三维水动力学方程模拟太湖风生流

运用垂直方向分 3层、时步为 1 2 0s、水平网格距离为 1km的三维水动力模型 ,计算了 8种风向下的风生流。选取典型风向比较分析不同风向下的太湖风生流的结构特征 ,得出结论 :湖区风场决定太湖风生流流型及方向 ,且对峙方位风场形成的风生流流向几乎相反 ,与现有成果的结论基本一致     

洋沙泡风生流强度数值模拟分析

洋沙泡作为浅水湖泊是白城市主要灌溉及饮用水水源,内源污染是影响其水质的主要原因.为查明风生流对其水环境的主要影响,利用MIKE21建立洋沙泡二维水动力模型,采用单一控制变量法,模拟了风速、风向和引水流量对洋沙泡风生流强度的影响进行分析.结果显示,风速是影响风生流强度的最主要因素,这与其较浅的水深有关,与4m/s风速相比,7m/s风速作用时整个湖泊流速平均增长63.6％,盛行风向作用下风速越大湖流流速越快;引水流量对湖流流速的影响范围有限,仅会影响引水口周边水域的水流流速,但湖泊整体流速减慢了4.9％;风向的改变会直接导致环流流向的变化,西南风和东北风分别作用时,洋沙泡湖流流速并没有明显的差别.研究结果可为洋沙泡日后的水环境治理提供流场分布数据.     

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。     

太湖风生流垂向切变规律的原位观测

浅水湖泊垂向环流存在着上下层反向现象,为了探究太湖湖流垂向切变规律,用声学高频流速仪ADV、ADP及风向风速仪在梅梁湾进行了9 d的连续观测;基于获取的高频同步数据,利用概率统计方法,对各层流场在不同风向、不同风速以及持续同向风场影响下的切变率进行了统计分析,并研究了流场垂向分布特征。结果表明:5月太湖梅梁湾在风向为ESE、ES、E,风速2~5 m/s,同向风场持续作用10~11h时,流场基本达到稳定且切变率最大;表层流场(水下50cm)处,切变率最小,为20%,底层流场(距水-土界面7 cm)处,切变率最大达到60%;流向改变的拐点出现在表层至中层,即水下50~100 cm;风速、风向的出现频率,以及同向风场的持续时间决定了流场反向率大小,流场反向率决定了拐点的位置。     

太湖典型风场作用下的水位特征研究

水位是关系太湖流域水安全问题的核心水动力参数.风场是太湖水位的决定性因素,但是两者间的相互关系尚不明确.本文基于原型观测试验采集的风场和水位数据,分析了SE和NE两种典型风场持续作用24h情况下,太湖6处水位站点的水位分布特征,总结了太湖水位对不同风速的响应关系.研究结果表明：地理位置决定了太湖水位站点的相关性,湖区北部犊山闸站和大浦口站间和南部洞庭西山站、小梅口站和吴溇站间的相关关系均较为显著;SE风向作用下,太湖水位分布特征与风速有关.9m/s风速作用下,太湖水位随风程增加而增加.5m/s左右风速作用下,太湖水位分布特征并不严格符合这一规律;NE风向作用下,太湖水位基本符合随风程增加而增加的规律,水深相同情况下,风速与环湖水位差正相关,风速相同情况下,水深与环湖水位差负相关.     

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。     

太湖沉积物空间分布的风生流输送机制分析

摘要：基于无锡、宜兴和东山3个气象站1997—2007年10年风速的平均值,及太湖站1997—2001年风向统计频率权重,利用非结构有限元的近海海洋环流模型,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。东部沿岸福合区相对比较分散;该分布与中下层的下沉运动分布基本一致。流场辐合区及下沉区的分布与太湖沉积物厚度分布非常吻合,表明风场驱动下的流场辐合及下沉运动是决定太湖沉积物空间分布的关键因子。     

