水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)在伶仃洋水域水體交換中的影響分析＊

方神光

（珠江水利委員會(huì) 珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州510611）

水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)在伶仃洋水域水體交換中的影響分析＊

方神光

（珠江水利委員會(huì) 珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州510611）

選取珠江河口伶仃洋水域?yàn)槔?，建立了貼體曲線坐標(biāo)系下的二維珠江河口水流數(shù)學(xué)模型，并采用純隱格式的混合有限分析法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了離散和求解。在對(duì)模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，針對(duì)珠江河口伶仃洋水域中的水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)選取問題進(jìn)行了分析和探討。研究表明，主潮汐通道水體的置換率基本不受擴(kuò)散系數(shù)取值的影響，擴(kuò)散系數(shù)的影響主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)離伶仃洋主潮汐通道和示蹤劑濃度分界線的水域，并初步推薦了該水域示蹤劑擴(kuò)散系數(shù)的取值范圍。

擴(kuò)散系數(shù)；水體交換；伶仃洋；數(shù)學(xué)模型

（陳 靖 編輯）

珠江口海域是我國(guó)近岸污染最嚴(yán)重的海域之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年大量未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水直接或間接排入珠江口的污水超過20億t［1］，大量的污染物日積月累，致使珠江口海域水質(zhì)普遍超出三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究河口水域中的污染物在徑潮作用下的輸移擴(kuò)散規(guī)律并分析和闡明該海域中海水與外海的交換周期，對(duì)珠江河口水域水環(huán)境的治理和保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

海域水體交換是評(píng)價(jià)海灣的物理自凈能力和海灣環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)和手段，是合理開發(fā)利用海灣的重要基礎(chǔ)。用于海灣水體交換計(jì)算和分析的方法主要有：實(shí)測(cè)資料法、箱型模型法、拉格朗日質(zhì)點(diǎn)法和對(duì)流－擴(kuò)散型的水體交換法，如PARKER等［2］、高抒等［3］、趙亮等［4］。污染物通過對(duì)流輸運(yùn)和稀釋擴(kuò)散等物理過程與周圍水體混合，與外海水交換，濃度降低，水質(zhì)由此得到改善。因此，河口海灣水交換問題的本質(zhì)是灣內(nèi)水體在流場(chǎng)中的對(duì)流—擴(kuò)散問題，采用對(duì)流—擴(kuò)散型的數(shù)值模型從物理機(jī)理上更能反映海灣水交換的本質(zhì)。但是模型是通過參數(shù)化的方法將垂向結(jié)構(gòu)因子的水平擴(kuò)散作用包納在水平二維模型中，因此相關(guān)參數(shù)尤其是擴(kuò)散系數(shù)的選取對(duì)模擬的結(jié)果影響較大，因?yàn)閿U(kuò)散系數(shù)的選取不但要能反映水平結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力因子的混合作用，還要能反映上述垂向結(jié)構(gòu)的動(dòng)力因子對(duì)海灣水體混合和彌散的作用?？飮?guó)瑞等［5］根據(jù)渤海灣實(shí)測(cè)資料，采用4種濾波方法計(jì)算和分析了該海灣的水平和垂直擴(kuò)散系數(shù)，認(rèn)為湍流擴(kuò)散系數(shù)的選取與時(shí)間尺度、潮流特性及選取的計(jì)算網(wǎng)格等密切相關(guān)；陳時(shí)俊等［6］針對(duì)水平擴(kuò)散系數(shù)，采用半經(jīng)驗(yàn)公式給定水深和流速相關(guān)的量，對(duì)膠州灣污染擴(kuò)散進(jìn)行了數(shù)值模擬，認(rèn)為擴(kuò)散對(duì)污染物的輸運(yùn)作用微不足道，潮流輸移才是污物向?yàn)晨谕鈹U(kuò)散的主要原因；另外，針對(duì)膠州灣的污染物輸移擴(kuò)散問題，郭耀同［7］、呂新剛等［8］和Liu等［9］也先后從潮余流、擴(kuò)散系數(shù)采用溫鹽同值等不同角度進(jìn)行了分析和探討；董禮先等［10］對(duì)象山港水交換數(shù)值模擬研究中取不同擴(kuò)散系數(shù)得到的水體交換結(jié)果表明，當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)取在某一范圍內(nèi)時(shí)，最終計(jì)算得到的水域水體交換結(jié)果相差不大。

