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。     

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。     

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。     

罗源湾多年围填海工程对水动力环境的累积影响研究

由于滩涂开发和临港工业建设的需要,罗源湾内围填海活动频繁,但长期以来多个围填海工程对湾内水动力环境的累积效应十分明显。本研究以围填海累积影响下的罗源湾水动力环境变化为研究对象,通过MIKE 3模型,分析了罗源湾3个典型围填海时期岸线与地形条件下的纳潮量和水交换能力变化。结果表明,多年实施的大量围填海工程对罗源湾的纳潮量和水交换的累积效应显著。1996和2012年的海湾全潮平均纳潮量与1960年代相比,分别减少了约20.59%和28.38%,湾内30d的平均水交换率则分别减少19.17%和21.42%,半交换时间延长了约1.74和2.42d。由此可见,频繁的围填海工程对罗源湾水动力环境的累积影响较大。     

丁字湾物质输运及水交换能力研究

通过建立丁字湾三维潮流模式、污染物输运模式计算了该湾 COD浓度分布 ,定量分析了丁字湾的水交换能力 ,较为精确地计算出丁字湾内水交换率和水交换半更换期的空间分布。计算结果表明 ,当湾中部水交换 50 %时 ,湾口水交换达 80 % ,湾底仅为 2 0 %～ 40 % ;丁字湾湾口的半更换期为 1～ 5d,湾中部为 1 8～ 2 0 d,湾顶为 2 4～ 32 d。     

罗源湾潮致余流特征及其对物质分布的影响

基于MIKE 3开展了罗源湾的三维数值模拟,以流场和断面垂向流速阐释了罗源湾的潮流分布特征,计算了罗源湾的潮致余流场,采用拉格朗日粒子追踪法模拟了具有粒子特性的物质在湾内的运移并分析了粒子的运动规律,结合潮流和潮致余流特征讨论了罗源湾不同区域的物理自净能力。研究结果表明,罗源湾西北部、东北岸内凹处和内湾口处形成了余环流结构,湾内不同区域的物质分布与潮致余流结构有明显相关性,粒子在罗源湾西北部海域运移缓慢,而湾口及可门水道附近具有较好的自净能力。本研究为进一步探讨罗源湾污染物质分布机制提供了科学依据,为罗源湾的污染控制和环境保护提供了技术支撑,研究方法也为其他海湾的相关研究提供借鉴参考。     

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。     

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。     

罗源湾海水中粪大肠菌群的分布和年际变化

于2003年1月到2005年12月对罗源湾海区表层海水中的粪大肠菌群数量和分布进行了调查监测。监测结果表明:罗源湾表层海水中粪大肠菌群的数量在<2～540个/100mL之间,3年中月平均高值出现在8到10月份,低值出现在1到4月份,且年平均值呈逐年递增。原因分析发现,影响湾内海水中FCB的月平均值数量变化的最主要因素是降水量。另外通过多点采样结果比较,发现罗源湾表层海水中FCB的空间分布呈现为:湾内腹海区>湾中间海区>湾口海区。通过国家海水水质标准(GB3097-1997)对本次的调查监测结果进行评价,从2003年到2005年罗源湾海区海水中粪大肠菌群的达标率分别为100%,98.0%和97.9%,表明罗源湾海区表层海水的FCB污染相对较轻。     

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。     

近70年胶州湾水动力变化的数值模拟研究

采用无结构三角形网格海洋模式FVCOM,基于胶州湾不同年代的岸线和水深地形条件,建立胶州湾及其邻近海域各年代的三维潮汐潮流数值模型,从数值模拟角度分析和比较胶州湾不同年代纳潮量、潮汐潮流、水交换率等水动力参数的变化。结果表明:随着胶州湾水域总面积不断缩小,纳潮量在逐渐减小,2008年全湾的纳潮量相对于1935年减少了31.5%,约合3.9×108 m3;海湾流场结构变化很小,流速呈减小趋势;胶州湾欧拉余流"团团转"的多涡结构基本保持不变,最大值都发生在团岛附近;海湾的水交换能力趋弱,对整个胶州湾水体的半交换时间进行海湾平均,不同年代5套岸线下海湾的水体半交换时间分别是37.0 d,36.7 d,39.2 d,39.7 d和40.8 d。     

