基于FVCOM的辽河口鸳鸯岛海域水动力特性数值模拟研究

基于非结构化网格的海岸海洋模型(FVCOM),构建了辽河口鸳鸯岛海域水动力数值模型,并利用实测潮位、流速、流向数据对模型计算精度及可靠性进行了验证,对比结果表明模型计算值与实测值具有较高的吻合度。在验证模型可靠的基础上,进行了不同径流条件下鸳鸯岛水域的流场模拟计算,简要分析了不同径流情况下岛域附近水动力和流场的变化。模拟流场较好地展现了辽河口鸳鸯岛海域的复杂流况,研究结果为进一步探究河口湿地海域的盐度分布、泥沙冲淤及污染物输运提供参考。

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。

辽河口盐沼湿地表层沉积物重金属污染评价

以辽河入海口典型盐沼湿地土壤为研究对象,采集6个区域内盐地碱蓬盐沼湿地和裸地中0~<10和10~20cm深度的土壤样品,测定土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg 7种重金属的质量分数,揭示其空间分布规律并对其污染风险进行评价.结果表明,6个区域重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的平均质量分数分别为12.23、0.33、62.25、24.29、23.75和74.12mg·kg^(-1),Hg未检出.在盐地碱蓬盐沼区域,表层土壤(0~<10cm深度)As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn质量分数的最高值都出现在远离河口一侧的样地D;10~20cm深度As、Cd、Cu、Pb和Zn质量分数的最高值都出现在远离河口一侧的样地E,而Cr质量分数的最高值出现在远离河口一侧的样地D.在裸地区域,表层土壤As、Cr、Cu、Pb和Zn质量分数的最高值都出现在远离河口一侧的样地F,而Cd质量分数的最高值出现在远离河口一侧的样地D.因此重金属质量分数在整个研究区域的空间上呈现由河流向海方向增长的趋势.运用地质累积指数法对7种重金属的污染进行评价,整个研究区内重金属为低污染水平,污染程度由大到小依次为Cd、As、Cu、Zn、Pb、Cr、Hg.

辽河口红海滩湿地海域潮流及盐度的数值模拟

为掌握红海滩湿地水域的水动力特征和盐度变化规律,利用Mike 21水动力模型对其进行数值模拟。模拟过程中,在考虑径流与潮汐相互作用的条件下加入植被影响因素,模型中植被对水流的影响采用底摩擦项曼宁系数的变化表示;此外,基于Landsat TM卫星遥感技术,通过获取辽河口湿地的翅碱蓬、芦苇植被的空间分布情况,制作曼宁文件加入到模型中进行计算。结果表明:植被的存在能减小湿地水流流速;由于大量植被的存在,湿地中水体的运动特征与河流及海湾水体运动特征具有明显差异;上游径流量的增加导致湿地的盐度总体上呈减小趋势,即上游河流径流量的变化能引起翅碱蓬植被区盐度的变化,并进一步影响翅碱蓬植被生长。本研究成果可为红海滩湿地的保护和修复工作提供科学的参考依据。

基于二维浅水方程的城市地面洪水演进数值模拟研究

探究城市内涝灾害数值预报对城市的防洪减灾及灾害评估具有重要意义。基于三角形非结构网格,采用Godunov型有限体积法建立了一个高精度的二维浅水水动力数值模型。该模型使用Roe格式计算界面通量,可以较好地捕捉洪水的动边界运动,模型将静水压力项放入源项中,减少了由于地形底坡项带来的数值解伪震荡。该模型对动边界以及负水深处理技术进行了改进,能够有效提高模型模拟的精确度和静水和谐性。在应用3个算例对模型进行率定的基础上,将模型应用于浑河、太子河之间浑太胡同区域的地表洪水演进的模拟中。结果表明:浑太胡同内洪水演进的水深、流场变化均较为合理,组合溃堤各水深淹没面积均为最大,模拟结果很好地验证了城市区域雨洪的流动演变过程,证明该模型可以用于复杂地形的城市由降水形成的暴雨积水及地表洪水演进模拟过程,模型可快速为城市防汛减灾提供积水情况及涝情信息。

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。

盐地碱蓬AGO蛋白基因家族的分离及表达分析

AGO蛋白(Argonature protein)作为RNA诱导沉默复合物的核心元件,在植物的非生物胁迫过程中发挥着重要作用。以前期获得的盐地碱蓬转录组数据为基础,开展了针对盐地碱蓬(Suaeda salsa)AGO蛋白的生物信息学及盐胁迫下的表达规律研究。采用RACE技术克隆2个AGO基因家族成员(SsAGO1、SsAGO16)的cDNA全长序列,并对其蛋白结构、进化关系、表达模式等进行分析。结果表明:盐地碱蓬2类AGO蛋白家族成员基因长度分别为3 212 bp和3 766 bp,编码的蛋白均是一个无跨膜结构域、无信号肽的亲水性蛋白,α-螺旋散布于每个蛋白质的整体结构中;SsAGO1和SsAGO16都含有一个未知的结构域DUF1785,除此之外,SsAGO1还含有PAZ和PIWI两个特征结构域,而SsAGO16仅含有PIWI结构域,SsAGO1和SsAGO16亲缘关系较远,且具有不同的时空表达模式。首次从盐地碱蓬鉴定了AGO蛋白基因并进行了盐胁迫下的表达规律分析,为研究AGO蛋白家族在盐生植物耐盐生理过程中的作用奠定了基础。

黄河三角洲海岸潮沟形态特征的遥感分析

本文根据1976年-2016年遥感影像和野外观测数据,对黄河三角洲潮沟的平面形态变化进行了分析。结果表明:(1)潮滩总面积呈递减趋势,特别是Ⅱ区近乎消亡,其大多转向建设用地、农田等;(2)研究区潮沟分为3级,各级潮沟数量比不具明显规律性,其中3个时期潮沟总数量与各级潮沟数量的变化趋势较一致;(3)潮沟平均长度呈依次减小趋势,潮沟空间分布特征变异较大,大规模人类活动明显地抑制了潮沟的发育;(4)潮沟密度依次增大,2016年达到最大值为0.971 km/km^2;潮沟曲率平均值是1.273,其变化幅度较小,2016年潮沟曲率达到最大值为1.716;潮沟分汊率依次增大,2016年达到最大值为0.363个/km^2;(5)潮沟摆动性无显著性差异,4个周期的摆动范围分别为1.13 km、1.31 km、0.93 km和1.19 km。