基于多重分形理论的近海污染物空间分布特性研究

针对我国近海污染物空间分布特征难于辩析的问题,通过对多重分形理论的研究,提出了一种新的近海污染物空间分布特征的分析方法。以天津市近岸海域20个水环境监测点为例,随机选择两个不同水期的COD监测数据进行分析,采用多重分形矩方法计算COD空间分布的多重分形维数谱函数f(α)。计算结果显示其α(q)-f(α)曲线均为连续不对称的上凸曲线,表明近海污染物在空间上的分布并不是简单的正态或对数正态分布,而是连续多重分形分布,近海污染物高浓度部分的奇异性较低浓度部分大,平水期的奇异性较丰水期大。应用表明,该分析结果与天津市近岸海域实际情况相一致,这些成果的取得为辩析近海污染物的空间分布特征,并进一步采用基于多重分形理论的算法模型计算近海水环境容量提供了理论依据。     

基于Delft3D模型的近海水环境质量数值模拟研究

以天津市近岸海域为例,基于Delft3D数学模型,开展了近海水环境质量数值模拟研究。首先,采用Delft3D模型中的Grid模块对研究海域进行网格划分和地形处理;然后,以5个主要陆源入海河口的排污数据作为模拟模型闭边界取值,并根据实测资料设定模型的开边界条件及模型参数;最后,采用Delft3D模型中的水动力模块Flow和水质模块Waq,对5个陆源入海河口处的示踪浮子运动轨迹及近海流场、水质变化规律进行了模拟研究。模拟结果表明:天津市近岸海域的流场基本可分为大沽口以南的逆时针流场和大沽口以北的顺时针流场两大区域,在该流场的驱动下,不同陆源入海河口处排放的污染物有着较为规律的运动轨迹和相应的影响范围,表现出明显的区域性污染特征,模拟分析结果与天津市近岸海域实际情况基本一致,可为天津市近海水环境的区域化管理提供决策支持。     

基于相空间重构理论的天津市近海水质混沌特性研究

针对我国近海水质污染呈现的复杂非线性特征,通过对混沌理论中的相空间重构方法进行研究,提出了一种新的完全基于环境监测数据的近海水质分析方法。以天津市近岸海域为例,首先,根据相空间重构理论,对近海各监测点的1维COD时间序列进行多维相空间重构,求得最佳嵌入维数mmin和吸引子关联维数D;然后,采用Wolf方法计算最佳嵌入维数mmin下重构相空间的最大Lyapunov指数λ1。计算结果显示各个监测点的关联维数D均在3.3左右,最大Lyapunov指数λ1均大于0,表明近海水质COD时间序列具有明显的混沌特征,近海水质系统是一个多维系统,貌似随机无规律的近海水质系统具有内在的、固有的规律。应用表明,该方法实用性强,为进一步采用混沌理论对近海水质进行预测提供了理论依据,非常有利于近海水环境的管理。