(高清版)GBT 42417-2023 海湾水交换能力评价技术规程

海湾水交换能力评价技术规程Codeofpracticeforassessment国家标准化管理委员会I 2规范性引用文件 l3术语和定义 14总体原则 25监测评价方法 25.1应用范围 25.2基本程序 25.3平均纳潮量计算方法选取 35.4基础数据准备 35.5平均纳潮量计算 35.6平均纳潮率计算 45.7水交换能力评价 56模拟评价方法 56.1应用范围 56.2基本程序 56.3基础数据准备 66.4水动力数值模拟与验证 66.5保守示踪物质对流-扩散数值模拟 66.6水体平均半交换时间计算 66.7水交换矩阵计算 76.8水交换能力评价 8参考文献 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本文件起草单位：国家海洋环境监测中心、生态环境部华南环境科学研究所、中国海洋大学。本文件主要起草人：张淑芳、张宇铭、刘永青、曹雪峰、余静、叶钦、赵骞、邢传玺、袁帅、史文奇、1海湾水交换能力评价技术规程本文件确立了海湾水交换能力评价的总体原则，规定了监测评价方法和模拟评价方法的基本程序、操作指示，以及海湾水交换能力评价方法。本文件适用于海湾水交换能力评价，其他海域水交换能力评价可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T12763.1—2007海洋调查规范第1部分：总则GB/T12763.2—2007海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB17378.2—2007海洋监测规范第2部分：数据处理与分析质量控制GB/T29726—2013海湾围填海规划环境影响评价技术导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。水域面积不小于以口门宽度为直径的半圆面积，且被陆地环绕的海域。[来源：GB/T18190—2017,2.1.26,有修改]评价海域assessmentseaarea拟评价的海湾或海湾内的局部海域。每月初一、十五后一至三天，由月球与太阳引起的潮汐相加而形成的潮差大的潮。每月初七、八或二十二、三前后，由月球与太阳引起的潮汐相减而形成的潮差小的潮。[来源：GB/T15920—2010,2.5.13,有修改]高潮线与低潮线之间，海水周期性淹没和退出的浅滩地带。2纳潮量tidalprism评价海域可以接纳的潮水的体积，为高潮时水量与低潮时水量之差。纳潮率tidalprismratio评价海域的纳潮量与平均海平面情形下该海域水体体积的比例。累积率cumulativerate按照一定规律排序的一组数据中，某一数值以下或某一数值以上的数据个数占数据总数的比率。保守示踪物质conservativepassivetracers为观察、研究和测量某种化学组分不变化的物质在指定过程中的行为或性质而加入的一种标记物。水交换能力waterexchangecapacity评价海域内的水体在水动力作用下(包括平流输运、对流扩散等)与周围水体进行水体混合与交换的能力。评价海域内保守示踪物质在水动力作用下其浓度降低为初始浓度一半时所用的时间。水交换矩阵waterexchangematrix表征某时刻评价海域内各分区之间水交换关系的矩阵。4总体原则海湾水交换能力采用监测评价方法或模拟评价方法进行评价。两种评价方法相互独立，在开展单一海域的水交换能力评价时，可根据基础数据完备情况和应用范围适用情况选取其中一种方法。对多个海域的水交换能力进行对比评价时，宜选取相同的评价方法。5监测评价方法5.1应用范围监测评价方法采用平均纳潮率作为海湾水交换能力的评价指标，适用于湾口潮汐同时涨落的海湾，评价海域与其外部海域可由一条直线断面划分。5.2基本程序监测评价方法基本程序如下：a)选取一种平均纳潮量计算方法；b)根据选取的平均纳潮量计算方法准备评价海域的基础数据；c)根据选取的平均纳潮量计算方法计算评价海域的平均纳潮量；d)根据评价海域的平均纳潮量和平均海平面下的海水体积，计算评价海域的平均纳潮率；e)对评价海域的水交换能力进行评价。35.3平均纳潮量计算方法选取平均纳潮量采用流量法或潮差法进行计算。两种计算方法相互独立，在开展平均纳潮量计算时，可根据评价海域的基础数据情况选取其中一种方法。当评价海域的潮间带面积小于或等于总面积的10%时，应选取潮差法或流量法计算平均纳潮量；当评价海域的潮间带面积大于总面积的10%时，应选取流量法计算平均纳潮量。5.4基础数据准备5.4.1流量法计算平均纳潮量的数据需求需要准备的基础数据包括评价海域评价时期内的岸线、水深、水位、海流数据。数据要求如下。a)岸线数据可通过现场监测获取，也可通过卫星遥感数据提取，数据应能反映评价海域岸线的曲折变化情况。