為分析不同擴(kuò)散系數(shù)取值對(duì)伶仃洋河口水域水體置換計(jì)算成果的影響，我們以溶解態(tài)保守物質(zhì)作為灣內(nèi)水的示蹤劑來計(jì)算和分析伶仃洋水域的水體交換速率，建立1種基于純隱格式［11］的對(duì)流—擴(kuò)散型海灣水交換數(shù)值模型。先根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，再對(duì)不同擴(kuò)散系數(shù)取值對(duì)伶仃洋水域示蹤劑濃度輸移擴(kuò)散的影響進(jìn)行分析和探討。

1 數(shù)學(xué)模型及驗(yàn)證

本研究采用正交曲線坐標(biāo)系下的二維水深平均水動(dòng)力和水質(zhì)數(shù)學(xué)模型①方神光.水流、水質(zhì)模型軟件研究和開發(fā)——以港珠澳大橋?qū)χ榻谒虻募{潮和水體交換的影響研究為例，2010.；采用純隱格式－混合有限分析法對(duì)該方程進(jìn)行離散，離散詳細(xì)步驟可以參見文獻(xiàn)［11］。同時(shí)此處采用C型網(wǎng)格結(jié)合SIMPLER算法用于速度和水位的耦合求解。由于采用曲線規(guī)則網(wǎng)格，計(jì)算是沿行或列進(jìn)行，因此計(jì)算前首先需要對(duì)計(jì)算區(qū)域的復(fù)雜邊界進(jìn)行識(shí)別，其相關(guān)處理方法以及計(jì)算區(qū)域存在的淺灘的處理方式可以參見文獻(xiàn)［12］。

珠江口水域數(shù)模計(jì)算范圍如圖1所示，東西距離約63km，南北距離約145km。整個(gè)計(jì)算域包括獅子洋、伶仃洋東四口門、香港水道和伶仃洋外萬山群島等。采用貼體正交曲線網(wǎng)格，共布網(wǎng)格436×665個(gè)，最大網(wǎng)格尺寸250m×140m，最小網(wǎng)格尺寸30m×8m，圖1中的網(wǎng)格給出了局部范圍的網(wǎng)格剖分情況。

圖1 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格剖分圖Fig.1 Calculated area and grids

分別選取大、中、小三個(gè)潮型對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，用于潮位驗(yàn)證的有12個(gè)站點(diǎn)，用于流速和流向驗(yàn)證的有14個(gè)站點(diǎn)，此處只給出大潮（2007－08－13T21：00—14T22：00）的部分站點(diǎn)（4個(gè)潮位站和4個(gè)測(cè)流站，如圖1所示）驗(yàn)證曲線①，如圖2～4所示。從模型驗(yàn)證結(jié)果來看，潮位平均誤差為9.0cm，流速平均誤差為0.17 m/s，流向平均誤差為5°。計(jì)算的量值和位相均與實(shí)測(cè)值基本吻合，可真實(shí)復(fù)演伶仃洋的潮流運(yùn)動(dòng)，證明了本研究所用模型的實(shí)用性。

