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1、1,1卷第期海洋环境科学)/0∋/2第1,!!∀#∃%&∋((∋)&%∗∋#(∋+∃,−.&(∋.(345677年月关于海洋污染扩散的几种数学模型张士林8交通部天津水运工程科学研究所,塘沽9污染物质向海洋输移的主要途径有:809河川径流冲刷;8∀9大气输移;8<9沿岸。,地区的污水排放等三种形式为了探讨污染物质在大气及海洋环境中的稀释扩散问题世界。各国均对污染物质输移扩散的数学模型进行了大量的研究工作本文介绍了与海洋污染扩散,。有关的几种数学模型供有关方面参考、’一污染物质从大气向海洋
2、输移的数学模型〔〕1根据6年月在南斯拉夫杜布罗夫尼克市召开的研究大气海洋间杂质交换的工,—,作会议精神重申必须重视从大气中降落到海水中的一系列污染物质8世界气象组织通报,,。:67年=月∀卷第∀期>一>9现已查明海洋动物体内??+的大量富集即和污染。物质通过大气向海洋环境的输移扩散有关∀1对于在给定的时间间隔内,从大气中进入海面每个8二,≅9点的污染物质量∋。,可以。:根据流量对时间的积分进行计算该流量包括紊流分量和重力分量两部分ΑΧΧ2Γ,,Χ,Γ,,Χ,Β∗ΔΕΑΦ。Δ8
3、;Η9一5Δ8≅Η98一9:;式中Β大气传动层中的垂直素流扩散系数一2,Ι一污染物质颗粒的重力沉降速度Δ,大气中的污染物质浓度一。5一代表水气界面中污染物质扩散速度的参数因此,污染物质量1+1,。,,,∋Α仁Γ≅9二、5Δ8ϑ≅ΧΗ9ΚΗ8一∀9、,当污染物质颖粒较大紊流较小时参数5可以由污染物质颗粒的重力沉降速度。丫确,。,:定当污染物质颗粒较轻时参数5在水面上方通常取无限大85ΛΜ/9试验结果表明,。、。Ν参数5与气水界面的温度梯度有关即和大气传动层温度Η及水面温度Η之差8Η一Η9。,
4、Α,有关因此为了计算从大气中进入海洋环境的污染物质量∋除了知道大气中污染物质,。Ο。浓度Δ外还必须知道大气传动层温度Η和水面温度Η水文气象参数本文于67>午月1日马收到期张士休:关于海洋污染扩散的几种数学模型、‘’二非均匀层结水水域中海洋污染扩散的三维数学模型〔该模型描述固定污染源从沿岸水域向海洋深处的输移扩散间题,并假定大气压力场和海。:水的三维密度均已知为此利用下列方程组求解污染物质的输移和扩散间题’Π‘’ϑ,。“Ε“Φ‘“ΘΕ”一会8∀一9,”““。Ε“‘’一,Π一“ΘΕ“ϑ会8∀
5、一∀9,/ΠΕ∗ϑΦ∗ΡΕΑ≅ΦΑ二Ε∀‘/8∀一<9Σ。Τ:二Θ邑Φ6ΘΚ于8∀一=9!ΕΑΗΦΠΑΥΕΑΓΦΡΑΥΕ/≅Φ8。Φ“ς9!ΕΑΩΞΞΨ1,,、,,1。。。,、。!八。。。,一[[[≅乙口[∴一Γ≅一≅乙8Ω一ΩΖ几Γ个八Ε∗乙一一十以合89乙898∀!一9,、、式中ΠΡ。为海流沿坐标轴的速度分量;Σ为大气压力;七为海平面增量,−为污染物质在,、海洋中某一点的扩散浓度,△为拉普拉斯算符;。ς为海水中的重力沉降速度;ΒΓ≅ΒΧ为、。;丫多二Ω/Υ]ς印,。为水平垂直紊流扩散系数
6、为污染物质的扩散寿命为科里奥利参数。,2Θ;Ρ为液体的垂直紊流粘滞系数;Θ,Τ地球自转角速度为地理纬度为平均密度为重力加,乙为狄拉克乙函数。速度:求解上述方程组的初始条件和边界条件如下,当ΩΛ/时海面边界条件是/ΡΠ∀Γ,。Ρ∀,,Θ/Ε二一+ΘΑΕΛ一+≅。二/8∀一>9、8Γ+≅,+一风速的切向分量9∀·。ϑ,,。!”−8≅9“−8∀一9,Λ⊥8Γ≅98海底9时,当Ω_)Λ,Λ·Γ,,!∀⊥“−8≅⊥9Λ−⊥8∀一79,。,Ω,。方程8∀一!9的最后一项表示在8Γ/≅9坐标点存在一个强度为
7、⎯的点污染源应用本模型计算海洋环境中的污染扩散问题时,除了知道污染源的特征和强度外,还必须知道一系列的水文气象因素,如大气压力场和风场在水域上空的分布、有关海面至海底的海、。水密度资料污染物质在海水中的垂直和水平紊流扩散系数等、〔三非保守物质的海洋污染扩散三维数学模型’1。,本模型用于计算来自近岸深水域固定点状污染源的非保守物质扩散问题该模型考虑了海底地形和局部水域海岸轮廊的影响、海水的温度分层、海流的空间变率及素流特性,并=7海洋环境科学卷假,。设密度和温度是水平均匀的而科里奥利参数和风应力
8、是固定的1、、∀点污染源的非保守物质进入由海底地形海岸边界水体自由表面及液体边界所制约,:的三维空间∗内的扩散间题可以用下列微分方程组加以描述,,、∗_ΕΗ4&)Λ6侣Ε∗ϑ十一不尸一几∗_Ε∀8<一9乙、,、Α。∗Ρ0/Η十]ΠΛ6侣Ε∗≅十一歹了几/≅Ε∀8<一∀9口Ω、1、二,Α⊥一2∗盆&∗ΗΛ一刃一一Η_ΚΩ十主28<一<9口ϑ1Κ≅。Α∗+ΕΑΗ二+Α+Ε∀ΧΒ8<一=9∗1一卜一∀!一Ω一‘Λ一Β〔8ΑΠ∀∀Φ8∗Ρ∀“卜一Τ+Α+∀Ε9Ε9〕Φ日ΒΕ8<一!9。∃&∋(
