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。故即使对于橡太湖这样的浅水湖     

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。     

望虞河引长江水入太湖水体的总磷、总氮分析

太湖流域实施的调水引流,提高了流域水资源和水环境承载能力,发挥了水利工程在改善水环境方面的综合效益,支撑了流域经济社会的可持续发展.本文在分析近年来望虞河引江水量与入湖水量及入湖水体流经太湖湖湾水体水质变化情势的基础上,分析比较了2007年以来的调水引流期间,望虞河入太湖水体总磷、总氮浓度值与太湖贡湖湾、梅梁湾、湖西及江苏省其它主要入太湖河道的总磷、总氮浓度值,并通过监测结果分析了入太湖水体总磷、可溶性总磷的衰减趋势,从而得出,长江是优质水源,调引长江水为增加太湖水环境容量、改善太湖及区域水环境状况起到了积极作用.     

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。     

太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素含量垂向分布特征

为探究太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素（MC-LR、MC-RR、MC-YR）含量的垂向分布特征,于2018年5月采集梅梁湾6个点位表层水、上覆水、混合水、间隙水以及柱状沉积物样品,并采用超高效液相色谱-串联质谱法分析样品中微囊藻毒素的含量.分析结果表明：水体中（表层水、上覆水、混合水以及间隙水）MC-LR、MC-RR、MC-YR的浓度范围分别为11.80~1297.14、2.50~818.40、1.80~176.00 ng/L,表层水、上覆水以及混合水中MC-LR的浓度高于MC-RR和MC-YR,MC-RR和MC-YR之间差别较小,而间隙水中MCs三种异构体浓度大小顺序为：MC-LR > MC-RR > MC-YR;垂向分布上,间隙水中MCs异构体（MC-LR、MC-RR、MC-YR）浓度均远高于表层水、上覆水以及混合水,表层水MCs异构体浓度略高于上覆水,混合水MCs异构体浓度介于表层水和上覆水之间.对沉积物的研究发现,1~10 cm表层沉积物中MC-LR、MC-RR、MC-YR含量范围分别为0.60~26.95、0~0.90、0~8.10 ng/g,且1~10 cm层中MCs三种异构体平均含量大小顺序为：MC-LR > MC-YR > MC-RR,其中MC-LR、MC-RR、MC-YR的检出率分别为100%、70%、92%;垂向分布上,MC-RR含量较低且变化不大,而MC-YR和MC-LR含量均随沉积物深度的增加先升高后降低.相关性分析结果表明,表层水和混合水中MCs与总磷浓度呈显著正相关,而与总氮浓度无显著相关性;上覆水、间隙水以及沉积物中MCs与总氮、总磷浓度均呈显著正相关.     

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。     

太湖水动力学三维数值试验研究——3.马山围垦对太湖风生流的影响

地形地决定湖泊流场的大小和结构和重要因素,它会影响湖泊水体内的物质输移与扩散和水质的分布,因而弄清马山围垦对湖流的影响有助于了解无锡市重要饮用水水源地梅梁湖的藻类“水华”和水质变化规律,本文在太湖风生流的三 数值模拟的基础上,用数值试验方法探讨了马山围垦对湖泊流场的影响,结果表明：虽然围垦对表层及底层风生流影响较小,但是对中间转层的流场影响较大,对整层平均流场影响更大,在多数风场作用下,围垦虽未对     

太湖风生流数值模式及其对总磷分布的影响

A new up-winding finite element numerical model, which is two-dimensional and suitable for modeling lake current and the distribution of total phosphorus(TP) in shallow lakes, is derived. Moreover, it is used in the study of wind-driven current in Taihu Lake, and the impact of lake current field on the distribution of TP is also discussed.     

