渤海水層營(yíng)養(yǎng)鹽生態(tài)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究.pdf

1、渤海作為我國(guó)最大的半封閉型內(nèi)海，其北、南、西面分別環(huán)繞著山東、河北、遼寧、天津三省一市的13個(gè)主要城市，沿岸人口密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá);海域內(nèi)餌料豐富，是眾多經(jīng)濟(jì)魚蝦類的產(chǎn)卵場(chǎng)以及索餌場(chǎng)，是我國(guó)關(guān)鍵的海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)域。然而由于人口增長(zhǎng)以及經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，眾多污染物排污入河后經(jīng)由入海口入海，導(dǎo)致渤海海域內(nèi)污染物超標(biāo)海域面積逐年擴(kuò)大，營(yíng)養(yǎng)鹽成為海域主要污染物。
　　本文建立了渤海三維生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型，采用MIKE3 Flow Model(FM)水動(dòng)力

2、模型與Ecolab富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)模塊耦合，考慮渤海沿岸河流中污染物貢獻(xiàn)率較高的黃河入海，對(duì)2010年渤海溫鹽情況及黃河口附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽的輸移擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬，以此得到了溫鹽及營(yíng)養(yǎng)鹽的水平分布特征，季節(jié)變化趨勢(shì);為未來(lái)研究渤海營(yíng)養(yǎng)鹽在海域內(nèi)生態(tài)變化以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的具體影響提供理論方法，為改善海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供技術(shù)支撐。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)利用MIKE3 FM建立渤海三維斜壓水動(dòng)力數(shù)值模型，考慮黃河入

3、海，邊界條件考慮四個(gè)主要分潮驅(qū)動(dòng)(O1、K1、M2、S2)，在考慮風(fēng)、降水、蒸發(fā)強(qiáng)迫條件下模擬海域潮流情況，并選取了5個(gè)站位實(shí)測(cè)潮流資料對(duì)模擬結(jié)果中的潮位、潮流予以驗(yàn)證，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)潮流模擬結(jié)果可信且可以為生態(tài)模擬提供水動(dòng)力場(chǎng)。
　　(2)考慮熱交換（短波輻射、長(zhǎng)波輻射、感熱、潛熱、大氣條件）強(qiáng)迫條件下，考慮黃河溫鹽入海，邊界采用全年月平均的溫鹽數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，模擬溫鹽的結(jié)果表明冬季近岸溫度低，萊州灣、渤海灣、遼東灣溫度均低于0℃，其中遼東

4、灣溫度最低，達(dá)到了-2℃左右，海域中部溫度高，最高可達(dá)5℃，海水垂向混合均勻，不同水深下溫度等值線分布差別不大;冬季鹽度海域平均值為30.8PSU，萊州灣鹽度由于黃河徑流稀釋而最低，垂向上分布均勻。
　　夏季海域中部溫度低，沿海溫度高，溫差最大可達(dá)8℃，且溫度等值線越靠岸越與海岸平行分布;夏季萊州灣的鹽度由于黃河劇增的徑流稀釋而稍有降低;垂向上出現(xiàn)的明顯鹽躍層。
　　三維溫鹽模擬結(jié)果可以合理概括渤海溫鹽季節(jié)變化及平面分布，可

5、為下文生態(tài)模擬提供可靠的溫鹽場(chǎng);
　　(3)根據(jù)渤海生態(tài)過(guò)程特點(diǎn)，查閱大量文獻(xiàn)確定了眾多生物參數(shù)，使用Ecolab生態(tài)實(shí)驗(yàn)室軟件建立EU(Eutrophication Model)生態(tài)水質(zhì)模塊，模塊包括銨鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、浮游植物、浮游動(dòng)物、碎屑、DO等7個(gè)狀態(tài)變量。概括了各個(gè)狀態(tài)變量的具體“源”和“匯”。
　　(4)將MIKE3 FM三維斜壓水動(dòng)力模塊與EU生態(tài)模塊耦合，將黃河各生態(tài)變量的濃度設(shè)置點(diǎn)源輸入，在太陽(yáng)輻射、風(fēng)

6、、降雨、蒸發(fā)等的條件下，模擬并分析了葉綠素、硝酸鹽、銨鹽、磷酸鹽、浮游動(dòng)物等的季節(jié)變化。結(jié)果表明:營(yíng)養(yǎng)鹽大體表現(xiàn)出了春季水華消耗、冬季得以積累的過(guò)程，葉綠素也對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)了在春季、秋季時(shí)的雙峰結(jié)構(gòu)，浮游動(dòng)物的生物量在冬、春季節(jié)較少，但在夏秋季明顯增長(zhǎng)。
　　(5)生態(tài)模塊模擬出的平面分布結(jié)果表明:由于黃河入海通量注入、海流輸移擴(kuò)散、海域內(nèi)生態(tài)過(guò)程等原因，表層在近岸及河口附近海域葉綠素、硝酸鹽、銨鹽、磷酸鹽、浮游動(dòng)物保持較高濃度，大致向