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波流作用下太湖水体悬浮物输运实验及模拟

水科学进展 2009年第5期20卷 701-706页

作者：李一平逄勇罗潋葱浅水湖泊综合治理与开发教育部重点实验室江苏南京210098 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学环境科学与工程学院江苏南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008

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—8m／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... 详细信息

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—8m／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

太湖波浪与湖流对沉积物再悬浮不同影响的研究

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水文 2003年第3期23卷 1-4页

作者：罗潋葱秦伯强中国科学院南京地理与湖泊研究所

基于有关太湖湖流、波浪和水化学指标的实测资料,对太湖中由于风强迫作用和底层湖流分别产生的湖底切应力进行了计算,发现二者之间量级相差很大,得出了在风扰动情况下,由于波动而产生的湖底切应力对沉积物的再悬浮起着主导作用的结论,... 详细信息

基于有关太湖湖流、波浪和水化学指标的实测资料,对太湖中由于风强迫作用和底层湖流分别产生的湖底切应力进行了计算,发现二者之间量级相差很大,得出了在风扰动情况下,由于波动而产生的湖底切应力对沉积物的再悬浮起着主导作用的结论,并估算了其临界值。

关键词：波浪湖流沉积物再悬浮太湖

太湖沉积物的分布和动力扰动下最大侵蚀深度的确定

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泥沙研究 2004年第1期29卷 9-14页

作者：罗潋葱秦伯强朱广伟中国科学院南京地理与湖泊研究所

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ... 详细信息

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ,沉积物覆盖量很小 ,有泥区面积占整个水面积的 47 45 % ,在 60 %的有泥区中 ,沉积物厚度集中在 2 5m以下 ,小于 5 0cm和大于 3 5m的有泥区面积所占比例不大。此外 ,利用Shields方法计算了太湖沉积物上层 1m内不同深度上的临界切应力 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力值 ,确定了不同扰动所能引起的最大侵蚀深度。计算结果说明 ,无论上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5 0m s左右 ,当风速大于临界风速时 ,悬浮深度随着风速的增加而增大 ,当风速达到 2 0 0m s时所能引起的最大侵蚀深度均在 3 0cm左右。

关键词：太湖沉积物动力扰动侵蚀深度最优插值法

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太湖底泥蓄积量和可悬浮量的计算

海洋与湖沼 2004年第6期35卷 491-496页

作者：罗潋葱秦伯强朱广伟中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院研究生院北京100039

基于 2 0 0 2年对太湖底泥分布的调查数据 ,利用最优插值法计算了整个太湖不同区域的底泥厚度。结果表明 ,太湖底泥总蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3,有泥区面积占整个水面积的47 5 %左右。此外 ,利用Shields方法 ,计算了太湖表层 1m内不同... 详细信息

基于 2 0 0 2年对太湖底泥分布的调查数据 ,利用最优插值法计算了整个太湖不同区域的底泥厚度。结果表明 ,太湖底泥总蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3,有泥区面积占整个水面积的47 5 %左右。此外 ,利用Shields方法 ,计算了太湖表层 1m内不同深度上底泥悬浮的临界切应力值 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力 ,确定了不同风速情况下所能引起的底泥悬浮量。计算结果发现 ,上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5— 6m/s,当风速大于临界风速时 ,悬浮量随着风速的增加而增加 ;若风速达到 2 0m/s时 ,所能引起的最大悬浮量约为 2 75亿m3。

关键词：底泥再悬浮太湖

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太湖流域上游降水特征分析

地理科学 2004年第4期24卷 472-476页

作者：罗潋葱秦伯强朱广伟中国科学院南京地理与湖泊研究所

利用太湖入流区域的湖州和宜兴两地46年(1957～2002)的降水观测资料,分析了降水在不同季节内的分配情况及多年变化规律和周期性特征。研究发现,46年来在整个全年降水中,汛期降水量约占60%左右,且有逐年递减的趋势;夏季和冬季降水量分别... 详细信息

