特殊风场条件对太湖蓝藻水华迁移的影响研究

作者:陈黎明;王成林;李噙来 刊名:环境监测管理与技术 上传者:张立

【摘要】在高温、微风气象条件下,适宜蓝藻水华形成。在特殊非均一风场的驱动下,太湖蓝藻水华迁移过程与被均匀风场驱动有所不同。选取太湖典型风向进行分析,并采用三维水动力水质模型对表面非均一风场条件下的风生流流场及水质进行模拟,结果表明,在特殊非均一风场的驱动下,当太湖蓝藻浓度较高时,容易在西部湖区特别在竺山湖、梅梁湾湾内、岸边及湾口聚集,形成水华暴发,这有助于研究太湖污染物及蓝藻水华的输移及空间分布和机理。

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近年来太湖蓝藻水华对水资源的利用产生了很大的危害,逄勇等[1-3]采用水动力学及水质模型对藻类迁移进行了模拟研究,朱永春等[4]对风场在太湖藻类迁移中的影响进行了动力学研究,表明不同风场对于藻类在湖泊中的水平及垂直分布影响很大,存在临界风速,其范围在2m/s3m/s之间。当风速低于临界风速时,水表面藻类顺着风向迅速向迎风岸边漂移,形成藻类大量堆积。但当风速超过临界风速时,藻类在水体中上下混合,分布比较均匀。孙小静等[5]研究发现小风浪有利于蓝藻生长或漂浮,而大风浪对其生长或漂浮不利。在太湖梅梁湾,白晓华等[6]通过室内风箱水槽实验和野外观测,建立了风速与水华藻类漂移速度的指数相关方程。朱文昌等[7]研究表明梅梁湖浮游植物生长受多个环境因子的共同影响,但主要为TP、TN、水温和风速。文献[8-10]研究发现高温、强光照的条件有利于蓝藻生物体的生长;只要水文气象条件适当,优势种群的水华蓝藻会通过垂向运动漂浮到水面,其他湖区的水华蓝藻,通过合适的风和湖流的带动,特别容易长距离快速漂移,大量聚集到局部湖区,形成了灾害性蓝藻水华。不同气象和水文条件对蓝藻迁移以及暴发起至关重要的作用。目前对太湖蓝藻暴发的预测预警研究,主要有遥感解译[11]、现场监测[12]、数学模型等,而在数学模型水质因子计算中大多采用均一风场。太湖作为大型浅水湖泊,其表面积高达2400km2,表面风场的非均一性极有可能对营养盐及蓝藻水华的迁移产生较大的影响。因此对表面非均一风场条件下的太湖风生流流场进行模拟,并选取典型风向进行分析,为进一步研究太湖污染物的输移及空间分布和机理提供了必要的基础。1太湖表面风场分析选取2005年的8月19日8月23日,太湖处于高温、微风气象条件下的时间段进行分析研究。其中8月21日14:00无锡、常州、宜兴等地气象站的监测资料表明,此时该地区的风向为西北向,风在经过大太湖湖面到了长兴、湖州等地区,风向明显发生了变化,转变为东北向,见图1。图1太湖流域背景风场Fig.1BackgroundwindfieldofTaihuLakeBasin根据热力环流的原理,夏季午后太湖周边城市热岛效应使苏州、无锡等地区温度升高较快,容易形成以城市为中心的低气压中心,而大太湖水体受热较慢,会在湖面地区形成一个以下沉气流为主的高气压中心,见图2。图2太湖流域气压Fig.2BarometricfieldoftheTaihuLakeBasin大风天气风速较大,城市与大太湖湖面的热力环流不明显,因此湖面风向变化不明显;而微风天气条件(2005年8月21日14:00,风速为3.1m/s),夏季午后,太阳辐射达到顶峰,太湖四周陆地形成的低气压中心也达到最低值,而此时太湖湖面地区以下沉气流为主高气压中心也达到峰值,从而使太湖湖面形成从湖心区向陆地方向发散的湖陆风,与同陆地上的风主导方向不一致,见图3。图3太湖流域WRF模型模拟后风场Fig.3WindfieldsimulatedbyWRFmodeloftheTaihuLakeBasin通过数值模拟试验,表明在高温、微风的气象条件下,非绝热加热不均匀造成的局地次级环流叠加在弱的背景风场之上,改变了湖区的风场形势[13],这是太湖湖面形成气流辐散场的机理。WRF3.0气象模型的模拟2005年8月21日14:00太湖湖面的风场处于辐散的状态,通过与周围陆地上宜兴、长兴、湖洲、东山、吴江气象站等15个监测站点的资料比较分析,其趋势具有一定的合理性。2模型结果比较WRF3.0气象模型模拟局部地区前后湖面风场的风向相差较大,而大多数水质模型风场采用均一的

参考文献

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