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。     

太湖梅梁湾水动力及相关过程的研究

太湖是位于长江下游的一个大型水湖泊,水动力过程和要素对浅水湖泊的环境演化有着复杂和深远的影响,本文基于１９９８年开展的有关太湖梅梁湾的水动力过程的野外调查结果,总结了梅梁湾在夏季盛行风向条件下湖流特征,发现了梅梁湾在夏季偏南风条件下,表层湖流以顺时针环流为主要特征,但在湾内靠近梁溪河口地区,流场受地形影响而有所不同,反映在叶绿素浓度和总磷、总氮浓度分布上,因受湖流影响较大而富集在梁溪河口周转,即偏     

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、琵琶湖中水平扩散系数的探讨

根据１９９２年和１９９３年在太湖和日本琵琶湖观测到的长序列湖流资料,依据Ｔａｙｌｏｒ扩散理论计算了太湖和琵琶湖中的水平扩散系数,计算结果与通过浓度扩散方程计算基本一致。     

《太湖地区湖泊水面蒸发》

《太湖地区湖泊水面蒸发》是毛锐、高俊峰著,科学技术文献出版社出版的有关水面蒸发的专业参考书。本书由著名水文学家、河海大学校长梁瑞驹教授审定、作序并热情推荐。 本书主要根据观测实验资料,分析、总结出湖泊水面蒸发规律,然后在整个地区推广应用。本书的主要特点是:1.根据太湖地区长期观测资料,首次全面、系统地总结了湖泊水面蒸发研究的理论和实践成果,将全国有代表性的蒸发站点和不同类型的地区进行了对比分析,既突出了蒸发的地域性又兼顾了共理论和方法上的普遍性;2.全书不仅注重理论研究,更注重于实际应用。书中介绍了各种方法的具体应用,以及不同水域环境(清水面、污水面、热水面、水草水面等)蒸发的处理方法;3.此书是在长系列实验资料和长时间研究的基础上撰写而成。书中许多宝贵资料和成果都是第一次公布,材料十分丰富,立论依据充分,是一本难得的既全面、又系统的蒸发研究专著。     

水动力条件下太湖透明度模拟研究

根据太湖实测资料分析得到了太湖悬浮物浓度和透明度之间呈现明显的反比关系, 归纳总结了以往研究成果中建立的太湖透明度与悬浮物浓度之间的关系, 说明可以通过模拟太湖悬浮物来反映太湖透明度的变化规律. 实测资料表明, 不同水深处的悬浮物浓度与风速的变化趋势大致相近, 风速越大, 悬浮物浓度越大. 太湖波浪、湖流与悬浮物浓度均呈现正相关关系, 悬浮物浓度随着波浪和湖流的增大而增大, 但波浪是影响底泥再悬浮的主要因素, 流速次之. 建立了太湖湖流、波浪和悬浮物耦合的数学模型, 在悬浮物模型中考虑了波浪和湖流的综合影响. 并将床面层附近底泥的起悬量和沉降量分开处理, 考虑了近底水流中湍流脉动的随机特性, 引入了底泥起悬条件. 模型清楚地反映出了悬浮物中的底泥颗粒与床面层内运动底泥及床面活动底泥发生相互交换过程中的两个方面. 模拟结果表明太湖悬浮物沿岸区域受湖流的影响较大, 湖心区域受波浪影响较大. 利用该模型, 模拟了太湖悬浮物和透明度的变化规律, 模拟结果被实测值较好验证, 说明所建立的模型是基本合理的, 可用来进行太湖透明度的模拟和预测.     

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。     

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     

太湖水动力学三维数值试验研究─2.典型风场风生流的数值计算

本文用垂直谢匀分五层,水平网络蹁为１ｋｍ的压缩σ坐标系下的三维数值模型,计算了太湖典型风场ＳＥ,ＮＷ,ＳＷ风生流,分析了太湖湖流及由各层流场平均得到的整层平均流肪在这三种典型风场作用下随时间的演变特征,探讨了风应力,水面倾斜压强梯度力,湖底摩擦力三者对湖流垂直结构的影响,初步揭示了太湖湖流垂直结构形成的机理。     

前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅梁湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.     

Prior wind field induced hydrodynamics and its influence on cyanobacterial bloom in northem bays of Lake Taihu, China

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅粱湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.     

