2.4　本章小结

湖流是物质输移的动力条件,是研究水动力作用下物质分布特征和迁移规律的基础,湖流模型是建立水生态动力学模型的前提条件。本章在对太湖湖流进行野外观测的基础上,对太湖湖流进行模拟,研究太湖在盛行风下的流场特征,得到以下主要结论。

(1)野外单点实测资料表明,上层水体流向与风向基本一致,下层水体可能会出现补偿流,流向与上层流向相比,具有相反分量,但不一定完全相反。随着风速的增加,流向与风向一致的流场厚度逐渐增加。当风速较大时,整层水体均可能出现流向与风向一致的现象,但下层流速较上层偏小。太湖空间实测流场表明,太湖流场受风场影响较大,表层水体流向基本与风向一致。由于太湖风速风向时空变化较大,使得太湖流场不稳定,环流不明显。但当太湖风速风向空间分布较为一致,且持续作用一段时间时,太湖流场可形成明显环流。

(2)通过对湖流参数不确定性和敏感性分析可知,针对大型浅水湖泊而言,湖泊岸线和湖湾形状、湖底地形、湖泊周围地形、湖泊水面风场对模拟结果产生决定性影响。对于水位,湖湾区尤其是湖湾敞口与风向一致的半封闭湖湾区、风的吹程较长以及岸线比较复杂的湖区受到的不确定性较大;对于流速,风的吹程越长和湖泊岸线越复杂的湖区受到的不确定性越大,并且在垂向上表层流速受参数不确定性影响最大,底层次之,中层最小;5个参数不确定性对水动力模拟结果不确定性的贡献率排序为风拖曳系数、风遮挡系数、床面粗糙高度、涡黏性系数和扩散系数。

(3)通过对4个重要外部输入条件的不确定性和敏感性分析可知,初始水位的设定对水动力模型模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,贡献率分别达到85.73%和66.125%,而对垂向平均流速不确定性影响的贡献率约为3%;风速对垂向平均流速模拟结果产生决定性影响,贡献率达到55%～60%,而对水位和水龄的贡献率分别只有5.25%和3.00%。

(4)由太湖三维模型模拟结果可知,各种风场持续作用48h后在太湖开阔水域一般可形成稳定流场。稳定后的太湖上层湖流流速较大且较均匀;中层湖流流态比较复杂,沿西南岸流速偏大,而且在洞庭西山与东山之间的狭长水道除在东南风和西北风时流速较小外,一般流速都比较大;而下层流速也较均匀,靠岸边流速略小。在流态方面,太湖在形成稳定流场以后,上层流向基本与风向保持一致,沿岸稍有变化;下层流向除沿岸外基本保持与风向相反;中层流态较为复杂,各层稳定状态的流场之间存在着切变。

(5)对太湖而言,根据其环流方向及范围可知,太湖流场形态(环流形势)与风速大小关系不大,主要与风向有关,而风速大小主要决定湖流的大小。根据各个阶段的流场特征,太湖风生流的形成过程大致可分为风向流动阶段、风向下游回流阶段、环流雏形阶段、逐步稳定阶段。