利用太湖入流区域的湖州和宜兴两地46年(1957～2002)的降水观测资料,分析了降水在不同季节内的分配情况及多年变化规律和周期性特征。研究发现,46年来在整个全年降水中,汛期降水量约占60%左右,且有逐年递减的趋势;夏季和冬季降水量分别占全年降水量的35%和15%左右,并逐年递增。就递增趋势而言,冬季较夏季平缓。从旱涝等级的分析结果判断,1974年以前基本以轻旱为主,1974～2002年间具有旱涝交替特征。在所有灾害年中,84.8%的年份为厄尔尼诺或拉尼娜年。从谱分析结果判断,年降水量具有20年的主振荡周期和3.3年、2.2年的次周期,并出现与太阳黑子变化反位相的特征。研究表明,20世纪50年代末至70年代中期为少雨期,70年代末至本世纪初为多雨期。根据降水的周期性特点,本世纪初的20年中,太湖流域将呈现少雨特征,但并不排除气候异常造成在部分年份出现较大洪涝灾害的可能性。

关键词：太湖降水旱涝灾害

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浅水湖泊沉积物磷释放的波浪水槽试验研究

中国科学：地球科学 2005年第S2期39卷 81-89页

作者：孙小静朱广伟罗潋葱秦伯强中国科学院南京地理与湖泊研究所

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对沉积物内源营养盐释放的规律,采用波浪水槽试验研究了波浪扰动对太湖和巢湖沉积物悬浮和磷释放的作用。试验结果显示：在强波浪扰动下,底泥大规模悬浮,使得水体中悬浮固体(SS)、总磷(TP)和溶解性总磷(DTP... 详细信息

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对沉积物内源营养盐释放的规律,采用波浪水槽试验研究了波浪扰动对太湖和巢湖沉积物悬浮和磷释放的作用。试验结果显示：在强波浪扰动下,底泥大规模悬浮,使得水体中悬浮固体(SS)、总磷(TP)和溶解性总磷(DTP)含量显著升高,太湖和巢湖底泥水槽试验中上覆水体TP含量分别升高了6倍和3倍,DTP分别升高了1倍和70％,太湖底泥试验中溶解性活性磷(SRP)含量亦升高了25％。掀沙过程中,不但表层底泥间隙水中的溶解性磷释放到上覆水体当中,沉积物颗粒所吸附的磷也大量转化为SRP而解吸释放。然而,强波浪掀沙一段时间后,溶解态磷的释放逐渐受到限制。随着波浪扰动作用的持续,悬浮物的中值粒径减小,细颗粒组分的百分含量明显增加,使得悬浮物对溶解态磷的吸附能力增强；波浪扰动显著提高了水体的溶解氧浓度,也会促进水体铁锰物质的氧化,增大其对磷酸根离子的吸附能力。这些变化可能是波浪掀沙后期限制水体SRP浓度进一步升高的主要原因。太湖底泥波浪水槽试验的结果与太湖梅梁湾中心区域常见风浪扰动下底泥的悬浮起动情况相吻合,底泥起动的临界切应力也基本相同,强波浪掀沙的切应力条件及水体SS,TP及SRP浓度变化的特点也一致,表明本实验的结果接近太湖的实际状况。本研究说明太湖的水动力扰动能显著提高水体TP及SRP浓度,大波掀沙初期对底泥磷释放的影响最大,后期的影响强度则有所下降。

关键词：浅水湖泊水动力内源释放磷波浪水槽试验

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水动力条件下太湖透明度模拟研究

中国科学：地球科学 2005年第S2期39卷 145-156页

作者：逄勇李一平罗潋葱河海大学环境科学与工程学院南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

根据太湖实测资料分析得到了太湖悬浮物浓度和透明度之间呈现明显的反比关系,归纳总结了以往研究成果中建立的太湖透明度与悬浮物浓度之间的关系,说明可以通过模拟太湖悬浮物来反映太湖透明度的变化规律。实测资料表明,不同水深处的悬... 详细信息