2 水域水體交換計(jì)算方法及水體交換邊界選取

假定灣內(nèi)示蹤劑的初始濃度為C（t0），灣內(nèi)水在不同時(shí)刻被外海水置換的比率計(jì)算公式為

相應(yīng)余留在原位置未置換的水體比率為

已有研究資料①顯示，以內(nèi)伶仃島為界，以北區(qū)域落潮流速大于漲潮流速，以南區(qū)域漲潮流速大于落潮流速；同時(shí)根據(jù)調(diào)查所得污染物中COD的分布區(qū)域來看［13］，珠江口伶仃洋水域COD值變化幅度為0.41～2.72mg/L，平均值為1.21mg/L；西北部虎門和蕉門出口一帶水域COD值最高，平均為2mg/L；從虎門出口至內(nèi)伶仃島之間水域COD平均值為1.5mg/L。從內(nèi)伶仃島至伶仃洋出口則逐漸減小，至香港大嶼山以西一帶水域和河口處桂山島北側(cè)水域則最低，說明伶仃洋海域COD值由西北向東南水域逐漸遞減，且近岸水域值大于遠(yuǎn)岸值。主要原因是珠江口西北部水域受虎門、蕉門和洪奇瀝等徑流影響以及沿岸生活污水和工業(yè)排污傾廢所致。河口東南部一帶水域離岸較遠(yuǎn)，且與南海相通，河口較寬，水交換條件較好，COD值相對(duì)較低。因此，根據(jù)以上結(jié)果，將交換邊界設(shè)置在赤灣－內(nèi)伶仃－金星門一線，主要研究不同擴(kuò)散系數(shù)取值對(duì)伶仃洋水域水體置換結(jié)果的影響（圖1）。

3 水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)影響分析

3.1 計(jì)算工況及初始條件和邊界條件

1）計(jì)算工況

在局部河口海域，水體交換數(shù)值模型包括潮流動(dòng)力模型和溶解態(tài)保守性水示蹤劑的對(duì)流—擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型。2種數(shù)學(xué)模型中都存在擴(kuò)散項(xiàng)和擴(kuò)散系數(shù)，根據(jù)相關(guān)分析顯示［10］，潮流動(dòng)力模型中的壓強(qiáng)梯度力項(xiàng)比擴(kuò)散項(xiàng)的量級(jí)大得多。但擴(kuò)散項(xiàng)在河口海域內(nèi)水示蹤劑的對(duì)流—擴(kuò)散方程中的情況則大不一樣。由于水交換研究需要長(zhǎng)時(shí)間的模擬計(jì)算，擴(kuò)散項(xiàng)和擴(kuò)散系數(shù)對(duì)最后的模擬計(jì)算結(jié)果的影響較大。鑒于有關(guān)珠江河口水域水體交換的擴(kuò)散系數(shù)取值研究成果極為少見，為保證本研究的可靠性，我們分別選取擴(kuò)散系數(shù)為0.1，1.0，10.0和100.0m2/s，即擴(kuò)散系數(shù)每次增為10倍，對(duì)2005－01－04T18：00—02－04T23：00期間的水動(dòng)力和污染物擴(kuò)散進(jìn)行了模擬計(jì)算。

2）初始條件

水動(dòng)力模型實(shí)際開始計(jì)算時(shí)間為2005－01－01，在模擬計(jì)算4d后的流場(chǎng)趨于穩(wěn)定，即開始運(yùn)行保守性物質(zhì)輸運(yùn)模型。根據(jù)上節(jié)分析，將赤灣－內(nèi)伶仃－金星門一線以北水域示蹤劑質(zhì)量濃度場(chǎng)設(shè)為1，以南水域設(shè)為0，在伶仃洋口門內(nèi)外水域布置若干取樣觀察點(diǎn)（圖1）?？偣材M30d內(nèi)珠江河口水域示蹤劑濃度的變化情況。

3）邊界條件

外海開邊界不同時(shí)刻的潮位由實(shí)測(cè)值通過插值方法給定，流速采用二類邊界條件，即各時(shí)刻邊界上的流速值賦值為相鄰內(nèi)部網(wǎng)格點(diǎn)上的計(jì)算值；針對(duì)模型區(qū)域的開邊界處的示蹤劑，選取進(jìn)入計(jì)算模型區(qū)域的外海水示蹤物質(zhì)量濃度為0，流出模型區(qū)域的示蹤物濃度等同于相鄰網(wǎng)格內(nèi)點(diǎn)（即無梯度），在陸域界處采用無穿透邊界條件。

