CN110287504A - 一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、对研究区域建立Mike21水动力模型；步骤2、根据研究区域实测水位数据对Mike21水动力模型进行率定；步骤3、对研究区域分别建立Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型，并将Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型与经过步骤2率定之后的Mike21水动力模型耦合，得到耦合模型。本发明公开的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，能够充分利用Mike21软件高效地模拟近岸海域水体交换规律。

Description

一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法

技术领域

本发明属于近岸海水环境模型构建技术领域，具体涉及一种模拟近岸海 水交换规律的耦合模型的建立方法。

背景技术

近岸海域水体交换是海洋海岸环境科学研究的一个基本课题，研究近岸 海域水体交换是评估近岸海域水体自净能力和维护海岸水环境的重要指标 和手段。近岸海域水体交换是一个复杂过程，影响水体交换的因素有许多， 例如潮汐、风、环流、波浪、以及污染物排放等人为因素都会对近岸水环境 水质造成影响，进而影响近岸水体交换。

研究近岸海域水体交换的方法主要有传统方法和数值模拟方法：传统方 法包括实测指示物质浓度法、箱式模型、实测的粒子追踪法，这些传统方法 需要在研究区域现场进行实验，长期观测，需要大量成本，耗时耗力，同时 受自然条件影响较大，实验意外性较高；数值模拟方法是指借助计算机技术 提出潮流场模拟技术和开发EFDC、FVCOM等模拟软件为模拟实验提供技术， 但数值模拟方法存在操作复杂、需求基础数据较大、限制因素较多等问题。

近年来，研究人员主要运用Mike软件对近岸海域水体交换规律进行模拟 研究，Mike软件是丹麦水资源及水环境研究所(DHI)开发的产品，其模拟 的准确性、方便性已经过实际大量工程验证，被水资源研究人员广泛认同。 Mike软件其中模拟二维河口和地表水体的Mike21软件被广泛应用于水资源 研究，但大多数的研究都只采用Mike21水动力模型(HD)进行研究，或简 单结合水质功能进行研究，未能将Mike21软件不同功能有效结合，充分发挥 软件功能。此外，在运用Mike软件对近岸海域水体交换模拟的过程中，存在 网格划分和模拟边界设定较为复杂、不利于模型建立、增加模型计算量等问 题，不利于高效地模拟近岸海域水体交换规律。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立 方法，能够充分利用Mike21软件高效地模拟近岸海域水体交换规律。

本发明所采用的技术方案是：一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的 建立方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对研究区域建立Mike21水动力模型；

步骤2、根据研究区域实测水位数据对Mike21水动力模型进行率定；

步骤3、对研究区域分别建立Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪 模型，并将Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型与经过步骤2率 定之后的Mike21水动力模型耦合，得到耦合模型。

本发明的特点还在于，

步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、采用非结构网格对研究区域整体进行划分，针对研究区域中 近岸区域采用较小的网格进行划分，得到研究区域网格文件；

步骤1.2、利用Mike21软件提供的潮汐预报工具箱对研究区域边界各节 点进行潮位预报；

步骤1.3、在Mike21软件中建立空白的Mike21水动力模型，将步骤1.1 中划分得到的研究区域网格文件和步骤1.2预报得到的边界潮位数据导入到 空白的Mike21水动力模型中，依据Mike21软件默认值设定空白的Mike21 水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初 始值，依据研究区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的 Mike21水动力模型。

步骤1.2中的潮汐预报工具箱的分辨率为0.125度。

步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、选定实测监测点，将实测监测点在Mike21水动力模型中对应 的位置确定为模型监测点，输出模型监测点水位数据，计算模型监测点水位 数据与实测监测点水位数据的均方根误差、相关性系数；

步骤2.2、比较实测监测点和模型监测点的水位数据的大小，若模型监 测点的水位数据高于模型监测点的水位数据，则降低Mike21水动力模型的 糙率或涡粘性系数，反之增大糙率或涡粘性系数，使得每次调整Mike21水 动力模型的糙率或涡粘性系数之后重新计算得到的均方根误差越来越小、相 关性系数不小于0.8，直至均方根误差、相关性系数随着调整趋于稳定值， 率定停止。

