钦州湾茅尾海纳潮量和水交换能力的数值模拟研究

摘要

钦州湾茅尾海是我国南部沿海重要的港湾,在环北部湾地区的经济发展和我国与东盟之间的贸易往来中发挥重要作用,同时湾内分布有大片的红树林,具有极高的渔业和生态资源价值。近年来无序的开发活动使这片海湾出现了淤积严重、面积萎缩、水质下降等严重问题,对当地经济社会发展造成了不利影响。为了解决这一问题,使钦州湾茅尾海更好地为社会发展服务,钦州市于2011年提出了茅尾海综合整治规划。在此背景下,对钦州湾茅尾海纳潮量和水交换能力进行全面的模拟研究,希望能够为改善海湾的生态环境质量,更加合理开发利用钦州湾茅尾海提供一定的理论参考。
　　本文结合茅尾海综合整治规划内容,通过建立钦州湾茅尾海的二维水动力模型,研究了该海域在综合整治前后的潮流场特性和纳潮量,并在此基础上建立了对流扩散模型,全面研究了综合整治前后钦州湾茅尾海的水交换规律。
　　1、结合海图资料和实测岸线、水深资料,利用MIKE21FM建立了钦州湾茅尾海二维水动力模型,得到以下结论:
　　(1)该海域为不正规全日潮流,每月小潮期约有两天呈现半日潮流特征,其余小潮期及全部大潮期均呈现出了明显的全日潮流特征。湾内潮差最大可达5.61m。
　　(2)茅尾海及钦州湾湾颈地区潮流基本为 NNW-SSE向的往复流,而钦州湾外湾则呈现一定的旋转流特征。涨潮时,最大流速区在中部航道附近延伸至钦州湾湾颈的龙门水道处,最大流速达到1.15m/s,茅尾海内平均流速为0.32m/s,钦州湾为0.35m/s。落潮时整体流向与涨潮时相反,龙门水道处最大流速可达1.57m/s;茅尾海内落潮平均流速0.40m/s,钦州湾0.46m/s,落潮流速明显大于涨潮流速。
　　(3)综合整治规划实施后,茅尾海大部分区域涨落潮最大流速有所减小,但是钦州湾湾颈地区的涨落潮最大流速增大。龙门水道处最大涨潮流速1.50m/s,最大落潮流速可达1.78m/s。潮流流向无明显变化。
　　2、基于潮流模型模拟结果,选取龙门-亚丁山连线(21.75°N)和企沙镇-乌雷村连线作为茅尾海和钦州湾的湾口断面,计算得到茅尾海纳潮量最大为5.5×108m3,最小0.62×108m3,平均2.96×108m3;钦州湾纳潮量最大为17.1×108m3,最小1.89×108m3,平均9.20×108m3。
　　综合整治后,茅尾海纳潮量最大为6.11×108m3,最小0.79×108m3,平均3.39×108m3;钦州湾纳潮量最大为17.2×108m3,最小2.07×108m3,平均9.49×108m3。本次综合整治有利于增加钦州湾茅尾海的纳潮量。
　　3、在水动力模型的基础上,耦合了保守物质的对流扩散模型,对有主要河流径流输入和无径流两种情况下钦州湾茅尾海的水交换过程进行了模拟,得到该海湾的半交换时间,并对比了综合整治前后水交换能力的变化:
　　(1)综合整治前,在有径流条件下,钦州湾水体半交换时间为15.5 d,茅尾海半交换时间为7.7 d。无径流时,钦州湾水体半交换时间为60.8 d,茅尾海水体半交换时间为45.4 d。
　　(2)综合整治规划实施后,钦州湾和茅尾海的水交换能力均有一定程度的下降:有径流条件下,钦州湾水体半交换时间为20.6 d,茅尾海半交换时间为13.6 d;无径流时,钦州湾水体半交换时间为71.7 d,茅尾海水体半交换时间为56.7 d。
　　(3)模拟结果显示,潮流流速越大的区域海水交换越容易;距离淡水河口和湾口距离越近,水交换越快。在有径流条件下,钦州湾水交换能力最强的区域位于湾顶的茅岭江与钦江入海口处以及外湾的湾口处,最弱的区域为龙门水道西侧的狭窄口门内和金鼓江内。对于茅尾海来说,水交换能力最弱的区域位于湾口以内的茅尾海东南侧靠岸海域。
　　虽然综合整治规划的实施增大了钦州湾和茅尾海的纳潮能力,但由于其同时也增大了湾内海水的体积,在污染物浓度不变的情况下,规划实施对于污染物在湾内的输移扩散还是会产生不利的影响。

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1 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究进展

1.3本文研究内容

2 水动力数值模拟

2.1 模型原理

2.2现状潮流场数值模拟

2.3综合整治后潮流场数值模拟

2.4结果分析

3 计算海域纳潮量计算

3.1现状纳潮量计算

3.2综合整治后纳潮量计算

3.3结果分析

4 计算海域水交换能力的数值模拟研究

4.1现状水交换模拟

4.2综合整治后水交换数值模拟

4.3结果分析

5结论与展望

5.1 结论

5.2不足与展望

参考文献

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