基于三维海洋生态动力学模式的莱州湾氮、磷营养盐环境容量研究

发布时间：2022-02-27 10:04

　　近年来，随着莱州湾沿岸工、农业的发展和人口的增长，入海河流携带的营养盐不断增多，导致莱州湾生态环境严重受损，具体表现为湾内海水的富营养化不断加重、赤潮频发，产卵场受到破坏，主要经济鱼类和渤海对虾资源严重衰退。依照中国的国情，立即停止营养盐的排放并不现实，应结合海水的环境容量进行营养盐点源排放的合理规划，以减小其对海域环境的危害。本文在前人研究的基础上建立了计算非保守物质环境容量的方法，并将该方法成功应用到了水动力较强、面积较大的莱州湾海域。进行莱州湾氮、磷营养盐环境容量计算的基础是生态动力学模式，本文通过建立一个基于PIC（Particle-In-Cell）粒子追踪方法的N-P-Z-D（营养盐-浮游植物-浮游动物-碎屑）生态模式，模拟分析了莱州湾无机氮（DIN）、无机磷（DIP）和浮游植物的大面分布特征与季节变化特征，并研究了21世纪初莱州湾的营养盐限制问题以及黄河和小清河输入的营养盐对莱州湾生态系统的作用。经过分析发现在莱州湾海域，比较适合的环境容量计算方法是排海通量最优化法。在使用该方法计算污染物某段时间的环境容量时，必须保证这段时间内目标海域对于污染物存在确定的响应系数场。由于氮... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 海洋环境容量的研究现状
        1.1.1 国内海洋环境容量研究的宏观背景
        1.1.2 国内外海洋环境容量的研究
        1.1.3 海洋环境容量计算方法小结
    1.2 莱州湾海区生态环境的研究现状
        1.2.1 海洋生态环境现场监测
        1.2.2 数值模式模拟
    1.3 本文创新点及主要研究内容
        1.3.1 创新点
        1.3.2 论文构思及主要研究内容
        1.3.3 论文结构
    1.4 分析与小结
2 非保守物质环境容量计算方法综述及数值模式分析
    2.1 非保守物质环境容量的计算步骤
    2.2 非保守物质环境容量计算中涉及的相关概念
        2.2.1 水质标准控制点
        2.2.2 非保守物质响应系数场
        2.2.3 非线性规划问题
    2.3 三维斜压水动力模式——HAMSOM
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 边界条件
        2.3.3 湍粘性系数和扩散系数的参数化方案
        2.3.4 层积分方程
        2.3.5 数值离散格式
        2.3.6 水动力场的计算
    2.4 基于 PIC 粒子追踪方法的三维生态模式
        2.4.1 生态动力学模式的建立
        2.4.2 生态模式模拟结果及验证
        2.4.3 生态模式敏感性实验
    2.5 小结
3 莱州湾氮、磷营养盐环境容量的计算
    3.1 排海通量最优化法的适用条件
        3.1.1 各点源之间线性叠加关系的验证
        3.1.2 莱州湾海域 DIN 和浮游植物响应系数场的特征分析
    3.2 莱州湾营养盐环境容量的计算——非线性规划法
        3.2.1 营养盐的非线性规划问题
        3.2.2 莱州湾营养盐的点源最优排放量及其环境容量
        3.2.3 莱州湾营养盐最优排放量的验证
        3.2.4 线性规划法与非线性规划法计算结果的对比
    3.3 分析与小结
4 莱州湾水动力条件对湾内生态系统以及环境容量的影响
    4.1 黄河水动力条件的影响
        4.1.1 保持黄河输入营养盐的通量不变
        4.1.2 保持黄河输入营养盐的浓度不变
    4.2 莱州湾内水动力条件的影响
        4.2.1 正压状态对莱州湾的影响
        4.2.2 正压潮状态对莱州湾的影响
        4.2.3 风场对莱州湾的影响
    4.3 小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
附录：有约束的多维非线性规划问题
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3645255