近海海域三维水动力学与水质模拟及其可视化研究

【摘要】：对水环境质量进行科学的分析、评价和预测，进而对其进行有效的规划、治理和管理，对保证社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。应用水动力学和水质模拟模型，对水体的水动力学规律和污染情况进行分析预测，是水环境分析和预测的重要基础。本论文的目的是：应用三维水动力学和水质模型，对近海海域水动力学规律和污染情况进行模拟研究，并对模拟计算结果进行可视化处理，使其能清晰、直观地表达出来。 采用结构化程序设计方法，选择Microsoft Developer Studio操作平台，对原用于工作站的低版本大型三维水动力学模型软件和三维水质模型软件进行了成功的移植和升级，使其能方便地在微型计算机上运行。对大连湾海域的应用表明，在微型计算机上进行全年水动力学和水质模拟计算，移植升级后的这两个软件的运行时间分别只需5分钟和20分钟，而原水动力学模拟软件的运行时间为44小时(计算效率提高了500多倍)，原水质模拟软件难以给出运行结果。 应用移植升级后的三维水动力学模型软件，对大连湾海域水动力情况进行了模拟计算，得出了大连湾海域的水动力学特征。 应用移植升级后的三维水质模型软件，对大连湾海域水质进行了模拟计算，得出了大连湾海域主要污染物浓度分布特点，分析了大连湾海域的水质现状，并对大连湾海域主要污染物总量控制提出了初步方案。 采用MATLAB图形化技术，对三维水动力学和水质模拟结果进行了可视化研究，给出了用MATLAB对模拟计算结果进行可视化处理的技术内容和技术方法，得出了大连湾海域海水潮汐运动速度、水位、盐度分布、温度变化以及主要污染物浓度随时间和空间变化的二维、三维图形。这些图形清晰、直观地表达了大连湾海域水动力学规律和水质状况。形成了一种实用的基于MATLAB的三维水动力学和水质模拟结果可视化技术。 基于地理信息系统技术，运用MapInfo应用软件的数据集成、空间分析和可视化表达等功能，结合大连湾海域三维水质模拟计算结果，通过采用图形矢量化、图层分层与合并、创建点连接、创建关系数据库和集成制图等二次开发技术，得到了基于大连湾海域地形图的污染物浓度分布等值线图及相关信息。这些结果明晰地表示了污 近海海域三维水动力学与水质模拟及其可视化研究 染物浓度分布情况，可为环境管理和环境规划等部门提供清楚、直观的参考依据。形 成了一种简便的基于GIS的三维水质模拟结果的可视化技术。