前海湾填海区的水龄特征及改善措施模拟

根据实际观测潮流与前海湾填海前后海域范围和海底地形条件,建立前海湾环境流体动力学模型(EFDC),以水龄作为水交换能力的评价指标,利用EFDC模型中示踪和水龄模块模拟计算前海湾水龄的时空分布,分析评价填海工程对水龄的影响和不同工程措施对水交换的改善效果。结果表明,填海后前海湾北部的西乡河口附近海域水交换最差,水龄可达到9~10.8 d,5-8月份前海湾平均水龄要小于全年平均水龄;前海湾水龄主要受潮汐影响区域占72.2%,河流入流只对西乡河、新圳河和双界河河口附近较小区域有明显影响;填海后海湾平均水龄增加了67.7%,填海工程对西乡河口附近海域影响最大,水龄增加了6.8 d,对湾口和湾中心影响不明显;前海湾水动力改善的优选工程方案依次是:大铲湾港根部开槽50 m、暗涵注水5 m3/s或暗涵抽水8 m3/s。     

海州湾南侧悬浮示踪的数值模拟

基于三维自由网格、自由表面、原始方程、有限体积海岸大洋环流模型(FVCOM),建立了M2分潮强迫的海州湾高分辨率三维模拟系统。模拟计算结果经验证吻合良好,较好地模拟了此海域M2分潮的潮流场时空分布特征,西部水域流速在0.35~0.65 m/s,至东部水深40 m附近水域,流速可达0.8 m/s;模拟了来自南部表层悬浮示踪粒子,在前期26 h内示踪粒子水平输移随着时空变化,此后,示踪粒子在120.092E,34.462N附近水下0.6~2 m处做M2分潮周期的上下运动,垂向运动平均速度量级约710-5 m/s量级。     

基于数值模拟的大连湾水交换能力研究

基于无结构三角网格的FVCOM海洋模式,以K₁、O₁、P₁、Q₁、M₂、S₂、N₂和K₂ 8大分潮调和常数为驱动,建立了大连湾海域的高分辨率三维水动力数值模型。通过与实测数据的对比,该模型可以较好地模拟大连湾海域的水动力特征。在此基础上叠加DYE-RELEASE模块,模拟了大连湾整体和分区域的水交换过程,以半交换时间作为评价指标分析了水交换能力。模拟结果显示:示踪物质释放初始时刻对大连湾整体的半交换时间有影响,平均半交换时间为9.6 d~12.3 d。对比大、小潮期间的物质输运过程,大潮期间海湾平均示踪物质浓度下降速度更快,水交换能力更强。大连湾的半交换时间的空间分布特征表现为距离湾口越近,半交换时间越短;相同距离下,西南部较东北部半交换时间短。大连湾中部水交换能力最强,其次是红土堆子湾,甜水套湾和臭水套湾最差。     

深沪湾水交换特性的研究

纳潮量与水交换时间的大小直接决定了半封闭海湾内污染物的稀释速率,因此对其进行深入探讨对于预测湾内水质的长期变化具有重要意义.本文以11个分潮共同驱动一个三维斜压海流模式用以模拟深沪湾的潮汐潮流,进而计算出深沪湾的纳潮量.另外,浓度为1 g/m3的保守示踪物在模型启动之初被作为初始条件均匀投放在湾内,观察其后示踪物浓度随涨落潮流的变化情况,进而可以估算出深沪湾的半交换周期约为14 d.     

生态修复后普兰店湾水体交换数值研究

本文基于非结构化数值模型研究了普兰店湾的水动力特征,耦合输移扩散模型研究不同修复方案对水交换的影响。模拟得到:普兰店湾内涨落潮流向与岸线走向一致,池梗拆除增加15%的水域面积,提升了10%的海湾纳潮量。方案一工程后池梗高程较低,滩涂漫滩及干出流场较为均匀;方案二工程后池梗相对较高,池梗之间流速较大,滩涂流场较为杂乱。工程前湾中水体半交换时间为0～70天左右,湾底区域在70天以上,方案一工程实施后,湾中半交换时间降至50天,方案二降至60天;工程前湾内平均半交换时间为36.8天,方案一下降至 24.0天,方案二降至 28.5天,方案一较方案二提升12%,对湾内水质改善更为明显。     

三峡水库水动力分区及总磷标准研究

采用EFDC模型计算2010~2018年三峡水库流域水龄.结果表明,三峡水库水龄由上游库尾至下游库首愈来愈大,尤其坝前水龄高达100余天,湖泊属性增强,坝前支流受库区影响大,大坝调度对水龄影响较大,高水位运行期水龄将增长至2~4倍.基于水龄空间分布将三峡水库及其17条主要支流划分为河流型、河湖过渡型和湖泊型.水龄影响因素定量分析表明,水龄与水位呈正相关,与流量呈负相关,泄水期变化速率较蓄水期明显,单位流量与水位内水龄变化幅度高达6~7d,变化区间介于30~100d之间.最后,提出基于水龄权重法的河湖过渡区总磷评价标准,该标准可揭示库区水体总磷的时空变化特征.     

