EEMS 软件应用案例：从盐度建模到栖息地决策

引言

海平面上升和航道加深工程可能加剧沿海河口的盐水入侵，从而随时间推移重塑河口栖息地。在本案例研究（位于佛罗里达州的下圣约翰斯河河口）中，我们使用 EFDC+ 和 EFDC_Explorer 建模系统（EEMS）完成了以下两项工作：

1. 模拟长期盐度入侵趋势；

2. 将模拟盐度格局转化为对沉水植被（SAV）和湿地具有可编辑性的栖息地指标。

完整的技术细节——包括模型设置选项、校准/验证时段及性能表格——已发表在论文《河口盐度入侵及其对水生栖息地的影响：佛罗里达州下圣约翰斯河河口案例研究》（Mathis 等，2019）中。

模型构建

DSI 使用 EEMS 开发了三维水动力+盐度模型，并通过 EFDC+ 运行模拟。模型范围从开阔海洋（佛罗里达州梅波特港近海约 25 英里）向上游延伸约 120 英里到乔治湖和月牙湖。模型包含 19,882 个网格单元，4 个垂直层为上限。采用 Sigma-Zed（SGZ）垂直分层方法，使较深区域具有适当的垂直分辨率，同时保持大型长期模拟的计算效率。模型网格信息如下：

结果一：识别盐度入侵的驱动因素

通过生产运行结果，我们追踪了 2 ppt 等盐线随时间向上游移动的距离，分析了盐度入侵的上游范围。在生产时段内，2 ppt 等盐线通常位于河口上游约 20 到 80 英里处，提供了一个可在不同情景间进行比较的直观“入侵范围”指标。上游淡水入流与 2 ppt 等盐线位置呈负相关——当上游有强淡水输入时，2 ppt 等盐线被向下游推进，尤其是在风暴时段（灰色条带）。统计上，淡水入流与入侵范围的相关系数蕞高（R² = 0.5），而风速和区域潮汐强迫的相关性较弱（R² < 0.1），这有助于将情景测试聚焦于极可能产生显著影响的驱动因素。

结果二：将盐度转化为栖息地指标

具有决策实用性的步骤是将盐度场转化为与栖息地随时间的响应方式相匹配的简单暴露指标。我们选择了一组代表现有和潜在沉水植被床的沿岸单元，并采用保守的 90 天滑动平均值计算超过盐度阈值的每日面积。研究中使用的阈值为 3、5、10、15 和 25 ppt，将复杂的三维模型结果转化为简洁的“多少面积暴露，暴露频率如何”的汇总信息。

对于湿地，我们根据每日高潮盐度值超过 1 ppt 的百分比将岸线单元分类为潮汐沼泽（<12%）、过渡带（12–25%）和潮汐湿地（>25%）。生产运行结果显示，缓冲淡水湿地免受长期盐度增加的过渡带相对较窄。随着杰克逊维尔周边湿地栖息地持续受到开发影响，上游入流量的变化或入流成分的变化可能对这些水生生态系统的长期可持续性产生重要影响。

用户参考价值

本案例研究展示了如何借助 EFDC_Explorer 建模系统（EEMS）在基于物理过程的模拟与栖息地管理之间建立桥梁。一旦模型完成校准，即可作为比较不同管理方案和未来变化情景（如流量变化、海平面上升、航道调整）的基准，使用一致的入侵范围和栖息地压力/超标指标进行评估。实际编辑中，这意味着您可以按照类似的工作流程，从“盐度的行为如何”进阶到“哪些区域在何种情景下、以何种频率超过阈值”。