太湖沉积物空间分布的动力学机制分析

基于太湖站十年的风速风向资料，根据风向统计频率权重，利用非结构有限元的FVCOM模式，计算了太湖湖流的辐合区及垂直速度的空间分布。结果表明：太湖流场的主要辐合区集中在北部湾区、西部沿岸、东太湖湾区的北部及平台山以南的区域，东部沿岸相对较为分散；该分布与中下层的垂直速度分布基本一致；流场辐合区及下沉区的分布与太湖沉积物分布非常吻合，说明风场驱动下的流场辐合及下沉是决定太湖沉积物空间分布的关键因子之一。本研究有助于了解太湖沉积物对营养盐及水下光场空间分布的影响机理。     

太湖重污染湖区底泥沉积物特性

对竺山湖及太湖西岸湖区底泥沉积物的粒径、含水率、有机质、TN,TP含量进行研究,探讨竺山湖湾东部、竺山湖湾西部、太湖西岸北部、太湖西岸南部底泥污染物表层及垂向分布规律.结果表明,竺山湖湾沉积物中有机质、TN,TP含量高于西沿岸湖区,底泥再悬浮释放污染物风险较大;西沿岸北段清淤区垂向有机质、TN含量无显著性变化,TP含量...     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。     

太湖沉积物的分布和动力扰动下最大侵蚀深度的确定

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ,沉积物覆盖量很小 ,有泥区面积占整个水面积的 47 45 % ,在 60 %的有泥区中 ,沉积物厚度集中在 2 5m以下 ,小于 5 0cm和大于 3 5m的有泥区面积所占比例不大。此外 ,利用Shields方法计算了太湖沉积物上层 1m内不同深度上的临界切应力 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力值 ,确定了不同扰动所能引起的最大侵蚀深度。计算结果说明 ,无论上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5 0m s左右 ,当风速大于临界风速时 ,悬浮深度随着风速的增加而增大 ,当风速达到 2 0 0m s时所能引起的最大侵蚀深度均在 3 0cm左右。     

竺山湖及太湖西沿岸北段的重金属分布特征及其生态风险评价

对竺山湖及太湖西沿岸北段底泥沉积物中6种重金属Cd、As、Cr、Hg、Pb和Cu的质量比进行分析,结果表明,底泥沉积物中Cd、As、Cr、Hg、Pb和Cu的平均质量比分别为1.23 mg/kg、10.28 mg/kg、82.98 mg/kg、0.074 mg/kg、35.27 mg/kg和33.9 mg/kg,分别是各自背景值的4.6倍、1.1倍、1.0倍、0.7倍、2.2倍和1.8倍;底泥沉积物中重金属的垂向分布特点是:随底泥沉积物深度的增加,重金属质量比逐渐降低,并在底泥沉积物50 cm深处表现出明显的重金属质量比降低拐点。利用潜在生态风险指数法对竺山湖及太湖西沿岸北段的重金属生态风险进行评价,结果表明,该区域重金属生态风险值范围为34～444,平均值为117,太湖西沿岸大浦口区域的生态风险较大,Cd是生态风险的主要贡献元素。建议对竺山湖以及太湖西沿岸区大浦口区域Cd的污染进行必要的疏浚控制,疏浚深度在底泥50 cm深处,以有效去除该区域的Cd污染。     

长江源区主要河流表层沉积物及沿岸土壤重金属分布特征及来源

采用电感耦合等离子体质谱仪和原子荧光分光光度计测定了长江源区主要河流沉积物及周边土壤中14种重金属的含量,并采用富集因子法评价了长江源区主要河流沉积物及土壤中重金属富集程度,同时分析了河流沉积物及沿岸土壤中重金属分布特征及来源。研究结果表明:长江源区主要河流表层沉积物中,除Ni、Pb、Cd、Hg四种重金属外,其他元素含量均低于中国沉积物的平均含量;沉积物中Hg、Ni和Cd存在一定富集;与长江源区其他河流沉积物中重金属相比,沱沱河Cd含量相对较高,楚玛尔河重金属含量均相对较低,而通天河Hg和Fe含量相对较高;沉积物中重金属主要受自然因素影响。土壤中Ni、Pb、Cd、Ti略高于青海省土壤背景值,但重金属富集程度均较低;与长江源区其他河流沿岸土壤中重金属相比,当曲Cr、Ni、Cu含量相对较高,沱沱河Pb、Cd、Sb和Tl含量相对较高,而通天河V含量相对较高;重金属主要受自然因素影响,但部分重金属可能受交通因素影响。研究成果可为长江源区生态环境保护提供基础支撑。     

