基于FVCOM 的遼河口水動(dòng)力及溫鹽分布特征數(shù)值模擬

摘要：基于三維水動(dòng)力模型FVCOM 對(duì)遼河口海域的水動(dòng)力特征進(jìn)行模擬，在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，對(duì)遼河口海域2016年春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的水溫分布規(guī)律和枯、豐水期兩個(gè)時(shí)間段河口鹽度的變化特征進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：遼河口區(qū)域潮流特征主要表現(xiàn)為往復(fù)流，漲潮和落潮的主要流向?yàn)闁|北向和西南向，近海淺灘使?jié)q落潮流出現(xiàn)分流，遼河及大遼河徑流的輸入對(duì)河口潮流有一定的影響;受太陽輻射和海表氣溫變化的影響，遼河口海域的水溫存在明顯的季節(jié)性變化，遼河口冬季和秋季水溫分布整體呈現(xiàn)南高北低的趨勢(shì)，春季和夏季水溫分布整體呈現(xiàn)南低北高的趨勢(shì);淡水徑流對(duì)遼河口近岸水體鹽度分布有著較大影響，豐水期河口水體鹽度低于枯水期的水體鹽度，在垂向分布方面，遼河口未能形成明顯的溫度和鹽度躍層;遼河口特殊的鹽度分布是紅海灘植被區(qū)適宜鹽地堿蓬的生長(zhǎng)的原因之一。研究結(jié)果可為遼河口海域的開發(fā)及保護(hù)工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬;水動(dòng)力特征;溫鹽分布;鹽沼濕地;遼河口

中圖分類號(hào)：P731.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2024）04-0124-16

0 引言

河口區(qū)域內(nèi)接內(nèi)陸河流，外連近岸海洋，海水與淡水在此交匯，受陸海相互作用影響，河口環(huán)流特征對(duì)河口濕地生態(tài)環(huán)境、水循環(huán)、營養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)以及人類生產(chǎn)生活等具有重要意義[1]。河口濕地作為河口的重要組成部分，是連接陸地和近岸水生生態(tài)系統(tǒng)的紐帶，具有陸生和水生環(huán)境的共同特征[2]，它們發(fā)揮了包括防洪、滯沙、污染物過濾、水體凈化、固碳等多種生態(tài)功能，并且為魚類、水禽和其他生物群落提供寶貴的棲息環(huán)境，這些重要的生態(tài)功能性使得河口濕地在維持生態(tài)平衡和保護(hù)生物多樣性方面發(fā)揮獨(dú)特作用[3-4]。水溫和鹽度是河口水文研究中的重要參數(shù)，與河口生態(tài)之間有著密切的聯(lián)系[5]。受淡水和海水雙重影響，河口海域溫鹽一直處于動(dòng)態(tài)變化的過程中。因此，研究河口溫鹽的區(qū)域性分布及季節(jié)性變化有助于我們更加深刻地了解河口區(qū)域生態(tài)環(huán)境的成因、發(fā)展、變化及其內(nèi)在的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)保護(hù)和治理河口生態(tài)環(huán)境有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，有關(guān)河口溫鹽的研究大體可以分為以下幾類，即實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析[6]、海洋遙感反演[7-8]和數(shù)值模擬。其中，數(shù)值模擬方法主要通過數(shù)學(xué)公式運(yùn)算計(jì)算水動(dòng)力及溫鹽參數(shù)的變化過程，具有成本低廉、準(zhǔn)確可靠、驗(yàn)證便捷的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)方法在工程實(shí)踐中獲得了廣泛的應(yīng)用。如陳小莉[9] 等基于Delft3D-Flow模型對(duì)濱海核電廠深海排溫水問題進(jìn)行模擬，再現(xiàn)了該工程海域的水溫變化趨勢(shì)，討論了該模型在解決溫排水問題上的適用性。樊宇奇等利用MIKE3水動(dòng)力模型模擬了長(zhǎng)江洛磧航道采砂坑的水溫結(jié)構(gòu)，并與非采砂坑水域進(jìn)行了對(duì)比，得到了采砂礦坑冬季水溫更高，夏季水溫更低的結(jié)論[10]。Andrews等采用UnTRIM 水動(dòng)力模型針對(duì)舊金山河口及其汊道的人為改變對(duì)鹽度入侵的影響進(jìn)行了模擬[11]。Wang等人基于FVCOM模型對(duì)巴基斯坦因都斯河口季節(jié)性的流場(chǎng)和鹽度變化進(jìn)行數(shù)值模擬研究，該河口在豐（枯）水期產(chǎn)生的分層主要由河口環(huán)流及潮汐變形控制[12]。Tian利用FVCOM 模型對(duì)Chester河口鹽度入侵進(jìn)行了模擬，并對(duì)各種時(shí)間尺度下的控制因素進(jìn)行了討論，結(jié)果顯示：河流流量是控制年際尺度咸水入侵變化的主要因素，風(fēng)在短期尺度上對(duì)鹽水入侵的影響更為明顯[13]。以上的數(shù)值模擬方法在河口區(qū)域的應(yīng)用都取得了較好的成果，這也證實(shí)了數(shù)值模擬方法可以勝任河口復(fù)雜的水動(dòng)力環(huán)境研究工作。