非破碎随机波浪致垂向混合对黄河入海污染物扩散作用机理

本项目旨在研究非破碎随机波引起的垂向混合对悬浮污染物扩散作用机理。由于波浪海水微团作椭圆型的振动，垂直有梯度，加之较快的波浪质点运动速度，剪切的不稳定性产生湍流，导致波浪质点轨迹不闭合。同时，由于湍动的水质点伴随着波浪质点运动轨迹，又进一步对垂向混合产生影响，上述过程形成非破碎浪致垂向混合。黄河口波浪较强、污染物浓度大、径流小，非破碎浪致垂向混合通过对动量与污染物的垂向搅拌方式在污染物三维扩散规律中起到显著作用。鉴于实际海况波浪多为风浪或混合浪，随机性强，因此本项目拟开展如下研究：非破碎随机波浪致湍流强度准确确定；非破碎随机波浪致垂向混合作用下的垂向涡粘与涡扩散系数计算公式；非破碎随机波浪致垂向混合对黄河入海污染物三维扩散作用机理。通过上述研究，建立适合黄河口海域多因素作用下三维污染物扩散数值预测模型，为当地污染防控、海洋功能区划制定及海洋相关产业等的可持续发展提供更科学的预测工具。

本项目旨在研究非破碎随机波引起的垂向混合对悬浮污染物扩散作用机理。由于波浪海水微团作椭圆型的振动，垂直有梯度，加之较快的波浪质点运动速度，剪切的不稳定性产生湍流，导致波浪质点轨迹不闭合。同时，由于湍动的水质点伴随着波浪质点运动轨迹，又进一步对垂向混合产生影响，上述过程形成非破碎浪致垂向混合。黄河口波浪较强、污染物浓度大、径流小，非破碎浪致垂向混合通过对动量与污染物的垂向搅拌方式污染物三维扩散规律中起到显著作用。.鉴于实际海况波浪多为风浪或混合浪，随机性强，因此本项目开展了（1）基于浪流沙耦合模型COHERENS-SED，首先通过改变表面应力、底部应力、考虑三维波浪辐射应力三个方面实现波浪对流的影响；在耦合模式引入了非破碎浪致垂向混合效应，改进垂向混合系数的计算方案，并用其针对黄河口入海悬浮泥沙扩散做了进一步的数值模拟研究。（2）针对随机波浪致混合进行了理论分析以及数值计算，并推导出了浪致垂向混合的频谱表达式。在中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室水槽内，进行了浪致垂向混合实验研究。（3）构建了数值模型，使其在波浪谱、质点速度以及压力等方面都与试验结果相吻合，说明了该模型能够很好地模拟三维波浪质点运动规律以及非破碎波浪质点运动引起的混合机理。分析了波浪与地形相互作用关系，得出地形演变情况下，对于波浪参数估计仍可用局地深度表示的结论。（4）进行了黄河口附近4个站位连续12小时的波浪、盐度、泥沙浓度、海流流速的4个站位同步观测，构建了黄河口附近海域浪致混合数值模型，分析了浪致混合对于黄河入海径流的影响。研究显示在相同径流量作用下，CODmn向南扩散距离最远，向东次之，向北最近；随着径流的增大，CODmn增长率北侧最大，南侧次之，东侧最小；从高潮时刻到低潮时刻（或者从低潮到高潮时刻），CODmn高浓度区域移动较为明显，低浓度区域移动并不明显。（5）发展了高精度波浪传播变形过程中泥沙混合试验方法，对于浪致垂向混合机理提供了更有效的试验研究方案。