黄河源区水文气象要素时空变化特征分析

为充分了解黄河源区旱涝变化特征,基于黄河源区1961—2016年水文气象资料,采用Mann-Kendall法、Pettitt检验及Morlet小波分析法系统分析年降水量、年平均气温和年径流量序列的趋势、突变和周期性,并采用克里金插值和空间变差系数研究年降水量和年平均气温的空间变化特征。结果表明,年降水量上升趋势不明显,没有明显的突变性,在30 a左右周期显著;年平均气温上升趋势显著,在1997年前后存在较强的突变性,无明显周期;年径流量下降趋势明显,在1989年前后存在较强的突变性,在30 a左右周期显著;年降水和年平均气温的空间差异明显,年降水量的空间分布差异性在减小,年平均气温的空间分布的变化趋势不明显。2000年前,年平均气温空间分布差异比较大,2000年后空间分布比较均匀。研究成果有利于认识流域水资源演变规律,为水资源管理提供技术支撑。     

太湖水质评价计算方法及近年来水质变化分析

以2000~2005年太湖水质监测资料为基础,结合算术平均法、算术平均法与湖区面积加权综合运用、监测点代表面积与湖区面积加权综合运用等3种不同的湖区水质评价计算方法,对太湖水质状况及其近年来的变化趋势进行了分析。分析了这3种计算太湖水质指标方法的特点和存在问题,并选用监测点代表面积与湖区面积加权综合运用的方法,对太湖水质状况进行评价分析,避免由于个别测站水质状况有较大的差异而影响湖区评价结果。评价结果表明,太湖污染严重区域为北部梅梁湖、竺山湖和五里湖,但水质恶化趋势在2003年后总体上得到了有效的遏制,近年来太湖湖体水质总体稳定,太湖东部沿岸区、东太湖和南部沿岸区水体水质满足饮用水水源地水质标准。     

水动力作用下太湖底泥的再悬浮通量

对太湖梅梁湾水体开展了两次野外实验，利用沉积物捕获器收集沉积物，研究了太湖悬浮物的沉降特征，计算了悬浮物的沉降通量和再悬浮通量，并建立了其与风速的关系。结果表明：太湖无机颗粒沉降是悬浮物沉降的主要形式。太湖平均风速在8m/s以内时，总悬浮物、有机物颗粒和无机物颗粒的沉降通量和再悬浮通量均呈现随风速增大而增大的特性，风速大小直接影响悬浮物在垂向的分布及垂向的沉降通量分布，并且相关性较好。该结论说明Gansith公式法适合于计算太湖再悬浮通量。     

太湖长兜港固体悬浮物再悬浮的室内模拟

定量研究浅水湖泊动力扰动与沉积物再悬浮的关系,目前仍是湖泊研究中的难点之一。实验利用再悬浮发生装置,对太湖长兜港沉积物风浪扰动进行室内模拟,建立扰动强度与有效波高之间的关系,定量分析风浪对太湖水体中悬浮物的影响及固体悬浮物在水体中的垂向分布,初步得出风浪对太湖沉积物扰动深度一般在毫米级的结论。     

定常风场下的太湖风生流水动力特征研究

太湖的主要流动类型为风生流,本文采用数学模型模拟了四种定常风场作用下的太湖风生流水动力特征,总结了风向对太湖风生流分布的影响。研究结果指出：东南风与西北风作用下太湖主湖区存在西部环流、中部环流和北部环流三个大尺度环流,北风与南风作用下太湖主湖区仅存在西部环流和中部环流两个大尺度环流。东南风和西北风作用下,太湖北部竺山湾东北部、梅梁湾东南部和西北部及贡湖湾东北部存在大尺度环流。东风与南风作用下,竺山湾西部、梅梁湾东南部和中部南北两岸及贡湖湾东部存在大尺度环流。定常东南风作用下,太湖表面流向与风向相同,底层流向与风向相反,流向拐点一般出现在相对水深hc=0.8处。     

大型浅水湖泊纳污能力核算的风场设计条件分析

分析了东南风、西北风及东北风3种不同主导风场下太湖的风生湖流形态特征、环流结构及湖流流速大小变化,研究了不同风生湖流特征条件下环湖入湖污染物的输移扩散规律和湖区水质空间分布特征差异,以及在不同主导风场和常年主导风向下风速变化对太湖各主要湖湾纳污能力的影响。同时,参照水情设计条件要求,选择相对不利的主导风向和保证率为90％时的风速,对太湖进行了纳污能力计算。计算结果表明：在平均风速1.0m/s的西北风和枯水年型设计来水条件下,太湖的CODMn、TP、TN指标纳污能力分别为29732t/年、393t/年和7550t/年,较常年主导风向及多年平均风速条件下的纳污能力分别减小13.5％、 11.3％、23.6％。     

太湖风生流及污染物输移扩散数值模拟

建立高精度的太湖三维风生流数值模型和风生流-污染物耦合数值模型,分析了盛行风作用下的太湖风生流特征和风生流驱动下的太湖污染物输移特征。结果表明:稳定后的太湖风生流场,表层流速大于底层流速,表层流向基本上同风向一致,底层流向则与表层大致相反,具有补偿流的特征;风向能显著影响太湖风生流的形态和结构;在垂向扩散作用下,太湖污染物质量浓度沿水深方向上近似均匀分布;在定常风作用下,太湖北部的湖湾区出现多个小尺度闭合环流,不利于污染物的输移扩散,对太湖水环境会产生不利影响。     

