太湖水动力学三维数值试验研究——4.保守物质输移扩散

物质输移扩散规律是大型浅水湖泊水质变化机理研究的重要内容,对湖泊水环境的管理具有重要的现实意义,本文在太湖湖流三维模型研究成果的基础上,创建了太湖保守物质输移扩散三维数值模型,并用之模拟了1997年冬季1～2月太湖总磷含量的变化,计算结果表明,模型计算值与观测值吻合,本文所建的保守物质输移扩散模型,可用于冬季太湖营养盐含量时空变化的计算。     

太湖水体的总磷分布及湖流对其影响的数值研究

用数值模拟的方法研究了太湖水体中ＴＰ分布特征及湖流对其影响,推导,建立了包括平流,水平扩散,沉降和底泥释放的浅水湖泊中污染物浓度分布计算的二维迎风有限元数值模式,并在给定若干点源条件下计算各种稳态流场下太湖水体中的ＴＰ分布。     

基于水质改善目标的太湖适宜换水周期分析

准确估算换水周期对于研究湖泊水体化学、生物变化以及污染物迁移、扩散、转化有着重要意义,换水周期是湖泊的一个重要环境参数.根据2010年实测水文、气象和环湖水量、水质条件,建立3组情景模式:第1组为实况方案,第2组是环湖水量倍比缩放方案,第3组为望虞河水量倍比缩放方案.采用EcoTaihu模型模拟3组情景模式下太湖及各湖区营养盐状况,并根据实测结果对模型进行校验.模型计算结果表明:在2010年太湖水文、气象条件下,150~160 d换水周期条件下太湖氮、磷浓度最低,即太湖适宜换水周期为150~160 d.     

日本琵琶湖流域大气边界层的三维数值模拟

本文在地形坐标下引入一种水平导数差分近似方法,建立一个适合日本琵琶湖复杂地形、满足静力平衡条件的三维非定常大气边界层数值模式。在弱的背景风场下,模式加入了琵琶湖流域的实际地形,计算结果表明:模式运行十分稳定,且占机内存小,节省计算时间,同时模式还做了流域地形、湖泊本身存在与否等因子对边界层风场影响的数值试验。在强的背景风场下,模式加入了经过适当平滑的琵琶湖流域地形,得出了一些有益的看法。     

水环境研究新对策国际学术会议(Answer’97)于1997年7月20─25日在无锡─南京举行

为改善太湖水质，探索水环境研究新对策，1997年7月20－25日，由中国科学院南京地理与湖泊研究所与日本关西水圈环境研究机构联合主办的水环境研究新对策国际学术会议（Answer’97）在无锡一南京市举行。会议得到国际湖泊环境委员会、国际生态工程学会、国际生态模拟学会及中国、日本、加拿大、美国等国家21个有关机构的支持。来自18个国家和地区的120多位学者参加了会议。会议共收到学术论文98篇，其中大会交流49篇。会议的主题是：“我们如何能把湖泊与河流从环境不断恶化的困境中拯救出来？”。会议就中国太湖、日本琵琶湖、俄罗斯贝加…     

基于质量平衡的太湖氮、磷自净能力计算

以太湖为研究对象,利用2010年实测的进出太湖的水量和水质资料计算了太湖水体自净能力,在分析河道入湖、降雨、调蓄量等入湖水量水质基础上,探索了基于质量平衡原理的太湖总氮、总磷自净能力计算方法.结果显示,通过考虑出入湖负荷量的方法得到太湖总磷和总氮的自净率约为48%和42%,采用基于质量平衡原理得到太湖总磷和总氮的自净率分别约为52%和49%.另外,还分析了这两种方法的优缺点,提出进一步研究太湖自净能力的工作方向.     

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。     

2015-2016年环太湖河道进出湖总磷负荷量计算及太湖总磷波动分析

太湖流域水环境综合治理力度空前,太湖总磷浓度却于2015、2016年重回升势,蓝藻大面积暴发情况也未得到有效遏制.本文从2015和2016年环太湖河道的进出太湖水量、总磷负荷量计算入手,结合雨情、水情、太湖调蓄以及人为影响等各方面因素,分别开展水量和总磷负荷质量的平衡分析.在此基础上,结合20102017年环太湖河流多年平均进出太湖总磷负荷量对比,分析太湖总磷的外源、内源变化趋势及来源,探讨2015和2016年太湖总磷升高的原因及控制重点方向.结果表明,2015和2016年为太湖流域丰水年,尤其是2016年发生特大洪水,太湖年内最高水位达4.87 m,仅次于1999年的4.97 m的历史最高水位.2015和2016年大量外源总磷负荷进入太湖,其中环太湖河道带入的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的66.8%和74.2%,成为进入太湖的总磷负荷的主要外源;加之,2015年太湖水生植物收割造成当年沉水植物面积较上年同期下降88.7%,水生植物骤减导致对磷的吸收转化能力下降,滞留在湖体中的总磷负荷量占年度太湖总磷负荷总量的21.5%和27.5%,成为影响太湖水体总磷浓度的重要内源.太湖总磷浓度升高又为太湖蓝藻暴发进一步提供了营养盐基础,亟需强化太湖总磷源头的控制、减少总磷入湖总量.     

用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例

湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm.     

