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。     

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％。     

贝加尔湖典型风况下三维流场数值模拟

采用Delft3D模型,模拟分析了在典型的西北风况下,贝加尔湖的水位变化及三维流场结构。数值计算结果表明:①因贝加尔湖纬度高、面积大,所以科氏力的作用十分明显,致使表层风生流流向偏于风向右侧。②在西北风作用下,湖区出现增减水现象,在湖的北部出现减水而南部产生增水,增减水的幅度范围为-10~15 mm。③风生流场的三维结构明显,湖区水体表层水流主流向由北向南;水体中层在湖的南部形成逆时针的环流,在北部形成顺时针的环流;湖区底部水体在中北部出现补偿流。④湖区横剖面上存在弱的顺时针方向的垂向环流。     

桥梁壅水对太湖竺山湾水环境影响模拟

曾经规划的宜马大桥横跨太湖竺山湾,桥墩的阻水作用势必会减少竺山湾交换水量,从而影响其水质。本文采用套网格的二维非稳态数值模型,模拟大桥建设后竺山湾水动力及水质变化,量化大桥建设对竺山湾水环境造成的影响。模拟结果表明:在5.0 m/s的持续东南风作用下:1竺山湾水动力条件受到削弱,内湾与太湖湖体的交换水量减少约30%⁴0%;2湾内水质恶化,西北沿岸水质浓度升高迅速,COD平均增量为0.9 mg/L,总磷平均增量为0.001 mg/L,总氮平均增量为0.1 mg/L,氨氮浓度变化不大。     

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...     

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     

基于三维浅水模式的太湖水动力数值试验-盛行风作用下的太湖流场特征

基于三维浅水动力模式，对太湖不同定常风作用下的整层平均流场和分层流场特征做了模拟，结果发现在无旋风场的情况下，可产生有旋流场。经分析发现，有旋流场为湖底地形变化所致，若在均匀平坦的湖底地形情况下，流场中除边界以外任一点的涡度为零。在方向相反的不同定常风作用下，其环流形势相似，环流个数相等，但涡度值呈现反位相特征。数值试验表明，在定常风作用下，太湖表层流完全为风生流，流向与风向平行，中间为过渡层，底层流向相反，为补偿流，在增水区域，下沉运动强烈，而减水区域则出现较强的上升补偿流，形成封闭环流。     

玄武湖混合流数值模拟研究

本文从二维浅水非恒定流的控制方程组出发,建立了玄武湖混合流水动力数值模式,应用伽辽金（Galerkin）有限元法对数学模型求解。对玄武湖出入流2m^3／s流量及5．7m／s均匀定常东北风进行数值模拟验证基础上,研究了出入流2m^3／s流量及6m／s均匀定常东风、西风、南风、北风、东南风、西北风六种风情组合作用下的玄武湖混合流特性。结果表明：玄武湖混合流流场受到吞吐流作用影响较弱,受到风作用影响较强,混合流流态表现为湖区若干环流和沿岸流的有机结合;沿岸流流向与风向一致,湖中较深的地方形成逆风流动的补偿流,流向与风向相反;玄武湖混合流场的形态由风向决定,不同方位风场作用形成的稳定混合流流态不同;对峙方向风场形成的混合流流型相似,流向相反。     

太湖和洪泽湖天然有机质与重金属结合特性研究

利用同步荧光光谱表征浅水湖泊太湖和洪泽湖中天然有机质(NOM)的组成,同时利用荧光淬灭滴定试验研究了NOM与Cu~(2+)和Cd~(2+)的结合特性。结果表明:两个湖泊的NOM中类蛋白质和类腐殖质组成比例存在显著的差异,太湖NOM主要由类蛋白质和类腐殖质组成,洪泽湖NOM则以类腐殖质为主;太湖和洪泽湖NOM与Cu~(2+)和Cd~(2+)的结合点位及结合能力存在显著差异,NOM中类腐殖质的结合点位要显著多于类蛋白质;太湖贡湖湾和梅梁湾NOM中类蛋白质与Cu~(2+)的结合能力以及梅梁湾NOM中类蛋白质与Cd~(2+)的结合能力强于类腐殖质,但贡湖湾NOM中类蛋白质与Cd~(2+)的结合能力则弱于类腐殖质,而洪泽湖NOM中类蛋白质与Cu~(2+)和Cd~(2+)的结合能力均强于类腐殖质;太湖NOM与重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的结合能力要显著高于洪泽湖NOM。     