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。     

引水工程出水路线的优化对太湖总磷格局的影响——基于新孟河工程的思考

“新孟河引水”作为“二引三排”格局的关键组成,将长江水直接引入太湖的竺山湖区,在新的引排格局下,“新孟河引水”对太湖水环境尤其是总磷会有怎样的影响？针对“新孟河引水”工程,如何设计出水路线才能趋利避弊,改善太湖总磷？本文实测并收集了2007—2020年太湖的水文水质数据为基础,模拟了不同路线对太湖分湖区总磷的影响,力求将“新孟河引水”对太湖的影响进行一个清晰的分析,并为形成最为合理的出水路线提供支撑.结果表明:太湖不同湖区对出水路线的响应不同.从单一出水路线的角度来看,新孟河引水后,太浦闸增加出水会使得太湖西北部浊水加快来到太湖东南部,对太湖东南部有不利的影响.而梁溪河或新沟河出水的西北小循环是“新孟河引水”工程优化出水路线,在降低竺山湖、梅梁湖总磷的同时,没有恶化太湖东南部水质,对太湖总磷也有降低的效果.在应用中可以组合各种出水路线,形成联动方案.从物料平衡的角度看,太湖底泥目前仍是磷汇.引水后4种出水路线年均滞留量为1435 t,其中出水河道设置在东太湖(太浦闸)磷滞留量最大,年滞留1513 t;出水河道设置在梅梁湖(新沟河、梁溪河)磷滞留量最小,年滞留1404 t左右.     

富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法——以太湖为例

本文建立了一种富营养化浅水湖泊藻源性湖泛的短期数值预报方法.选取表征藻源性湖泛的代表性指标叶绿素a和溶解氧浓度作为预测变量,以天气预报中的风场为驱动力,求解浅水湖泊三维水动力水质耦合数值模型,计算未来3 d浅水湖泊叶绿素a和溶解氧浓度的时空分布,然后结合未来3 d的气象因子信息建立经验公式,计算湖泛易发水域发生湖泛的概率,并进一步确定湖泛发生位置和面积.以太湖为例,采用构建的方法于2013 2014年夏、秋季对太湖7段湖泛易发水域的湖泛发生概率及发生面积进行未来3 d的预测预报,预报正确率在80%以上.     

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.     

附着藻类对太湖沉积物磷释放的影响

附着藻类是清水态浅水湖泊的重要组成部分,为了解附着藻类对湖泊沉积物磷释放的影响,在室内柱状装置中,将尼龙网所培养的附着藻类加盖到太湖沉积物上,即处理组,并设置无附着藻类加盖的对照组,进行为期13d的实验.结果表明:加附着藻类的处理组中的无机磷释放速率显著低于无附着藻类的对照组.与对照组相比,实验期间加附着藻类的处理组释放到水体中的磷,平均减少1.16mg.其中附着藻类吸收了0.81mg磷(70%),而附着藻类通过光合作用改变沉积物表面的氧环境抑制了0.35mg磷的释放(30%).研究表明,底栖附着藻类可以通过吸收磷和抑制沉积物磷释放降低水中营养盐含量.     

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2010-2017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...     

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。     

湖泊湿地的水质净化效应——以太湖三山湿地为例

为了解湖泊湿地的水质净化效果,以太湖三山湿地为研究对象,综合利用遥感、GIS技术、现场水质监测、实验室分析和模型模拟等方法,分析三山湿地对污染物的拦截净化效果,进而探讨湖泊湿地对水体氮、磷污染物的削减渠道及其贡献率.结果表明三山湿地对太湖水体和三山岛生活污水均有明显净化效果.2014年三山湿地的总氮(TN)、总磷(TP)输入通量分别为549.45和19.4 t,通过水草打捞/收割分别去除20.99和4.52 t,湿地水体内TN、TP变化量分别为528.46和14.88 t,这部分营养盐输出途径包括沉积到底泥、降解转化、水体交换等.湿地的TN、TP拦截能力分别为2723.56和102.48 kg/(hm2·a).水生植物收割打捞与底泥疏浚是提高湿地水质净化能力的有效措施.水动力模拟结果显示,三山湿地建成后使附近水域水体流向发生变化,流速减小,对湿地内水质产生多方面的作用.     

湖泊缓冲带范围划定的初步研究——以太湖为例

本文以我国大型浅水湖泊——太湖为例,通过资料调研、地形勘测、现场调查、研究与分析等手段,开展太湖缓冲带范围划定研究.在文献调研国内外河湖缓冲带研究的基础上,确定太湖缓冲带宽度为2 km不等,其中环湖大堤及湖岸线为缓冲带的下边界,以下边界线向陆地扩展2 km不等为基准,考虑标识物(村落、山体、公路)及区域差异等原则,确定...