3.2 水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的影響分析

分別選取分界線以北水域中的獅子洋1、虎門、蕉門、南沙、西航道1和西航道2六個(gè)取樣點(diǎn)，分析數(shù)學(xué)模型中擴(kuò)散系數(shù)選取對(duì)水域水體置換的影響。擴(kuò)散系數(shù)分別取0.1，1.0，10.0和100.0m2/s時(shí)，各取樣點(diǎn)在第5，10，20和30天的計(jì)算結(jié)果（表1）。分析可見：

1）獅子洋1號(hào)取樣點(diǎn)在30d后的水體置換率分別為1.2%，1.5%，3.2%和17.1%。表明擴(kuò)散系數(shù)取值越大，得到的獅子洋水體置換率越快；且擴(kuò)散系數(shù)取0.1～10.0m2/s時(shí)，模擬計(jì)算到獅子洋的水體置換率差別不大，取100.0m2/s時(shí)，與前面結(jié)果相差較大，同時(shí)也說明污染物較難從獅子洋中輸運(yùn)到伶仃洋。

2）虎門取樣點(diǎn)第30天時(shí)的水體置換率分別為55.1%，58.8%，47.1%和57.4%，相差不大。但在第20天，擴(kuò)散系數(shù)取0.1和1.0m2/s時(shí)，水體置換率為51.1%和52.1%，基本一致；取10.0和100.0m2/s時(shí)，分別為37.6%和43.1%，可見相差較大。第5天和第10天的變化趨勢(shì)也基本一致。

3）蕉門取樣點(diǎn)第20天的水體置換率分別為16.9%，19.4%，18.2%和36.7%，可見取0.1～10.0m2/s之間時(shí)，相差較小。第30天時(shí)，水體置換率分別為19.1%，28.5%，35.4%和56.4%，隨擴(kuò)散系數(shù)增大，蕉門取樣點(diǎn)水體置換率明顯增大；且從0.1m2/s增大到10.0m2/s，增為100倍時(shí)，該取樣點(diǎn)水體置換率增大了16.3%；從10m2/s變化到100m2/s，增為10倍時(shí)，該取樣點(diǎn)水體置換增大了21.0%；顯然擴(kuò)散系數(shù)取0.1～10.0m2/s時(shí)，模擬計(jì)算到該取樣點(diǎn)水體置換率較為接近。

4）南沙取樣點(diǎn)第10天的水體置換率分別為7.9%，8.8%，10.6%和21.0%，可見取0.1～10.0m2/s時(shí)相差很小；第20天和第30天時(shí)，各擴(kuò)散系數(shù)取值下，計(jì)算得到的水體置換變化幅度在10.0%以內(nèi)。

5）擴(kuò)散系數(shù)的變化對(duì)伶仃洋主航道上的取樣點(diǎn)西航道1和西航道2的水體交換率影響較小。擴(kuò)散系數(shù)分別取0.1和100.0m2/s時(shí)，第30天時(shí)，西航道1的水體交換率分別為87.6%和83.5%，西航道2的水體交換率分別為99.3%和97.0%；可見伶仃洋主潮汐通道水域水體置換率不受擴(kuò)散系數(shù)取值的影響，且該2取樣點(diǎn)水體置換率要遠(yuǎn)大于其他4個(gè)點(diǎn)的值。西航道2取樣點(diǎn)由于靠近邊界線，該點(diǎn)水體在20d的時(shí)間內(nèi)基本可以完全置換。

靠近示蹤劑質(zhì)量濃度邊界線的主潮汐通道水體的置換率基本不受擴(kuò)散系數(shù)取值的影響，擴(kuò)散系數(shù)的影響主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)離伶仃洋主潮汐通道和示蹤劑質(zhì)量濃度分界線的水域，如獅子洋水域和西灘水域（圖5～6）。結(jié)果表明，質(zhì)量濃度示蹤劑數(shù)學(xué)模型中的擴(kuò)散系數(shù)取0.1～10.0m2/s時(shí)，得到的各取樣點(diǎn)水體置換率變化不大。