步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、建立Mike21物质传输模型，根据研究区域实测污染物浓度 设定Mike21物质传输模型浓度参数，Mike21物质传输模型其余参数采取 Mike21软件默认值，在研究区域内均匀设置监测点，作为Mike21物质传输 模型的输出；

步骤3.2、建立Mike21粒子追踪模型，在研究区域内平均设定Mike21 粒子追踪模型初始释放粒子数量，Mike21粒子追踪模型其余参数均采用默 认值，整个研究区域作为Mike21粒子追踪模型的输出；

步骤3.3、将步骤3.1得到的Mike21物质传输模型和步骤3.2得到的 Mike21粒子追踪模型与经步骤2率定后的Mike21水动力模型耦合，得到基 于Mike21软件模拟近岸海水交换规律的耦合模型。

本发明的有益效果是：本发明一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的 建立方法，通过针对近岸区域采用更小的网格划分，有效地降低了模型的计 算量；通过采用分辨率为0.125度的高分辨率全球潮汐预报工具箱对研究区 域进行边界各节点潮位预报，克服了研究区域边界设置的不便；采用Mike21 物质传输模型和Mike21粒子追踪模型与Mike21水动力模型进行耦合，能 够更加形象地模拟近岸海水交换情况，对预防水环境污染，治理水污染具有 重要的实际意义和应用价值。

附图说明

图1是本发明一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法的建立 流程图；

图2是布袋港放大图；

图3是布袋港网格划分图；

图4是布袋港近岸区域网格划分图；

图5是边界潮位预报图；

图6是实测潮位站位置示意图；

图7是Mike21水动力模型模拟结果图；

图8是布袋港监测点分布图；

图9是Mike21物质传输模型初始参数设置状态图；

图10是Mike21粒子追踪模型初始参数设置状态图；

图11是方案一的Mike21物质传输模型模拟结果图；

图12是方案二的Mike21物质传输模型模拟结果图；

图13是方案三的Mike21物质传输模型模拟结果图；

图14是方案四的Mike21物质传输模型模拟结果图；

图15是方案五的Mike21物质传输模型模拟结果图；

图16是方案一的Mike21粒子追踪模型模拟结果图；

图17是方案二的Mike21粒子追踪模型模拟结果图；

图18是方案四的Mike21粒子追踪模型模拟结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的具体建立流程如图1所 示，具体按照以下步骤实施：

具体按照以下步骤实施：

步骤1、对研究区域建立Mike21水动力模型；

步骤2、根据研究区域实测水位数据对Mike21水动力模型进行率定；

步骤3、对研究区域分别建立Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪 模型，并将Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型与经过步骤2率 定之后的Mike21水动力模型耦合，得到耦合模型。

步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、采用非结构网格对研究区域整体进行划分，针对研究区域中 近岸区域采用较小的网格进行划分，得到研究区域网格文件；

步骤1.2、利用Mike21软件提供的潮汐预报工具箱对研究区域边界各节 点进行潮位预报；

步骤1.3、在Mike21软件中建立空白的Mike21水动力模型，将步骤1.1 中划分得到的研究区域网格文件和步骤1.2预报得到的边界潮位数据导入到 空白的Mike21水动力模型中，依据Mike21软件默认值设定空白的Mike21 水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初 始值，依据研究区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的 Mike21水动力模型。

步骤1.2中的潮汐预报工具箱的分辨率为0.125度。

步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、选定实测监测点，将实测监测点在Mike21水动力模型中对应 的位置确定为模型监测点，输出模型监测点水位数据，计算模型监测点水位 数据与实测监测点水位数据的均方根误差、相关性系数；

步骤2.2、比较实测监测点和模型监测点的水位数据的大小，若模型监 测点的水位数据高于模型监测点的水位数据，则降低Mike21水动力模型的 糙率或涡粘性系数，反之增大糙率或涡粘性系数，使得每次调整Mike21水 动力模型的糙率或涡粘性系数之后重新计算得到的均方根误差越来越小、相 关性系数不小于0.8，直至均方根误差、相关性系数随着调整趋于稳定值， 率定停止。