三峡库区水质和水龄数值模拟研究

三峡水库是我国重要的生态屏障和水资源战略储备库,保护水库的水质安全对于国家经济发展和社会稳定具有重要战略意义.本文基于EFDC模型模拟了2010-2014年三峡库区及主要支流的水动力水质过程,重点研究上游来水和重点支流对库区水质的影响及水龄变化特征,结果表明:①模型可定量研究重点支流输入对库区水质的影响,17条支流中仅...     

钦州湾海域纳潮量和水交换能力的数值模拟研究

利用MIKE21 FM建立了钦州湾海域二维潮流模型,通过验证,结果与实测资料吻合良好,在此模型基础上分别选取企沙镇-乌雷村连线和21.75°N作为钦州湾和茅尾海的湾口断面,计算了钦州湾和茅尾海的纳潮量;在潮流模型的基础上耦合保守物质的对流扩散模型,分别对有无径流条件下钦州湾和茅尾海的水交换能力进行数值模拟研究。结果表明:钦州湾纳潮量最大为17.1×108m3,最小为1.89×108m3,平均9.20×108m3;茅尾海纳潮量最大为5.5×108m3,最小为0.62×108m3,平均2.96×108m3;有径流时钦州湾水体半交换时间为17.5 d,茅尾海半交换时间为9.3 d;无径流时钦州湾水体半交换时间为60.8 d,茅尾海半交换时间为45.4 d。     

普兰店湾水体交换数值模拟研究

采用不规则三角网格和有限体积方法,建立普兰店湾附近海域的潮流数值模型,在验证良好的潮流数学模型的基础上,以溶解态的保守物质作为示踪剂,对普兰店湾水交换状况进行了数值模拟,将普兰店湾划分成6个区域,针对各区域进行了水交换能力研究。结果表明:普兰店湾内不同区域的地形和地理位置变化较大,水体交换能力平面分布不均匀。在普兰店湾的6个子区域中与湾外的水交换速度最快的为A区（湾口处）,连续潮作用10 d后,水体交换率达到45%。水交换速度最慢的为F区,100 d后水体交换速率为14%。普兰店湾内水交换控制机制的区域性差异使得湾内不同区域水交换率相差较大。     

基于EFDC城市景观湖泊水动力模拟研究

城市景观湖泊是生态城市建设的重要组成部分,其水流缓慢,水动力交换和自净能力较弱,水质易受城市排污、径流、人为活动等因素影响。本文应用EFDC(environment fluid dynamic code)三维模型研究分析了典型城市景观湖泊-天印湖的水动力特征,模拟了2011年9月至2013年12月水龄变化过程和时空分布,分析降雨径流和风力驱动对水龄的影响力。结果表明:天印湖的水动力主要驱动力为降雨径流,风力对水龄的影响很小。研究结论有助于理解城市景观水体的水动力特性以及进一步研究水动力对水质变化的影响,并为城市水环境建设和保护提供一定的方案支持。     

口外岸线变化对茅尾海潮流动力及水体交换的影响

2005年以来,钦州湾口外围填海规模近3000 hm2,岸线变化十分显著,对其上游茅尾海潮流动力及水体交换产生了一定影响。本文通过建立钦州湾-茅尾海二维潮流数学模型,从潮流特征、纳潮量、水体交换周期等方面探讨了2005~2015年间钦州湾岸线变化对茅尾海潮流动力及水体交换的影响,其中,水体交换周期以总负荷的半交换时间表征,避免了单点浓度半交换时间表达中采样点位置不同导致的偏差,以及平均浓度表达中不同时刻水体体积差异带来的误差。研究结果表明:口外岸线变化使钦州湾湾口进一步缩窄,纳潮容积减小,茅尾海潮流流速和潮差减小,潮量减小1.30%~1.53%,半交换周期增加51 h,潮流动力及水体交换能力均有所减弱。     

