西山遮挡对滇池风生流影响的数值模拟

对于湖泊风生流的模拟,湖 面风场数据是决定精度高低的关键因素, 而湖泊周围的山地等复杂地势常常引起湖面风速风向的不均匀分布,致使湖流流态因地形因素而变化较大,本文建立了一个适合于湖泊区域的中小尺度三维过山气流数值模型,用以计算受山体遮挡的风场合沿水深平均的二维湖泊风生流数值模型模拟了实际地形条件下的滇池风生流,并与均匀风     

山体遮挡对滇池风生流的影响初探

用二维风生流数值模型模拟滇池湖流运动。滇池在主导风向西南风作用下,假定湖面风场是均匀的,数值模拟的湖流流态与实测湖流结果相差很大。而考虑山体遮挡影响,根据实测湖流期间现有的风情资料,在湖面上构造一非均匀风场,数值模拟结果与实测值基本一致。山体遮挡对滇池风生流的影响是不容忽视的。建议进一步进行湖流和湖面风向、风速监测,并建立过山气流数学模型,深入研究山体遮挡对湖泊风生流的影响。     

考虑垂直涡粘系数非均匀分布的太湖风生流准三维数值模型

本文在考虑垂向涡粘系数沿水深变化的基础上,采用准三维风生环流数值模式对稳定和不稳定风场作用下的太湖流场进行模拟计算,结果令人满意,从模拟结果的比较中可以得出：垂向涡粘系数沿水深变化对水位的计算影响不大,但对流速的垂向分布和底床切应力的计算有较大影响,因此,考虑垂向涡粘系数沿水深变化的风生流准三维数值模型可较好地模拟太湖三维风生流场。     

太湖水动力学三维数值试验研究─1.风生流和风涌增减水的三维数值模拟

本文建立了太湖风生流和风涌增减水的一个三维数值模型,该模型可对垂直方向进行多层次划分,且各计算网格点层数一样。模拟计算了１９９７年８月的１１号台风对太湖水位和湖流作用,用环湖六个水位站水位过程资料对模型计算出的水位进行了验证,并用太湖梅梁湖湾口的实测流速资料对模型计算出流场进行了校验。     

湖泊三维风生流隐式差分模型的研究

建立了湖泊三维风生流的隐格式差分模型,通过对该模型计算稳定性的分析发现,它的时间步长的取值具有较大的灵活性．该模型波用于武汉市墨水湖的民生流模拟,实例计算表明该模型计算结果合理,能较好地反映湖泊风生流的流态特征．     

波浪和风生浪流作用下的近岸海底泥沙运移模型的推广和应用

本文利用数值计算和经验公式相结合的方法,获得了在波浪和风生流和波浪共同作用下海底泥沙输移的二维模型.在此基础上,讨论了海底泥沙输移在风速、风向和泥沙粒径不同等三种情况下的变化特征;指出了经验公式对泥沙输移规律的适用范围以及风速、风向对于近岸处泥沙输移重要性.这一研究结果对近岸结构物的选址设计具有实际应用价值.     

太湖风生流的三维数值模拟

建立了太湖三维风生流数值模型,并用差分法求解;垂直方向上采用了坐标变换技术,把任一节点的水深转换成无量纲水深,从而有效地消除了因风力作用造成的自由水面波动和湖底不规则的影响;水平面上采用锯齿网格处理,对于四周以闭边界为主的湖泊水域,显得比较合理。计算结果表明,湖泊风生流沿垂直、水平方向都有较大变化,流向上下、水平也并不一致,这是湖泊水流区别于其它水域水流之所在。计算模拟显示所建模型的有效性和可操作性。     

长江倒灌对鄱阳湖水文水动力影响的数值模拟

倒灌是发生在湖泊与周围水体交汇处的一个重要物理过程,对湖泊水文水动力与水环境带来严重影响或干扰,进而对湖泊水质产生重要的影响或控制作用.本文采用统计方法和二维水动力-粒子示踪耦合模型来分析倒灌物理成因、倒灌发生判别与指示以及倒灌对鄱阳湖水文水动力的影响.统计表明,流域"五河"入湖径流、长江干流径流情势以及两者叠加作用均是倒灌的影响因素,但长江干流径流情势是影响或者控制倒灌频次与倒灌强度的主要因素."五河"来水与长江干流的流量比可用来判别与指示倒灌发生与否.当流量比低于约5%时,倒灌可能发生且最大发生概率可达25%;当流量比高于10%时,倒灌发生概率则低于2%.水动力模拟结果表明,倒灌对湖区水位与流速的影响向湖区中上游逐渐减弱,湖泊水位和流速受影响最为显著的区域主要分布在贯穿整个湖区的主河道,而浅水洪泛区的水位和流速则受倒灌影响相对较小.倒灌使得湖泊空间水位提高约0.2~1.5 m,湖泊主河道的流速增加幅度可达0.3 m/s.粒子示踪结果表明,倒灌导致湖区水流流向转变约90°~180°,倒灌导致的水流流向变化能够使湖区大部分粒子或物质向上游迁移约几千米至20 km,且粒子在下游主河道的迁移距离要明显大于中上游洪泛区.     

鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力影响的模拟

水流情势变化是河湖生态系统演变最主要的驱动力,拟建的鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力会产生何种影响是一个值得深入研究的问题.本研究基于EFDC模型构建了鄱阳湖水动力的二维模型,并按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程调度方案,通过丰平枯典型年份的情景模拟,探讨了鄱阳湖水利枢纽工程运行调度方案对湖泊水文水动力的可能影响.模拟结果表明:不同情景年型鄱阳湖水利枢纽工程低枯水位生态调节期(12月1日至3月底4月初)中11 m控制水位对该时期湖泊平均水位的抬升程度明显,2010年(丰水年)11 m控制水位对枯水期湖泊平均水位的最大抬升为2.59 m,2000年(平水年)枯水期湖泊的平均水位最大抬升为2.68 m,而2004年(枯水年)枯水期湖泊的平均水位最大抬升为4.35 m.枯水期水位的抬升,使不同年型不同湖区的枯水期平均流速、最大流速和最小流速都有不同程度的减小,其中以入江河道为最,2000年和2010年枯水期平均流速降幅在44%以上,2004年(枯水年)枯水期的平均降速范围在50%以上,而对两大保护区的影响则较小.对流场格局的影响方面,主要表现在有枢纽时由于低枯水期的11 m水位控制,棠荫以北尤其是入江河道的流场与无枢纽时的流场表现出明显的不同;棠荫以南的湖区,当赣江中支和赣江南支的来水较大时,在棠荫附近及松门山以南的湖区会呈现出较大的水面.同时由于枯水期的水位抬升和流速减小,水利枢纽工程对湖泊换水周期的作用明显,不同年型的换水周期都受到不同程度的影响,2004年枢纽控水过程使控水期间的平均换水周期增加了5.6 d,影响程度达26.1%;模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对鄱阳湖水文水动力的影响程度,为进一步定量分析鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水质和生态系统演化及其可能造成的影响提供必要的基础支撑.     

近30年洞庭湖季节性水情变化及其对江湖水量交换变化的响应

江湖水量交换的变化影响着通江湖泊洞庭湖的水情,进而影响湖区社会经济及生态的可持续发展.以洞庭湖城陵矶站、南咀站以及长江干流宜昌站、螺山站1981-2012年逐日水位、流量观测数据为基础,采用单位根检验、方差分析和水位-流量绳套曲线等方法对洞庭湖季节性水情变化特征进行提取,并探究江湖水量交换变化对其产生的影响.研究表明:近30年来洞庭湖水情呈阶段性特征,与相对稳定的1981-2002年相比,2003-2012年湖泊水位总体呈下降趋势,年均水位下降0.43 m;枯、涨、丰、退水期各季水情变化特征为:2003年以后洞庭湖丰水期水位平均下降0.60 m,呈现出"高水不高"现象;退水期水位平均下降1.49 m,退水加快;枯水期水位略有上升,平均上升0.18 m;涨水期水位变化不明显.湖泊退水期水位降幅最为明显,尤其是10月大幅下降,平均下降2.03 m,有提前进入枯水期的趋势.水情变化与江湖水量交换变化密切相关:丰水期,三口(松滋、太平和藕池)分流量减小在一定程度上降低湖泊水位;退水期,三口分流量减小叠加城陵矶出口长江水位下降对洞庭湖产生拉空作用,湖泊出流加快水位被拉低;枯水期,主要是1 3月,城陵矶出口长江水位上升对湖泊顶托作用增强,湖泊出流减缓水位略有抬升.     

大气-水耦合模式下三维太湖湖流场研究

利用太湖区域的大气边界层三维数值模式和三维水动力学数值模式,采用气-水耦合方法,对太湖的风生流特征进行了深入研究。结果表明,太湖区域大气边界层风场具有明显的时空变化特征,与均匀定常风作用下的太湖流场相比,大气-水耦合模式下太湖流场变化较大,形成稳定湖流场所需的时间也较长。三维模式计算出的流速值明显比二维模式大(表层约大一倍,整层平均约大50％),且与实际观测值符合较好。故即使对于像太湖这样的浅水湖泊,三维水动力学模式的应用仍然是很必要的。模拟结果中还发现湖流的上下流矢有时出现非常大的切变,甚至达到了180°。由于浅水湖中仍存在两个边界层(水-气和水-土),故浅水湖中存在流矢的巨大切变是可能的。     

典型风力条件及水力调度下太湖藻华高频时空动态监测

湖泊藻华问题已成为全球水生态环境领域面临的长期挑战,风力条件变化和引调水工程的水力调度能改变湖体水动力结构,对藻类的生长和聚集过程产生影响,进行该过程的精细化监测和机制分析对于湖泊藻华预报预警和应急处置具有重要意义。本研究基于Hiamwari-8/AHI卫星遥感高频监测数据,对比分析了归一化差异植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和浮游藻类指数(FAI) 3种不同指数对太湖藻华的反演效果,开展了典型风力条件下和水力调度下太湖藻华生消过程的持续监测分析。结果表明,FAI对藻华区域和非藻华区域的区分更加明显,其阈值提取的藻华面积与基于MODIS图像解译的藻华面积的相对误差最低,为-2.27%。当营养盐充足且水温持续保持在蓝藻大量生长增殖的阈值以上时,风力条件是导致太湖藻类迁移聚集的关键因子,风向主要影响藻类的水平迁移,使其进行方向性迁移并逐渐形成大面积藻华区域。风速主要影响藻类的垂向迁移并存在临界阈值,当风速低于约2.5 m/s的临界风速时,藻华面积随风速增加而增加;当风速高于临界风速时,藻华面积随风速增加而降低。水力调度对距离较近的贡湖湾区域具有显著影响,主要通过水动力扰动来影响...     

