李東輝，晁雷，趙豐澤，雷坤，李原儀

（1.沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168；2.天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津 300072；3.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012；4.天津大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,天津 300072）

遼東灣位于我國渤海北部，為典型的半封閉型海灣，其三面環(huán)陸，南接渤海中央海盆，東西較窄，南北狹長，與外海水交換困難[1-2]。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量污染物隨入海徑流進(jìn)入遼東灣，對其海洋環(huán)境造成了巨大影響[2-3]。遼東灣等近岸海域是陸海相互作用強(qiáng)烈的區(qū)域，陸源排放的污染物對近岸海域水質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，研究遼東灣入海物質(zhì)的輸移擴(kuò)散特征對認(rèn)識遼東灣海水自凈能力和改善遼東灣水環(huán)境具有重要意義[4-8]。

潮流是驅(qū)動近海物質(zhì)輸運(yùn)的關(guān)鍵性因素，近海的潮流特征決定了海域物質(zhì)輸運(yùn)的主要路徑及其分布特征[9-11]。目前，對遼東灣潮流和物質(zhì)輸運(yùn)特征已開展了大量研究。趙保仁等[11]基于早期綜合調(diào)查資料對該海域環(huán)流和潮余流進(jìn)行分析認(rèn)為遼東灣南部海域的潮余流方向是順時針，徐珊珊等[12]利用海上浮標(biāo)數(shù)據(jù)對遼東灣灣口附近的海流進(jìn)行分析得出了相似的結(jié)論。而Shang等[13]基于數(shù)值模擬認(rèn)為遼東灣南部海域的潮余流是逆時針的。魏皓等[14]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)遼東灣北部海域存在自封閉的環(huán)流而導(dǎo)致北部海域與外海水交換較弱?？紫轾i[15]通過數(shù)值模擬的方法研究發(fā)現(xiàn)遼東灣北部海域的環(huán)流主要為逆時針方向，這與胡雪明[16]在夏季遼東灣北部海域研究結(jié)果基本一致。由此可知，目前對遼東灣潮致環(huán)流特征的認(rèn)識存在一定分歧，對遼東灣海域環(huán)流影響范圍與河流入海水體的輸運(yùn)路徑也需要深入研究。由于遼東灣復(fù)雜的環(huán)流結(jié)構(gòu)，僅從潮致本身研究物質(zhì)輸運(yùn)可能得不到清晰明確的結(jié)論，有必要通過具有明確物理意義的參量對遼東灣的水交換和物理自凈能力進(jìn)行定量描述。本研究采用平均年齡理論呈現(xiàn)出入海水體在時空上的運(yùn)動趨勢，從而實現(xiàn)對遼東灣物質(zhì)輸運(yùn)特征的全面認(rèn)識。

本文采用數(shù)值模擬的方法對遼東灣潮汐驅(qū)動下的水動力條件和物質(zhì)輸運(yùn)進(jìn)行了研究，使用基于歐拉觀點的示蹤物質(zhì)輸運(yùn)模型研究了遼東灣海域余環(huán)流特征和遼東灣不同海區(qū)的水交換特性，將基于歐拉觀點的年齡模型應(yīng)用于物質(zhì)輸運(yùn)的時間尺度研究，分析潮汐驅(qū)動下的遼東灣水交換和物理自凈能力，以期為遼東灣環(huán)境承載力評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)域

遼東灣所屬岸線西起六股河口，東到遼東半島西側(cè)的長興島（圖1），沿岸有遼河、大遼河、復(fù)州河、六股河等河流流入。灣內(nèi)平均水深約18 m，最深處約32 m，受不正規(guī)半日潮控制，平均潮差約2.7 m，水動力條件較弱[17-18]。為全面研究遼東灣海域的物質(zhì)輸運(yùn)特征及其與渤海中央盆地北部海域間的水交換過程，本文將研究區(qū)域擴(kuò)大至圖1 中虛線位置（唐山市樂亭縣至大連市旅順口）以北區(qū)域。

圖1 研究區(qū)域（虛線以北區(qū)域）及沿岸徑流入海位置Fig.1 Study area (north of dotted line) and locations of rivers entering the Liaodong Bay

1.2 入海流量數(shù)據(jù)

