嘉兴海域主要污染物环境容量及总量控制研究

嘉兴海域近年来海洋生态环境质量明显退化,实施污染物总量控制作为保证海域环境质量的根本措施之一,有助于嘉兴海域污染物的减排与治理工作,保障嘉兴海域可持续发展能力。基于嘉兴临近海域水动力-水质模型与现场监测结果,依据浙江省近岸海域环境功能区划的水质要求,采用响应系数法与线性规划方法,计算了该海域重要排放口的化学需氧量COD、无机氮与磷酸盐环境容量,并针对削减扩容影响的总量控制措施进行计算与评估。结果表明,研究海域COD总环境容量为2.97×10^(5)t/a,仍有较大富余,而无机氮与活性磷酸盐含量均超四类海水水质标准,超过海域无机氮与磷酸盐环境容量。对现有规划进行合理的量化数值模拟,削减措施尽管减少了一部分扩容引起的COD、无机氮与磷酸盐含量的增加,使其保持平稳,但仍需继续优化污水处理能力,减少氮磷营养盐的排放。研究结果可为沿海城市陆源污染物总量控制研究提供科学依据。

强潮河口盐水入侵特征数值模拟研究

以强潮河口——椒江河口为研究对象,通过数学模型研究不同径流、潮差条件下的盐水入侵特征,明晰强潮河口的盐水入侵特性,为相关科学研究以及工程建设提供技术支撑和依据。结果表明:椒江为枯季低流量(10m^(3)/s)时,0.1‰盐水可以上溯至始丰溪与永安溪的交汇处三江村附近,5‰盐水可以上溯至八仙岩附近,椒江达洪峰流量(3000m^(3)/s)时,海门以上河段的盐水浓度均小于0.1‰;在径流变化潮差不变条件下,盐水上溯距离变化梯度涨憩大于落憩,小潮大于大潮,随着径流量的增大,盐水上溯距离变化梯度逐渐增大;在潮差变化径流不变条件下,盐水上溯距离变化区间呈线性增长趋势,随着径流量的增大,同等潮差下的盐水上溯距离变化区间逐渐减小;拟合出了椒江河口盐水最大上溯距离与径流、潮差的函数关系式,预测值偏差在2%~6%,可为椒江其他相关盐水研究提供借鉴。

长江口北槽潮波对地形变化的响应研究

以长江口北槽为研究背景,建立了二维潮流数学模型,在模型验证良好的基础上,研究了北槽潮波传播对工程与地形变化的响应。研究表明,长江口深水航道治理工程完成后,北槽地形未发生调整前,北槽潮波高、低潮位均升高,潮差减小,涨、落潮相位明显滞后,潮波变形加剧,涨落急流速均呈增大趋势;北槽水深增加后,高、低潮位随之降低,潮差增大,落潮相位略有提前,涨潮相位变化相对较小,潮波变形逐渐趋缓,涨急流速减弱,落急流速增强。

长江口北槽丁坝坝田区潮流及污染物迁移扩散特征

为研究长江口深水航道北槽坝田水流结构,基于非结构网格FVM法,建立了长江口大范围二维潮流水质耦合数学模型,在数学模型验证良好的基础上,对北槽涨落潮水流结构及坝田污染物扩散进行了研究。结果表明,北槽中上段北坝田高潮位明显高于主槽,北槽下段,高潮位与主槽相近;南坝田高潮位大都高于主槽,南北坝田低潮位与主槽相近;坝田污染物落潮时释放扩散速度较快,南侧坝田污染物扩散速度比北坝田快,大潮坝田污染物扩散速度比小潮快,坝田外部污染物扩散速度比坝田内部快;坝田释放污染源后,污染物随涨落潮流在坝田与主槽内运动,短时间内污染物进入航道的量较少。

苏北大丰港海域航道临时抛泥区悬沙扩散影响研究

以大丰港航道临时抛泥区抛泥为研究对象,建立苏北辐射沙洲大丰港海域二维潮流泥沙数学模型,研究了航道临时抛泥区抛泥后的泥沙运移特征及对周边航道、锚地的影响。研究表明,在地形和边界的约束作用下,抛泥区的水质点运动具有明显的往复流特征,大潮涨落潮水质点轨迹存在一定的流路分歧;抛泥区抛泥后,高浓度含沙水体呈南北条状形态,轴线与航道基本平行;涨急和涨憩时刻抛泥,悬浮泥沙对航道具有一定的影响,而落急和落憩抛泥,悬浮泥沙对锚地影响相对较大。

