象山港水交换研究概述【文献综述】

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1、毕业设计文献综述海洋科学象山港水交换研究概述摘要：本文先介绍海湾水交换的研究方法：箱式模式、质点跟踪模式、随机游动模式、浓度对流—扩散模式、三维水动力模型等。再以象山港为研究对象，介绍已经成功应用于象山港的水交换模式，总结了相应模式的优缺点，最后对象山港水交换的研究工作进行了展望。关键词：水交换；数值模拟；象山港一、引言近岸海湾水体交换研究是海洋环境学、海洋生态学、物理海洋学研究的一个重点和热点。海湾水体交换能力的强弱直接关系到海湾物理自净能力的大小以及海湾环境质量的优劣。各种污染物通过径流以及人为因素等各种渠道进入海湾，然后在对流输运和稀释扩散等物理过程的作用下与周围水

2、体混合，同外海水进行水体交换，从而使得湾内浓度降低，水质得到净化。因此研究海湾水体交换的机制，对于提高湾内水体质量和保护海湾环境有重大意义和指导作用。图1象山港示意图象山港流域由象山港狭湾、牛鼻山水道和佛渡水道三大部分组成,流域面积为1455km2。象山港狭湾地处121°25′E—122°00′E和29°23′N—29°49′N之间。从122°00′E向西计算,它是一个纵长约为62.8km、面积563km2的半封闭海湾。象山港内的潮流属非正规半日浅海潮流，潮流主要表现形式为往复运动，M2分潮流的椭圆长轴与等深线的走向基本一致，落潮流流速普遍较张潮流流速大。口门处潮流流速最

3、大，受地形及岸线的反射和损耗，向港顶逐渐减小。象山港是浙江省主要的增养殖基地，是发展深水网箱养殖的理想场所。随着沿海经济的高速发展，陆源污染物、海上污染物、空中污染物等污染物总量在不断的增加流入海域，且由于象山港的地形和水动力特点,进入狭湾内可溶性污染物质可能长期滞留在湾内，致使近岸海域和部分港湾污染严重，海域生态环境遭到破坏，严重的影响了海域的可持续发展。因此对象山港内水交换的研究很有必要。二、海湾水交换研究方法1箱式模型箱式模型[1-4]分为单箱型和多箱式，即将海湾或者所研究的区域看成一个整体，或者将研究区域分割成几个箱形。无论单箱模型还是多箱模型都满足质量守恒定律，

4、以下是其基本假定：流动定常，通量为常数；箱外水进入箱内立即与整个箱内水体完全混合；通过边界无扩散交换。以箱式模型为基础的水交换率的研究发展得最早，以Park[5]和柏井[6]的计算方法是最为常见的。2质点跟踪模式质点跟踪法[7-9]相对比较简单易掌握，即首先在海域内布置一系列的标识质点，统计通过某设定界面流出海域的质点数，将海域内的质点数达到初始质点数的37%的时间记为水体的更新时间，而海域内的质点数与初始质点数的比即为该海域的水交换率。3随机游动模式随机游动模型[10]是把污染物质看成有标志的质点，通过释放大量的质点来跟踪污染物的迁移扩散。计算模拟这些大量的粒子在湍动作

5、用下的空间、时间上的变化，跟踪这些随着时间的总体粒子的空间分布，转化成污染物对应的浓度，就是污染物的浓度分布情况从而也就知道了水体交换的情况。4浓度对流---扩散模式对流扩散模型[11-15]是在水动力学模型得出的流场基础上，求解对流扩散方程得到水体中指标物质的浓度分布。给定的湾内示踪剂的初始浓度假定为C(t0)，湾内水在不同时刻被外海水置换的比率R(x,y,t)=(C(t0)一C(t))/C(t0)，其假设条件是，数学模型中水边界人流时给定这种物质在开边界的浓度为零。对流扩散模型是应用比较广泛的一种水交换数值模拟方法，可以统计流场的驻留时间，交换矩阵等。5三维水动力模式

6、现今随着水动力学数值模拟的发展，研究水体交换能力的三维水动力模型越来越多，应用较为广泛的有河口海岸海洋模式[16-17](ECOM)和海洋环境与泥沙模型[18](ECOMSED)，以及最新的FVCOM模式,[19-20]。海水的实际流动为三维流动，海水的上层流动和下层动会有很大差异甚至截然相反，对水交换产生很大的影响。三维水动力模型能够较好的反映海水交换的特点，因此运用三维变动边界的潮流场及物质输运模型可以对沿岸潮滩宽阔海湾的潮流场及水交换情况进行更加准确的研究。三、成功应用于象山港的水交换模式1模式介绍高抒和谢钦春[3]根据狭长海湾的特点及口门潮交换和纵向弥散交换机制，

7、狭长形海湾的口门潮交换和纵向弥散交换机制,建立了象山港与外海水体交换的物理模型,，研究了象山港的水交换机制，指出象山港水体交换缓慢，在进行相关工程时应给予充分的重视。Kuo和Neilson[2]的分区段潮交换模式,是一个适合于狭长小潮湾沿程水交换近似估算的简捷有效的模式。陈伟和苏纪兰[4]对该模式中混合过程物理简化方式作了更为合理的修正,即引进了“内湾各相邻区段间水体混合交换同时发生”的设定。同时,在对交换率概念的系统分析的基础上,还对模式中最重要的特征参数回流系数的特性及其简化确定方法作了进一步探讨，并将其应用于象山港海湾水