1958-2017年太湖蒸发量年际变化趋势及主控因子

湖泊蒸发对气候变化非常敏感,是水文循环响应气候变化的指示因子,因此研究湖泊蒸发的控制因素,对于理解区域水文循环有重要意义.本文利用太湖中尺度涡度通量网避风港站观测数据校正JRA-55再分析资料,驱动CLM4.0-LISSS模型,并利用2012-2017年涡度相关通量数据和湖表面温度数据检验模型模拟蒸发结果,验证了该模型在太湖的适用性;估算了1958-2017年间太湖的湖面蒸发量,并利用Manner-Kendall趋势检验分析了湖面蒸发的变化趋势,寻找太湖实际蒸发的年际变化的主控因子.结果如下:校正后的JRA-55再分析资料模拟的太湖蒸发与观测值之间存在季节偏差,但是季节偏差在年尺度上相互抵消,再分析资料可用于年际尺度太湖蒸发变化的模拟;1958-2017年间太湖蒸发量以1977年为界,先下降(-3.6 mm/a),后增加(2.3 mm/a);多元逐步回归结果表明,向下的短波辐射是太湖1958-2017年间太湖蒸发变化的主控因子,向下的长波辐射、气温、比湿也对湖泊蒸发年际变化有一定影响,但是风速对蒸发量的年际变化影响不大.     

ADP在太湖沉积物再悬浮分析中的应用

分析太湖的悬浮物浓度时,使用传统的过滤与称重的方法,难以在短时间内取得大量的数据,并且进行大范围调查时困难较多,特别是在计算悬浮物浓度随时间的变化率时,根据导数的定义其时间间隔应足够小,此时上述方法显然难以得出较为准确的结果．本文从声学后散射原理出发,通过对声学多普勒三维流速仪(ADP)所接收的回声强度在传播距离上的校正,得出了当悬浮物粒径组成较为稳定时,该强度能反映水体中悬浮物浓度(SSC)的结论,并基于2002年在太湖乌龟山的一次为期一周的湖流观测结果,分析了经校正后的回声强度与太湖中悬浮物浓度间的指数相关关系,通过实测资料对上述关系进行了验证,结果表明该经验公式适用于太湖,其回声强度的变化能反映水体中SSC的变化规律,为大范围调查水体中悬浮物浓度提供了更加快速而有效的方法．     

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.     

太湖水龄分布特征及“引江济太”工程对其的影响

太湖作为典型的风生流湖泊,风场对水体运输和交换的过程起着重要的作用.基于环境水动力学模型EFDC源程序建立了染色剂模型以及水龄模型,借助水龄研究太湖水体的长期输运过程和更新速率特征,从而为太湖的调水工程管理提供科学依据.本文在研究春、夏、秋、冬季不同风场作用下太湖的水龄季节性分布特征的基础上,结合太湖实测风速、流量数据及"引江济太"工程调水运行的现状,着重分析了望虞河枢纽调水运行以及新沟河工程对太湖水龄分布的影响.数值试验的模拟结果表明:太湖水体交换受季风影响明显,春、夏季的水龄相对较大、水体交换较差;靠近湖流入口处的地方水龄较小,远离入口的地方水龄较大;水流流向与风向一致时水龄减小,水循环加快,反之则减慢.望虞河引水引工程能够减小贡湖及湖心区的水龄,加快贡湖湖区及湖心区的水循环;新沟河工程引水能够减小梅梁湖区的水龄,改善该湖区的水质.引水工程的实施对加快整个太湖的水循环做出重要贡献.     

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.     

汤阴地垫及其邻区大地形变、重力场变化与最新地壳运动

华北南三省交界区为中强地震危险区,先后开展了一些流动观测工作,如大地形变测量、流动重力测量等。同时,在地震地质及新地壳运动方面也相应作了些工作。从获得的大量资料来看,三者吻合较好,表明大地形变、流动重力的观测结果,可能反映了最新地壳运动,这对该区的地震监测以及地震危险性的趋势估计将提供一定依据     

太湖水情特征

根据太湖湖区及环湖河道主要测站的历年水文气象资料,分析探讨了太湖的径流、水位、增减水现象和河湖流向等水情特征,为合理利用和保护湖泊水资源提供依据。     

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.     

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。