本研究考慮了位于遼東灣灣頂?shù)貐^(qū)的遼河和大遼河、位于遼東灣西岸的六股河與遼東灣東岸的復(fù)州河等遼東灣入海徑流（圖2）。4 條河流的入海流量數(shù)據(jù)來自1988—2016 年《中華人民共和國水文年鑒》[19]，搜集整理了上述4 條河流入?？刂扑恼镜闹鹑掌骄髁繑?shù)據(jù)（部分年份數(shù)據(jù)缺失）。選取12 月、1 月和2月作為冬季，3 月、4 月和5 月作為春季，6 月、7 月和8 月作為夏季，9 月、10 月和11 月作為秋季，計算出各條河流不同季節(jié)的平均入海流量（圖2），并將其用于數(shù)值模擬計算。由圖2 可見，遼東灣海域入海徑流表現(xiàn)出顯著的干枯季特征，夏季流量最大，冬季流量最小甚至斷流，春秋兩季流量居中且差別不大。4 條河流中，大遼河和遼河流量較大，六股河流量較小，復(fù)州河在全年的入海流量均為最小。

圖2 各河流季節(jié)平均入海流量Fig.2 Seasonal average discharge of rivers into the sea

1.3 模型簡介

1.3.1 水動力學(xué)模型

Delft3D 為荷蘭Deltare 公司開發(fā)的用于模擬近海、湖泊、水庫及河流環(huán)境水動力學(xué)過程的開源軟件包。該軟件采用有限差分法對控制方程進(jìn)行離散求解，可以對三維環(huán)境水動力學(xué)過程進(jìn)行數(shù)值模擬。本研究基于Delft3D 建立遼東灣環(huán)境水動力學(xué)模型，對潮汐和入海徑流共同作用下的遼東灣流場和水動力過程進(jìn)行數(shù)值模擬。

由于水深較淺，在潮汐作用下遼東灣垂向混合較好[20-21]，而海水和污染物輸運(yùn)主要由水平方向的運(yùn)動決定。因此，本文采用垂向平均的水平二維模式對遼東灣海水和物質(zhì)的水平運(yùn)動進(jìn)行數(shù)值模擬（見Delft3D 用戶手冊[22]）。Delft3D 采用大渦模擬方法對水平方向的綜合擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行計算，可以較好地反映水平方向的湍流擴(kuò)散對流場和物質(zhì)輸運(yùn)的影響。

1.3.2 物質(zhì)輸運(yùn)和年齡模型

本研究將入海水體作為示蹤物質(zhì)，設(shè)定各入海徑流的示蹤物質(zhì)濃度為1（質(zhì)量比，無量綱量），其他區(qū)域示蹤物質(zhì)濃度設(shè)為0。本文還對遼東灣及渤海中央盆地北部海域進(jìn)行分區(qū)，對各個分區(qū)內(nèi)的水體看作示蹤物質(zhì)分別進(jìn)行標(biāo)記，研究各海區(qū)水體輸移擴(kuò)散路徑。在初始時刻設(shè)定海區(qū)j的標(biāo)記示蹤物質(zhì)濃度為1（質(zhì)量比，無量綱量），其他區(qū)域設(shè)為0，統(tǒng)計不同時刻各海區(qū)標(biāo)記海水量占海區(qū)j初始總量的比例，其計算公式為：

式中：rij(t)為t時刻、海區(qū)i的標(biāo)記海水量占海區(qū)j標(biāo)記海水總量的比例，稱作剩余函數(shù)值；Vj0和Cj0分別為初始時刻海區(qū)j的總體積和示蹤物質(zhì)濃度，Cj0指的是在0 時刻，海區(qū)j中的示蹤物質(zhì)濃度，Cj0=1；Vik為海區(qū)i中的第k個控制單元的體積；Cijk為海區(qū)j的標(biāo)記示蹤物質(zhì)在海區(qū)i的第k個控制單元中的平均濃度。

Delhez等[23]和Deleersnijder等[24]提出了基于歐拉觀點的平均年齡理論。該理論利用代表水體組分的保守物質(zhì)的濃度計算水體質(zhì)點進(jìn)入某一區(qū)域后所經(jīng)歷的平均時間（年齡），該理論將年齡定義為2 個標(biāo)量的比值：

式中：a為水深平均的年齡；為水平面內(nèi)的坐標(biāo)(x,y)；為水深平均的保守物質(zhì)濃度；為該保守物質(zhì)的年齡密度。按照平均年齡理論[23-24]，分別滿足保守物質(zhì)輸運(yùn)模型的控制方程（對流擴(kuò)散方程）：