此處污染物擴(kuò)散系數(shù)取值包含了3個(gè)方面的物理含義：1）由本次數(shù)學(xué)模型中截?cái)嗾`差及離散方法引起的擴(kuò)散作用；2）包含由于網(wǎng)格尺寸原因而不能模擬更小尺度的渦旋引起的擴(kuò)散；3）由于二維水深平均數(shù)學(xué)模型不能模擬垂向彌散而造成的擴(kuò)散作用?？梢?，水深平均二維濃度數(shù)學(xué)模型中的擴(kuò)散系數(shù)取值不再是簡(jiǎn)單的物理含義，而是各因素綜合作用的結(jié)果，采用不同的數(shù)學(xué)模型、離散方法、網(wǎng)格大小及水深地形等，得到擴(kuò)散系數(shù)取值會(huì)不同。因此，我們選取的擴(kuò)散系數(shù)取值更多是適應(yīng)本次研究工況，若移植到其他數(shù)學(xué)模型或工況則需要進(jìn)行一定的分析和研究。

3.3 水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)對(duì)伶仃洋各區(qū)域水體交換的影響分析

伶仃洋水域水體交換及示蹤劑質(zhì)量濃度的輸運(yùn)和擴(kuò)散與伶仃洋海域的水動(dòng)力環(huán)境和地形條件密切相關(guān)：

1）由于伶仃洋的水深地形呈現(xiàn)“三灘兩槽”的格局，潮汐水流主要通過西槽和東槽進(jìn)入伶仃洋并深入到獅子洋及河網(wǎng)地區(qū)，以前的研究表明通過西槽的潮量占伶仃洋納潮量的85%左右。因此，伶仃洋的主潮汐通道西槽水域水體交換速度要遠(yuǎn)大于其他水域，潮流輸運(yùn)是水體交換迅速的主要原因，擴(kuò)散作用可忽略不計(jì)。所以低質(zhì)量濃度水體以西槽軸線為中心呈鍥型嵌入虎門口。

2）從東四口門漲落潮時(shí)的示蹤劑平面質(zhì)量濃度分布可見：（1）橫門水體置換較快主要因?yàn)橐环矫鏅M門距離質(zhì)量濃度分界線較近，通過金星門進(jìn)入的新鮮潮水順著兩者間的連通水道很容易直達(dá)橫門口，另一方面是從其他水域進(jìn)入橫門口水域的示蹤劑很少；（2）盡管虎門口門進(jìn)潮量大，但由于虎門距質(zhì)量濃度分界線較遠(yuǎn)，且獅子洋中的高質(zhì)量濃度示蹤劑水體不斷通過輸運(yùn)和擴(kuò)散通過虎門口，對(duì)虎門口的水體置換影響很大；（3）蕉門和洪奇瀝取樣點(diǎn)由于所處位置較為封閉，漲潮水體較難進(jìn)入，因此水體置換緩慢。

3）伶仃洋西灘水域水體示蹤劑質(zhì)量濃度在落急時(shí)顯著大于漲急時(shí)的值，主要受到洪奇瀝和蕉門南支流下泄高濃度示蹤劑水體影響較大，但整體來看，由于西灘位置較為開闊，西灘的水體置換優(yōu)于東灘。東灘水體置換緩慢的原因：（1）伶仃洋東槽潮汐水流的隔離和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致伶仃洋東灘水域示蹤劑質(zhì)量濃度不易向外海輸移和擴(kuò)散；（2）從獅子洋經(jīng)虎門進(jìn)入礬石水道的高濃度示蹤劑水體對(duì)東灘水體影響較大。從漲落潮的濃度平面分布可以看出，東灘水域位置的交椅灣、深圳保安機(jī)場(chǎng)水域、大鏟灣水域的示蹤劑質(zhì)量濃度始終保持在較高值。

