黄海南部近岸海域水动力特性及污染物输移扩散规律研究

论文摘要

本文以南通市尾水排海重大工程为背景,针对尾水排海工程选址于黄海南部辐射沙洲群和吕泗渔场海域,选题并确定排放口海域水动力、污染物输移扩散规律以及污染物对附近海域水生物影响为主要研究内容;应用系统工程的设计思想确定研究技术路线,采用二维和三维水动力、水质模型对排海工程水域的水动力状况及尾水排入该水域后污染物输运扩散规律进行数值模拟;混合区、稀释度场、水生物潜在影响区以及入侵敏感区几率不同角度分析研究尾水对附近海域的环境影响,研究成果具有一定的理论和实际意义。 论文的主要研究成果有: (1)系统设计思想:将污水海洋处置工程从选址到模型研究、从工程到水环境、水生物影响视为一个大系统;由中尺度到小尺度再到精细模型逐步细化的模型研究技术思想;系统地、逐层深入地研究了南通市排海工程海域水动力、污染物输移扩散规律以及对水生物潜在影响。 (2)水动力研究:针对研究海域辐射沙洲特殊复杂的地形条件,首次提出平面无缝对接、垂向平滑处理的地形处理技术;建立了覆盖苏北辐射沙洲和长江口的黄海南部海域的正交曲线网格系统下二维水动力模型,蒿枝港—塘芦港近岸海域矩形网格系统下二维水动力模型以及排放口附近海域平面矩形网格垂直固定坐标系下的三维水动力模型,经实测资料验证模型的可靠性和适用性;首次提出了边界水位提取转移的AEBL46算法和边界流速提取转移的AEBV46算法,并较好的应用于三维模拟计算中。 (3)污染物输移扩散研究:建立了蒿枝港—塘芦港近岸海域二维水质模型及排放口附近海域三维水质模型,揭示排放口近岸海域污染物平面和空间输移扩散规律;对COD降解系数进行四因素四水平的正交试验,为模型参数确定提供参考;模拟计算各排放方案的混合区;提出了分层混合区的概念,并应用三维水质模型计算分层混合区;从有利于环境管理出发,模拟计算保守污染物不同方案的稀释度场,为分析研究其他污染物分布状况及混合区提供途径;应用统计学原理,进行污染物入侵敏感区几率和混合区几率分析,反映污染物对敏感区的影响强度。