极端风场对郑东新区人工湖水动力特性影响分析

该文采用数值模拟的方法,研究了龙湖在极端风场下的风生流场和风生浪场,讨论了对龙湖所产生的影响。研究结果表明,当遇极端风况(10级风力,风速27.7 m/s)时,龙湖表层流速大于底层流速,表层流向与风向一致,最大流速为70.90 cm/s–96.12 cm/s;龙湖全水域有风生浪,有效波高随着水深和风区长度的增大而增大,最大值约为0.77 m。较大的流速和波高可能会对龙湖堤岸和周边设施造成破坏,明确了较不利风向、主频、次频风向下需要提前防护的周岸位置;通过计算不同风速下的龙湖有效波高,建议安全风速预警值约为19 m/s(8级风力)。研究对于龙湖的规划建设和建成后的调度运行具有一定的借鉴意义。     

洪泽湖湖流空间特征的实测研究

该文开展了典型风场下洪泽湖大范围湖流现场监测,详细分析了洪泽湖湖流空间分布与变化特征。受出入湖水量控制,洪泽湖湖流总体呈现自西向东、自北向南流动。受入湖流和风生流补偿流影响,在局部范围内形成环流。河口区受入湖水流影响,流速整体较大,随河道水流入湖或出湖影响,水体呈现向湖体或河道方向流动特征。洪泽湖表层流速一般在15 cm/s以内,中下层湖流在10 cm/s以内,大部分流速小于5 cm/s。     

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。     

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。     

洪泽湖换水能力的时空分布特征EI北大核心CSCD

为研究洪泽湖换水能力的时空分布特征,基于MIKE21建立洪泽湖二维水动力模型,模拟分析了洪泽湖不同湖区的换水周期;考虑洪泽湖的流场呈现风生流和吞吐流双重特点,分析了不同季节和不同风场条件下换水周期的空间变化特征。结果表明:洪泽湖换水周期空间异质性明显,从南到北梯度递增,冬季和春季全湖平均换水周期较长,分别为75 d和60 d,秋季和夏季的全湖平均换水周期较短,分别为49 d和31 d;实际风场对洪泽湖的换水能力起到正向作用,东南风对洪泽湖的换水能力起正向作用,东北风对洪泽湖的换水能力起到抑制作用。     

湖泊纳污能力动态特征分析及计算

受天然因素和人工调控的综合作用，湖泊水文过程和其他自然因子显现出动态变化的特征，这些因子的变化直接影响着纳污能力的动态变化，同时水体污染源也具有明显的时间变化特征。本文分析了湖泊纳污能力的动态特征，提出选择典型水文年和将湖泊与人湖河道作为一个整体进行模拟是进行湖泊动态纳污能力计算的关键。以枯水年作为代表水文年，采用二维数学模型进行太湖纳污能力动态变化的模拟，得到了纳污能力总量和逐月的量值。该研究对提高湖泊水库污染物总量控制的适应性具有一定的意义，也可供河流纳污能力研究进行参考。     

内外源共同作用对太湖营养盐贡献量研究

本文根据环太湖25条主要入湖河流的监测结果对入湖水量及污染物输入量进行分析,计算了不同季节外源对太湖营养物质的贡献量。分别于春、夏、秋、冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展5次野外试验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算沉积物的再悬浮通量,并建立其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行7次静沉降试验,计算悬浮物的静沉降通量,并建立其与风速关系。以3.7m/s为界对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,并利用近10年的风速资料估算太湖年均内源释放量。计算结果表明,全年外源负荷和内源释放对太湖营养盐的贡献总量COD为24.23万t、总氮为3.80万t、总磷为2 045.20t,其中内源所占比例分别为20.47%,20.44%和13.47%外源、内源对太湖的贡献量在不同季节有较大差异,夏季贡献量最大,春季次之。风浪作用下的COD、TN释放量只相当于外源输入量的25.7%,而TP释放量仅相当于外源输入量的15.6%。外源输入量对营养盐的贡献占据相当高的比重,太湖河道入湖污染负荷的增加是太湖水质恶化的根本原因。     

江苏省入太湖河道污染物分析

为了对太湖的水资源开发利用和水污染治理提供参考数据,对1998—2009年江苏省环太湖河道的入湖水量、入湖污染物量和入湖水质进行计算与分析。结果表明,江苏省环太湖河道多年平均入湖水量为70.6亿m3,主要入湖河道的NH3-N、TP、TN、CODMn平均入湖量分别为1.37万t、1360t、2.63万t和3.77万t,环太湖河道超Ⅲ类水标准的断面占断面总数的71.5%～95.3%,其中1998—2004年超Ⅲ类水质的断面呈上升趋势,水质逐渐恶化,而2005—2009年超Ⅲ类水质的断面渐趋下降,水质有所改善。     

