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。     

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。     

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.     

莱州湾西南部岸线变迁对海域水动力影响的数值研究

20世纪70年代以来,盐田、养殖围堤、港口堤坝建设等开发活动使莱州湾西南部岸线变迁尤为显著,从而引起了海湾水动力环境的改变。为探究近50年莱州湾水动力环境对海湾西南部岸线变迁的响应,本文建立二维数值模型,研究莱州湾西南部3个时段岸线变迁对海湾潮流、纳潮量和水交换的影响。结果表明,1968－2020年莱州湾西南部流速变化以减小为主,流速变化较大的区域主要位于盐田或养殖围垦区和新建港口附近海域。近50年,莱州湾纳潮量呈逐年减小趋势,大潮、中潮、小潮和全潮平均纳潮量分别减少5.85%、7.28%、8.85%和6.47%,围填海是导致纳潮量减小的主要原因。1968－2010年莱州湾整体的水交换能力有所提高,2010－2020年则相差很小;从局部看,1990－2020年港口附近海域的水交换能力均显著降低。     

象山港潮余流结构及水体半交换时间数值研究

基于三维FVCOM模型研究了象山港的潮流场特征,同时耦合Lagrange粒子追踪法及保守污染物输运模型,研究了湾内余环流结构、粒子长期迁移轨迹和湾内水交换特征等。结果表明:象山港海域为非正规的半日浅海潮,其中M2为其主要分潮;潮致余环流的特征明显,湾外分为两支,一支自牛鼻山水道东岸流入,绕六横岛经佛渡水道南部流出;第二支由佛渡水道进入湾内,并在口门内偏转再经牛鼻山水道西侧流出,其部分水体在牛鼻山水道中部与第一支汇合;西沪港以西峡湾内的余流基本指向湾口,西沪港内余流则指向口门;考虑湾内水体与湾外整体交换时,西沪港的污染物半交换时间在90 d左右,黄墩港和铁港内半交换时间在180 d左右,两支余流作用范围内的湾口半交换时间在20 d以内。     

大辽河感潮河段水体交换的数值研究

基于FVCOM建立大辽河感潮河段的水动力-扩散数值模型,采用保守物质输运扩散法研究大辽河感潮河段在潮和径流作用下的水体交换特征。结果表明:径流是影响大辽河感潮河段水交换的主要因素,径流为114 m3/s条件下,半交换时间为226 h,587 h后达到90%的交换状态,且径流加倍,对应交换时间近似线性递减;子区域水交换差异由潮和径流的相互作用决定,径流越大,靠向上游河段水体交换得越快,径流减小时近河口区段水体交换变快,而中游河段交换变慢。     

海洋工程影响下莱州湾海域水动力环境变化特征

本文利用MIKE21FM数值模拟软件模拟了2000年和2014年莱州湾海域的水动力变化。结果表明由于海洋工程的建设,莱州湾内地形和浅滩发生变化,导致2014年湾内整体潮流流速较2000年减小,流向发生一定偏转;在NE向定常风驱动下对比2000年和2014年模拟海流结果可知变化幅度在1~3 cm/s内,莱州湾整体表层海水运动受岸线变化影响较小;纳潮量减少0.1788 km3,为2000年的3.2%;半水交换时间由27.5 d增加到29 d,工程建设对莱州湾水交换影响相对较小。     

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。     

钦州湾水体中磺胺类抗生素污染特征与生态风险

利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS),研究了钦州湾近海及汇海河流磺胺类抗生素浓度和分布特征.结果表明:4种磺胺类抗生素(SAs)和甲氧苄氨嘧啶(TMP)在钦州湾近海及汇海河流均有不同程度的检出,其浓度范围为n.d.~12ng/L.其中,磺胺甲基异恶唑(SMX)在近海的检出率和平均浓度最高,分别为100%和4.1ng/L;其次为TMP(检出率87%,平均浓度1.0ng/L).与国内外其他水域相比,钦州湾磺胺类抗生素浓度处于较低水平.钦州湾近海抗生素浓度分布呈现以下趋势:茅尾海(8.4ng/L)>钦州外湾(1.9ng/L)>三娘湾(1.4ng/L).磺胺类抗生素在钦州湾的海水养殖区均呈现出较高的浓度水平,说明高密度水产养殖是钦州湾水体中抗生素的重要污染源.生态风险评价结果表明,钦州湾水体中残留的磺胺甲基异恶唑(SMX)对相应的敏感物种存在中等生态毒性风险,需引起相关部门的重视.     