步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、建立Mike21物质传输模型，根据研究区域实测污染物浓度 设定Mike21物质传输模型浓度参数，Mike21物质传输模型其余参数采取Mike21软件默认值，在研究区域内均匀设置监测点，作为Mike21物质传输 模型的输出；

步骤3.2、建立Mike21粒子追踪模型，在研究区域内平均设定Mike21 粒子追踪模型初始释放粒子数量，Mike21粒子追踪模型其余参数均采用默 认值，整个研究区域作为Mike21粒子追踪模型的输出；

步骤3.3、将步骤3.1得到的Mike21物质传输模型和步骤3.2得到的 Mike21粒子追踪模型与经步骤2率定后的Mike21水动力模型耦合，得到基 于Mike21软件模拟近岸海水交换规律的耦合模型。

本发明一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法的原理是：本 发明运用Mike21水动力模型模拟研究区域水体流动情况，在模拟时输出研 究区域水体流动方向，即流场向量，Mike21物质传输模型和Mike21粒子追 踪模型在Mike21水动力模型模拟的水体流动情况的基础上模拟污染物和粒 子随水流的扩散和移动情况，输出污染物浓度变化情况和粒子移动的最终位 置，从而模拟反映研究区域的近岸海水交换情况，有利于近岸区域预防水环 境污染，治理水污染。

以下以中国台湾布袋港为研究区域，模拟时长为2015年9月20 号到2015年10月5号，建立本发明的一种模拟近岸海水交换规律的 耦合模型，对布袋港近岸海水交换规律进行模拟。

如图2所示，布袋港位于中国台湾西南部嘉义县海岸，南面与好美寮湿 地相接，湿地东南方向与龙宫溪相接，龙宫溪上游来流与好美寮湿地、布袋 港以及外海海水进行交换，图2中虚线为龙宫溪流动方向。采用非结构网格 对布袋港及其临近区域进行划分，划分结果如图3所示，针对布带港近岸区 域采用较小的网格进行划分，划分结果如图4所示。利用Mike21软件提供 的分辨率为0.125度的高分辨率全球潮汐预报工具箱对布带港边界各节点进 行潮位预报，预报时长与模拟时长相同，其中以2015年9月25日的潮位预 报结果为例如图5所示，图5中有三张图，每张图上方标有WBC、SBC、 NBC，分别代表图2中布袋港三个方向的边界：西部边界、南部边界、北部 边界，每张图的横坐标表示边界模拟长度，纵坐标表示边界水位的高度，从 每张图上可以清晰地看出在模拟时长内布袋港边界水位的高度随边界模拟 长度的变化，布袋港西部边界的水位的高度随边界模拟长度的增加而降低，南部边界、北部边界水位的高度随边界模拟长度的增加基本不变，再将划分 得到的布带港区域网格文件和图5中潮位预报得到的边界潮位数据导入到 Mike21水动力模型中，依据Mike21软件默认值设定Mike21水动力模型的 浅水方程参数CFL(CFL-MAX.)、干湿边界(Flood and dry)、涡粘性系数 (Eddy viscosity)、糙率(Bed resistance)、科氏力(Coriolis)初始值，其中 浅水方程参数CFL、涡粘性系数(Eddy viscosity)、糙率(Bedresistance) 的默认值为单个数值，分别为0.8、0.28、32，以布带港区域内的塭港潮位站为实测点监测2015年9月20号到2015年10月5号之间的风力数据设定 Mike21水动力模型风力数据，Mike21水动力模型的各个参数设定具体结果 如表1所示，

表1

对建立好的Mike21水动力模型进行率定，选定布带港区域内的东石潮 位站、塭港潮位站为实测监测点，东石潮位站、塭港潮位站的具体位置如图 6所示，输出模型监测点水位数据，计算模型监测点水位数据与实测监测点 水位数据的均方根误差、相关性系数，每次更改糙率或涡粘性系数再进行模 拟，若模拟水位高于实测水位，则降低糙率，反之增大糙率，若模拟水位高 于实测水位，则降低涡粘性系数，反之增大涡粘性系数。每次更改模拟完成 后，计算均方根误差和相关性系数，对比监测点模拟结果与实测资料的吻合 程度，选取吻合程度最高，均方根误差最小和相关性系数最大的糙率、涡粘 性系数，Mike21水动力模型模拟准确性提高。