總之，模擬金星門－內(nèi)伶仃島－赤灣一線以北水域示蹤劑質(zhì)量濃度的輸運(yùn)擴(kuò)散表明：獅子洋、虎門、蕉門、洪奇瀝、東灘和大鏟灣水域的水體置換較為緩慢，水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的選取會(huì)對(duì)水體置換的預(yù)報(bào)存在較大影響；伶仃洋的其他水域如西灘、西槽和東槽水域的水體置換相對(duì)較快，水體交換較快的區(qū)域同時(shí)也是水域開闊及潮汐動(dòng)力較強(qiáng)的水域，相比之下，擴(kuò)散作用引起的水體置換幾乎可以忽略不計(jì)。伶仃洋水域部分站點(diǎn)的水體交換結(jié)果見表2。

表2 漲急和落急條件下特征站點(diǎn)的水體置換率（%）Table 2 The rate of water exchange at sampling stations under the conditions of maximal flood and ebb（%）

4 結(jié) 論

水質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的選取對(duì)污染物長(zhǎng)時(shí)間輸移和擴(kuò)散數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果影響較大，我們通過建立珠江河口伶仃洋水域二維水流和水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對(duì)選取不同擴(kuò)散系數(shù)條件下的水流和污染物輸移擴(kuò)散特性進(jìn)行了分析和探討，結(jié)果表明：

1）伶仃洋水域質(zhì)量濃度示蹤劑數(shù)學(xué)模型中的擴(kuò)散系數(shù)取0.1～10.0m2/s時(shí)，各取樣點(diǎn)水體置換率變化不大。

2）靠近示蹤劑質(zhì)量濃度邊界線的主潮汐通道水體的置換率基本不受擴(kuò)散系數(shù)取值的影響，潮汐和徑流動(dòng)力的輸運(yùn)作用占主導(dǎo)地位；擴(kuò)散系數(shù)的影響主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)離伶仃洋主潮汐通道和示蹤劑質(zhì)量濃度分界線的水域，如獅子洋水域和西灘水域。

3）由于水深平均二維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型中的擴(kuò)散系數(shù)取值不再是簡(jiǎn)單的物理含義，而是各因素綜合作用的結(jié)果，建議根據(jù)采用的數(shù)學(xué)模型和網(wǎng)格的具體情況進(jìn)行調(diào)整和使用。

（References）：

［1］KE D S，GUAN Z B，YU H S，et al.Environmental pollution and study trend in Pearl River Estuary［J］.Marine Environmental Science，2007，20（5）：488－491.柯東勝，關(guān)志斌，余漢生，等.珠江口海域污染及其研究趨勢(shì)［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，2007，20（5）：488－491.

［2］PARKER D S，NORRIS D P，NELSON A W.Tidal exchange at Golden Gate［J］.Proc.of ASCE，1972，98（2）：305－323.

［3］GAO S，XIE Q C.Physical model for water exchange process in Xiangshan Bay［J］.Marine Science Bulletin，1991，10（3）：1－9.高抒，謝欽春.狹長(zhǎng)形海灣與外海水體交換的一個(gè)物理模型［J］.海洋通報(bào)，1991，10（3）：1－9.

［4］ZHAO L，WEI H，ZHAO J Z.Numerical study on water exchange in Jiaozhou Bay［J］.Oceanologia Et Limnologia Sinica，2002，33（1）：23－29.趙亮，魏皓，趙建中.膠州灣水交換的數(shù)值研究［J］.海洋與湖沼，2002，33（1）：23－29.

［5］KUANG G R，YU G Y，ZHANG H，et al.Calculations of horizontal and vertical diffusion coefficients for field sea［J］.Acta Oceanologica Sincia，1994，16（4）：23－34.匡國(guó)瑞，俞光耀，張淮，等.現(xiàn)場(chǎng)海域水平、鉛直擴(kuò)散系數(shù)的推算［J］.海洋學(xué)報(bào)，1994，16（4）：23－34.

［6］CHEN S J，SUN W X，WANG H T.Numerical modeling of of the circulation and the pollutant dispersion in Jiaozhou Bay：II.computation of pollutant dispersion［J］.Journal of Shandong College of Oceanology，1982，12（4）：1－12.陳時(shí)俊，孫文心，王化桐.膠州灣環(huán)流和污染擴(kuò)散的數(shù)值模擬：Ⅱ.污染濃度的計(jì)算［J］.山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào)，1982，12（4）：1－12.

