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渤海环境动力学数值模拟及环境容量研究

郭良波  
【摘要】:当陆地资源日趋枯竭、生态环境逐渐恶化的时候,占地球表面71%的海洋,以其巨大的资源、能源、环境功能,正越来越多地引起人们的关注;而海洋环境容量的定量研究,无疑会为各项海洋环境决策提供科学依据。本文正是基于这种考虑,对渤海的环境容量进行探讨。 本文首先回顾了环境容量的各种观点,总结评述了目前海洋环境容量计算的三类方法:箱式模型,分担率法以及最优化法。箱式模型适用于较小的海域,而且会过高估计环境容量;分担率法方便管理,实际上相当于按现状等比例分配环境容量;经济最优法符合可持续发展思想,但操作比较复杂。经过分析比较,最后选择总量最优法并加以改进,用以计算渤海的环境容量。 然后,采用HAMSOM模式,以开边界M2,S2,N2,K1,O1五个分潮和海面风场、热通量为驱动力,模拟了渤海的流场和温盐度场。与已有研究结果比较基本一致,从而验证了模式的可靠性。采用粒子追踪方法模拟了渤海的浓度场,以期得到各个排污口的响应系数场,作为计算海洋环境容量的基础。与其它数值方法相比,粒子追踪方法具有数值稳定性好,易于增加生化过程等优点。 接着,在前面模拟的渤海流场、温盐场和浓度场的基础上,适当选取水质控制点,用总量最优法计算了渤海的COD环境容量,计算结果为:渤海在一至四类海水水质标准下的COD环境容量分别为36.59×10~4t/a、54.88×10~4t/a、73.13×10~4t/a和91.45×10~4t/a。根据已有的研究结果,建立渤海石油烃环境容量模型,该模型包括微生物模块,大气模块和水动力模块,综合考虑了物理自净,化学自净和生物自净,过程比较完备。以此模型计算了渤海的石油烃环境容量,计算结果为:渤海在一至四类海水水质标准下的石油烃环境容量分别为2.82×10~4t/a、16.86×10~4t/a和28.17×10~4t/a。然后,把计算结果作为输入,模拟优化后的浓度场,所得浓度场符合各自水质标准,从而验证了计算结果的合理性。 最后,对本文存在的不足和研究的方向作了展望,认为应该加强对各种自净过程机制的研究、相关自净能力参数的率定,以及提出更为科学合理的海洋环境容量计算方法。


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