数学模拟在海洋工程水质环境影响评价中的应用

论文摘要

随着我国经济的快速发展,由工程施工引发的环境问题越来越受到人们的日益关注,在人们生活质量越来越提高的今天,人们对居住环境的要求也越来越高。海洋作为现代经济进一步发展的一个载体,由于其具有流动性、全球性,而被受各国所关注,由其工程所涉及的环境问题也越来越重要。河口地带作为海洋与陆地的连接纽带,是世界上人口最集中、经济最发达的地区。珠江河口就在这样的纽带上,它由世界上最复杂的河网系统和河口湾组成。河网内水道纵横交错,相互贯通,上游的来水通过八大口门汇入大海。河口区水流受径流和潮汐的共同影响,水流和物质随时间和空间的变化明显。由于珠江河口复杂的水系结构和动力特征,因此对河口的数值模拟具有很大的挑战性,从20世纪80年代开始,对其进行数学模型和应用研究就陆续展开。珠江河网区以一维流动为特征,河口区以一、二维过渡流动为特征,口门外则是二维和三维的流动特征。本文主要是结合广州海域小虎石化码头(位于珠江河口区)海洋工程环境影响评价,研究了二维数学模型在模拟工程水质环境的应用,把数学模拟与现场实测相结合,验证了二维数学模型能很好地应用于模拟海域潮流场的特征与悬移质泥沙的运移和扩散过程。通过本研究得到以下结论。(1)数学模型的应用需要调查清楚海域环境的特征,调查的资料(包括现场)要在时间和空间上具有连续性,同时要能精确的得到模拟所需的各个数值;(2)二维非线性流体数学模型对工程所在海域的潮流场进行数值模拟,是在假设在一定的边界条件下,根据潮流场的特性,取法向速度为0,同时考虑水体的粘性和各种着力项,采用无结构六结点三角形网格,通过与现场实测相对比,检验模拟结果的可信度,结果表明,模拟与实测高度吻合一致;(3)采用二维平流扩散数学模型分析计算工程施工期产生的悬移质泥沙的运移和扩散过程,需要精确地计算出工程的范围及产生的悬移质的量,并能清楚产生的物质的性质,结合工程所在海域的潮流场特征,模拟出悬移质泥沙影响的范围和时间,及其对周围环境水质的影响,及可能造成的环境问题,提出解决办法,有效的控制由工程引发的海洋环境问题,把工程对环境的影响降到最低,从而有效地保护海洋环境。(4)本文最后根据模拟过程列出了数学模型在应用中存在的问题,及二维数学模型在今后发展中的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 国内外的研究现状
• 2 工程水域的流场特征
• 2.1 潮汐
• 2.1.1 基面关系
• 2.1.2 潮汐性质
• 2.1.3 特征值
• 2.1.4 设计水位
• 2.2 潮流
• 2.3 波浪
• 2.4 水体含沙量
• 3 潮流场的影响分析
• 3.1 水文观测
• 3.2 数学模型
• 3.3 计算区域
• 3.4 开边界条件
• 3.5 模型验证
• 3.6 流场特征
• 4 工程海域水环境状况调查
• 4.1 水质环境现状
• 4.1.1 监测站位
• 4.1.2 调查时间和频率
• 4.1.3 监测项目
• 4.1.4 监测方法
• 4.1.5 丰水期水环境质量现状
• 4.1.6 枯水期水环境质量现状
• 4.2 沉积物的质量现状
• 4.3 海域生物资源现状
• 4.3.1 监测站位与项目
• 4.3.2 调查时间
• 5 悬移质扩散模拟
• 5.1 模型选择
• 5.2 模型计算
• 6 结论和存在的问题
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文