海州湾连岛周边海域沉积物重金属污染评价

本文测定了海州湾连岛周边海域21个表层沉积物中重金属元素（Cd、Cr、Cu、Pb和Hg）和类金属（As）的含量,通过克里金插值法得到重金属含量的空间分布,采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价了重金属污染程度和风险等级。结果表明:仅Cu的平均含量超过GB 18668-2002《海洋沉积物质量》中规定的1类标准;Cu和Pb的空间变异系数为114.66%和108.44%,空间离散度较强。重金属污染程度从大到小依次为Cd>Pb>Cu>As>Hg>Cr,其中Cd、Cu和Pb为偏中度污染,As和Hg为轻度污染,Cr无污染;整体潜在生态风险等级已达中等级风险,其中连岛南部海域港口附近重金属污染为高等级风险,表层沉积物的生态风险主要由Cd元素引起。     

海州湾渔港经济区及邻近海域沉积物主要污染物分布特征和潜在风险

本文利用2021年8月海州湾渔港经济区及邻近海域表层沉积物中的主要污染物调查结果,讨论分析了调查海域沉积物中污染物的分布特征及生态风险。结果表明：海州湾渔港经济区沉积物中石油类、有机碳、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量都高于渔港邻近海域沉积物;有机碳、石油类、Zn、Cd、Cr、Hg的含量总体上从渔港向邻近海域呈现明显的下降趋势;硫化物的含量总体上从渔港向邻近海域呈现升高趋势;Cu、Pb、As的含量在渔港口门最低,总体上呈现从渔港港口向港内和邻近海域升高的趋势。部分渔港沉积物中石油类含量超过国家一类沉积物质量标准。调查海域重金属综合潜在生态风险总体上较低,但渔港经济区处于中等生态风险水平,其中,Hg和Cd潜在生态风险因子较大。     

罗源湾海水与外海水的交换研究

根据多年的实测潮位资料，分析罗源湾的潮注特征，并计算出该湾的纳潮量，海水的交换率及海水半更换期。结果表明：罗源湾潮差较大，具有较大的纳潮量、大潮期间该湾的总纳潮量可达到０．９６×１０＾９ｍ＾３。就平均而言、罗源湾海水的半更换期约为１７个潮周期。     

岸线变迁对芝罘湾海域水交换的影响研究

以典型半封闭海湾—烟台芝罘湾为研究对象,基于多时相遥感影像和地形资料,提取1976—2016年4个时期岸线数据,建立芝罘湾二维对流—扩散模型,采用水交换率研究岸线变迁影响下的芝罘湾水交换能力变化过程,针对岸线变化显著的芝罘湾西部,划分为5个子区域深入分析区域水交换能力的分异特征。结果表明:芝罘湾岸线不断背陆向海曲折增长,海湾西部岸线变化强烈,40 a间岸线增长58.17%,港口码头建设是引起岸线变化的主要原因。芝罘湾水交换能力呈现先增强（1976—1991年）而后减弱（1991—2016年）的特征,海湾平均半交换周期整体呈现增长趋势,2016年（127 h）较1976年（92 h）增长了35 h。芝罘湾西部水交换能力区域性差异较大,北港池、三港池和一港池的形成是芝罘湾水交换能力由强到弱变化的主要原因。     

海州湾岩芯沉积物稀土元素特征与物源分析

通过对海州湾潮滩HZ02岩芯沉积物中稀土元素的地球化学特征进行分析,以期探讨其物质来源。结果表明:HZ02岩芯中稀土元素平均值为225.36×10-6; 稀土元素类型特征表现为轻稀土富集而重稀土相对亏损、δEu中等程度亏损、δCe为弱的负异常; 岩芯沉积物稀土元素配分模式与陆源沉积物的稀土配分模式十分相似,可能暗示海州湾潮滩沉积物来源主要受陆源影响和控制。而且,1958年以前沉积物主要来源于临洪河,其次为废黄河,1958年以后,由于修建石梁河水库,临洪河物质减少。     

海州湾岩芯沉积物重金属污染评价和来源分析

运用富集系数等多种评价方法和多变量分析方法对海州湾潮滩HZ02岩芯沉积物的7种重金属（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb）进行了污染生态风险评估和金属来源识别。结果表明,海州湾潮滩岩芯沉积物重金属平均浓度分别为Cr（92.56×10-6）、Mn（1492.02×10-6）、Ni（48.01×10-6）、Cu（40.24×10-6）、Zn（116.23×10-6）、As（17.98×10-6）和Pb（44.98×10-6）,其平均浓度由大到小的顺序为:Mn > Zn > Cr > Ni > Cu > Pb > As。7种重金属浓度在1980年后开始逐渐上升,1985~1990年为低峰值,1990年后呈快速上升趋势。海州湾潮滩沉积物7种重金属在5种评价方法评估中均表现为轻度至中度污染。多变量分析结果表明重金属分三类:第一类为重金属Cr、Ni、Cu和Zn,可能来自工业和城市污染的排放,第二类为重金属Mn和As,可能来自农业污染,第三类为Pb,可能来源于海港交通。