式（5）中：λ為無量綱參數(shù)；H為水深；U和V分別為x和y方向的流速分量。

1.4 模型設(shè)置

為消除開邊界對研究區(qū)域內(nèi)計算結(jié)果的不利影響，將數(shù)值模型的開邊界設(shè)置在我國山東成山頭與韓國仁川之間，模型計算區(qū)域包含渤海及黃海北部海域（圖3）。采用空間交錯網(wǎng)格系統(tǒng)對計算區(qū)域進(jìn)行離散，經(jīng)向和緯向網(wǎng)格尺度均約為2 km。水下地形數(shù)據(jù)由中國海軍出版社出版的海圖[25]獲得，并通過空間線性插值得到網(wǎng)格角點上的水深數(shù)據(jù)。

圖3 數(shù)值模型計算區(qū)域及觀測站位Fig.3 The model area and of observations stations

水陸邊界設(shè)為無滲透滑移邊界，海水到邊界處的垂直岸線方向速度為0 m/s。為考慮潮汐漲落引起的岸線位置變化，采用干濕判斷法確定每一計算時間步長的水陸交界線位置。開邊界處給定水位時間序列。為保證開邊界條件的準(zhǔn)確性，將開邊界分為6 段，確保每段內(nèi)水位在空間上近似呈線性變化。各段端點處的水位時間序列采用OSU Tidal Prediction 軟件[26]給出的8 個主要天文分潮（M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1和Q1分潮）的調(diào)和常數(shù)進(jìn)行計算得到，開邊界各網(wǎng)格點的水位時間序列由各段兩端點相應(yīng)時刻的水位進(jìn)行空間線性插值獲得。

模型采用冷啟動，初始時刻計算域內(nèi)的海流流速為0 m/s，水位為渤海平均海平面高度（水位為0 m）。水動力學(xué)模型和物質(zhì)輸運(yùn)模型的計算時間步長均設(shè)為4 min。計算結(jié)果表明，水動力學(xué)模型啟動10 d 后的結(jié)果接近物理真實值，因此水動力學(xué)模型開始運(yùn)行10 d 后啟動物質(zhì)輸運(yùn)模型和年齡模型。水動力學(xué)模型的運(yùn)行時間為2010 年1 月1 日00:00 至2017 年12 月31 日24:00，共8 a。

1.5 水動力學(xué)模型驗證

采用天津大學(xué)于2003 年7 月海洋調(diào)查獲得的位于渤海灣中部海域的B2、B3 站的實測水位、流速和流向數(shù)據(jù)[21]與Guo等[27]2007 年1 月、4 月分別獲得的位于遼東灣西北部海域T2 站的水位、位于大遼河口附近海域C1 站的流速數(shù)據(jù)[27]（圖3）對本研究建立的水動力學(xué)模型進(jìn)行驗證。由于C1 站位于河口附近海域，海水流向受到河流入海水干擾較大，故未收集C1 站流向數(shù)據(jù)。圖4 和圖5分別為渤海各站位模型計算結(jié)果與實測結(jié)果的對比情況。

圖4 渤海灣B2 和B3 站水位、流速和流向模擬與實測結(jié)果對比Fig.4 Comparison of simulated and measured results of water level,flow velocity and flow direction at B2 and B3 stations in Bohai Bay

圖5 遼東灣T2 站水位和C1 站流速模擬與實測結(jié)果對比Fig.5 Comparison of simulated and measured results of water level at T2 station and flow velocity at C1 station in Liaodong Bay

統(tǒng)計分析表明，B2 和B3 站的水位、流速和流向計算結(jié)果與實測結(jié)果的相對誤差均控制在5%以內(nèi)，吻合度較高。T2 站的水位計算結(jié)果與實測結(jié)果的相對誤差均控制在12%以內(nèi)，這可能是由于1 月遼東灣海域存在的海冰對潮汐產(chǎn)生了一定影響[28]；C1 站的流速計算結(jié)果與實測結(jié)果的相對誤差控制在7%以內(nèi)，吻合度較高。總體上看，本文建立的水動力學(xué)模型可以較好地模擬渤海灣與遼東灣水位、流速和流向的變化，具有較高的計算精度。