对Mike21水动力模型率定完成后，在模拟时长内，取东石潮位站335 个时间点的实测水位数据，取塭港潮位站311个时间点的实测水位数据，将 东石潮位站、塭港潮位站的实测数据和Mike21水动力模型的模型监测点输 出数据进行对比如图7所示，图7中横坐标代表模拟时长，纵坐标代表潮汐 水位，波浪线代表模型监测点在模拟时长内的输出水位数据，点集代表实测 水位数据，由图7可看出，实测监测点水位数据与对应的模型监测点水位数 据大致重合，计算模型监测点水位数据与实测监测点水位数据的均方根误差、 相关性系数，计算结果如表2所示，

表2

由表2可知，利用建立好的Mike21水动力模型对布带港的水位进行模 拟，模拟结果与实测监测点得出的结果有十分良好的一致性。在图7中，可 看出在2015年9月27～29日三天，模拟结果与实测监测点的水位大小量值 有些微误差，这是由于杜鹃台风过境所造成的天文潮与台风暴潮所导致的差 异性。总体模拟结果显示潮位的相关系数高达0.96与0.86，属于高度线性相 关，其均方根误差为0.1741以及0.4，显示模型监测点水位数据与实测监测 点水位数据十分吻合，建立的Mike21水动力模型满足模拟要求。

再建立Mike21物质传输模型，根据布带港区域的实测污染物浓度20 ppm设定Mike21物质传输模型浓度参数，Mike21物质传输模型其余参数 Dispersion采取Mike21软件默认值，在布带港区域内沿龙宫溪主要流动方向 均匀设置12个监测点，监测点分布情况如图8所示，M1、M2、M3、M4、 M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12代表设置的12个监测点，其 中，M1～M6靠近外海，M7～M9位于湿地中部，M10～M12远离潮口，这12 个监测点作为Mike21物质传输模型的浓度输出。

建立Mike21粒子追踪模型，在研究区域内平均设定Mike21粒子追踪 模型初始释放粒子数量为40个，Mike21粒子追踪模型其余参数均采用默认 值。

Mike21物质传输模型和Mike21粒子追踪模型的参数设定结果如表3 所示，

表3

Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型在设定好初始值时的状态 图分别如图9、图10所示，其中图9中深色部分为污染物初始设置范围，图 10中黑点为Mike21粒子追踪模型初始释放的粒子。

为充分研究布袋港近岸区域的水体交换情况，考虑上游河川流量和污染 物浓度对模拟结果的影响，设置五种方案进行模拟，因无上游龙宫溪具体资 料，故将模拟条件中的上游龙宫溪流量设为小流量1CMS和大流量10CMS 两种，上游龙宫溪携带污染物浓度设为20ppm。五种方案的模拟条件如表3 所示，

表4各方案的模拟条件

由表4可知，方案一假设不受上游的流量和污染物影响，方案二假设上 游的流量为小流量，受到上游污染物影响，方案三假设上游的流量为小流量， 不受到上游污染物影响，方案四假设上游的流量为大流量，受到上游污染物 影响，方案五假设上游的流量为大流量，不受到上游污染物影响。

Mike21物质传输模型的模拟结果受到上游流量和携带的污染物浓度的 影响，Mike21粒子追踪模型的模拟结果只受上游流量的影响，不受污染物 浓度的影响，故根据方案一至方案五的模拟条件给出方案一至五的模拟模型 如表5所示，

表5

由表5可知，Mike21物质传输模型模拟全部五种方案，由于方案二和 方案三都考虑上游小流量的影响，因此方案二和方案三在粒子追踪模型模拟 的结果相同，为避免重复模拟，Mike21粒子追踪模型只模拟方案二，由于 方案四和方案五都考虑上游大流量的影响，因此方案四和方案五在粒子追踪 模型模拟的结果相同，为避免重复模拟，Mike21粒子追踪模型只模拟方案 四，最终Mike21粒子追踪模型模拟方案一、方案二和方案四。运用方案一 至方案五的五种模型对布带港近岸海水情况进行模拟，模拟结果如图11至 18所示，其中图11至15分别为方案一至方案五中的Mike21物质传输模型 的模拟结果输出图，图16至18分别为方案一、方案二、方案四中的Mike21 粒子追踪模型的模拟结果输出图。

