Page 90 - 《渔业研究》2025年第3期

第 3 期 朱雨晨等： 养殖尾水排放对诏安湾营养盐分布影响的数值模拟研究 347

入减少的情况下，富营养化已得到控制。吴敏兰 [12] 伸入湾内，岬湾相间，西面为宫口半岛，东面是东
调查显示，2011 年北部湾北部海域由氮限制转为 山岛，口窄腹大，自然地理优越，渔业资源丰富，
磷限制，处于中度营养状态。这些成果不仅揭示近 气候温和湿润，是多种天然水生生物繁衍栖息的合
岸海域生态复杂性，也凸显合理规划管理的紧迫性。 适海湾 [25] 。因此，本文选择诏安湾所辖海域（站
为解决养殖尾水排放对近岸海域影响的相关问 位 1~站位 40，图 1）作为研究对象，采用的海流
题，研究者引入模型模拟的手段进行研究。早期的 模型为基于 Smagorinsky 算法的 ECOM3D 湍流模
模型受限于当时的技术，往往在模拟中简化了压力 [22, 26]
型 ，以此模拟沿岸养殖尾水排放对海湾营养盐
项的计算，采用静压替代，这些模型在静压假设的
变化的影响。

条件下，被广泛用于边缘海和大洋的三维模拟，即
1.2 数据来源
三维浅水模型 [13] 。这一阶段的模型应用包括 DHI
本文选取 2022 年 9 月在诏安湾的水文观测资
MIKE（ Model Integrated Computing Environment）
料。同时选取同月附近的 3 个潮流观测数据（ZA1～
模型、ECOM（Estuarine Coastal Ocean Model）模
ZA3）和 1 个潮位观测数据（W）对后续构建的模
型、POM（Princeton Ocean Model）模型、CH3D
型进行验证。
（ Curvilinear-grid Hydrodynamics 3D Model） 模
+
选定养殖尾水中的主要营养盐氨氮（ NH -N） 、
4
型、Delft3D 模型等，它们基于静压假设，为海洋
总氮（TN） 、总磷（TP）作为研究对象，运用污
研究提供了模型工具 [14] 。随着对复杂地形和海洋
染物扩散模型模拟污染物排放后，3 种营养盐在典
环境的深入研究，相关模型的构筑需要更高的精准
型时刻的浓度增量分布情况，并分析其变化规律。
度来支撑模拟的要求，此时非静压假设的模型方程
应运而生 [15] 。Jankowski 等 [16] 基于 TELEMAC 模 2 研究方法
型的框架，并融合了 EDF 模型的相关内容，成功
构建了三维非静压数学模型。后续 Li 等 [17] 基于完 2.1 模型的理论方程
整的 N-S 方程，结合 Sigma 坐标系统，进一步发 本文采用 ECOM3D 改进的水动力模型 [22] ，理
展了三维非静压数学模型，该模型在时间和空间上 论方程如下：
均实现了二阶精度。随着模型算法的不断优化，这 ∂ζ ∂Hu j
+ = 0 （1）
些模型已被广泛应用于海洋研究的各个领域 [18-21] 。 ∂t ∂x j
本文采用的 ECOM3D 改进的水动力模型 [22] 基 du i ∂ζ ∂ ( ∂u i )
+ fβ ij u j +g = ε j −τ i （2）
于三维河口、陆架、海洋模型，引入干湿网格法变 dt ∂x i ∂x j ∂x j
动边界处理技术，建立三维动边界潮流数值模型， 其中：
相关的使用案例有海州湾 [23] 、伶仃洋 [24] 等的模 [ ]
u j = {u,v}，ε j = ε x ,ε y ；
拟。该模型有助于深入了解海洋系统中不同地貌单
]
[
元的水动力特性，为进一步研究海洋生态系统及海 x j = x,y ；H = h+ζ；
岸管理提供相关的基础数据。本研究通过模拟手 [ 0 −1 ]
段，结合诏安湾实地监测的养殖尾水排放数据与湾 β ij = 1 0 ；i = 1,2；j = 1,2
内实测数据，对尾水中营养盐含量进行了深入的定
式（1）~（2）中：t 为时间；h 为水深；ζ 为
性分析，模拟研究沿岸养殖尾水排放对海湾营养盐
水位高度；f 为科氏力系数；u、v 分别是 x、y 方向
变化的影响，旨在为诏安湾的生态治理与可持续发
的流速分量； τ i 是海底应力，冯卡门系数取 0.4；海
展提供数据支持和策略思路。
底粗糙系数取 0.01；εx, εy 是海水水平方向上的涡

1 研究区域及数据来源 动粘性系数；它们均由 Smagorinsky 公式计算得到：


( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 1/2
1.1 研究区域概括 1  ∂u 1 ∂u ∂v ∂v   （3）

CA   + + +   
诏安湾位于福建省诏安县、东山县东南沿海 2 ∂x 2 ∂y ∂x ∂y
（23.57°N~23.75°N、117.26°E~117.38°E） ，湾口朝南， 式（3）中：A 为各离散单元的面积；C 为常
2
宽约 8 km，长约 17 km，总面积为 152.66 km ，岸 数取 0.1～0.2，在本模型中取 0.1。
线长为 61.49 km，周围多剥蚀低丘陵和台地，岬角 溶解性污染物迁移扩散方程：