2 結(jié)果與討論

2.1 遼東灣入海水體輸運(yùn)特征

由圖2 可知，遼東灣沿岸各條入海河流的流量存在顯著的季節(jié)變化，本研究將遼河、大遼河、六股河與復(fù)州河在春、夏、秋三個季節(jié)的入海水體分別作為示蹤物質(zhì)，用河流入海水季節(jié)平均濃度研究入海水體的輸運(yùn)情況和遼東灣內(nèi)的水交換特征，得到模型計算結(jié)果如圖6 和圖7 所示（圖中示蹤物質(zhì)濃度為質(zhì)量比，是無量綱量）。因冬季遼東灣沿岸的海冰影響物質(zhì)輸運(yùn)[28]，故本文不討論冬季入海水體的輸運(yùn)狀況。

圖6 為遼河與大遼河入海水體（示蹤物質(zhì)）季度平均濃度分布，可以看出遼河與大遼河入海水體具有相似的輸運(yùn)特征。在這2 條河流的河口附近海域，入海水體代表的示蹤物質(zhì)在空間上的濃度分布呈現(xiàn)出由東北至西南遞減的分布特征，表明由這2 條河流入海的水體主要向西南方向輸移，這與李衛(wèi)衛(wèi)等[18]的數(shù)值模擬結(jié)果類似。在遠(yuǎn)離河口后，2 條河流的入海水體顯現(xiàn)向東南輸移的趨勢，在遼東灣的葫蘆島—大望山一線，水體沿西南方向擴(kuò)散速度減慢，而沿東南方向輸運(yùn)趨勢更加明顯（圖6）。入海水體的輸運(yùn)趨勢由西南方向轉(zhuǎn)向東南，表明在遼東灣北部海域存在逆時針環(huán)流，且該環(huán)流阻礙了遼東灣北部海域和南部海域之間的水交換，是造成遼東灣灣頂污染物聚集和水質(zhì)較差狀況的重要因素。

如圖7a 至圖7c 所示，由六股河入海的水體向河口外東南方向擴(kuò)散的同時，還沿遼東灣西岸向西南漂移，這表明六股河口及附近海域海水具有沿海岸向西南流動的趨勢。如圖7d 至圖7f 所示，復(fù)州河入海水體主要沿西北方向輸運(yùn)至六股河口以北海域。到達(dá)遼東灣西岸后，其向西南方向的輸運(yùn)過程與六股河入海水體相似，由此可見，遼東灣灣口與渤海中央盆地北部存在一個逆時針的環(huán)流。Shang等[13]的研究也表明由渤海海峽進(jìn)入的外海水在潮汐的作用下沿遼東半島東岸向遼東灣灣口流動，大部分在遼東灣灣口附近轉(zhuǎn)向西南，然后沿西岸流向渤海灣，在遼東灣灣口形成了逆時針環(huán)流；董嬌嬌等[29]使用2003 年和2015 年的海洋資料研究渤海潮余流場發(fā)現(xiàn)，在六股河口附近海域存在逆時針環(huán)流。這些結(jié)論與本研究的計算分析結(jié)果基本一致。

圖7 六股河與復(fù)州河入海水體季節(jié)平均濃度分布Fig.7 Seasonal mean concentrations of the water discharged from the Liugu River and the Fuzhou River

如圖6 和圖7 所示，這4 條河流的入海水體在各季節(jié)的輸運(yùn)路徑基本相同，表明在潮汐的影響下，流場特征基本沒有發(fā)生明顯變化。這4 條河流春季流量較小，水體平均濃度較高的區(qū)域僅存在于河口附近海域；進(jìn)入夏季后，隨著流量增加，水體平均濃度較高的區(qū)域明顯擴(kuò)大；秋季流量下降，河口附近水體平均濃度較高區(qū)域（如遼河C> 0.300 0，大遼河C> 0.500 0，六股河C> 0.010 0，復(fù)州河C> 0.003 5 的區(qū)域）減小，但在距離河口較遠(yuǎn)海域，平均濃度較低的區(qū)域（如遼河C> 0.100 0，大遼河C> 0.300 0，六股河C> 0.003 0，復(fù)州河C> 0.001 5 的區(qū)域）變化不大，這表明遼東灣入海徑流的流量季節(jié)性變化對海域的影響主要位于河口附近，遼東灣及渤海中央盆地北部海域的環(huán)流主要是潮致流。