由图11可看出，采用方案一的模型，布带港区域内设置的12个监测点 的模拟结果：

(1)在模拟开始即2015年9月20号时，12个监测点(M1～M12)测 得的污染物浓度都处于20ppm以下，随着水体的往返运动，污染物浓度呈现 波动变化，总体呈现下降趋势。

(2)M1～M6由于靠近外海，污染物浓度随着时间迅速下降，在2015 年9月26号以后始终未超过5ppm，证明污染物已经被稀释。

(3)M7～M9由于位于湿地中部，污染物浓度随着时间降低较慢，M9 相对于M7和M8，其位置离潮口最远，污染物浓度降低最慢。

(4)M10～M12由于远离潮口，潮汐作用影响较小，污染物浓度下降速 度相比较其它监测点最慢，在2015年9月29号以后污染物浓度达到较为稳 定状态。

由图12、图13可看出，采用方案二、方案三的模型，布带港区域内设 置的12个监测点的模拟结果：

(1)无论是采用方案二或方案三的模型，河流小流量主要对靠近河口、 受潮汐影响较小的M10～M12监测点的污染物浓度有影响，对于远离河口的 M1～M9监测点的污染物浓度几乎无影响。

(2)由于河流不断补充污染物，从图12可看出方案二中河口处 M10～M12监测点的污染物浓度下降较慢，甚至后期污染物浓度呈上升趋势。

(3)从图13可看出，河流小流量清水对方案三中河口处M10～M12监 测点的污染物浓度影响较大，从2015年9月20号模拟开始时污染物浓度就 呈下降趋势，最终浓度低于10ppm。

由图14和图15可看出，采用方案四、方案五的模型，布带港区域内设 置的12个监测点的模拟结果：

(1)河流大流量可以有效地影响整个布带港区域的污染物浓度。

(2)由于河流不断补充污染物，由图14可看出方案四中各监测点污染 物浓度一开始下降后有所升高，位于湿地中部的M7～M9监测点污染物浓度 有较大波动，位于河口处的M10～M12监测点污染物浓度下降较慢，后期浓 度上升，最终污染物浓度稳定在初始浓度20ppm。

(3)注入大流量清水后，各监测点污染物浓度迅速降低，在2015年9 月26号以后湿地区域(M1～M12)整体内的污染物浓度已经明显低于5ppm 以下，说明河流河口加入10CMS流量对于整体湿地水动力的影响程度足以 加快整体水体交换速度，提高水体交换能力。

根据以上方案一至方案五的模型模拟结果，各方案中12个监测点15天 后的污染物浓度趋于稳定，各监测点位的污染物浓度平均值如表6所示，

表6

由表6可知：

(1)各方案中的M1～M9监测点的污染物浓度变化趋势基本保持一致， 均是随着离湿地近海口的距离越远污染物浓度越高，方案四中由于受大浓度 污染物注入的影响导致整体湿地内海水交换性不佳，相比于其他方案整体污 染物浓度普遍偏高。

(2)M7～M12监测点由于位于湿地中部不易受到潮汐作用，污染物浓 度迅速升高。

(3)河流清水对M10～M12监测点有重要影响，清水增加湿地水流动 能力并稀释了污染物浓度，导致靠近河口的M10～M12污染物浓度降低。

Mike21粒子追踪模型模拟结果的绘制采用将Mike21水动力模型模拟的 流场向量和Mike21物质传输模型模拟的浓度分布作为底图，结合Mike21 粒子追踪模型模拟的的粒子位置绘制在同一张图上，可同时提供更多的信息 以利解读，也比较容易对比其中的差异。方案一、方案二、方案四的Mike21 粒子追踪模型模拟结果如表7和图16至18所示，