根据太湖实测资料分析得到了太湖悬浮物浓度和透明度之间呈现明显的反比关系,归纳总结了以往研究成果中建立的太湖透明度与悬浮物浓度之间的关系,说明可以通过模拟太湖悬浮物来反映太湖透明度的变化规律。实测资料表明,不同水深处的悬浮物浓度与风速的变化趋势大致相近,风速越大,悬浮物浓度越大。太湖波浪、湖流与悬浮物浓度均呈现正相关关系,悬浮物浓度随着波浪和湖流的增大而增大,但波浪是影响底泥再悬浮的主要因素,流速次之。建立了太湖湖流、波浪和悬浮物耦合的数学模型,在悬浮物模型中考虑了波浪和湖流的综合影响。并将床面层附近底泥的起悬量和沉降量分开处理,考虑了近底水流中湍流脉动的随机特性,引入了底泥起悬条件。模型清楚地反映出了悬浮物中的底泥颗粒与床面层内运动底泥及床面活动底泥发生相互交换过程中的两个方面。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。利用该模型,模拟了太湖悬浮物和透明度的变化规律,模拟结果被实测值较好验证,说明所建立的模型是基本合理的,可用来进行太湖透明度的模拟和预测。

关键词：透明度悬浮物水动力底泥悬浮模型

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太湖水体中悬浮物研究

长江流域资源与环境 2004年第3期13卷 266-271页

作者：张运林秦伯强陈伟民罗潋葱中国科学院南京地理与湖泊研究所

为了全面了解太湖水中悬浮物的物质组成、变化规律,选取了太湖站近10年来各测点的连续观测资料及2次定点观测资料,分析了太湖水体中悬浮物的无机和有机颗粒成份、时空分布、垂直变化、与风速、风向的关系以及与重要光学参数的关系。研... 详细信息

为了全面了解太湖水中悬浮物的物质组成、变化规律,选取了太湖站近10年来各测点的连续观测资料及2次定点观测资料,分析了太湖水体中悬浮物的无机和有机颗粒成份、时空分布、垂直变化、与风速、风向的关系以及与重要光学参数的关系。研究结果表明:太湖悬浮物中有机物大概占30%;浓度大小的湖区分布大致是:湖心区>河口区、梅梁湖、贡湖、五里湖>东太湖;悬浮物浓度的季节变化是:湖心区冬季、春季>秋季>夏季,东太湖冬季>春季、夏季、秋季,其他湖区则没有明显季节变化;垂直分布是:深层>表层并且底泥悬浮的临界风速在5～6.5m/s之间;悬浮物浓度的增加是引起湖水透明度降低和光学衰减系数增大的主要原因。

关键词：太湖悬浮物风速光学衰减系数水环境评价透明度

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ADP在太湖沉积物再悬浮分析中的应用

湖泊科学 2003年第4期15卷 331-338页

作者：罗潋葱张发兵中国科学院南京地理与湖泊研究所

分析太湖的悬浮物浓度时,使用传统的过滤与称重的方法,难以在短时间内取得大量的数据,并且进行大范围调查时困难较多,特别是在计算悬浮物浓度随时间的变化率时,根据导数的定义其时间间隔应足够小,此时上述方法显然难以得出较为准确的结... 详细信息

分析太湖的悬浮物浓度时,使用传统的过滤与称重的方法,难以在短时间内取得大量的数据,并且进行大范围调查时困难较多,特别是在计算悬浮物浓度随时间的变化率时,根据导数的定义其时间间隔应足够小,此时上述方法显然难以得出较为准确的结果. 本文从声学后散射原理出发,通过对声学多普勒三维流速仪(ADP)所接收的回声强度在传播距离上的校正,得出了当悬浮物粒径组成较为稳定时,该强度能反映水体中悬浮物浓度 (SSC)的结论,并基于2002年在太湖乌龟山的一次为期一周的湖流观测结果,分析了经校正后的回声强度与太湖中悬浮物浓度间的指数相关关系,通过实测资料对上述关系进行了验证,结果表明该经验公式适用于太湖,其回声强度的变化能反映水体中SSC的变化规律,为大范围调查水体中悬浮物浓度提供了更加快速而有效的方法.

关键词： ADP 沉积物再悬浮分析 SSC 回声强度太湖