2.2 遼東灣水交換特性

按照地理位置和水動力特征將遼東灣及渤海中央盆地北部海域分成遼東灣西北部（海區(qū)1）、遼東灣東北部（海區(qū)2）、遼東灣西南部（海區(qū)3）、遼東灣東南部（海區(qū)4）和渤海中央盆地北部海域（海區(qū)5）五個海區(qū)（圖8）。圖9 為設(shè)定各海區(qū)在0 時刻（2010年1 月1 日00:00）的海水總量作為標(biāo)記水體總量（即示蹤物質(zhì)），在不同時刻各海區(qū)標(biāo)記水體量占標(biāo)記水體總量的剩余函數(shù)曲線，見式（1），北部海域為海區(qū)1 和海區(qū)2 范圍之和，南部海域為海區(qū)3 和海區(qū)4范圍之和。水體在潮汐的驅(qū)動下流動的同時，水體質(zhì)點還與相鄰區(qū)域的水體進(jìn)行摻混，因此本研究考慮水體擴(kuò)散作用，對流擴(kuò)散方程的綜合擴(kuò)散系數(shù)K根據(jù)聶紅濤[30]的率定結(jié)果換算得到。

圖8 海域分區(qū)Fig.8 Divided zones in the study area

圖9 各海區(qū)標(biāo)記水體剩余函數(shù)曲線Fig.9 Curves of residual functions of the marked water bodies in the divided zones

如圖9a 所示，海區(qū)1 在0.1 年時已有超過總量50%的標(biāo)記水體流出，是5 個海區(qū)中向外遷移速度最快的海區(qū)，說明海區(qū)1 與其他海區(qū)之間的水交換能力較強(qiáng)；海區(qū)2 和海區(qū)3 內(nèi)的標(biāo)記水體的比重迅速上升，在0.4 年時達(dá)到峰值，分別占海區(qū)1 標(biāo)記水體總量的21%和32%。由圖9b 可知，在計算開始后，海區(qū)2 的標(biāo)記水體向海區(qū)1 和海區(qū)4 輸移擴(kuò)散的速度較快，在0.4 年和0.9 年時，海區(qū)1 和海區(qū)4 分別達(dá)到占比為19%和29%的峰值。結(jié)合圖9a 和圖9b 可知，在計算開始階段，標(biāo)記海區(qū)與其他海區(qū)存在較高濃度差，驅(qū)動標(biāo)記水體向其他海區(qū)迅速遷移，一段時間后，濃度差減小，南部海域內(nèi)標(biāo)記水體比重仍在以較快速率上升達(dá)到峰值；雖然海區(qū)1 和海區(qū)2 之間存在的環(huán)流促進(jìn)了這2 個海區(qū)的物質(zhì)交換，但入海水體示蹤的研究結(jié)果表明，海區(qū)1 和海區(qū)2 存在一個相對獨(dú)立的逆時針環(huán)流，這2 個海區(qū)通過對流作用與其他海區(qū)進(jìn)行水交換的能力較弱，海區(qū)1 和海區(qū)2 的水體均向位于其南部的鄰近海區(qū)遷移速度最快、遷移的水體量較多，表明北部海域水體主要向南輸移擴(kuò)散。

由圖9c 可知，計算開始后，海區(qū)3 的標(biāo)記海水迅速向海區(qū)4 和海區(qū)5 輸移擴(kuò)散，且在相同時間內(nèi)向海區(qū)4 輸運(yùn)量最大；由圖9d 可知，海區(qū)4 的標(biāo)記海水向海區(qū)5 遷移速度最快，其次為海區(qū)3，結(jié)合圖7d 至圖7f，在六股河北部海域，復(fù)州河入海水體的季節(jié)平均濃度存在由西北向東南遞減的趨勢，可以推斷在遼東灣南部海域存在一個順時針潮致環(huán)流。如圖9c 和圖9d 所示，海區(qū)3 和海區(qū)4 的標(biāo)記海水向海區(qū)1 和海區(qū)2 的遷移量較少，表明遼東灣南部海域水體主要向南輸運(yùn)，向北輸運(yùn)趨勢較弱。圖9e 可知，由海區(qū)5 進(jìn)入遼東灣海域的標(biāo)記海水量占比較小，說明渤海中央盆地北部海域主要向南輸運(yùn)，該海域的海水主要通過擴(kuò)散作用向遼東灣遷移。

綜上所述，遼東灣內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)流結(jié)構(gòu)阻礙了遼東灣南北海域的水交換進(jìn)程，但遼東灣及渤海中央盆地北部海域水體仍表現(xiàn)出向南輸移擴(kuò)散的總趨勢，而向北輸移擴(kuò)散的趨勢較弱。由圖9 可知，遼東灣各海區(qū)（海區(qū)1?4）標(biāo)記水體在遼東灣海域的半交換時間（即一半的標(biāo)記水體流出遼東灣所需的時間）可達(dá)3.1 a、3.2 a、2.3 a 和1.8 a，表明遼東灣與渤海中央盆地之間的水交換能力較弱，導(dǎo)致遼東灣內(nèi)的污染物將對其自身水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大負(fù)擔(dān)。