b)水深数据应为平均海平面下的水深，可通过现场监测获取，也可通过海图获取，数据应能精细分辨出评价海域海底地形变化情况。c)水位和海流数据应为评价海域非陆边界断面上的同步监测数据，监测站位根据湾口断面长度和水动力特征确定，不少于3个；监测层次不低于GB/T12763.2—2007中表2的要求；监测时段至少包含评价时期内大潮和小潮期间各不少于25h、每小时1次的连续监测。5.4.2潮差法计算平均纳潮量的数据需求需要准备的基础数据包括评价海域评价时期内的潮位、高潮时和低潮时的海域面积数据。数据要求如下。a)潮位数据应为评价海域内部及非陆边界断面上的监测数据，评价海域内部的监测站位不少于2个；非陆边界断面上的监测站位不少于3个，且断面两端应各布设1个；监测时段至少包含评价时期内不少于1个月、每小时1次的连续监测。b)高潮时和低潮时的海域面积数据可通过现场监测获取，也可通过海图或卫星遥感数据提取，数据应能准确反映评价海域高潮时和低潮时的水域范围。5.4.3数据质量控制基础数据质量控制按照GB/T12763.1—2007中第11章和第13章的规定执行；数据的异常值剔除以及有效性分析按照GB17378.2—2007中第5章的规定执行。5.5平均纳潮量计算5.5.1流量法计算平均纳潮量流量法计算平均纳潮量应逐一计算评价时期内大潮、小潮期每个完整涨潮过程和每个完整落潮过程通过评价海域边界断面的海水量，取所有计算结果绝对值的算术平均值为评价海域的平均纳潮量。评价海域的平均纳潮量按公式(1)计算：式中：F——评价海域的平均纳潮量，单位为立方米(m³);Q——大潮、小潮期完整涨潮和完整落潮过程的总次数；F。——大潮、小潮期第q次完整涨潮过程或完整落潮过程通过评价海域边界断面的海水量，单位4为立方米(m³)。其中，第q次完整涨潮或完整落潮过程通过评价海域边界断面的海水量(F。)按公式(2)计算：……(2)K——第q次完整涨潮(或落潮)过程中监测数据个数；N——评价海域边界断面上第q次完整涨潮(或落潮)过程中监测站位的个数；M₀——第q次完整涨潮(或落潮)过程中第n个站位的垂向监测层数；Umg——第q次完整涨潮(或落潮)过程中第n个站位垂向第m层第k个边界断面法向流速，单位为米每秒(m/s);hmg——第q次完整涨潮(或落潮)过程中第n个站位垂向第m层第k个监测层深；起始位置为第m-1层和第m层的中间点，结束位置为第m层和第m+1层的中间点；当m=1l——将评价海域边界断面划分为N段，其中第n段的长度为l,,其起始位置为第n-1个站位和第n个站位的中间点，结束位置为第n个站位和第n+1个站位的中间点；当n=1时，起始位置为湾口断面与最近岸线的交界处；当n=N时，结束位置为湾口断面与最t——第q次完整涨潮(或落潮)过程中两个相邻监测数据之间的时间间隔，单位为秒(s)。5.5.2潮差法计算平均纳潮量潮差法计算平均纳潮量按公式(3)计算：Fa——评价海域的平均纳潮量，单位为立方米(m³);S,——评价海域高潮时的海域面积，单位为平方米(m²);S,——评价海域低潮时的海域面积，单位为平方米(m²);H——评价海域的平均潮差，取不少于1个月的潮差的算术平均值，单位为米(m)。5.6平均纳潮率计算评价海域的平均纳潮率按公式(4)计算：R——评价海域的平均纳潮率；Fε——评价海域的平均纳潮量，单位为立方米(m³);V——评价海域在平均海平面下的海水体积，单位为立方米(m³)。其中，评价海域在平均海平面下的海水体积(V)按公式(5)计算：I,J——评价海域划分为I×J个网格，网格空间分辨率应能精细分辨出评价海域海底地形变化i,j——第i行第j列的网格行号和列号；5S;;——第i行第j列的网格面积，单位为平方米(m²);h;;——第i行第j列网格平均海平面下的水深，数据取自于水深数据的网格化插值结果，单位为米(m)。5.7水交换能力评价5.7.1单一评价海域的水交换能力评价单一评价海域水交换能力的强弱可直接用其平均纳潮率的大小来表征。平均纳潮率越大，水交换能力越强；平均纳潮率越小，水交换能力越弱。5.7.2多个评价海域的水交换能力对比评价对多个评价海域水交换能力进行对比评价时，可按如下方法进行：a)逐一计算各评价海域的平均纳潮率；b)将各评价海域的平均纳潮率数据从大到小排序组成一列数组，计算每个数据在该列数组中所处顺序的累积率；c)将累积率等比例划分为4个区间，水交换能力划分为强、较强、较弱、弱4个等级，建立对应关系见表1,根据各评价海域平均纳潮率对应的累积率所在的区间评价该海域的水交换能力表1基于监测评价方法的多个海域水交换能力等级评价对照表评价指标评价标准水交换能力等级平均纳潮率累积率≤25%强25%<累积率≤50%较强50%<累积率<75%较弱累积率≥75%弱6模拟评价方法6.1应用范围模拟评价方法采用水体平均半交换时间作为海湾水交换能力的评价指标，适用于所有评价海域。