基于水质-污染源响应关系的抚仙湖水环境承载力计算研究

抚仙湖是中国最大的深水型淡水湖泊。随着流域入湖污染负荷的增加,其整体水质呈下降趋势,水污染呈自北向南和自沿岸向湖心推进的分布特征。本文依据水质-污染源响应关系,建立了基于湖泊水动力水质模型的水环境承载力计算方法;在对湖泊水动力和水质模型率定验证的基础上,计算得到了抚仙湖在规划水质目标(I类)下,CODMn、TN和TP这三类主要污染物的水环境承载力分别为20065.7 t/a、821.9 t/a和115.8 t/a;并根据抚仙湖环湖入湖河流及排污口分布特征,进一步提出了环湖分片主要污染物容许入湖负荷及污染物总量控制指标。     

基于污染物总量控制的太湖水污染补偿量测算

在回顾我国水污染补偿研究及实践现状的基础上,分析太湖水污染状况,提出太湖水污染补偿量测算方法:在确定水污染补偿参与主体、考核断面、考核指标、污染物补偿标准的基础上,从污染物总量控制的角度建立太湖水污染补偿模型,分别进行入湖污染物总量考核和出湖水质考核的补偿量测算。利用2006年出入湖水量、水质资料进行环太湖各行政区水污染补偿量的实例测算,测算结果为,环太湖各行政区的补偿量总共为41 030.4万元,其中苏州市3 918.9万元,无锡市14617.8万元,常州市17913.6万元,湖州市4580.1万元。     

太湖蓝藻生境对气候变化的响应

近年来太湖蓝藻暴发已成为重要水污染事件,是太湖面临的重大水安全问题,气候变化因素加剧了其严重性。为了预测未来由于气候变化对太湖蓝藻暴发的影响,并提出应对气候变化的策略,开展了蓝藻生境对气候变化响应关系的研究。基于大量实测气象资料的统计分析与气候变化情景计算,总结分析了近50年来太湖流域气候变化呈现出气温增高、风速略有下降、日照减少、降雨增多、湿度降低等趋势。气候变化是太湖蓝藻水华暴发的重要影响因素,其中气温与风速变化是影响太湖藻类生长的敏感气象因子。气温升高导致的蓝藻暴发风险平均10年将增加约2%,风速降低导致蓝藻水华暴发的风险平均每5年增加约3.5%。结合蓝藻对敏感因子响应关系的试验结果,提出了截污减排、适当清除底泥、打捞蓝藻、调水引流、修复生态等应对措施。     

太湖流域典型支沟生态环境调查研究——以新沟河为例

为应对太湖流域水污染问题,我国2005年开始实施了引江济太工程,提高了太湖湖区和引排干流的水体自净能力和水环境容量,而对于太湖流域众多分支河网水质的直接改善作用有限,该部分相关研究与关注也较少。以引江济太工程主要通道新沟河为例,选取典型支沟(湖)开展多种生态环境因子的调查与分析。研究结果表明:支沟(湖)均为Ⅳ类以下水质,其中大部分为劣Ⅴ类,主要特征污染因子为氮磷营养盐等;浮游植物Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度相对较高的河段出现在北阳湖、西横河西段等区域。总体上支沟(湖)生态环境情况空间分布特征明显,环境质量健康程度如水质级别、富营养化程度、生物物种多样化和均匀化等指标,均与不同区域的水体交换能力和环境容量表现出显著的相关性。从污染源的角度来看,支沟(湖)的生态环境威胁主要来自于生活污水排放与富营养化等陆源污染。     

太湖水质及富营养化变化趋势分析

以太湖1997~2006年系列监测资料为依据,对太湖近10年的整体水质状况、富营养化状况以及主要污染指标进行了评价分析。结果表明:太湖水质污染以有机污染为主,水体状况呈逐渐恶化的趋势,富营养化程度逐年加剧,太湖治污工作不容乐观。