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。     

太湖梅梁湾、贡湖套网格风生流数值模拟

对太湖梅梁湖、贡湖湖流进行套网格数值模拟。根据1998年8月太湖富营养化水质监测水文物理资料,绘制出梅梁湖、贡湖各站点位置分布图和其流速大小和方向。模拟计算与实测结果吻合较好,证明其套网格数值模型的建立是合理和有效的。分析结果表明,太湖各水域流速相差很大,近岸区域流速高于远岸区域,存在明显的近岸流。但流速值不大,即梅梁湖、贡湖和大太湖的水体交换量不大,通过流场分布可初步判断污染物质在水体中的扩散与迁移情况。     

太湖进出水量变化对水环境的影响

利用环太湖水文巡测资料和湖西区、澄锡虞区主要入湖口门水质资料,对2000年前后的太湖水环境进行对比分析。结果表明,2000年以来太湖湖西区和澄锡虞区由于受引长江水的影响,入湖水量大增,导致河网污染物大量入湖,使输入太湖的污染物量远远超过其本身的纳污(自净)能力,太湖富营养化有加剧的趋势。建议严格强化陆域控源减排,优化"引江济太"调度方案,适度控制引长江水量,以减少竺山湖、梅梁湖、太湖西部沿岸区乃至整个太湖的污染物入湖量。     

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。     

围隔导流对太湖蓬坑湾藻类富集效能的影响

针对围隔可改变水体流场、影响藻类漂移聚集,通过改变围隔布设角度和长度,探究不同围隔导流方案下藻类的富集效果。选取梅梁湾内的打捞点蓬坑湾作为研究对象,在建立太湖水量水质模型基础上,进一步建立太湖蓬坑湾套网模型,根据角度、长度两个因素,模拟6种布设方案下藻类富集效果,分析得到最佳角度、长度组合布设方案,并进一步考虑蓬坑湾地形和经济效益,提出适宜于蓬坑湾地形的优化方案。结果表明:围隔布设角度与水流方向呈120°时,湾内富集效果最佳;围隔布设长度越长,蓝藻收集区域越大,湾内富集效果越好;综合考虑地形特点和经济效益,最终确定围隔布设最佳方案为在上下湾口处分别布设一段围隔,布设角度与水流方向呈120°,上下湾口处围隔布设长度分别为100、30 m。研究成果对于改善湖泊水环境具有较好的应用前景。     

双频识别声呐提取沉水植物盖度的可行性初探

沉水植物作为湖泊生态系统的初级生产者,在固定底泥、防止沉积物再悬浮、净化水质等方面具有重要的环境功能。因此,探究沉水植物的分布、群落结构及其演替规律,对于湖泊水生态环境修复工作有着重要意义。传统的沉水植物调查方法不仅调查效率低,而且在取样过程中会对沉水植物造成破坏,有必要探索更为高效科学的调查方法。由于双频识别声呐可实现在浑浊、黑暗的水下获得清晰的影像,利用双频识别声呐探测技术在不破坏沉水植物的情况下获取了太湖贡湖湾4种典型沉水植物在不同季节的影像数据,通过影像处理提取沉水植物盖度。结果表明该方法获得的盖度与传统调查结果较为接近,且该方法更加方便快捷,可为湖泊水生态环境修复提供支撑。     

Documenting Complex Surface Temperature Patterns from Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) Imagery of Saginaw Bay,Lake Huron

Interannual differences in nutrient concentrations, phytoplankton densities, and the dispersal of zooplankton and fish life history stages (e.g., planktonic larvae, resting eggs) in embayments often are contingent upon bay and coastal water exchange and movements. However, predicting water mass exchange is difficult in that many factors influence the circulation of waters within bays. The central theme of this contribution is that circulation phenomena derived from simple models can be identified and classified using satellite-obtained lake surface temperature maps, and the incidence of events related to gross temperature regime (season) and winds (shorter-term perturbations). To illustrate this potential, the high sampling frequency of AVHRR imagery was used to examine seasonal surface temperature patterns between Saginaw Bay and Lake Huron over a 3-year period. Linear regressions of CoastWatch IMGMAP and OCNMAP daytime sea surface temperature (SST) algorithms against shipboard bulk temperatures were highly significant, with r² values of 0.98 and 0.94. Synoptic reconnaissance of lake surface temperatures from AVHRR verified many previously known general seasonal events, yet provided much better spatial coverage. The thermal bar persisted in the bay for approximately 6 weeks from late April until mid-June. The combination of shallow depths and impounded river discharges caused inner bay waters to warm more rapidly than outer bay and open lake waters. A thermal gradient of 6 to 10°C persisted between the inner bay and Lake Huron waters throughout the summer. The persistence of major spatial thermal gradients restricted mixing of inner bay waters with the outer bay and open lake, whereas inner and outer bay temperatures converged during fall months, increasing the likelihood of mixing. However, frequent wind-induced effects can cause circulation reversals and move surface waters in quite complex patterns across the bay. AVHRR image classification confirms the sensitivity of inner bay waters to wind stress-related circulation, aiding interpretations of historical data sets.