6.2基本程序模拟评价方法程序如下：a)准备评价海域的基础数据；b)开展评价海域的水动力数值模拟与验证；c)开展评价海域的保守示踪物质对流-扩散数值模拟；d)基于保守示踪物质对流-扩散数值模拟结果计算评价海域的水体平均半交换时间；e)对于面积较大的评价海域，可将其划分为多个分区，分别计算各分区的水体平均半交换时间，也可计算分区的水交换矩阵；f)对评价海域的水交换能力进行评价。66.3基础数据准备需要准备的基础数据包括评价海域评价时期内的岸线、水深、水位、海流数据。数据要求如下。a)岸线数据可通过现场监测获取，也可通过卫星遥感数据提取，数据应能反映评价海域岸线的曲折变化情况。b)水深数据应为平均海平面下的水深，可通过现场监测获取，也可通过海图获取，数据应能精细分辨出评价海域海底地形变化情况。c)水位数据应为评价海域非陆边界断面上及海域内部的监测数据，监测站位不少于2个，监测时段至少包含评价时期内大潮和小潮期间各不少于25h、每小时1次的连续监测。d)海流数据应为评价海域非陆边界断面上及海域内部的监测数据，监测站位不少于3个；监测层次不低于GB/T12763.2—2007中表2的要求；监测时段至少包含评价时期内大潮和小潮期间各不少于25h、每小时1次的连续监测。6.3.2数据质量控制基础数据质量控制按照GB/T12763.1—2007中第11章和第13章的规定执行；数据的异常值剔除以及有效性分析按照GB17378.2—2007中第5章的规定执行。6.4水动力数值模拟与验证评价海域的水动力数值模拟按照GB/T29726—2013中7.3.2.2a)的规定执行；水动力数值模拟结果验证按照GB/T29726—2013中7.3.2.2d)的规定执行。6.5保守示踪物质对流-扩散数值模拟评价海域保守示踪物质对流-扩散数值模拟，符合以下要求：a)保守示踪物质对流-扩散数值模拟宜采用三维对流-扩散数值模式，计算条件有限不足以支撑巨大的计算量时，可采用二维对流-扩散数值模式；b)利用评价海域水动力数值模拟计算得到的水动力环境参数驱动保守示踪物质对流-扩散数值模式；c)保守示踪物质对流-扩散数值模式中的扩散、湍流、边界条件等参数设置应符合所模拟海域的实际情况。6.6水体平均半交换时间计算采用保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算评价海域的水体平均半交换时间，计算方法如下。a)根据工作需要确定评价海域边界断面，在保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算的初始时刻，给定评价海域边界以内区域各网格点上物质浓度为1,边界以外区域各网格点上物质浓度为0;模拟计算评价海域边界以内区域物质平均浓度降低至初始浓度一半时所用的时间，得到评价海域的水体半交换时间。其中评价海域边界以内区域物质平均浓度应取各网格点上物质浓度的空间加权平均值在一个完整潮周期内的时间算术平均值。b)选择大潮、小潮期内的高潮时、低潮时、涨潮中间时和落潮中间时4个时刻作为保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算的初始时刻，分别计算各种初始时刻情况下的水体半交换时间，其算术平均值即为评价海域的水体平均半交换时间。c)对于面积较大的评价海域，可根据工作需要将其划分为多个分区，分别计算各分区的水体平均7GB/T42417—2023半交换时间，也可计算表征各分区之间水交换关系的水交换矩阵。6.7水交换矩阵计算评价海域各分区之间的水交换关系可用水交换矩阵来表示，计算方法如下。a)根据工作需要，将评价海域划分为n个分区，其中第i个分区用A;(i=1,…,n)表示。b)选择大潮的低潮时作为保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算的初始时刻，并按6.6a)逐一计算分区A;的水体半交换时间作为该分区的特征时刻t;,将各分区特征时刻按公式(6)组成列{r}——各分区特征时刻列向量；c)计算初始位于分区A;的水体在特征时刻t;时在分区A,(j=1,…,n)的分布，方法如下：在保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算的初始时刻，给定分区A;的浓度场φ;(x,y,z,to)=1,其他分区浓度为0,模拟评价海域浓度场随时间的变化，并计算在特征时刻t;时分区A;的浓度场φ,(x,y,,t₁),则初始位于分区A,的水体在特征时刻t;流入分区A,的比例按公式(7)计算：rij——初始位于分区A;的水体在特征时刻t;流入分区A;的比例；x,y——水平坐标；之——垂向坐标；t₀——保守示踪物质对流-扩散数值模拟计算的初始时刻；φ₁(x,y,z,to)——分区A,在初始时刻的浓度场；d)按6.7c)逐一计算初始位于分区A;的水体在特征时刻t;时在评价海域内各分区的分布比