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。

基于非结构网格的长江口横沙东滩新陆域数值模拟

为探讨长江口横沙东滩新陆域不同成陆方案对长江口北槽水动力条件的影响,基于CJK3DWEM模型,建立了新陆域数学模型,划分计算水域三角形单元138 281个,网格边长平均约150.0 m。计算结果表明:横沙东滩新陆域形成后,北港上断面、南槽下断面落潮分流比略有减小,分流比变化均在1.00%以内;南港河段、北槽中上段涨落急流速不同程度增加,增加幅度为5~15 cm/s;北槽下段涨落急流速略有减小,减小幅度为5~10 cm/s;北港沿程落急流速有不同程度减小,减小幅度为5 cm/s左右;工程区北侧和南侧高潮位降低,低潮位变化相对较小,原因在于圈围工程主要布置在横沙东滩高程-5.0 m以上浅滩区域,圈围后明显阻隔了涨潮漫滩流。

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。

深圳河径流量对深圳湾水体交换影响数值模拟研究

以建立的深圳湾二维潮流水质数学模型为基础,研究了深圳河径流量对深圳湾水体交换的影响。研究表明,深圳河清水下泄时,深圳湾水体半交换周期随深圳河径流量的增大而减小,当径流量小于20m3/s时,深圳湾大桥北侧水域水体半交换周期大于整个深圳湾,大于20m3/s时,深圳湾大桥北侧水域水体半交换周期小于整个深圳湾。深圳湾大桥南侧水域,水体半交换周期基本稳定在16~17天之间。深圳河排污时,深圳湾水体半交换周期明显增大。

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。