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近年来,随着珠江三角洲经济快速发展与人口急剧增长,珠三角感潮河网与河口区承接了大量自上游与珠三角区域汇入的污染物,水环境污染问题十分突出。为了管理好珠江口环境与资源,人们已经建立了描述珠江口潮流和污染物输移扩散的三维数学模型。珠江三角洲河网区是珠江口近岸海域污染物输入的主要来源。鉴于河网区和海区在物质输送上的紧密联系,有必要建立珠江三角洲河网与河口整体水环境数学模型。
为此,本文将河网与河口及其近岸海域视作一个整体,通过搭建并行计算环境,建立了有限体积河网与河口整体水环境数学模型,以准确描述与预测河网与河口区水动力和水质过程。数值实验表明,有限体积方法相对于有限差分法能更好地捕捉间断解和满足质量守恒,能细致地描述河口环流和盐水入侵的动力过程。整体模型包括2个模块:水动力模块与水质模块。利用实测资料对整体模型进行了率定与验证。结果表明,整体模型计算效果良好,成功描述了河网与河口区的动力与生物地球化学变化过程。
运用河网与河口整体水环境数学模型,探讨了珠江口特征流态和盐度的分布态势,并着重分析了枯季伶仃洋盐水入侵和洪季珠江口冲淡水输移扩展与扩散路径。在水动力基础上,构建了珠江口水质模型,对污染物的迁移转化规律进行探讨。主要结论归纳如下:
(1)枯季由于径流量减小,东北季风较强,低盐水只在薄的表层向南运动,底层高盐水可以溯河而上,直达虎门附近;洪季受西南季风影响,东四口门和磨刀门东口径流向东,磨刀门西门和西四口门径流出来向西,西向流具有较强的势力。
(2)洪季珠江口冲淡水扩散路径受地形、潮汐、风和径流量的综合作用。如果西南季风强盛,珠江口冲淡水向东扩散就多;若径流量强劲,珠江冲淡水在科氏力作用下,向西流动就强。
(3)洪季珠江口氮处于富裕状态,磷控制浮游植物的生长。
综合而言,本文成功建立了珠江三角洲河网与河口整体水环境数学模型,为开展盐水上溯、水体富营养化和缺氧形成机理等相关研究奠定了良好的工作基础。