辽河口区径流对辽东湾海域污染物输移扩散影响的数值模拟研究

摘要

近年来，随着沿海城市和海洋经济的快速发展，大量污染物被排入海中，造成海洋生态环境日益恶化。辽东湾是我国的经济热点地区，每年都有大量的陆源污染物排入海域中。河流输入作为陆源污染的主要形式，其径流是影响污染物入海通量及扩展的重要因素。因此，研究辽河口区径流对辽东湾海域污染物输移、扩散的影响可为海洋环境治理提供相关的理论依据及现实参考。 本文采用MIKE模型建立三维潮流数值模型，考虑了入海径流、热交换等因素的影响，利用潮汐、潮流、温度和盐度的实测资料对模型进行验证。结果表明该模型可以较好地反映大尺度模型的水动力以及温盐特性，可为小尺度模型辽东湾海域的计算提供准确的动力场。 在正确验证大尺度模型的基础之上，建立了小尺度模型辽东湾海域的三维水质模型，利用实测的表层无机氮和活性磷酸盐的年平均浓度分布对模型进行验证。在此基础上模拟了辽东湾海域2009年表层无机氮和活性磷酸盐的浓度分布，探讨了辽河口区径流的变化对其浓度分布的影响以及辽河输入污染物通量减少时对辽东湾海域水质的影响。结果表明：整体上，辽东湾海域秋季和冬季时期表层无机氮和活性磷酸盐浓度较高，春季和夏季时期浓度逐渐降低。表层无机氮浓度呈现出由东北海域向西南海域递减、东部海域大于西部海域、辽河口和大辽河口周围出现高值的分布特征。表层活性磷酸盐浓度东部海域全年大于西部海域、春季和夏季时期浓度由东北海域向西南海域递减。在洪水年（枯水年），保持辽河输入海域无机氮和活性磷酸盐浓度不变，辽河径流增加（减少），不会改变表层无机氮和活性磷酸盐的时间分布特征，但整体上表层无机氮和活性磷酸盐浓度会增加（减少），且辽河口区域附近变化更为显著。因此，该情况下流量增大（减少），在一定程度上使得辽东湾海域的水质状况恶化（改善）。保持辽河入海径流不变时，入海污染物通量减少会改善辽东湾海域的水质状况。 在输入污染物粒子浓度不变的情况下，模拟了不同流量下保守污染物粒子的输运轨迹。结果表明：大部分粒子聚集在河口附近，东北方向粒子数目多于西南方向，流量增加（减少），使得整体上污染物粒子数目增加（减少），且辽河口附近粒子数目变化较为显著。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外相关工作研究现状

1.2.1 水动力数值模拟研究进展

1.2.2 水质数值模拟研究进展

1.2.3 辽河口及辽东湾海域研究现状

1.3 辽东湾概况

1.3.1 自然环境特征

1.3.2 污染状况及污染物排放概况

1.4 本文的主要工作

2 数学模型介绍

2.1 水动力模块

2.1.1 浅水方程

2.1.2 温盐输运方程

2.1.3 空间离散

2.1.4 坐标转换

2.1.5 时间积分

2.1.6 边界条件

2.2 ECO Lab模块

2.3 本章小结

3 水动力模型配置及验证

3.1 模型配置

3.1.1 模型区域

3.1.2 边界条件

3.1.3 初始条件

3.1.4 模型参数

3.2 模型验证与结果分析

3.2.1 潮位验证

3.2.2 潮流验证

3.2.3 温度验证

3.2.4 盐度验证

3.3 本章小结

4 辽河口区径流对污染物扩散的影响

4.1 计算设置

4.2 模型验证及分析

4.3 辽河口区径流对无机氮（DIN）扩散的影响

4.3.1 2009年流量条件下表层无机氮（DIN）浓度分布

4.3.2 洪水年流量条件下表层无机氮（DIN）浓度分布

4.3.3 枯水年流量条件下表层无机氮（DIN）浓度分布

4.4 辽河口区径流对活性磷酸盐（PO4）扩散的影响

4.4.1 2009年流量条件下表层活性磷酸盐（PO4）浓度分布

4.4.2 洪水年流量条件下表层活性磷酸盐（PO4）浓度分布

4.4.3 枯水年流量条件下表层活性磷酸盐（PO4）浓度分布

4.5 辽河入海污染物通量减少时表层DIN和PO4的分布状况

4.6 海域污染控制措施

4.7 本章小结

5 辽河口区径流对污染物粒子运动轨迹的影响

5.1 计算设置

5.2 表层余流场分析

5.3 不同流量下污染物粒子运动轨迹分析

5.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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