基于FVCOM 的遼河口水動力及溫鹽分布特征數值模擬

摘要：基于三維水動力模型FVCOM 對遼河口海域的水動力特征進行模擬，在驗證模型準確性的基礎上，對遼河口海域2016年春、夏、秋、冬4個季節的水溫分布規律和枯、豐水期兩個時間段河口鹽度的變化特征進行研究。研究結果表明：遼河口區域潮流特征主要表現為往復流，漲潮和落潮的主要流向為東北向和西南向，近海淺灘使漲落潮流出現分流，遼河及大遼河徑流的輸入對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性變化，遼河口冬季和秋季水溫分布整體呈現南高北低的趨勢，春季和夏季水溫分布整體呈現南低北高的趨勢;淡水徑流對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適宜鹽地堿蓬的生長的原因之一。研究結果可為遼河口海域的開發及保護工作提供參考依據。

關鍵詞：數值模擬;水動力特征;溫鹽分布;鹽沼濕地;遼河口

中圖分類號：P731.2 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）04-0124-16

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河口區域內接內陸河流，外連近岸海洋，海水與淡水在此交匯，受陸海相互作用影響，河口環流特征對河口濕地生態環境、水循環、營養物質輸運以及人類生產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系統的紐帶，具有陸生和水生環境的共同特征[2]，它們發揮了包括防洪、滯沙、污染物過濾、水體凈化、固碳等多種生態功能，并且為魚類、水禽和其他生物群落提供寶貴的棲息環境，這些重要的生態功能性使得河口濕地在維持生態平衡和保護生物多樣性方面發揮獨特作用[3-4]。水溫和鹽度是河口水文研究中的重要參數，與河口生態之間有著密切的聯系[5]。受淡水和海水雙重影響，河口海域溫鹽一直處于動態變化的過程中。因此，研究河口溫鹽的區域性分布及季節性變化有助于我們更加深刻地了解河口區域生態環境的成因、發展、變化及其內在的響應機制，對保護和治理河口生態環境有著積極的現實意義。

目前，有關河口溫鹽的研究大體可以分為以下幾類，即實測數據分析[6]、海洋遙感反演[7-8]和數值模擬。其中，數值模擬方法主要通過數學公式運算計算水動力及溫鹽參數的變化過程，具有成本低廉、準確可靠、驗證便捷的優勢，相關方法在工程實踐中獲得了廣泛的應用。如陳小莉[9] 等基于Delft3D-Flow模型對濱海核電廠深海排溫水問題進行模擬，再現了該工程海域的水溫變化趨勢，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水動力模型模擬了長江洛磧航道采砂坑的水溫結構，并與非采砂坑水域進行了對比，得到了采砂礦坑冬季水溫更高，夏季水溫更低的結論[10]。Andrews等采用UnTRIM 水動力模型針對舊金山河口及其汊道的人為改變對鹽度入侵的影響進行了模擬[11]。Wang等人基于FVCOM模型對巴基斯坦因都斯河口季節性的流場和鹽度變化進行數值模擬研究，該河口在豐（枯）水期產生的分層主要由河口環流及潮汐變形控制[12]。Tian利用FVCOM 模型對Chester河口鹽度入侵進行了模擬，并對各種時間尺度下的控制因素進行了討論，結果顯示：河流流量是控制年際尺度咸水入侵變化的主要因素，風在短期尺度上對鹽水入侵的影響更為明顯[13]。以上的數值模擬方法在河口區域的應用都取得了較好的成果，這也證實了數值模擬方法可以勝任河口復雜的水動力環境研究工作。