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。     

2008～2012年钦州湾海域水环境要素的多元分析

为判别钦州湾海域水环境质量特征,采用多元统计分析方法对2008~2012年钦州湾13个站位的监测数据进行了因子分析及聚类分析。结果表明,2008~2012年间影响钦州湾水质的环境要素主要为DIN及PO4-P,其中约有24.1%的DIN监测数据及5.4%的PO4-P的监测数据显示钦州湾DIN及PO4-P含量超过国家三类水质标准限值,同时约有4.6%的Chl a监测值超过海水的富营养化阈值。对5 a的监测数据进行因子分析及聚类分析后,统计分析结果表明钦州湾水质主要受入海径流因素影响;钦州湾海域水质可划分为两大类:内湾水质受入海径流控制,影响其水质的环境要素为N、P营养盐;而外湾水质则受沿岸排污及毗邻外海水体交换的共同影响。综合各站位的因子得分,钦州湾湾口处水质最好,湾颈处次之,湾顶处水质最差。     

白洋淀湿地不同时空水生植物生态需水规律研究

在对白洋淀典型水生植物的蒸腾量实地监测的基础上,确定了不同时间和空间下水生植物的蒸散系数,对白洋淀湿地基于现状和恢复目标下的植物生态需水量进行了等级划分和计算.研究结果表明,6～9月综合蒸散系数为3.21、6.24、6.02和1.86.水生植物需水量的时间分布规律为7月>8月>6月>9月,空间分布规律为陆地>水陆过渡带>水中.现状条件下,白洋淀水生植物6～9月的最小需水量分别为0.49×108m3、0.80×108m3、0.60×108m3、0.16×108m3,分别占湿地最小生态需水量的44%、56%、49%、50%(未包含湿地土壤需水量),与湿地最小生态需水量对应的最低生态水位为7.50m、7.50m、7.50m、6.30m.基于生态恢复目标,计算得到6～9月的水生植物最小生态需水量分别为0 56×108m3、0.91×108m3、0.69×108m3、0.19×108m3,为湿地最小生态需水量的30%、41%、35%、21%.对比白洋淀水生植物生态需水量的实际值和计算值发现,白洋淀水生植物的生态需水量在6～9月间分别是计算值的5.75倍、6.42倍、5.00倍和2.29倍.     

广西钦州湾近岸海域“十一·五”期间营养盐变化趋势分析及污染控制重点

通过2006年-2010年N、P、Si数据分析广西钦州湾海域N、P、Si的变化趋势、富营养化状况以及限制因子。分析表明:钦州外湾DIN、DIP、SiO3-Si含量呈波浪形变化并有所下降,钦州外湾2006年-2010年均为贫营养,外湾海水水质良好。茅尾海DIN值含量较高,海域受到N的影响。茅尾海2006年-2010年为轻度～中度富营养。茅尾海属于磷中等限制富营养,磷酸盐仅表现为相对不足,仍然有爆发赤潮的危险。控制茅尾海富营养化的关键在于控制磷的入海量。     

基于分布式水文模型的武夷山市水文调节服务评估

武夷山是我国生态文明建设的重点示范区,开展水文调节功能服务价值评估是福建省生态安全保障的重要需求.采用流域分布式时变增益水文模型（DTVGM）,在充分考虑流域气象、水文、土地利用类型等信息的基础上,精细化模拟了武夷山流域的水文过程,定量评估了2010年和2015年有植被覆盖和无植被覆盖两种条件下武夷山市及下属各行政区植被生态系统的径流调节量及其价值量.结果表明:①武夷山市2010年和2015年径流调节量分别为5.73×108和5.21×108 m3,折合人民币分别为35.93×108和37.46×108元.②2010年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.013×108 m3;2015年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.009×108 m3.③星镇村和洋庄乡径流调节价值量明显多于其他行政区,均超过10.48×108元;崇安街道和新丰街道相对较低,均低于1.59×108元;其他几个行政区基本持平,在3.26×108~6.70×108元之间.研究显示,武夷山市区由于植被丰富,林地覆盖面积较大且密度较高,总体水文调节能力较强,但同时也受区域气候条件影响较大,有植被覆盖条件下在应对非极端气候时可以维持较好的径流调节能力,然而在极端特大暴雨事件中,现有植被种类的截留能力还不足以应对短时强降水过程.      

