尋漁記|海洋環境特征對各類污染物的作用機理和規律研究

以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發、沉降、吸附、釋放)、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋複雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。

此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模拟研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據往往有許多綜合因素的共同作用，很難将其中的單因素影響分離出來，大此，往往隻能用它來作為對其一水質預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。

用數學模拟方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國内外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數學模型;波浪數學模型:液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉化數學模型。在水流數學模型研究方面，對于較大範圍的海域，通常可采用深度平均的潮流教學模型，對于紊動景響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐标變換，可建立一種能夠考慮複雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征，在較小範圍的水域，水流數學模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎，針對水溫和鹽度分層流的流動特性，考慮浮力對紊動的影響，建立用于模拟同時存

在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k-(單流體數學模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分别對兩相本身的湍流輸運規律以及相間相互作用規律進行模拟，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。

在波浪數學模型研究方面，可應用BI-CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率，從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesa方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精确的計算較深水域波浪的非線性特征。針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模拟自由面形态的N-S方程和波能平衡方程的結合。可導出一個能考慮破波能量損失的抛物型緩坡療程，用這個方程可模拟規則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，可模拟海岸上波高變化和破碎波波高，波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型，對幹強流情形，可采用在Botssinesa方程中考慮流影響的模型。可以将輻射應力的計算公式與抛物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模拟。

在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N-S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模拟。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目标，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用;在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、彙項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據:同時對确定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。

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