业小类污染源全覆盖且取值简便的产强系数等级划分表的基础上,构建全国行业小类农业、工业、服务业和生活源化学耗氧量(COD)和总氮(TN)污染物产强环境准入基准体系,并以青岛市为例,评价污染源产强环境准入基准的可靠性和准确性。通过聚类分组和归并,“全国产强列表手册”编列的3022个COD和1734个TN亚小类污染源归一化产强系数都可划分为13个等级。对于“全国产强列表手册”编列的321个COD和133个TN行业小类,产强准入基准等级构成有显著差异,分别有10和12个等级,其中不同等级占比分别是II-2和IV-6最高,V-9和VI-12最低。根据产强系数检验性监测结果按从严标定准入基准表明,对于青岛市254个COD和109个TN行业小类,产强准入基准构成与全国有所不同,分别有10和11个等级,其中分别有77和14个低于全国准入基准等级。根据青岛市陆源COD和TN产污数量比较分析表明,分级比分类产强核算结果平均相差约6%,远远低于产强系数检验性监测偏差(49%)和13等级产强等级内变幅(39%)。这说明,在按“全国行业小类COD和TN污染物产强环境准入基准体系”建立完善中国污染源产强环境准入制度中,不仅按产污数量分级产强核算结果具有相当的准确性,而且按从严标定准入基准的原则也具有相当的可靠性。     

利用臭氧氧化发光光谱特征检测水质污染

利用不同的污染物质在被臭氧氧化时发光特性不同的原理检测水质污染。检测出来的发光光谱与不同污染源的特征光谱进行对比,辅助发光时序等特征,检测几种污染物的含量和确定污染源。对涉及的有关技术问题进行了探讨。     

Laser-Dye Imaging of the pH Field in a Laboratory Experiment

We established a precise DeLIF (Dual Emission Laser Light Fluorescence) system for the instant measurement of the pH field in laboratory experiments. This method is very important in studies of the biological impacts of CO₂ sequestration, i.e., effects of pH on organisms. The technique is demonstrated by applying it to the pH measurement around a liquid CO₂ droplet, which has a large gradient of CO₂ concentration near its interface, the concentration value on the boundary being known as the solubility of CO₂. In the Laser Induced Fluorescence (LIF) method using quinine and an ultraviolet laser light source, the relatively unstable pulse of the laser source decreased the measurement reliability. We therefore investigated many kinds of fluorescent dye and demonstrated the DeLIF measurement, identifying a process for cancelling fluctuations of laser light intensity. Quinine and sulforhodamine were used as fluorescence dyes. The molar absorption coefficient and emission intensity of quinine depend on the pH of aqueous solutions, while those of sulforhodamine are not as much affected by pH. The ratio of these fluorescence intensities represents pH at each point of the image. As a result, the pH field was successfully measured with an uncertainty of only approximately ±0.005, for 3.0 < pH. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

On the fundamental dynamics of barotropic circulation in shallow seas

It is suggested that the shallow sea circulation should be related to the Lagrangian residual circulation but not to the conventional Eulerjan mean circulation, and further, the first order Lagrangian residual circulation-the mass-transport velocity field is used to define the steady circulation as the lowest order shallow sea circulation.The set of equation governing the shallow sea circulation is reformulated, which shows that there are no the so-called “tidal surface source” and the “tidal stress”. A vorticity equation for the stream function of horizontal transports is derived, which is easily solved by the conventional numerical methods.An intertidal convection-diffusion equation governing the concentration of conservative and passive tracer is derived. Differing from the conventional equation, the equation derived in the present paper reveals the Lagrangian convection and has no need to introduce the artificial hypothesis for the so-called “tidal dispersion”.The theory presented here is base