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潮流数学模型在近岸海域环境功能区划调整中应用——以丹东海洋红港区为例

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 近岸海域环境数学模型的研究进展

1.4 研究目的及主要研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第2章 近岸潮流数学模型研究评述

2.1 引言

2.2 潮流控制方程

2.3 潮流场数值模拟方法

2.3.1 有限差分法

2.3.2 有限元法

2.3.3 有限体积法

2.3.4 单元积分法

2.3.5 分步法

第3章 ADI潮流数学模型计算方法介绍

3.1 基本方程组

3.2 边界条件

3.3 基本方程组的二维化

3.4 数学模型的建立

3.4.1 网格划分

3.4.2 差分方程的建立

3.4.3 差分方程求解

3.5 差分方程的稳定性

3.6 初值边界处理

第4章 潮流数学模型的应用—以丹东海洋红港区环境功能区划调整为例

4.1 丹东海洋红港概况

4.1.1 地理位置

4.1.2 水文条件

4.1.3 泥沙

4.2 潮流场数值计算

4.3 计算结果分析

4.4 浓度预测数学模型

4.5 浓度预测结果

4.6 浓度预测结果分析

4.7 环境功能区划调整范围确定

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

近岸海域是地球上宝贵的海洋资源,对于人类开发利用海洋资源至关重要,也是人类开发海洋极为活跃和集聚的区域。随着人类社会的发展,对近岸海域的开发也随之加快。但是,功能区划的限制制约了近岸海域的开发。根据环境功能区划局部利益服从全局利益的原则,应对其进行适当的调整。当然,在满足经济发展需要的同时也要切实保护近岸海域环境资源,做到环境保护和经济、社会发展的统一。这就需要在制定近岸海域环境功能区划调整方案之前,要全面收集拟调近岸海域的自然环境状况、海水水质现状以及入海污染源的入海量资料,并以此为基础数据,分析近岸海域的自净能力,对污染物进行模拟计算,分析水质变化规律,确定区域调整边界。为了合理确定近岸海域环境功能区划调整的边界,开展近岸海域数值模型研究是至关重要的。
  本论文主要目标是构建一个合适的近岸海域的潮流数学模型,并将模型应用在海洋红港区,解决该近岸海域环境功能区划调整及排污口法选择问题。模型建立以海洋红港区近岸海域环境功能区划调整为例,通过数值计算模拟港区附近潮流运动规律,在此基础上预测了海洋红港区建港后对潮流运动的影响,预测了不同排污口位置排海污染物(COD、NH3-N、石油类)的扩散浓度,确定近岸海域环境功能区划调整范围,并分析不同排污口位置对拟排海域的影响,对排污口最佳位置的确定提出合理建议。
  通过应用ADI数学模型对海洋红港区污染物扩散进行预测,确定了近岸海域环境功能区划调整范围为海洋红港建设用海区,包括港区附近海域及海上码头区,面积为108km2。同时利用点源扩散计算公式与数值计算结果相结合的方法对上述三种污染要素距排污口200m内的浓度进行了估算,结果表明,COD距排污口50m以内超二类水质标准,NH3-N距排污口150m超二类水质标准,石油类超二类水质标准,但不超四类水质标准。最高浓度出现在涨急时刻,最低浓度出现在落急时刻。本论文通过对比不同排放口位置的污染物浓度扩散范围及强度,确定排污口选在1#、2#源之间的某一位置比较合适。通过模拟预测避免了排污口的不利选择给环境造成的危害。
  将数值模拟计算结果与物理模型试验结果进行比对分析,数值模拟计算结果与物理模型试验结果吻合情况良好。因此,基于ADI数值模型对近岸海域潮流场的二维数值模拟是可行的。

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