近岸海域環(huán)境數(shù)學(xué)模型研究及其在膠州灣的應(yīng)用.pdf

1、近岸海域在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有戰(zhàn)略地位，開展近岸海域數(shù)值模式研究與應(yīng)用具有重要的意義。本文主要目標(biāo)是構(gòu)建一個適合近岸海域的潮流、泥沙、生態(tài)數(shù)學(xué)模型，并將模型用在膠州灣海域解決工程環(huán)境問題。本文分兩部分，第一部分為數(shù)值模型研究；第二部分為模型的應(yīng)用研究。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)在水動力學(xué)ECOM～S工模型的基礎(chǔ)上，耦合NPZD生態(tài)動力學(xué)模型和ECOMSED模式的泥沙輸運(yùn)模型和波浪模型，構(gòu)建一個三維變邊界潮流、泥沙、生態(tài)數(shù)學(xué)

2、模型。模型集成了目前先進(jìn)的海洋數(shù)值計算模塊和計算方法，可為近岸海域環(huán)境規(guī)劃與管理提供有力的計算工具。該模型成功地應(yīng)用在膠州灣海域，潮流場，泥沙濃度分布、營養(yǎng)鹽以及生物量的數(shù)值模擬結(jié)果同監(jiān)測結(jié)果符合良好。 (2)為滿足近岸海域的需要，用歐拉一拉格朗日格式改造物質(zhì)輸運(yùn)方程的平流項(xiàng)。模式應(yīng)用在膠州灣海域，模擬效果良好，在近岸海域環(huán)境模型的研究上具有重要應(yīng)用價值。 (3)在潮流數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，展開了前灣填海對海洋動力影響的研究

3、，得到如下結(jié)論：前灣填海對膠州灣的潮波系統(tǒng)影響甚微，振幅和位相的變化都在1％以內(nèi)。但是對于潮流和余流，在前灣和工程附近海域水動力條件變化比較大，填海后，潮流速度減小16.9％～55.7％；余流速度減小29％-70.1％。其他海域水動力變化不大，潮流的變化在1％左右，余流速度變化的絕對值在3.14％～9.16％之間。 (4)計算了膠州灣的潮能通量，并從能量角度評價了前灣填海造地對潮能通量的影響。填海后，內(nèi)灣口和外灣口附近潮能通量增

4、加2.6％～5.24％，前灣和工程局部區(qū)域潮能通量減小20.21％～87.23％。 (5)利用泥沙數(shù)學(xué)模型計算了膠州灣海底應(yīng)力分布并分析了膠州灣的沖淤趨勢。結(jié)果表明，膠州灣由于河流泥沙來源減少，只有周邊海域和前灣處于微淤趨勢，灣中，大沽河水道，滄口水道等海區(qū)處于微沖狀態(tài)，灣口附近處于不沖不淤的狀態(tài)。定量化評估了填海造地對地形沖淤的影響。主要結(jié)論是，填海將促使前灣海區(qū)淤積，對工程附近的灣口地區(qū)則可導(dǎo)致沖刷。 (6)進(jìn)行膠州

5、灣營養(yǎng)鹽、生態(tài)動力學(xué)過程研究 過程研究表明：變邊界模型模擬污染物的濃度比定邊界模擬的濃度要高1％～20％，原因是模型考慮了污染物在潮間帶上的輸運(yùn)造成的。河流輸送是膠州灣氮磷營養(yǎng)鹽的主要來源，沉積一海水界面氮的釋放形成的濃度占河流輸送形成濃度的20％～40％，而磷的為1％～15％。硅酸鹽底部釋放形成的濃度場與河流輸送形成的濃度場相當(dāng)。填海后前灣無機(jī)氮濃度增大7％～1 2％，在其他海域濃度變化都在2％以下。對浮游植物生物量的影響較小