罗源湾海水交换三维数值模拟研究

论文题目: 罗源湾海水交换三维数值模拟研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 物理海洋

作者: 杜伊

导师: 郭佩芳

关键词: 潮流,水交换,粒子追踪

文献来源: 中国海洋大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来，随着养殖业和沿岸工业的迅速发展，罗源湾内水质严重恶化。积极采取各种有效整治措施，减少污染物的排放和保护湾内尚未开发的深水岸线对于提高罗源湾的自净能力，逐步改善水质情况有重要的作用。本文通过三维数值模式模拟湾内水体的运动状况，分析水质恶化原因，为保护和合理利用开发该海湾提供理论依据。利用自记水位仪的同步潮汐观测资料作为模式水位边界的输入条件，利用ECOMSED模式模拟了罗源湾不同深度处的潮流场，分别与三个验潮站的潮位实测值以及6个测流点的大小潮观测结果相比较，效果良好。在上述潮流工作的基础上，利用ECOMSED模式中的示踪粒子三维追踪模块重点分析湾内外的水交换情况以及污染物物质输运过程。本文结果表明，水交换能力的强弱与纳潮量的大小成正比，也就是说，滩涂面积越大，纳潮量越大，水交换能力就越强。因此不能盲目的围垦滩涂。前人利用单箱模型和对流-扩散方程，指出罗源湾水存留期为10天左右。本文利用模式更加细致的描述了湾内水存留期的空间分布，然后根据湾水存留期的不同将湾内划分为四个地区。进一步的研究表明不同海区湾水存留期的差异主要是由欧拉余流场的结构差异造成的。表层由西北湾顶流向将军帽附近海域并且顺着可门水道流出湾外的余流主流和将军帽西南部的涡旋造成湾水存留期的水平分布不均匀。风场可以影响当地的海流，因此风场的差异也会影响水交换能力。经过数值模拟分析，可以看到西南方向的风有利于水交换；而作为罗源湾全年主导风向的东北风，在平均风速的情况下，却阻碍了湾内水体的交换。考虑不同投放时刻，水交换能力的不同，发现初始投放时刻的不同对质点总数的减少速度有较明显的影响：就整个海区而言，高潮时和落潮中间时投放的质点数要比涨潮中间时和低潮时投放的质点数减少得快。考虑水交换能力的垂直分布特征可以发现表层交换率较快，底层较慢，整个海域的交换能力与中层的相当。估算一年内湾内水体的交换情况，如果选择低潮时投放，罗源湾水体一年可以交换7.5次，年平均而言，每48天左右湾内水体可以完全更新一次；如果选择高潮时投放，大约每30天湾内水体可以完全更新一次。

论文目录:

摘要

Abstract

1 前言

1.1 罗源湾概况

1.2 罗源湾研究现状

1.3 潮流数值模拟研究现状

1.4 有关水交换和水质点追踪研究的国内外现状

1.5 有关 ECOMSED模式的研究应用现状

1.6 本文结构

2 ECOMSED模式介绍

2.1 控制方程

2.2 边界条件

2.3 垂直坐标的表示

2.4 模态分裂技术

3 罗源湾潮流的三维数值模拟与结果分析

3.1 潮汐分析

3.2 罗源湾潮流场数学模型

3.3 计算海域潮流数值模型及验证

3.4 计算结果分析

4 罗源湾水交换的基本特征

4.1 净通量研究

4.2 水质点追踪法

4.3 水质变化情况和污染源分析

4.4 小结

参考文献

致谢

发布时间: 2007-01-09

参考文献

[1].海湾富营养化非点源污染的评估与控制研究[D]. 林志兰.国家海洋局第三海洋研究所2006
[2].罗源湾水环境质量与环境容量研究[D]. 张超.中国海洋大学2011
[3].罗源湾围垦前后水动力环境的变化研究[D]. 李真.中国海洋大学2009
[4].罗源湾海洋环境信息系统设计及其水环境评价[D]. 陈加兵.福建师范大学2002

罗源湾海水交换三维数值模拟研究

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