基于sedtran05模型的悬浮物输送数值模拟方法

针对海洋悬浮物运输问题，研究了一种基于sedtran05模型的数值模拟方法。首先，考虑水的密度和粘度、沉降流速，以及传输方程，搭建了基于垂直剖面输沙模型的计算方法；然后，采用sedtran05模型对黄海环境进行模拟，计算了不同粒径大小、水深、流速和温度时的悬浮物输送率，并对模型相关参数进行了修 *通讯作者。

悬浮物指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等常常悬浮在水流之中，使水产生的浑浊现象，其含量与分布情况决定了水域环境的优劣[1]。因此研究悬浮物的输送过程对确定海区环境质量和环境治理有着重要意义。

目前，国内外学者已对悬浮物输送问题进行了一定的研究。一些学者通过对相关水域的海流和悬浮物进行实测得到悬浮物输送量结果，如Qiu 等[2]分两个时间段，采用定点观测法对黄河口水流及颗粒浓度进行了实测，估算了悬浮物的下行通量，这一方法操作简单，准确度高，但样本数据的时间连续性和覆盖范围有限，适合于小范围水域；另一种则是采用卫星遥感与实测相结合的方法，尹小青等[3]通过建立MODIS 卫星影像数据与现场实测数据的对应关系，利用海流速度反演得到悬浮物的输送量，这种方法避免了大面积采集样本， 但受天气条件和卫星分辨率影响较大， 无法获得任意时刻的悬浮物运动数据。

鉴于以上方法的优势和局限性，计算机数值模拟渐渐成为新的研究热点，Cai [4] [5]通过引入风浪潮流和泥沙运动的MIKE21 模型以及SWAN 模型，建立了一种能够模拟风浪、潮流和泥沙的数值模型；Yang 等[6]基于sedtrans05 悬浮物输运模型和破波带内的泥沙输运公式， 建立一个计算推移质输运的悬浮物输运模型。以上研究通过建立悬浮物运动模型，研究特定水域的悬浮物输送率，但模型计算结果未考虑初始条件、颗粒、水深、温度、海床高等因素的影响，适用范围有限。

针对以上问题， 本文选取近岸河口悬浮物中悬浮泥沙为研究对象， 考虑水的密度和粘度、沉降流速， 以及传输方程，搭建了基于sedtran05 垂直剖面输沙模型的计算方法；采用模型对黄海环境进行模拟，计算了不同泥沙粒径、水深、流速和温度时的悬浮物输送率，并对模型相关参数进行了修正；通过将仿真结果与部分文献数据进行对比，验证了方法的有效性并明确了模型的适用范围。

2. 垂直剖面输沙模型 Sedtrans 模型由Nova Scotia 于20 世纪80 年代提出[7]，能够用于模拟稳定流或在海浪、海流综合影响下，沙子或粘性悬浮物的输运问题[8]。

基于Sedtrans05 建立的数值模型(垂直剖面输沙模型)， 在计算粘性悬浮物输运量时， 对算法做出改进， 计算中考虑波、流共同作用效果，增加了影响输送率的参数计算过程，如水的密度、粘度、温度、悬浮物颗粒大小、沉降流速、再悬浮临界速度、传输方程等， 能够逼真地模拟洋流作用下的悬浮物输送过程， 而不受模型计算效率和复杂性的限制，进而计算悬浮物输送量。

2.1. 水的密度和粘度 水的密度和动力学粘度，与海水的温度和盐度有关，如式(1)所示