本文選題：三維數(shù)值模擬　切入點：水交換　出處：《天津大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：海灣是海陸作用的集中地帶，歷來為人類生產(chǎn)生活、經(jīng)濟貿(mào)易的活動中心。近年來，隨著渤海灣沿海地區(qū)經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的工業(yè)廢水，生活污水通過入海河流或海底管道匯入渤海灣，對近岸海域的自然生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響。為了保護海洋生態(tài)環(huán)境，合理利用海洋資源，使沿海經(jīng)濟綠色、健康、可持續(xù)性發(fā)展，研究渤海灣各區(qū)域的水交換特性和污染物在水體中的遷移擴散規(guī)律是十分有必要的。 本文綜述了海灣水動力數(shù)值模擬的常用方法，三維模型經(jīng)常被用于水深較深的海域或用于研究波浪破碎、泥沙輸運等問題，對于渤海灣這類較淺海灣，通常應(yīng)用平面二維對流擴散模型和平面二維水動力學(xué)模型進行污染物遷移擴散的研究。考慮到污水密度的影響，污染物在垂向上的分布會產(chǎn)生較大的差異，，而垂直方向沿水深積分的二維模型不能對這種情況做出準確的描述。 因此，本文基于ROMS模式建立了渤海灣三維水動力學(xué)模型和對流擴散模型，利用該模型對渤海灣水交換和污水深海排放工程中的污染物遷移擴散規(guī)律進行了研究。首先對建立的模型進行驗證，計算了平底水池中由表面風(fēng)應(yīng)力引起的流場在垂向上的速度分布，并與風(fēng)生流的典型解析解對比驗證，數(shù)值解與解析解吻合良好。然后利用渤海灣海域的實測資料對潮流模型進行驗證，結(jié)果顯示三維潮流模型的模擬結(jié)果與實測資料吻合良好，能夠正確反映渤海灣潮位以及各水深層面上的流場分布。 在三維的水動力學(xué)模型和對流擴散模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用水交換關(guān)聯(lián)矩陣對渤海灣近岸海域控制規(guī)劃功能區(qū)進行了水交換研究，并與二維模型的模擬結(jié)果對比。結(jié)果顯示可能由于三維模型可以更精確的描述流速在垂向上的不均勻分布，使得三維模型的模擬結(jié)果所顯示的水交換能力低于二維模型的模擬結(jié)果。 將本文建立的模型應(yīng)用到南港工業(yè)區(qū)污水深海排放工程，結(jié)合渤海灣近岸海域功能區(qū)劃，模擬潮流作用下，排污口排放的污水中各類污染物的遷移擴散過程。通過對模擬結(jié)果的統(tǒng)計，得到了六種主要污染物在不同時刻的濃度分布，并在此基礎(chǔ)上分析了各功能區(qū)受影響的程度。結(jié)果表明，污水排放工程不會對附近區(qū)域的水環(huán)境產(chǎn)生明顯的影響。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of the economy in the coastal areas of the Bohai Bay , more and more industrial wastewater and domestic sewage have been imported into the Bohai Bay through the river or submarine pipeline in the Bohai Bay . In order to protect the marine ecological environment and to make rational use of the marine resources to develop the green , healthy and sustainable coastal economy , it is necessary to study the water exchange characteristics of various regions of the Bohai Bay and the distribution of pollutants in the water body .

This paper reviews the common methods of numerical simulation of hydrodynamic numerical simulation in the Gulf . The three - dimensional model is often used in deep sea areas or for studying the problems of wave crushing , sediment transport and so on . For the shallow bays of Bohai Bay , the two - dimensional convection - diffusion model and the planar two - dimensional hydrodynamic model are usually applied to study the diffusion of pollutants . Considering the influence of the density of sewage , the distribution of pollutants in vertical direction can be greatly different , and the two - dimensional model along the integral of water depth in the vertical direction cannot accurately describe the situation .

In this paper , a three - dimensional hydrodynamic model and a convection - diffusion model of Bohai Bay are established based on ROMS model .

On the basis of three - dimensional hydrodynamic model and convection - diffusion model , the water - exchange correlation matrix is applied to the water - exchange study on the control planning functional area in the coastal area of Bohai Bay , and compared with the simulation results of the two - dimensional model . The results show that the three - dimensional model can describe the uneven distribution of the flow velocity in vertical direction more accurately , so that the water exchange capacity displayed by the simulation results of the three - dimensional model is lower than the simulation result of the two - dimensional model .

Based on the statistical analysis of the simulation results , the concentration distribution of six major pollutants at different times is obtained . The results show that the sewage discharge project will not have a significant effect on the water environment in the nearby area .

【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X55

【參考文獻】

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本文編號：1717270