基于数值水槽的半封闭港池水体交换能力研究

通过数值水槽研究了半封闭式港池水体交换问题,研究表明,当防波堤为实堤时,港池口门垂直于主流运动方向时,港池内水体交换能力较强。当考虑透水防波堤时,在平行主流方向的防波堤上增加透水堤,有利于提升港池内外水体交换效率。将数值水槽的研究成果应用于福建某渔港建设,成果得到了较好的检验。

上海横沙新港建设对长江口滩槽水动力的影响

基于CJK3D-WEM模型,建立长江口横沙港区数学模型,研究横沙港区形成后周边水域的水动力变化。结果表明:横沙港区方案实施后,各汊道断面分流比变化较小;南港河段、北槽中上段涨落急流速均有不同程度增加,北槽下段涨、落急流速略有减小,南港—北槽航道的落潮优势流略有变化,仍表现为明显的落潮优势;北港沿程落急流速变化较小,涨急流速北港口外段增加,其余区段减小。方案的实施对长江口拦门沙地区的总体河势格局不会产生明显影响。

潮汐双向流条件下丁坝水流特性研究

以长江口南支河段为原型,概化并建立水槽数学模型,研究径潮双向流条件下丁坝附近的水流结构。研究表明:丁坝一侧河岸,丁坝下游潮差远大于上游,在丁坝上游潮差小于对岸侧,下游潮差大于对岸侧;落潮时,丁坝回流区与壅水区长度大于涨潮,转流时刻,丁坝坝头附近流速相对较大;河床底部剪切应力变化在涨落急时刻最大,且落潮大于涨潮,转流时刻坝头及坝身迎水侧剪切应力增加明显。

吕泗渔场人工鱼礁群流场效应及稳定性研究

随着海洋渔业资源的衰退和海洋生态环境的破坏,人工鱼礁技术得到迅速发展,成为海洋牧场建设的重要组成部分。采用CJK3D-WEM建立了吕泗渔场组合型人工鱼礁群二维潮流数学模型,模拟了礁群实施后周边海域水动力的变化,并通过分析海床泥沙活动性探讨了礁群的稳定性。研究结果表明:礁体的阻挡作用会在礁体后方形成了一个梭状的缓流区域,离礁体越近流速越小;多礁体之间形成了流速渐次变化的生物和鱼类栖息带,流场效应较好;礁群的实施对海床泥沙活动影响相对较小,短期内人工鱼礁下沉或掩埋的风险较小。

长江口局部河段三维潮流数值模拟研究

为了准确深入地认识长江口区水动力特征,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口南支、南北港局部河段三维潮流数学模型。模型验证结果良好,说明其能够正确反映水流的三维运动形式。在此基础上,分析了北港入口处表底层水流特征以及新桥通道垂向水流结构。结果表明,北港入口处,落急值在表层与底层差别较大,涨急值差别相对较小。新桥通道处,涨急时,中上层与中下层垂向流速梯度差异明显,落急差异相对较小。

长江口工程群对上游水动力影响及累加效应研究

以长江口大型工程群为研究对象,采用CJK3D-WEM二维潮流数学模型,研究工程群对水动力的影响及累加效应。结果表明,长江口1998—2016年间实施的北槽深水航道治理工程、南北港分流工程及南汇边滩和横沙东滩促淤圈围等大型工程群后,徐六泾河段涨潮量降低约10%,潮差降低约6%,涨急流速降低约9%,落急流速降低约4%,北槽分流比由60%减小至40%左右。工程群的逐步实施对上游河段水动力变化有较明显的累加效应,其中北槽深水航道治理工程对上游影响程度最大,约占50%,其一期工程所占比例较大;其次为南汇边滩圈围工程;横沙东滩促淤圈围工程影响程度最小。

基于数学模型的长江口海域潮位推算方法

潮位控制是水深测量中的一个关键问题,对于缺少长期潮位站的水域,多通过抛设临时潮位站的方法进行潮位推算,而临时站潮位数据的不确定性增加了潮位推算的困难性。建立了长江口海域二维潮流数学模型,在验证良好的基础上,采用数学模型潮位计算值进行潮位推算,结果显示,利用13个分潮推算潮位相对误差最小。与规范法推算潮位相比,基于数学模型的推算潮位误差略大,但准确度接近,说明在长江口海域采用数学模型潮位值进行潮位推算是可行的。