前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响

作者:吴挺峰;朱广伟;秦伯强;丁艳青;吴善锋 刊名:湖泊科学 上传者:高伟

【摘要】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.

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太湖位于长江下游三角洲地区,湖泊面积2428km2,平均水深1.89m.根据Nixdorf等[1]对浅水湖泊分***通信作者;E-mail:qinbq@niglas.ac.cn.410J.LakeSci.(湖泊科学),2012,24(3)类,太湖属于“极浅水湖泊”.太湖又是我国最大的存在严重蓝藻水华的湖泊,是国务院指定重点治理的富营养化水域之一[2].作为湖泊生态系统的重要组成部分,已经证明水动力对太湖蓝藻生长具有重要影响[3-6].但是由于水域面积大,有关太湖水动力结构及对蓝藻水华迁移扩散的研究较少.虽然已经报道了一些基于数学模型的研究[7-9],但是受风场时空差异、水下地形分辨率、水生植物、出入湖流、风浪及行船等因素影响,数学模型模拟的动力条件往往与实际存在较大差异[10].现场调查是掌握太湖实际水动力结构的有效手段,而且也已经报道了一些研究成果.秦伯强等[11]曾在1998年对夏季东南风影响下梅梁湾湖流结构及水化学指标分布特征开展了综合调查;2004年,罗潋葱等[10]对冬季西北风影响下梅梁湾湖流结构进行了调查研究.这些研究对弄清同步风场下梅梁湾水动力结构及水化学指标分布具有重要意义,但是还缺乏有关前期风场引起的太湖湖流结构及对蓝藻水华迁移扩散影响的现场调查研究.因此,本文通过在太湖北部的梅梁湾及贡湖湾布设多个监测站点,采用摩托艇快速巡测的方式采集各点三维流速剖面及分层叶绿素a浓度和营养盐,结合观测前期及观测期风速风向数据,试图明确前期风场对梅梁湾及贡湖湾湖流结构的影响,并分析水动力对蓝藻水华迁移扩散的作用.本研究可为太湖水动力模拟及蓝藻水华预测提供服务.1材料与方法夏季,蓝藻水华易在太湖北部湖湾堆积成灾,因此观测水域选择在梅梁湾及贡湖湾.观测点沿湖湾中轴及两侧均匀布设,其中梅梁湾设13个观测点,自湾外到湾内形成5条监测剖面,贡湖湾设17个观测点,自湾外到湾内形成6条监测剖面(图1).受人力物力限制,监测采用巡测方式,沿着监测断面,乘坐摩托艇,自湾外到湾内循序推进,使用便携式全球定位仪确定观测点经纬度坐标.梅梁湾巡测开始时间为2008年9月10日10:00,结束时间为10日13:38;贡湖湾巡测开始时间为11日9:20,结束时间为11日16:40.图1太湖水下地形及巡测站点分布图Fig.1ThemapofunderwatertopographyandmonitoringstationsofLakeTaihu风速风向数据通过定点监测及现场同步两种方式获取.定点测量数据来源于设置在梅梁湾湾口附近的太湖生态系统研究站,采样高度10m.现场同步采用手持式风速风向仪现场记录观测点风速风向.流速监测采用SonTek(SonTekInc.,美国)声学多普勒剖面仪测量三维流速剖面,流速测量分辨率为0.1cm/s,垂向最小测量单元为15cm.水质采样方法为:表层、中层及底层水体叶绿素a(Chl.a)测定采用YSI6600V2(YSI吴挺峰等:前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响411Inc.,美国)水质仪(分辨率为0.1g/L).营养盐通过采集中层水样送实验室测定.营养盐测定指标包括:总氮(TN)、溶解性总氮(DTN)、总磷(TP)和溶解性总磷(DTP).TN、TP测定方法为:取适量样品加碱性过硫酸钾高温消解后,分别采用紫外分光光度法和钼酸铵分光光度法测定[11].DTN、DTP测定方法:将水样过WhatmanGF/C玻璃纤维滤膜,加碱性过硫酸钾高温消解后,按照TN、TP的方法测定[11].流场及浓度场绘制采用Surfer8.0(GoldenSo

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