论文目录

• 第1章 综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 污水海洋处置与可持续发展
• 1.1.2 南通市污水处置战略
• 1.1.3 南通市污水海洋处置工程
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 近岸海域水动力模拟研究进展
• 1.2.2 近岸海域污染物输移扩散规律研究
• 1.2.3 水环境质量分析与安全浓度研究
• 1.3 排海工程海区环境特性
• 1.3.1 水动力特性
• 1.3.2 水环境特性
• 1.3.3 水生态特性
• 1.3.4 海域功能区划
• 1.4 研究背景及意义
• 1.5 研究内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究技术路线
• 参考文献
• 第2章 近岸海域水动力研究的数学模型及数值模拟
• 2.1 概述
• 2.2 直角坐标系下的水动力数学模型
• 2.2.1 水流运动的三维数学模型
• 2.2.2 浅水运动的二维基本模型
• 2.3 正交曲线网格坐标系下二维水动力数学模型
• 2.3.1 非正交曲线网格坐标系下的数学模型
• 2.3.2 正交曲线网格坐标系统二维水动力数学模型
• 2.4 模型参数与定解条件
• 2.4.1 模型参数
• 2.4.2 定解条件
• 2.5 数值模拟方法
• 2.5.1 经典数值离散解法
• 2.5.2 综合数值解法
• 2.5.3 数值模拟相关技术
• 2.6 Lagrange轨迹示踪模型
• 2.6.1 Lagrange轨迹数学模型
• 2.6.2 Lagrange轨迹数值模型
• 参考文献
• 第3章 黄海南部近岸海域二维水动力数值模拟
• 3.1 黄海南部近岸海域概况
• 3.1.1 黄海南部地理环境
• 3.1.2 黄海南部海洋水文
• 3.1.3 长江口水文概况
• 3.2 数值模拟系统设计思想
• 3.3 黄海南部近岸海域二维水动力数学模型
• 3.3.1 正交曲线网格坐标系下的数学模型
• 3.3.2 控制方程的离散与数值求解
• 3.4 黄海南部近岸海域水动力模型设置
• 3.4.1 模拟范围确定
• 3.4.2 网格系统生成
• 3.4.3 模拟区域地形无缝光滑处理
• 3.5 黄海南部近岸海域水动力模拟定解条件
• 3.5.1 初始条件设置
• 3.5.2 边界条件处理
• 3.5.3 模型参数确定
• 3.6 黄海南部近岸海域二维水动力数值模拟
• 3.6.1 数值模拟时空步长选择
• 3.6.2 模型率定与验证
• 3.6.3 数值模拟结果及分析
• 3.7 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维模型设置
• 3.7.1 概述
• 3.7.2 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维模拟范围
• 3.7.3 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维模拟网格系统
• 3.7.4 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维模拟地形处理
• 3.8 蒿枝港—塘芦港海域二维水动力数学模型
• 3.8.1 控制方程组
• 3.8.2 控制方程的数值离散
• 3.9 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维模拟定解条件
• 3.9.1 初始条件
• 3.9.2 边界条件
• 3.9.3 模型参数确定
• 3.10 蒿枝港—塘芦港近岸海域二维水动力数值模拟
• 3.10.1 二维水动力数值模拟时空步长选择
• 3.10.2 二维水动力模型率定与验证
• 3.10.3 数值模拟结果及分析
• 3.11 Lagrange质点示踪
• 3.11.1 Lagrange质点示踪
• 3.11.2 质点示踪结果分析
• 3.12 本章小结
• 参考文献
• 第4章 排放口近岸海域三维水动力数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 模拟范围及网格系统
• 4.2.1 数值模拟范围
• 4.2.2 数值模拟网格系统
• 4.2.3 数字地形生成
• 4.3 直角坐标系下的三维水动力数学模型
• 4.3.1 直角坐标系下的三维水动力控制方程组
• 4.3.2 三维控制方程的数值方法
• 4.3.3 离散格式
• 4.4 定解条件确定
• 4.4.1 初始条件设置
• 4.4.2 边界条件处理
• 4.4.3 模型参数确定
• 4.5 边界信息提取及转移技术
• 4.5.1 边界与网格关系
• 4.5.2 边界信息提取及转移
• 4.6 排放口附近海域三维水动力数值模拟
• 4.6.1 三维水动力数值模拟时空步长选择
• 4.6.2 三维水动力模型率定与验证
• 4.6.3 三维水动力数值模拟结果及分析
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第5章 黄海南部近岸海域物质输移扩散二维数值模拟
• 5.1 黄海南部近岸海域水质现状
• 5.1.1 排污海域2003年现状监测及评价
• 5.1.2 排污海域2005年现状监测及评价
• 5.2 近岸海域物质输移扩散模型研究
• 5.2.1 物质输移扩散二维数学模型
• 5.2.2 物质输移扩散二维模型的数值求解
• 5.3 定解条件确定
• 5.3.1 初始条件设置
• 5.3.2 边界条件处理
• 5.3.3 降解系数的试验研究
• 5.4 黄海南部近岸海域物质输移扩散二维数值模拟
• 5.4.1 二维数值模拟范围及时空步长选择
• 5.4.2 模拟方案设计
• 5.4.3 二维水质数值模拟结果及分析
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第6章 黄海南部近岸海域物质输移扩散三维数值模拟
• 6.1 近岸海域物质输移扩散三维模型研究
• 6.1.1 物质输移扩散三维数学模型
• 6.1.2 物质输移扩散三维模型的数值方法
• 6.2 定解条件确定
• 6.2.1 初始条件设置
• 6.2.2 边界条件处理
• 6.2.3 扩散参数的确定
• 6.2.4 降解系数确定
• 6.3 黄海南部近岸海域物质输移扩散三维数值模拟
• 6.3.1 三维数值模拟范围及时空步长选择
• 6.3.2 模拟方案设计
• 6.3.3 三维水质数值模拟结果及分析
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第7章 混合区及稀释度场研究
• 7.1 概述
• 7.2 混合区分析研究
• 7.2.1 混合区概念
• 7.2.2 混合区计算
• 7.3 稀释度场研究
• 7.3.1 稀释度场概念
• 7.3.2 稀释度场分析研究
• 7.4 稀释度场应用
• 5达标增量'>7.4.1 BOD₅达标增量
• 5混合区面积'>7.4.2 BOD₅混合区面积
• 7.4.3 结果分析
• 7.5 敏感区入侵几率分析
• 7.5.1 概述
• 7.5.2 入侵近岸-3m等深线几率分析
• 7.5.3 混合区近岸包络出现几率
• 7.6 近岸-3m等深线稀释度几率分布研究
• 7.6.1 近岸-3m等深线稀释度几率计算
• 7.6.2 计算结果分析
• 7.7 本章小结
• 参考文献
• 第8章 水生物潜在影响区研究
• 8.1 概述
• 8.2 尾水水质组分
• 8.3 尾水毒性试验
• 8.4 安全稀释度确定
• 8.4.1 造纸废水安全稀释度
• 8.4.2 沿程废水安全稀释度
• 8.4.3 总排水安全稀释度
• 8.5 潜在影响区研究
• 8.5.1 原方案潜在影响区
• 8.5.2 改进方案潜在影响区
• 8.6 潜在影响区几率分析
• 8.6.1 改进Ⅰ潜在影响区几率分析
• 8.6.2 改进Ⅱ潜在影响区几率分析
• 8.6.3 改进Ⅲ潜在影响区几率分析
• 8.7 本章小结
• 参考文献
• 第9章 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.1.1 水动力研究
• 9.1.2 污染物输移扩散规律研究
• 9.1.3 “水生物潜在影响区”研究
• 9.2 建议
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果