基于FVCOM的湄洲湾温排水海区三维海水温度场数值研究与观测对照分析

摘要

温排水系电厂冷却水中温度上升7～10℃后经电厂排放回到自然水体中的部分，随着国家逐步加强海岸带开发利用活动，滨海电厂迅速发展，温排水海洋环境影响已经引起广泛关注。温排水海区海水温度三维分布的研究课题，对控制海洋环境污染与指导海岸工程选址、设计等方面具有重要的现实意义。 本文采用三维非结构网格有限体积河口与海岸模型(FVCOM)，对湄洲湾海区水动力场与温度场进行模拟，同时结合2007年8月大小潮两期海流、温度同步观测资料进行对照分析，研究了受温排水影响下该海区的水温分布特征。研究结果表明，在温排水影响下，湄洲湾海区海水温度自排放口向外围由高到低辐射状分布，影响范围东至湄洲岛北侧水道，西至惠屿以西，涨潮过程中北至秀屿港，落潮过程南至东周半岛与大竹岛之间水道。模型模拟结果与海上观测资料均反映，湄洲湾海区地形复杂，水道、水下浅滩交错排列，直接地通过阻隔或引导热量传递，或间接通过影响潮流场的方式作用于热量运移，对海水温度分布产生一定控制作用。观测资料表明，海区温度场三维特征明显，受温排水影响，水深不足50m且混合均匀的湄洲湾海区水温在垂向上呈现出显著差异性，表层海水高于中下层，表底层温差可达约2℃，小潮期显著性高于大潮期。数值模型模拟结果说明，这种观测得到的垂向水温分布现象，其产生受研究位置与排水口之间空间距离及海洋水动力环境控制，靠近排水口的区域，垂向不均匀特征尤其明显，涨潮过程中，该现象主要产生于排水口北侧，落潮过程则相反。同时，水道、水下浅滩交错分布的地形特点也对这种垂向特征起到了重要作用，由于高温海水的密度较低而呈现出浮力作用，温排水自水下浅滩向深水区运移且途径水深跃变区域时，垂向温差显著。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究意义

1．2 研究手段与同类研究进展

1．3 温排水影响海区温度场数值模型应用现状

1．4 本文研究特点

2 湄洲湾温排水海区温度场模型的建立

2．1 湄洲湾海区自然环境概况

2．1．1 海区气象条件概况

2．1．2 海洋水文环境简况

2．1．3 地质地貌

2．2 三维非结构网格有限体积海洋水动力模型

2．2．1 水动力模块控制方程

2．2．2 三角非结构网格系统

2．2．3 动边界干湿网格处理方法

2．3 三维温度场模型

2．4 湄洲湾海区模型的构建

2．4．1 计算域网格剖分

2．4．2 计算区域水深地形

2．4．3 模型计算参数设置

2．5 模型计算结果验证

3 水动力特征模拟与观测资料对照分析

3．1 潮流场模拟结果

3．2 中央深槽垂向流向差异性

3．3 排放口周边局部海域水动力观测分析

4 海水温度场特征

4．1 各层海水温度场平面分布

4．1．1 基于数值模拟的大潮期温度场分布

4．1．2 基于数值模拟的小潮期温度场分布

4．1．3 大小潮两期模拟结果各层温度场平面分布情况对比

4．2 海水温度垂向不均匀特征的观测与模拟对照分析

4．2．1 大潮期垂向水温不均匀特性

4．2．2 小潮期垂向水温不均匀特性

4．2．3 垂向水温不均匀特性的大小潮期差异

4．3 特征断面海水温度垂向分布

4．4 水温垂向不均匀特征的平面分布

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