三维悬浮物输运模式及在黄河口附近海域的应用

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由于生态动力学的发展及沉积动力学本身的需要,悬浮物在海水中的输运问题越来越受到人们的重视。然而目前对悬浮物输运的模拟多考虑二维的,对包含垂向悬浮物输运的模拟研究不多。本文建立了黄河口海域潮作用下的悬浮物垂向分布模式,并用模式结果改进了已有的三维悬浮物输运模式,对原模式中的海浪经验公式改为SWAN模式,模拟了黄河水量锐减情况下,黄河口周边海域的悬浮物输运。 本文首先只考虑悬浮物的垂向输运过程和海底处的沉降与再悬浮过程,编写了一个一维的垂向粒子追踪模式,并用该模式对黄河口海域2000年的一组资料进行了模拟,得到了与实测较为符合的结果,说明此模式可以很好的模拟垂向的悬浮物输运。同时,对该模式中涉及的参数:垂向湍粘性系数、沉降临界速度、再悬浮临界速度进行了调节,发现湍系数的值取的越大,对应的水柱内高浊度扩散越剧烈,且它在海底边界层处相对沉积与再悬浮来说作用是微小的;沉降临界速度越大,越促进沉降:再悬浮临界速度有一个浮动区域,当超出这个区域外,再悬浮将变弱;再悬浮临界速度、沉降临界速度值的调动,反映出再悬浮与沉降这两个过程在悬浮物输运中起很大作用。 本文用SWAN模式为三维悬浮物输运模式提供浪场,代替原来的经验公式,来模拟悬浮物的分布。本文用99年1月的风场对SWAN进行了检验,得到了较好结果。然后,利用改进的模式模拟了渤海2000年的悬浮物的分布,所得结果与观测的实际情况基本吻合。对SPM模式的悬浮物单点浓度的垂向分布情况进行了分析,发现除了发生在海底附近的沉降、再悬浮外,在存在着明显的悬浮物浓度梯度的区域,表层流对表层的悬浮物浓度分布起着很大的作用,显示出水平对流输运的作用。 另外,本文又对近年来黄河水锐减情况下的悬浮物分布进行了模拟,模拟结果显示:即使黄河水锐减,在黄河口附近仍有高浓度的悬浮物,分析发现此处的海底剪切速度比较高,侵蚀比较强所致的。另外,在对黄河口北部与东南部的两个点的沉积量进行分析,发现黄河口北部的侵蚀较东南部的强。
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