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第 20 卷第 5 期水科学进展 Vol 20 ,No 5
2009 年 9 月 ADVANCES IN WATER SCIENCE Sep. , 2009
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波流作用下太湖水体悬浮物输运实验及模拟
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李一平1 ,2 ,3 , 逄勇1 ,2 ,3 , 罗潋葱4
(1 浅水湖泊综合治理与开发教育部重点实验室, 江苏南京 210098 ; 2 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098 ;
3 河海大学环境科学与工程学院, 江苏南京 210098 ; 4 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 江苏南京 210008)
摘要: 利用室内外实验和数学模型对波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运过程进行了研究。结果表明: 当太
湖日平均风速在 2~8 m/ s 时, 水体悬浮物再悬浮通量与平均风速符合正相关关系; 太湖悬浮物沉降属于絮凝沉降。
悬浮物浓度较低时, 其沉降速率与浓度无明显的相关关系; 而浓度较高时, 沉降速率随浓度升高而增大。悬浮物浓
度和沉降速率符合 Logistic 函数; 将太湖湖流模型和波浪模型耦合, 有效地反映了太湖的水动力过程; 在太湖悬浮
物模型中, 引入底泥起悬条件, 将底泥的起悬量与沉降量分开处理, 有效地模拟了太湖悬浮物的输运过程。模拟结
果表明太湖悬浮物沿岸区域受湖流的影响较大, 湖心区域受波浪影响较大。
关键词: 波浪; 湖流; 太湖; 悬浮物; 输运实验; 数学模型
中图分类号: P343 3 文献标识码: A 文章编号: 1001 6791(2009) 05 0701 06
在大型浅水湖泊中, 波浪掀沙、水流挟沙使得底泥与水体产生强烈交换, 在悬浮物输运过程中, 与其携带
的大量营养盐一并运动, 所以研究波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运过程, 是研究太湖富营养化发生
机理的一个关键性问题。目前, 关于太湖湖流观测和模拟的文章较多, 而对太湖波浪进行观测和模拟的文章还
较少[1 4 ] 。已有的研究成果大都停留在波浪观测和经验公式的基础上[5 7 ] , 文献[ 8 9 ]对太湖波浪进行了数值模
拟, 探讨了太湖湖流和波浪相互影响的机制, 但波流共同作用下太湖水体悬浮物或营养盐输运影响的研究尚不
多见。仅有的成果主要从实验和数学模型两方面展开研究。实验研究侧重于局部湖域沉积物悬浮的动力机制及
内源营养盐的赋存、循环及其交换特征[10 13 ] 。数学模型在源汇项的处理上, 往往将底泥只当作源项考虑, 并
且在参数的取值上大多利用模型率定的手段, 未能有效的反映悬浮物的沉降过程和底泥的再悬浮过程[13 14 ] 。
基于以上几点, 本文对波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运进行了实验及模拟研究。
1 太湖水体悬浮物悬浮沉降实验
1 1 太湖底泥再悬浮实验
(1) 实验装置如图 1 所示, 沉积物采样器为有机玻璃圆筒, 内径为 11 cm , 高度为 33 cm。实验中, 将 2
个沉积物采样器固定在塑料筐内, 每个塑料筐下挂 2 kg 左右的重物。
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