长江口水体环境数值研究

【摘要】： 本报告汇总了作者博士-博士后期间所从事的研究工作，主要包括下面两个部分：第一部分是有关长江 口水环境方面的研究工作。从事该研究工作的出发点是长江口整治工程正在如火如荼的开展，为了确保这些 工程的顺利完成，必须弄清长江口的水动力特性。作者首先应用一个二维双步全隐格式潮流计算程序，对长 江口流场的大致结构进行了初步计算。由于长江口流场具有明显的三维特性，因此引进国际上比较成熟的三 维河口海岸模型，结合长江口的实际情况对其中部分模块进行修改，应用该模型对长江口的潮、余流场进行 准确的模拟。在成功模拟长江口流场的基础上，同时应用以溶解态的保守性物质做为长江口水体交换的载体， 建立了三维对流扩散型的长江口水体交换的数值模型，对整个长江口的水体交换规律进行了研究。另外作者 多次参与了野外观测实验工作，在长江口南北支进行了若干次的水文测量。这些经历不仅增加了自己对长江 口的直观认识。而且为数值模拟的参数选择提供了必要的现场资料。第二部分为博士期间所做研究工作的进 一步总结，整理并发表了其中的数值计算和实验结果。同时引入了小波方法对瞬态的空化噪声信号进行了分 析，取得了良好的效果。 第一部分：长江口水环境的数值研究 首先对河口学中几个问题的研究进行了概括性的描述。对有关长江口的潮流、余流、风、盐度的分布情 况，口外流场情况及径流的变化规律进行了总结。在此基础上应用三维ECOM程序模拟了长江口的流场特 性。水位及速度的验证曲线表明了该程序用于长江口的流场模拟是成功的。同时还得到了长江口不同深度情 况下的速度分布，结果显示出长江口流场的垂向变化是不可忽略的。长江口在不同径流情况下欧拉余流场的 分布表明了长江口径流导致的余流占主要地位。 其次回顾了近年来河口海湾水体交换研究的最新进展，着重对河口水体交换的两种数值方法进行了对 比。然后应用以溶解态的保守性物质做为研究长江口水体交换的载体，建立了完全三维对流扩散型的长江口 水体交换的数值模型，对长江口的水体交换时间做了一个整体的计算。该研究对合理开发和利用长江河口的 水资源、合理排污、制订污水排放规划和水质管理、避咸蓄淡、避污蓄清水库工程的选址提供重要的科学依 据。另外由于河口的盐水入侵、污染物扩散和泥沙运动等问题均与水体交换有着紧密的联系，掌握了长江口 水体交换的规律，为进一步开展这方面课题的研究打下坚实的基础。 第二部分：空化噪声研究 该部分工作是作者博士期间工作的延续，对空化噪声问题从理论分析方面、数值模拟及实验三方面进行 研究，应用作者提出的混合边界元方法求解了空泡在边界附近溃灭时的辐射噪声问题。并采用激光空泡实验 对这些规律进行了验证。整理并发表了其中的数值和实验结果。同时引入了小波方法对瞬态的空化噪声信号 进行了分析，取得了良好的效果。