日本琵琶湖表面定振波的计算

利用水动力学方程对口本琵琶湖表面定振波进行了计算和分析,结果表明其主要周期约为69．5min,另外,利用实测水位资料,采用最大熵谱法进行分析,得到了主要周期约为68min,两者吻合很好。     

不同水动力扰动下太湖沉积物的悬浮特征

利用2002年7月及2003年4月分别在太湖乌龟山和梅梁湾的水动力观测资料,计算了波浪和湖流产生的湖底切应力,分析了二者对太湖沉积物悬浮的不同贡献.结果发现,在小扰动情况下,流切应力大于波切应力,但不能引起沉积物的悬浮;在强扰动情况下,底流对沉积物悬浮的影响可以忽略,且扰动越强,其作用越小,而波浪的影响却愈加突出;在中等扰动下,二者的相互作用产生沉积物的悬浮,但波浪的作用较为显著.该结论能为计算太湖水体悬浮物浓度和动态内源释放提供重要的参考依据.     

Vertical mixing in Überlinger See,western part of Lake Constance

Depth variable vertical eddy diffusion coefficients for heat (K _z) were calculated from continuously measured temperature profiles in Überlinger See (western part of Lake Constance). The temperatures were averaged over vertical intervals of 10 m yielding 14 discrete values (maximum depth of Überlinger See: 147 m). A linear fit from 10 June to 29 September 1987 was used to smooth the significant temperature fluctuations caused by internal seiches of Lake Constance.Assuming horizontal homogeneity for the smoothed data the Gradient-Flux-Method was applied to compute vertical diffusion coefficientsK _z at different depths using the depth variable volumes and surfaces of the 14 layers. The resulting mean diffusion coefficients for the period from June to September are 0.04 cm²/s near the thermocline and up to 0.8 cm²/s in deeper strata (accuracy: ± 50%). It is shown that horizontal mixing between Überlinger See and Obersee (main lake) alters the computation ofK _z by less than 50%.A relationship betweenK _z and stability (Brunt-Väisälä) frequencyN is found which corresponds well to the theory of internal wave induced turbulence.Combining the diffusion coefficients with measured phosphorus profiles, a phosphorus flux from the hypolimnion to the epilimnion of (0.7 ± 0.4) mg P m^–2 d^–1 was calculated, corresponding to about 20% of the average external loading per area of Lake Constance in 1986.     

洪泽湖、骆马湖、南四湖径流丰枯遭遇分析

依据洪泽湖,骆马湖,南四湖径流量资料,对湖泊历年不同时期径流进行丰枯评述。统计分析了洪泽湖,骆马湖,南四湖年径流,汛期径流,、枯情况,提出了洪泽湖,骆马湖及洪泽期,南四湖各种时期情况下水量丰或枯的遭遇频次。     

太湖定振波的初步研究

初步分析研究了太湖定振波的变化规律,结果表明:(1)东、西太湖有各自的振动周期,东太湖变化范围在181—292min,平均为243min;西太湖在120—540min,平均为400min。(2)观测到的最大振幅(1/2波高)为120—130mm。(3)用差分法对定振波的特征值进行了近似估算,其周期误差为20min。(4)定振波引起的湖流相当大,当振幅为100mm时,最大流速可达±20cm/s。(5)定振波振幅的突变与气压场、风场和降水分布不均匀并在短期内发生突变有关。     

太湖湖体水环境容量计算

针对太湖风生流的特点,提出考虑风向风速频率修正及污染带控制的水环境容量计算方法,建立了太湖水量水质数学模型,并结合水文水质资料对流场和浓度场进行模拟和验证.在控制单个污染带面积为1～3 km2,污染带总长度为湖岸线长度10%的基础上采用该方法进行计算,计算结果更可靠.太湖CODcr的水环境容量为132727 t/a,TN的水环境容量为7700 t/a.     

直湖港、武进港关闸对太湖竺山湖水环境影响

建立了太湖风生流水量水质数学模型,并结合该地区的水文特征和实测数据,对流场和浓度场进行了模拟和对比.以竺山湖为研究区域,定量分析了直湖港、武进港关闸情况下不同风向以及不同污染物排放量对竺山湖水环境的影响,并计算了各种治理措施的改善效果.结果表明:采用太湖水量水质数学模型得到的太湖流场、浓度场计算值与实测值均相差不大,水量是污染物对竺山湖水环境影响的主要因素,而风向作用不明显;从雅浦港引水需约16d使竺山湖水质逐渐得到改善并最终稳定,同理从太滆运河引水需约25d.     

太湖水质变化趋势及其保护对策

通过对１９８０￣１９９４年太湖水质监测资料的分析,研究了太湖水质现状及其变化趋势,探讨了太湖水质污染原因及太湖富营养化的成因机制,提出了太湖水质保护及富营养化防治的对策、措施与建议。     

根据生物指标区分东太湖和西太湖

The methods and analytical results for distinguishing lake types of East Taihu Lake and West Taihu Lake by biological markers were dealt in this paper.     

太湖水环境面临的主要问题、研究动态与初步进展

本文对太湖水环境研究作了一个简单的回顾,指出了这几十年工作所取得的成就,如太湖进出污染物调查和水质评估,太湖水体光辐射观测与模拟等,结合国家有关主湖治理措施与方案,提出了“九五”工作应该着重在湖泊生态管理模型,水土界面主蓝藻水华爆发机制等领域,通过对当前国际上在这些领域中研究进展情况的回顾,特别介绍了在湖泊水动力学的观测,解释,模拟和应用方面,在湖泊藻类生长以及水结出现与湖泊光照条件,营养盐水平的     

滆湖磷迁移过程的研究(一)——磷迁移模型的建立

通过滆湖磷的来源途径(入湖河道、湖区径流、湖面沉降、养殖技饵、底泥释放)和湖体各要素(水体、浮游植物、大型水生植物、鱼类等)中磷迁移过程调查资料的分析,建立了描述磷在上述各要素中迁移过程的数学模型.经实测资料验证,模型的计算值与实测值的平均相对误差在9.9%-18.6%.基本反映了磷的迁移过程及动态变化规律,对该湖磷浓度预测及磷资源合理利用具有重要的意义.