杭州湾北部水域污染物扩散输移的数值模拟与分析.doc

杭州湾北部水域污染物扩散输移的数值模拟与分析 【摘要】：水体中污染物的扩散输移规律是水环境研究中的一个基础课题。从水动力场，水质，排污混合区和毒物的分布等多方面系统、全面地研究一个充分混合海湾的污染物扩散输移规律是本文的主要工作。它不仅在理论上极具研究价值，在人口，自然资源和环境污染的压力，直接冲击社会经济发展和人类生存的今天，如何保护好水环境，发挥大水体的稀释自净能力，特别是充分利用长江口杭州湾水体的稀释扩散能力，为上海城市污水外排的规划决策提供依据。在这些方面，本论文具有显而易见的现实意义。文中探讨了国际上著名的以二阶矩紊流闭合模式为主要特征的POM(PrincetonOceanModel)模型在计算水动力场中的应用，给出了Lagrange余流场的分布，讨论了各种水动力因子对Lagrange余流场的影响，并在此基础上，就污染物长期输运的质点漂移轨迹进行了研究。通过DELWAQ综合水质模型的计算，给出排污混合区分布的定量结果。同时还在重金属元素含量分布，影响因子等方面进行了初步探讨。将这样一套较系统、完整的计算分析污染物扩散输移模式对杭州湾水体进行研究，得到的主要认识有：杭州湾M_2分潮的Lagrange余流在长江径流的影响下有利于污染物向湾外的输移；北岸金山以东的水域是污染物搬运能力较强、自净能力较好的水域；风应力的贡献是使表层余流场在大小和方向上明显改变；对应金山站涨急、涨憩、落急和落憩四个不同时刻，杭州湾北岸排污口附近的余流在方向和量值上均有差异，以涨憩最有利于污染物向湾外的输移，涨、落急时次之，落憩时最差；质点漂移结果表明，对输移有利的排污口依次是中港优于星火，星火优于金山。混合区面积的影响因素不仅是大水体的交换条件，而且受局部水域紊动条件的影响。根据对河口海湾污染物输移扩散问题的分析计算研究，在理论上深入探讨了充分混合水域污染物扩散输移规律，提出了较系统、完整的分析计算模式，对杭州湾北岸给出了污染物输移条件的不同区划。本文的部分研究成果已被有关部门用于污水外排的规划和决策，说明其不仅在理论上有意义，而且在实际应用方面也有一定的参考价值。【关键词】： 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2000 【分类号】：X55 【目录】：致谢5-6表索引6-7图索引7-9主要符号说明9-11中文摘要11-12英文摘要12-14第一章绪论14-18§1-1问题的提出14-15§1-2有关问题的研究现状15-16§1-3本文的工作16-18第二章杭州湾水动力场的计算和分析18-36§2-1三维河口流体动力学基本方程组18-22一、三维流体动力学基本方程组18-19二、三维河口流体动力学基本方程的简化19-20三、紊流模型的处理20-22§2-2河口三维流体动力学数值模型和方法22-29一、河口三维流体动力学数值模型和方法22-24二、POM模型的建立和特点24-29§2-3POM模型在杭州湾的应用29-36一、σ坐标系中的流体动力学方程组及边界条件29-33二、计算结果及讨论33-36第三章Lagrange余流和污染物输运轨迹36-49§3．1Lagrange余流的理论和计算36-41一、Lagrange方法和Euler方法36-37二、Lagrange余流的基本概念37-38三、Lagrange余流的计算方法38-41§3．2杭州湾Lagrange余流的分析和计算41-46一、现有的对余流的研究41-42二、Lagrange余流的计算方法42-44三、杭州湾Lagrange余流的计算和分析44-46§3．3杭州湾污染物的输移轨迹46-49一、有径流影响的污染物质输移轨迹46-47二、无径流影响的污染物质输移轨迹47-48三、杭州湾北岸排污口附近的Lagrange漂移48-49第四章污染物排放混合区远区的分析和计算49-67§4．1水质模型的分析和计算49-53一、水质模型的发展概况49-50二、水质模型的分类50-51三、水质模型的建立51-53§4．2排污混合区远区的分析计算53-60一、排污混合区分析计算的基本概念54-56二、排污混合区分析计算的设计条件56-59三、排污混合区远区的分析计算59-60§4．3杭州湾污染物排放混合区远区的分析和计算60-66一、设计方案和条件60-62二、计算模型62-63三、结果与讨论63-66§4．4小结66-67第五章杭州湾重金属污染物的分布和输移67-76§5．1重金属问题的有关研究67-71一、重金属污染研究的现状67-68二、水环境中的重金属存在形式68-69三、重金属在海水、悬浮物和沉积物中的含量，形态分布和迁移行为研究69-71§5．2杭州湾重金属的输移和分布71-75一、已有的对杭州湾重金属元素的研究71-72二、杭州湾重金属污染物的分布和输