夏季桑沟湾三维水质数值模拟

摘要

近年来，由于桑沟湾养殖业的发展，大量养殖废水排入湾内，再加上陆源河流的流入和岸边生活污水的排放，携带大量污染物入湾，一定程度上导致桑沟湾水质恶化，对该海域的养殖业产生一定的影响。因此，在该海域建立三维水质模型，可以对该海域水质参量的分布规律和变化趋势有一个更系统、更全面的认识，从而为海洋管理者提供科学依据。 本文首先应用国际上先进的河口、陆架和海洋模式—ECOM准确模拟了桑沟湾海域的三维潮流场，从而为污染物的扩散输移提供了动力场。研究表明：桑沟湾的潮流属于正规半日潮流，以往复流为特征。涨潮过程中，潮水从湾口的北侧进入，逆时针旋转，经湾的西部近岸，沿湾口南侧流出。落潮过程与涨潮过程相反，潮水从湾口的南侧进入，顺时针旋转，从湾口的北侧流出。湾口的流速比湾内的流速大，最大流速为65cm/s。桑沟湾余流较弱，湾口余流为8 cm/s左右，湾内大部分区域只有2～3cm/s。湾内南部余流呈逆时针方向流出桑沟湾。由于水深较浅，湾口比较开阔，密度垂直分布基本一致，所以垂向流速较小，从表层到底层由于受底摩擦力的影响，流速逐渐变小。 在潮流正确模拟的基础上，本文将水动力模块计算结果中的对流扩散场、温盐场以及网格地形数据等信息耦合到三维水质模型RCA中。本文在RCA原有模型的基础上，根据夏季桑沟湾自身的生态特征与监测资料，简化了一些生态过程与过程参量，建立了桑沟湾概念水质模型。研究表明：CODMn自沽河入海口向海域内呈带状递减趋势，湾顶南部海域浓度较湾顶北部海域高，从表层至底层浓度逐渐降低；无机氮、无机磷在沽河入海口附近浓度较高，养殖区浓度等值线趋向增大，从表层至底层浓度减小趋势逐渐变缓，局部海域出现先减小后增大的变化趋势；浮游植物在沽河入海口和湾顶南部海域浓度较大，从湾顶向湾口呈递减趋势。浮游植物对无机氮的摄取量在0.002～0.02mgL-1d-1之间，对无机磷的摄取量在0.0001～0.0012mgL-1d-1之间，CODMn自身的降解量为0.025～0.22mgL-1d-1之间。 本研究建立的夏季桑沟湾三维水质数学模型，其研究成果对该海域的水质变化趋势预测具有重要的指导意义，为环境管理者提供了科学依据，同时为其他海域的同类研究提供了有价值的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1概述

1.1研究目的和意义

1.2水质模型的研究进展

1.3桑沟湾水质模型的研究现状

1.4本文的主要工作

2桑沟湾的概况

2.1位置及自然地理

2.2水温和盐度

2.3海洋水文

2.4养殖现状

3模型的建立

3.1水动力模型(ECOM)介绍

3.1.1控制方程

3.1.2边界条件

3.1.3模态分离技术

3.2 RCA水质模型介绍

3.2.1控制方程

3.2.2边界条件

3.2.3网格大小与坐标的设置

3.2.4变量输入的设置

3.2.5模型的计算方法

3.3桑沟湾三维水质模型

3.3.1假设条件

3.3.2桑沟湾生态模型框架

3.3.3桑沟湾生态动力过程

4夏季桑沟湾海域三维水质数值模拟

4.1潮流场数值模拟

4.1.1计算海域及网格设置

4.1.2岸界和水深

4.1.3水界输入

4.1.4其它条件设置

4.1.5潮流、潮位计算结果验证分析

4.1.6潮流计算结果分析

4.2桑沟湾水质数值模拟

4.2.1源强及其参数值设置

4.2.2物理参数的模拟

4.2.3定解条件

4.2.4桑沟湾水质、生态监测资料

4.2.5夏季桑沟湾水质模拟

5结论及展望

5.1论文的主要工作及其结论

5.2论文的不足与展望

文献

致谢