胶州湾前湾围填海工程对周边水域泥沙分布及污染物输运影响的数值模拟研究

发布时间：2017-08-28 01:28

  本文关键词：胶州湾前湾围填海工程对周边水域泥沙分布及污染物输运影响的数值模拟研究

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【摘要】：胶州湾是一个环抱型海湾,湾内存在大面积的滩涂,其对周边区域的经济发展具有无可替代的作用。近年来,为满足经济发展的用海需求,在湾内规划开展了多项填海工程,尤其是在前湾地区实施了多期码头扩建工程。然而,填海工程的实施必将导致区域水动力结构组成、地形等发生变化,使得区域水体的运动行为发生明显改变,污染物运动的动力环境发生改变,从而影响到污染物运动的形态和区域水环境演变过程。本文利用ECOMSED模式和“干、湿”点判断法构建了胶州湾海域的动边界潮流和泥沙数值模型。模拟分析了前湾填海工程实施前后胶州湾潮流场、泥沙浓度分布的变化规律；基于建立的胶州湾潮流数值模型和拉格朗日粒子追踪法,分别采用单个粒子以及粒子群的的方法来模拟研究前湾填海工程实施前后胶州湾海域污染物输运过程。对比前湾填海工程实施前后的污染物运动轨迹,分析了工程对整个胶州湾污染物输运的影响规律及范围。得出以下结论：(1)本文所建模型验证结果良好,表明其可以较好的模拟胶州湾海域的潮流场及泥沙浓度分布。(2)填海工程后,前湾地区地形改变,进入前湾和海西湾内的水量减少,且纵深增加也加大了潮波能量的损耗,使其潮位和流速呈现减小趋势。而薛家岛与团岛之间距离的缩短则使得通过此处的水流速度增大。填海工程也对潮水向胶州湾内流动起到了一定阻碍作用,致使胶州湾外湾口靠近工程区的局部区域流速减小。流速的减小削弱了泥沙的再悬浮能力,进入水体中的泥沙减少,这几处区域的泥沙浓度也相应降低。但胶州湾其他区域的潮位、流速及泥沙浓度分布则几乎没有太大变化。(3)胶州湾前湾填海工程改变了前湾地区水动力环境,进而导致留存于前湾的污染物数量增加,进入海西湾的污染物数量减少,这会加剧污染物对前湾水域的污染。但前湾填海工程对胶州湾污染物运动的影响范围有限,只对工程周边局部区域内的污染物运动影响较大。
【关键词】：胶州湾 ECOMSED模型 围填海 泥沙 污染物 粒子追踪
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV148;U652
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 近岸海域数值模拟研究进展10-12
• 1.3 围填海工程研究进展12
• 1.4 胶州湾数值模拟研究12-13
• 1.5 胶州湾概况及前湾围填海工程介绍13-15
• 1.5.1 胶州湾概况13-15
• 1.5.2 前湾围填海工程介绍15
• 1.6 本文研究内容15-17
• 2 数学模型17-30
• 2.1 ECOMSED模型简介17-18
• 2.2 水动力模块18-25
• 2.2.1 基本方程18
• 2.2.2 温盐守恒方程18-19
• 2.2.3 湍流闭合方程组19
• 2.2.4 边界条件19-20
• 2.2.5 垂向坐标转换20-22
• 2.2.6 模态分离技术22-23
• 2.2.7 水平方向坐标转换23-25
• 2.3 泥沙输运模块25-27
• 2.3.1 控制方程25-26
• 2.3.2 底部剪切应力计算26
• 2.3.3 粘性泥沙再悬浮26-27
• 2.3.4 粘性泥沙沉降27
• 2.4 粒子追踪模块27-28
• 2.5 动边界处理技术28-30
• 3 胶州湾潮流场及泥沙浓度模拟及验证30-42
• 3.1 模拟区域及参数设置30-31
• 3.2 潮流场模型验证31-38
• 3.2.1 潮位验证31-33
• 3.2.2 流速和流向验证33-38
• 3.3 胶州湾泥沙浓度模拟及验证38-41
• 3.3.1 模型参数设置及初始条件38-39
• 3.3.2 泥沙浓度验证39-41
• 3.4 小结41-42
• 4 胶州湾前湾围填海工程对水动力环境及泥沙浓度的影响42-62
• 4.1 胶州湾前湾围填海工程对潮位的影响43-49
• 4.2 胶州湾前湾围填海工程对流速的影响49-55
• 4.3 胶州湾前湾围填海工程对泥沙浓度的影响55-61
• 4.4 小结61-62
• 5 胶州湾前湾围填海工程对污染物输运的影响62-82
• 5.1 单个粒子运动轨迹模拟分析62-67
• 5.2 粒子群运动轨迹模拟分析67-81
• 5.3 小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-89
• 致谢89-90

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