2.3 河流入海水體平均年齡

由圖10a 至圖10c 可知，遼河入海水體的平均年齡在空間上呈現(xiàn)由東北向西南遞增的特征。遼東灣西北部海域平均年齡比東北部海域平均年齡小，體現(xiàn)出北部海域逆時針的環(huán)流特征。遼河口入海水體輸運(yùn)至葫蘆島—大望山一線需800 d 以上，表明遼河入海水及污染物會長期在遼東灣北部海域停留聚集，這有可能使該區(qū)域承受較大的環(huán)境壓力。由于夏季遼河入海流量大于春、秋兩季，河口附近海域的夏季平均年齡較春、秋兩季平均年齡小，這表明在遼河口附近入海物質(zhì)輸移擴(kuò)散能力會受到河流流量的影響。然而，遼東灣灣口和渤海中央海盆北部海域的平均年齡變化不大，在春、夏、秋三季，1 400 d 的年齡等值線基本位于遼東灣灣口附近，1 600 d 和1 800 d 的年齡等值線也均未發(fā)生明顯位移，表明入海水體和污染物在遼東灣海域輸移擴(kuò)散主要受潮流驅(qū)動。

由圖10d 至圖10f 可知，在六股河河口附近，六股河入海水體的平均年齡隨季節(jié)變化而不斷變化，這表明在河口附近海域入海水體輸移擴(kuò)散受河流流量影響較為明顯。但遼東灣北部及渤海中央盆地北部海域的平均年齡分布變化并不明顯，在遼東灣北部海域，六股河入海水體的平均年齡約為1 400 d?？紤]到污染物輸運(yùn)過程中的物理的、化學(xué)的和生物的降解作用，六股河入海水體中的污染物對遼東灣北部海域的環(huán)境影響較小。六股河入海水體的年齡等值線向南和西南方向延伸較明顯，表明由六股河入海的物質(zhì)有向南和西南兩個方向輸移擴(kuò)散的趨勢。

由圖10 可知，遼河、六股河等遼東灣河流的入海水體在河口附近停留時間較長，向遠(yuǎn)區(qū)輸移擴(kuò)散需要較長的時間，所以入海水體所帶來的污染物的影響區(qū)域主要集中在其河口及其鄰近海域。

圖10 遼河與六股河入海污染物季節(jié)平均時間（d）分布Fig.10 Seasonal mean time (d) distribution of pollutants entering the sea from the Liaohe River and the Liuguhe River

3 結(jié)語

本文利用Delft3D 建立了遼東灣水動力學(xué)模型和物質(zhì)輸運(yùn)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立了遼東灣河流入海物質(zhì)的年齡模型，對潮汐驅(qū)動下的遼東灣流場和物質(zhì)輸運(yùn)路徑及其時間尺度進(jìn)行了研究，主要得到以下結(jié)論。

遼東灣海域入海徑流對其流場和水交換的作用主要集中在河口附近，不同季節(jié)流量變化會對河口附近海域的水動力及物質(zhì)的輸移速度產(chǎn)生較明顯的影響，但對距離河口較遠(yuǎn)的海域影響較弱，不影響遼東灣整體的環(huán)流結(jié)構(gòu)。

以葫蘆島—大望山一線作為遼東灣南北海域分界線，遼東灣南北海域分別存在順時針、逆時針環(huán)流，灣口附近又存在逆時針環(huán)流，雖然復(fù)雜的環(huán)流結(jié)構(gòu)削弱了遼東灣內(nèi)部以及它與外海的水交換能力，但遼東灣海域內(nèi)物質(zhì)仍可通過擴(kuò)散過程與外海進(jìn)行交換。

復(fù)雜的環(huán)流結(jié)構(gòu)減緩了北部河流入海水體向外海的遷移速率，這些物質(zhì)在北部海域停留時間超過2.2 a，對遼東灣北部的水質(zhì)狀況和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。位于遼東灣西南灣口位置的六股河入海水體呈現(xiàn)出向南遷移趨勢，到達(dá)遼東灣北部和東南海域所需時間較長，對遼東灣整體環(huán)境質(zhì)量影響較小。