风浪对浅水湖泊水质的影响机制

以太湖重要的浅水湖湾——东太湖为例,应用经典风浪经验公式,将风速转化为浪高,以直接体现风浪强度,在分析其与污染底泥卷起、水质指标相关关系的基础上,对风浪影响湖区水质的机制进行进一步探究。结果表明:随着风速、浪高的增加,水体浑浊度增加,偏北风作用下湖区浑浊度更高;DO的质量浓度呈降低趋势,全年浓度呈现冬季偏高而夏季偏低的规律;COD的质量浓度呈增加趋势,全年浓度呈现冬季偏高而夏季偏低的规律;TN的质量浓度与风速相关关系不明显,全年浓度呈现夏季偏高而冬季偏低的规律;浑浊度与COD存在较好的相关性。确定风浪对湖区水质的影响机制,旨在为针对性地制定湖泊水质改善措施提供技术支撑。     

扩大马山内河对改善太湖西北部湖湾水动力及 水环境作用的研究

以实测资料为基础,采用湖泊二维水流水质数学模型,研究了扩大马山内河对改善太湖西北部竺山湖和梅梁湖湖湾水动力和水环境的作用,主要分析内容包括湖湾内流场、流速、水质,以及湖湾口水量交换等,以便为太湖水环境综合治理提供参考。     

调水引流对太湖无锡水域湖流的影响

2007年望虞河和梅梁湖泵站联合引调工程,在保障太湖水源地水质水量方面取得了一定的成效。在介绍贡湖与梅梁湖湖流监测工作情况的基础上,对湖流测验结果进行了初步分析,分析了贡湖、梅梁湖湖流分布状况,风场对湖流的影响,特殊区域和位置的流场变化,得出以下结论：联合引调工程,改善了两湖水体的流动状态,特别是在梅梁湖泵站调水情况下,湖区流速明显增加,这一流动状态对贡湖取水口和梅梁湖水源地的水质改善是非常有利的。     

太湖湖流对波浪的影响机制研究

根据基于动谱平衡方程的SWAN模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行了动态模拟,并研究了太湖湖流对波浪的影响。结果表明:湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响,风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征。     

Benthic macroinvertebrate community structure in Lake Taihu,China: Effects of trophic status,wind-induced disturbance and habitat complexity

Lake Taihu, the third largest lake in China, is subjected to severe eutrophication and cyanobacterial blooms as a result of development and urbanization. However, little is known about the macroinvertebrate assemblages and their relationship with eutrophication and other environmental factors in this lake. To characterize the community structure of macroinvertebrates and to examine the benthos-environmental relationships in Lake Taihu, a quarterly investigation was conducted from February 2007 to November 2008. A total of 42 taxa was recorded; Limnodrilus hoffmeisteri, Rhyacodrilus sinicus, Corbicula fluminea, Bellamya aeruginosa, Tanypus chinensis and Gammarus sp. dominated the community in abundance and biomass. Cluster analysis and one-way analysis of similarity (ANOSIM) identified three groups of stations that had significantly different macroinvertebrate communities. Stations in the north bays and three river mouths had the lowest diversity and were dominated by pollution-tolerant species such as L. hoffmeisteri and R. sinicus while Gonghu Bay, the Central Region and the Western Region contained intermediately diverse communities mainly dominated by C. fluminea. Diversity and evenness were highest in the East Bays where aquatic macrophytes were abundant; the zoobenthos were characterized by gastropods. One-way ANOVAs revealed that environmental characteristics differed significantly among the three groups of stations. Canonical correspondence analyses showed that community structure and spatial patterns of macroinvertebrates in Lake Taihu were strongly correlated to three ecological factors—trophic status, wind-induced disturbance and habitat complexity. Our results could provide valuable information that could be used by managers and policy makers to evaluate and modify restoration practices.     

太湖波动特征分析

浅水湖泊中，富营养化程度除了依赖于外源输入外，内源释放亦是举足轻重，而底泥中的内源释放主要源于风强迫作用下形成的水面波动和底层湖流产生的剪切作用．并且波浪产生的切应力远大于底层湖流产生的切应力。此外．湖岸边界处的波浪作用够侵蚀岸堤，造成泥沙堆积而由此导致航道淤积．波浪作用引起的对水体中营养盐的水平和垂直输送会造成整个湖体中不同地区的水质差异．这也是太湖蓝藻水华爆发具有季节性和区域性的原因之一。本文基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据．分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并利用验证后的浅水波浪模式．对太湖中冬、夏季盛行风作用下的易悬浮区域做了计算，发现夏季东南风作用下．西北沿岸带由其水浅和风的吹程较大而易引起的底泥悬浮．而冬季受西北风影响时易悬浮区域位于太湖东南部。