表7

结合表7和图16～18可知：

(1)由图16～18可知三种方案流场向量的方向保持一致，在模拟结束 时，研究区域流场向量的方向整体为向北方向，在近岸部分向东北方向，在 外海部分向西北方向。三种方案中的粒子运动轨迹与Mike21物质传输模型 模拟的浓度传输扩散的趋势和Mike21水动力模型模拟的流场向量的方向十 分一致，模拟结果合理，从Mike21物质传输模型模拟的浓度传输扩散的趋 势可以看出布带港近岸区域污染物的变化趋势，从Mike21粒子追踪模型模 拟的粒子位置可以看出整个研究区域水流的最终流向。

(2)方案一剩6个粒子留在湿地区内，方案二增加上游河流，湿地内 水体间交换的动力得到增加，只剩4个粒子留在湿地区内，方案四受上游大 流量的影响，湿地内水体交换能力进一步提高，最终只剩2个粒子留在湿地 内。

本发明采用Mike21软件，对研究区域进行划分建立网格，采用潮汐工 具箱进行边界潮位预报，简化模型计算，基于Mike21水动力模型耦合Mike21 物质传输模型和Mike21粒子追踪模型，采用不同形式表征近岸海水交换情 况，Mike21物质传输模型表征污染物浓度的分布改变，Mike21粒子追踪模 型表征粒子位置的改变情况，以布袋港为研究区域，进行近岸海水交换模拟， 结果表明：

(1)湿地近海口处水体交换能力最强，河口处最差，上游来流对河口 处影响最大，对湿地中部和近海口影响较小。

(2)上游河流有效地帮助污染物向外海移动，提高了湿地整体水体交 换能力。

Claims (5)

1.一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对研究区域建立Mike21水动力模型；

步骤2、根据研究区域实测水位数据对Mike21水动力模型进行率定；

步骤3、对研究区域分别建立Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型，并将Mike21物质传输模型、Mike21粒子追踪模型与经过步骤2率定之后的Mike21水动力模型耦合，得到耦合模型。

2.如权利要求1所述的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、采用非结构网格对研究区域整体进行划分，针对研究区域中近岸区域采用较小的网格进行划分，得到研究区域网格文件；

步骤1.2、利用Mike21软件提供的潮汐预报工具箱对研究区域边界各节点进行潮位预报；

步骤1.3、在Mike21软件中建立空白的Mike21水动力模型，将步骤1.1中划分得到的研究区域网格文件和步骤1.2预报得到的边界潮位数据导入到空白的Mike21水动力模型中，依据Mike21软件默认值设定空白的Mike21水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初始值，依据研究区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的Mike21水动力模型。

3.权利要求2述的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，其特征在于，步骤1.2中的潮汐预报工具箱的分辨率为0.125度。

4.权利要求1所述的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、选定实测监测点，将实测监测点在Mike21水动力模型中对应的位置确定为模型监测点，输出模型监测点水位数据，计算模型监测点水位数据与实测监测点水位数据的均方根误差、相关性系数；

步骤2.2、比较实测监测点和模型监测点的水位数据的大小，若模型监测点的水位数据高于模型监测点的水位数据，则降低Mike21水动力模型的糙率或涡粘性系数，反之增大糙率或涡粘性系数，使得每次调整Mike21水动力模型的糙率或涡粘性系数之后重新计算得到的均方根误差越来越小、相关性系数不小于0.8，直至均方根误差、相关性系数随着调整趋于稳定值，率定停止。

5.权利要求1所述的一种模拟近岸海水交换规律的耦合模型的建立方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、建立Mike21物质传输模型，根据研究区域实测污染物浓度设定Mike21物质传输模型浓度参数，Mike21物质传输模型其余参数采取Mike21软件默认值，在研究区域内均匀设置监测点，作为Mike21物质传输模型的输出；

步骤3.2、建立Mike21粒子追踪模型，在研究区域内平均设定Mike21粒子追踪模型初始释放粒子数量，Mike21粒子追踪模型其余参数均采用默认值，整个研究区域作为Mike21粒子追踪模型的输出；

步骤3.3、将步骤3.1得到的Mike21物质传输模型和步骤3.2得到的Mike21粒子追踪模型与经步骤2率定后的Mike21水动力模型耦合，得到基于Mike21软件模拟近岸海水交换规律的耦合模型。