太湖藻类水平漂移特征及其影响因素

采用原位观测平台,研究分析了太湖竺山湾风速、湖流流速、波高以及藻类水平漂移特征及其影响因素,结果表明日间藻类水平漂移速率呈锯齿式交替特征,日内藻类水平漂移速率变化幅度大;藻类水平漂移速率与风速之间呈显著线性正相关;当0.02 m < 有效波高 < 0.1 m时,藻类水平漂移速率与有效波高呈显著线性负相关,当有效波高 > 0.1 m时,波浪会显著改变藻类运动方式,破坏藻类表层聚集形态;湖流对藻类水平漂移速率无显著性影响;藻类水平漂移方向受湖流流向和风向的共同作用;藻类水平漂移速率与风速、波高、湖流流速间关系可用多元线性方程表达,且拟合度良好,可为藻类水华预测模型构建提供依据.     

太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.     

定常风对鄱阳湖水动力的影响

鄱阳湖属大风区,风场作为仅次于流域"五河"倾泻和长江顶托作用的另一重要驱动力,或在某些时刻影响局部区域的水流结构,进而影响局部水体中泥沙、污染物、营养盐等物质的输移和扩散.基于鄱阳湖二维水动力数学模型,模拟定常风场条件下的鄱阳湖流场分布及环流形式,并与无风条件下的水流时空结构进行对比.结果表明:3.03 m/s的NE向和SSW向定常风对湖泊水位影响微弱;对流速的影响主要集中在7月中旬至9月底的"湖相"期;其影响区域主要分布在湖区中部大湖面偏西岸及东部湖湾,约占湖泊最大水面积的16%;上述区域出现明显环流,环流结构具有时空异质性特点,环流区流速普遍增至无风时的两倍以上;NE向和SSW向风场产生的环流位置相近,方向相反.相比于以往鄱阳湖水动力研究中对风场的忽略,本次研究揭示了定常风场对鄱阳湖的重点影响区域、影响程度及影响形式,可为泥沙及污染物输移模拟中对风场条件的处理及可能带来的误差与误差的空间分布提供重要依据.     

太湖不同湖区底泥悬浮沉降规律研究及内源释放量估算

太湖是一个大型浅水湖泊,湖湾、沿岸及湖心等区域受地形影响,湖流结构及水土界面水力要素均有显著差异.针对目前对不同湖区底泥再悬浮规律差异性研究的缺失,本研究选取了3个具有代表性的点采集太湖底泥,采用矩形水槽开展底泥再悬浮模拟实验,并结合太湖二维水量水质模型及太湖全年实测数据,建立了不同湖区底泥再悬浮通量与风速之间的定量关系;通过室内静沉降实验,得到了静沉降通量与风速的相关关系;最后将底泥再悬浮实验结果参数化应用于太湖二维水量水质模型中,并对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,估算太湖全年内源释放量.结果表明:太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,太湖全年进入水体的净底泥量有47.81×104t,夏季最大,冬季次之;就营养物质释放量而言,COD约为2.06×104t、总氮约为1149.05 t、总磷约为564.35 t,其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

洪泽湖和淮河入洪泽湖河口的形成与演化

根据历史文献资料和前人研究成果,对洪泽湖和淮河入洪泽湖河口及三角洲的形成与演化进行了探讨。结果表明,洪泽湖是明,清两代治黄,保运工程的产物和组成部分,现代洪泽湖主要形成于１７世纪的靳治水时期,其形成后百余年中湖水位变化总趋势是不断上升,同时具有大幅度的年内年龄变化。     

太湖波浪数值模拟

在太湖实际波浪观测的基础上,采用率定验证后的第三代动谱平衡方程,考虑实际水底地形、波浪折射、浅化、反射、破碎、湖流等条件下,对太湖波浪进行数值模拟,研究太湖波浪的主要影响因素.结果表明:SWAN模型可以较好地模拟风作用下太湖风浪的生成和传播过程,模型在太湖应用是合适的;波高、波长、波周期等波浪参数在太湖的分布与风速、风向、水深等因素密切相关;在相同风向、不同风速情况下,太湖波浪发展至稳定状态的时间不一样;在不同风向,相同风速持续作用下,有效波高达到稳定的时间差不多,变化趋势也比较相同.说明波浪的发展不光取决于风速的大小,还同风的持续吹的时间和风区长度有关.