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。     

钦州湾潮流和污染物扩散的数值模型 (Ⅰ)钦州湾潮流的数值模拟

钦州湾地处北部湾顶,大约位于108°27’-108°45’E,21°30’-21°55’N。它是广西沿海最大的一个港湾。钦州湾岸线曲折,湾中有湾,各种资源极为丰富。 为适应钦州湾的开发和利用,在海岸带调查过程中,作者对该湾作了重点调查研究,此文是钦州湾污染扩散的数值模型中的一部分。 一、潮波动力学方程及其数值模式说明 (一)潮波动力学方程 直角坐标系下的潮波基本方程组取如下形式:     

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。     

三江源区水源涵养功能评估

为实现三江源区水源涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,从水源涵养的概念出发,解析水源涵养功能的内涵特征和表征指标,提出了三江源区水源涵养功能评估技术框架,并基于SWAT模型建立三江源区水文模型,通过年尺度、月尺度和日尺度的水文模拟,完成三江源区水源涵养功能定量评估.从水文模型校准结果来看,直门达、唐乃亥和香达3个验证站日径流量最大相对误差不超过17.0%,月径流量最大相对误差不超过13.0%;日尺度模型中直门达站模拟效率系数超过了0.6,其他两个站也超过了0.5,月尺度模型中3个验证站模拟效率系数均超过0.6以上;日尺度模型和月尺度模型验证结果均可接受,在一定程度上较好地揭示出了三江源区的水量输出过程、趋势和规律.应用该模型对水源涵养功能进行定量评估,长江流域、黄河流域、澜沧江流域水资源供给量分别可达到158.8×108、326.2×108、72.6×108 m3;考虑土地利用和植被变化对流域径流输出的影响作用,植被破坏可能导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域地下径流量分别可能减少98.6×108、200.1×108和44.5×108 m3;在相同降水条件下,低植被覆盖会导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域年最大流量的平均值、最大值、最小值分别增加了约80%、60%和30%.研究显示,三江源区在保障下游用水、提升径流调节能力和缓解防洪压力等方面具有突出的作用.      

人工岛对金梦海湾水体交换的影响

为研究金梦海湾人工岛的不同布局对周围海域水动力及水体交换的影响,基于MIKE软件建立三维和二维潮流模型以及保守物质输运模型,运用欧拉法计算水体滞留时间,从整体和分区二个方面分析人工岛对水体交换的影响机制.结果表明：海螺岛工程起到分流、导流的作用,提升了金梦海湾的水体交换能力,水体交换率提升10.17%;海螺岛和进岛路的联合作用,使金梦海湾形成一个水体交换能力较差的半封闭式水域,水体交换率下降7.73%;在建设人工岛时保留潮汐通道有助于该区域的水体交换,进岛路的去除为汤河口和金梦海湾近岸增加一条潮汐通道,水体交换能力增加17.90%;在弱潮流地区,需考虑余流的作用.金梦海湾区域的余流小,潮流弱,因此保守物质滞留时间长,水体交换缓慢,水体的自净能力低.     

春季大亚湾海域沉积物-海水界面营养盐的交换速率

2007年4月应用实验室培养法研究了大亚湾海域沉积物-海水界面营养盐的交换速率(ν)和交换通量(F),并与间隙水分子扩散模型计算结果进行了对比。结果表明,νDIN变化范围为304.21~441.92μmol/m2.d,平均为368.05μmol/m2.d,νPO4-P变化范围为27.08~110.21μmol/m2.d,平均为48.64μmol/m2.d,νSiO3-Si变化范围为1878.10~6024.40μmol/m2.d,平均为3653.84μmol/m2.d。与间隙水分子扩散模型计算结果相比较,两者之间存在数量级的差异。产生差异的原因在于,间隙水分子扩散模型在浅水海湾中应用时没有考虑到沉积物底栖生物活动以及风浪扰动等因素的影响。大亚湾海域春季FDIN/SE为2.03×107mol,FPO4-Pi/SE为2.68×106mol,FSiO3-Si/SE为2.02×108mol,为维持大亚湾春季的初级生产力,沉积物交换过程可提供约10%的DIN、21%的PO4-P和98%的SiO3-Si。