福建罗源湾网箱养殖区海洋生态环境质量评价

对比2004年的调查资料与历史资料,分析了罗源湾海区多年水质、水域的养殖力(营养盐、叶绿素a和初级生产力)以及浮游植物多样性的变化,并采用潜在生态危害指数法对其生态危害程度现状进行评价。结果表明,罗源湾水体中的无机氮和活性磷酸盐质量浓度超过第二类水质标准,沉积物中除Hg、Cd污染较为严重外,其它重金属的生态危害很小。此外,罗源湾表层沉积物微量元素含量属正常范围。目前,罗源湾网箱养鱼已超负荷,但养殖面积还有扩大趋势,故必须调整网箱养殖面积和数量,优化养殖种类结构,实现生态养殖,才能达到持续健康、高质、高效发展。     

罗源湾海水中粪大肠菌群的分布和年际变化

本文于2003年1月到2005年12月对罗源湾海区表层海水中的粪大肠菌群数量和分布进行了调查监测。监测结果表明：罗源湾表层海水中粪大肠菌群的数量在〈2～540个／100mL之间,3年中月平均高值出现在8到10月份,低值出现在1到4月份,且年平均值呈逐年递增。原因分析发现,影响湾内海水中FCB的月平均值数量变化的最主要因素是降水量。另外通过多点采样结果比较,发现罗源湾表层海水中FCB的空间分布呈现为：湾内腹海区〉湾中间海区〉湾口海区。通过国家海水水质标准（GB3097-1997）对本次的调查监测结果进行评价,从2003年到2005年罗源湾海区海水中粪大肠菌群的达标率分别为100％,98．0％和97．9％,表明罗源湾海区表层海水的FCB污染相对较轻。     

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。     

平潭竹屿湾水交换能力和溢油风险数值模拟

应用非结构网格有限体积海洋模型对平潭竹屿湾水交换能力和溢油扩散开展了数值模拟.水交换能力计算表明,竹屿湾大部分水域水体半交换时间小于1.0 d,平均滞留时间约3.0 d左右,水体冲洗时间为15.0 d,水交换能力较强. 48 h溢油扩散计算结果表明,油粒子扫海范围及运动路径与油粒子的释放时刻及风的作用紧密相关.静风条件...     

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…     

A numerical model study of barotropic subtidal water exchange between estuary and subestuaries (tributaries) in the Chesapeake Bay during northeaster events

Northeasters are storms that affect the Chesapeake Bay area more frequently, last for longer periods and impact larger areas than hurricanes. Their impacts on storm surge development and the water exchange between estuary and subestuaries (tributaries) in the Bay vary from one event to another. In this study, three different northeaster events were selected based on their tracks when passing through the Chesapeake Bay area. An unstructured grid finite volume model ELCIRC was utilized to examine the response of the water level of the Chesapeake Bay to three selected northeasters, and the barotropic subtidal water exchanges between the tributaries and the estuary in the Bay. Model sensitivity tests were conducted to examine various effects induced by, for example, tide–surge interaction, open boundary condition, river inflow, wetting-and-drying of the low-lying land area and the usage of 2-D or 3-D mode. The results show that excluding tide–surge interaction did not deteriorate the model performance in the lower Bay but it increased the model inaccuracy in the upper Bay and in the tributaries; using radiation boundary condition decreased the sea level variation in the Bay without appropriately specifying incoming wave; excluding wetting-and-drying of low-lying land area reduced the volume flux by approximately 5%; and using 3-D mode generally increased the water level variation in the Bay. The model predicted storm surges well for three northeaster events. Further diagnostic experiments show that the relative importance of the local and remote winds in generating storm surges in the Bay varied with different northeasters. The inverse barometeric effect played an important role in inducing storm surges for two selected northeasters. The interaction between the tributaries and the Bay proper is considerable. The impacts of the remote wind and Bay wind can be much larger than that of the tributary wind and, thus, control the hydrodynamics and mass transport in the tributaries. The Bay wind and tributary wind effects are largely affected by the wind direction and wind phase, and geographic locations of the tributaries in the Bay. The tributary wind can be dominant over the remote wind and Bay wind effects when the local wind stress and barometric pressure changes are large.