采用三维潮流模型分析人工岛对海湾污染物运动的影响

摘要

海湾作为一个半封闭性海域，人工岛的建造会极大程度地改变该海域的水动力特征，导致海湾流场的重组，污染物的运动扩散规律也变得更为复杂，为避免人工岛建设引发恶化的环境代价，有必要在前期可行性研究阶段对污染物运动进行模拟和预测，进而分析人工岛对海湾水环境所产生的影响。
　　本文以大连湾作为研究背景，基于EOMSED模型建立了大连湾海域的三维潮流模型，并完成了对大连湾潮流场的验证。首先对比分析了人工岛嵌入前后海湾流场的变化，研究发现建造人工岛之后在湾内将明显形成环流，湾内海域的流速大小及流向均发生明显改变。然后通过拉格朗日粒子追踪技术，采用单个粒子和粒子群模拟了大连湾海域的污染物输运过程，对比分析了人工岛嵌入前后污染物粒子的三维运动规律，结果表明与原始地形条件相比，嵌入人工岛之后的污染物粒子扩散状况发生明显变化，污染物出湾路径也与无人工岛时污染物均从湾口右侧出湾不同，有人工岛时在湾口左侧和右侧均有污染物粒子运动出湾。
　　最后以污染物粒子群运动的追踪模拟为基础，通过所定义的污染物平均粒子浓度来评估人工岛对海湾水环境的影响。针对3种人工岛比选方案、4个排污口预设位置，对比分析了污染物运动的变化，以污染物平均粒子浓度为评估参数，从污染物扩散的角度，推荐了可供规划参考的人工岛建设方案，并对排污口的选址和污水的排放方式提供了建议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究的意义和目的

1．2 潮流水动力模型研究进展

1．3 人工岛发展与应用概况

1．4 大连湾概况

1．41 气候条件和海洋水文概况

1．42 污染物排放概况

1．5 本文主要工作

2 ECOMSED模式介绍

2．1 ECOMSED模式简介

2．2 ECOMSED模式控制方程

2．21 水动力基本方程

2．22 温盐守恒方程

2．23 湍流闭合方程组

2．24 海面和海底边界条件

2．3 坐标转换

2．4 模态分离技术

2．5 示踪粒子追踪模块

3 潮流数值模型验证

3．1 模型建立及参数设置

3．2 边界资料选取

3．3 模型验证结果

3．4 小结

4 人工岛对海湾污染物运动的影响

4．1 人工岛方案

4．2 人工岛对海湾流场的影响

4．3 人工岛对污染物运动的影响

4．3．1 单个粒子运动轨迹模拟分析

4．3．2 污染物粒子群运动模拟分析

4．4 小结

5 人工岛对海湾水环境的影响

5．1 水体交换

5．2 人工岛对海湾水环境的影响及方案推荐

5．3 污染物排放方式以及排污口布设位置优选

5．31 污染物排放方式推荐

5．32 排污口选址推荐

5．4 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