近海环境预测技术实验指导书

近海环境预测技术实验指导书近海环境预测技术实验指导书张学庆刘哲中国海洋大学环境科学与工程学院2009年4月近海环境预测技术实验指导书目录第一章绪论................................................................................................................3 1.1海洋环境数值模型及其应用..................................................................................................3 1.2实验的目的和任务.................................................................................................................4 1.3实验的基础和要求.................................................................................................................4 1.4考核方法.................................................................................................................................4 第二章近海潮流模型实验..............................................................................................5 2.1实验目的和意义......................................................................................................................5 2.2潮流模型建模的要求..............................................................................................................5 2.3基于ECOMSED的动力学数值模拟实验.............................................................................7 2.4上机实习实验.........................................................................................................................11 第三章潮流作用下泥沙运动的数值实验....................................................................12 3.1实验目的及意义.....................................................................................................................12 3.2泥沙输运相关理论.................................................................................................................12 3.3潮流泥沙数学模型................................................................................................................13 3.4基于ECOMSED黏性泥沙输运数值实验..............................................................................14 3.5上机实习实验.......................................................................................................................17 第四章海面溢油数学模型实验....................................................................................18 4.1实验目的和意义....................................................................................................................18 4.2溢油数学模型相关理论基础................................................................................................18 4.3随机走步方法质点迁移扩散的模拟实验............................................................................23 4.5上机实习实验........................................................................................................................24 第五章流域非点源污染模型实验................................................................................25 5.1实验目的及意义.....................................................................................................................25 5.2流域非点源污染的相关理论.................................................................................................25 5.3基于WMM的小流域非点源污染模拟实验.......................................................................26 5.4上机实习实验.........................................................................................................................33 第六章数值模拟结果的分析和讨论............................................................................35 6.1实验目的和意义....................................................................................................................35 6.2数值模拟结果分析的指导思想和分析步骤........................................................................35 6.3上机实习实验........................................................................................................................37 近海环境预测技术实验指导书第一章绪论1.1海洋环境数值模型及其应用海洋虽有巨大的自净能力，但是局部海湾或海域却因海域流体动力过程和生物化学过程不同，水体的纳污和自净能力差别很大。例如，同一排污，对于某些海域会造成环境质量明显恶化，对于另一些海域，只能引起轻微影响。前者表明，污染负荷己超过水体的纳污能力，后者表明，该水体仍能承受排污的冲击。因此，海洋环境影响预测的任务就是通过海域物理与化学自净能力的研究，掌握污染物排入海湾或沿岸水域后的输运规律，探明污染物在水体中的浓度分布及变化，对海区海洋生态环境可能造成的影响。在保护海洋生态环境的前提下，为建设项目优化选址、排污口设置、确定最大允许排放量等提供科学依据。预测海洋环境变化的方法，概括地讲可以分为两大类：一类是模拟实验法，包括数值模拟和水力学模型实验，另一类则是近似估算法。数值模拟或水力学模型实验法都是近年来通过环境流体动力学研究才建立起来用于复杂海域或工作等级较高的影响预测。数值模拟若与模型实验相结合，所得预测结果的精度更高。数值模拟除了能重现研究区域的流体运动和污染物浓度分布外，具有实践意义的是：模型经过调整和验证，可用来预测由于大型海洋工程引起的海域形态的变化，对流场、浓度场、泥沙运动和生态系统的影响，以及由于排污口位置的变动，污染物排放量的改变，对纳污水域水质的影响。根据现场调查得到的流场和浓度场资料，只能进行现状评价，但在此基础上作出的数值模式却可进行影响预测。同时，还可按不同的目的和要求，设计和建立不同的模式，来预测和估价可供选择的各种方案的优选结论，为合理利用海域物理自净能力，估算海域最大允许纳污量，实行污染物排放控制，制订地区性排放标准等提供科学依据。数值模型按照功能分，大致有：潮流模型、拉格朗日模余流模型、扩散输运模型（泥沙输运模型，温排水模型）、溢油漂移模型等。按照维数分为一维、二维和三维数值模型。近海环境预测技术实验指导书1.2实验的目的和任务(1)巩固和验证所学理论知识；(2)培养学生编程能力，利用相关软件进行结果分析和处理能力。(3)培养学生通过数值实验更好地认识海洋环境动力学机制和物质输运机制的能力，加强理论与实际的联系，提高学生独立思考，独立工作，以及运用所学知识解决实际问题的能力；(4)学生应在教师指导下，独立完成实验，包括：自己动手编程实现程序的前处理和后处理的能力，能根据相关软件进行输出数据，分析数据，完成数值实验报告。1.3实验的基础和要求（1）学生必须熟悉Fortran语言，熟练运用surfer或matlab等绘图软件。（2）实验前必须预习实验讲义的内容，通过预习，学生应了解实验的目的和实验的相关理论基础；（3）实验时必须根据要求，完成参数测试、过程研究等实验内容，并认真分析数据；（4）加强纪律性，不迟到、不早退，严守实验室工作秩序，保持清洁卫生；（5）要有严肃、严格、严密的科学作风；（6）实验后，认真完成实验报告，及时递交实验报告。1.4考核方法实验考核根据现场实验操作情况和实验报告相结合。成绩为五级记分：优、良、中、及格和不及格。近海环境预测技术实验指导书第二章近海潮流模型实验2.1实验目的和意义2.1.1近海潮流数值模拟研究的意义纳污海域自净能力的大小，取决于其中的物理、化学、生物等过程。而物理过程占有重要地位。一个海域预测模式的精度在很大程度上取决于水动力过程的正确描述。在海湾和近