M_2分潮潮流作用下渤海湾物理自净能力与环境容量的数值研究

【摘要】：渤海湾是一个半封闭的内陆浅海,为京津塘等经济城市所环绕,优越的地理位置使其在我国的国民经济、国防和对外贸易中起着重要的作用,海洋环境越来越被关注。2002年对渤海湾地形调查结果表明,近年来围海造田等人为活动造成渤海湾地形的变化,根据2002年渤海湾最新地形调查资料与上世纪80年代地形资料对比分析,应用POM海洋模型对渤海湾潮致余流进行了诊断计算。在此基础上,计算了渤海湾水交换时间,对污染物在渤海湾的输运机制做了初步探讨。最后根据2000年渤海湾污染物监测数据,对该海域进行水质评价,根据最优控制理论给出了该海域的环境容量及最优排放量。为进一步了解渤海湾海洋环境污染机制,提出科学的控制污染和治理污染的方法奠定基础。 应用美国普林斯顿海洋模型(POM),在湾口开边界取潮汐水位驱动条件来研究其水动力特征,研究发现:开边界取在无潮点附近,由于潮流对无潮点的敏感性,模拟结果在一定程度上呈现虚假效应,提出了嵌套模式流速驱动对渤海湾进行模拟。即,以整个渤海为研究对象,运用POM模式进行水动力模拟,取模拟所得渤海湾口的流速来驱动渤海湾小区域模式,通过定点观测流速资料验证了模拟结果,认为嵌套模式流速为开边界条件下模拟结果较潮汐水位驱动结果真实可靠。 在渤海湾新旧地形下,对环流场进行模拟,结果显示渤海湾西北角的顺时针环流在新地形下转换为强的逆时针沿岸流,渤海湾口南部流环在新地形下由于受到西部强逆时针流作用而减弱,流环半径减小。通过实测资料所得新旧地形下相应污染物浓度分布特征表明,污染物浓度分布结构主要受Lagrange余流场影响。 在水动力模拟基础上建立了与水动力模型相耦合的三维水质模型,分别在新旧地形下计算了渤海湾水体的平均存留时间。结果表明渤海湾顶水交换能力较差,旧地形下平均水交换时间300天,新地形下增加至316天,水交换能力减弱。水交换时间的空间分布结构与潮致Lagrange余流结构特征相似,说明潮致Lagrange余流可能是控制渤海湾水交换的重要动力学分量。从渤海湾内部各区域的物质混合特征看,早期混合与地理位置远近相关,平衡时主要受运动场特征影响。 基于2000年3个月份的污染物调查结果,分析了渤海湾水质现状,并对污染现状进行了水质评价。提出了用分区达标控制法求解海域环境容量,将环境容量问题定义为线性规划问题,使各类水功能区在达到所对应的环境标准的前提下各排污口污染物允许