［7］GUO Y T.Numerical computation of distribution of COD in Jiaozhou Bay［J］.Transactions of Oceanology and Limnology，1997，（3）：11－17.郭耀同.膠州灣海域COD濃度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算應(yīng)用研究［J］.海洋湖沼通報(bào)，1997，（3）：11－17.

［8］LV X G，ZHAO C，XIA C S，et al.Numerical study of water exchange in the Jiaozhou Bay and the tidal residual currents near the bay mouth［J］.Acta Oceanologica Sincia，2010，32（2）：20－30.呂新剛，趙昌，夏長(zhǎng)水，等.膠州灣水交換及灣口潮余流特征的數(shù)值研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，2010，32（2）：20－30.

［9］LIU Z，WEI H，LIU G S.Simulation of water exchange in Jiaozhou Bay by average residence time approach［J］.Estuarine Coastal and Shelf Science，2004，61：25－35.

［10］DONG L X，SU J L.Numerical study of the water exchange in the Xiangshangang Bay：I.Advection－diffusion water excange model［J］.Oceanologia Et limnologia Sinica，1999，30（4）：410－415.董禮先，蘇紀(jì)蘭.象山港水交換數(shù)值研究：I.對(duì)流一擴(kuò)散型的水交換模式［J］.海洋與湖沼，1999，30（4）：410－415.

［11］LI W.Hybrid finite analytic method for viscous fluid［M］.Beijing：Science Press，2000.李煒.黏性流體的混合有限分析解法［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

［12］FANG S G，CHEN C，LIU T.Application of a pure implicit scheme in numerical simulation of coastal tide［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008，29（5）：305－309.方神光，陳純，劉濤.一種純隱格式在近海潮流數(shù)值模擬中的應(yīng)用［J］.水道港口，2008，29（5）：305－309.

［13］YANG M L，LIN Q，HUANG H H，et al.Distribution feature of COD in the waters of Pearl River Estuary［J］.Marine Science Bulletin，2005，24（4）：22－26.楊美蘭，林欽，黃洪輝，等.珠江口水域化學(xué)耗氧量（COD）的分布特征［J］.海洋通報(bào)，2005，24（4）：22－26.

Analysis of Effect of Water Quality Diffusion Coefficient on Water Exchange in the Lingdingyang Bay

FANG Shen－guang
（PearlRiverHydraulicResearchInstituteofPRWRC，Guangzhou 510611，China）

A two－dimensional mathematical model under the body－fitted curvilinear coordinates was built for the flow in the Lingdingyang Bay of the Zhujiang Estuary and the pure implicit scheme of hybrid finite analytic method was used to discrete and solute the equations.Based on the validation of the mathematical model，the selection of water quality diffusion coefficient values for the Lingdingyang Bay was discussed and analyzed.It is shown that the rate of water exchange within the main tidal channel is basically not affected by the selection of water quality diffusion coefficient values.The influence of the diffusion coefficient emerges mainly in the waters far away from the main tidal channel in the Lingdingyang Bay and from the tracer concentration boundary.The range of the diffusion coefficient values to be selected in the Lingdingyang Bay has been preliminarily recommended.

diffusion coefficient；water exchange；Lingdingyang Bay；mathematical model

January 15，2011

X55

A

1671－6647（2012）02－0177－09

2011－01－15

國(guó)家自然科學(xué)基金——珠江河口鹽水入侵對(duì)有機(jī)污染物的影響機(jī)理研究（51109232）；廣東省自然科學(xué)基金——珠江河口鹽水異重流對(duì)有機(jī)污染物的影響機(jī)理研究（10151061101000001）

方神光（1978－），男，湖北監(jiān)利人，博士，副研究員，主要從事環(huán)境水動(dòng)力學(xué)方面研究.E－mail：fangshenguang＠163.com