太湖风浪的波动特征及对不同类型颗粒物悬浮和输移作用规律

浅水湖泊风浪扰动对悬浮物、营养盐、水下光照、浮游植物、水生植物及水华等均具有重要影响，而风浪本身的波动特征是了解其环境效应的基础。本申请拟对太湖梅梁湾、东太湖的波浪、悬浮颗粒物及蓝藻水华颗粒物开展连续一年的同步监测。通过对实测波浪数据的频谱分析，阐明太湖风浪频谱特征，并建立模拟浅水湖泊风浪场的SWAN模型，分析太湖风浪的空间分布及季节动态。利用现场观测、数值模拟及室内波浪水槽实验等手段，研究太湖风浪扰动下悬浮颗粒物及蓝藻颗粒物垂向迁移规律，区分蓝藻水华与其他悬浮物不同的动力作用机制。在此基础上，修正太湖富营养化数值模型，开展原模型和修正模型的对比研究，评估风浪对太湖悬浮物浓度时空分布和蓝藻水华漂移、聚集的影响。本申请可为弄清浅水湖泊风浪波动特征、风浪影响下不同类型颗粒物的悬浮输移规律及蓝藻水华预测预警服务。

以太湖风浪为研究对象，通过原位观测、室内实验及数值模型等手段，试图揭示太湖风浪的波动特征及对不同类型颗粒物悬浮和输移作用规律。首先，通过开展强风作用下太湖风浪原位观测研究，建立了典型太湖风浪的频谱结构描述方程，据此方程绘制的频谱具有峰值频率高，谱型尖瘦，能量集中等特征，这种高频低能的风浪极易受水深滤波的作用。但是由于太湖平均水深仅有1.9 m，风浪还是导致太湖底泥侵蚀悬浮主要应力，据此建立了反映波浪作用的沉积物悬浮过程表达式。同时，还开展了风浪对表面水华作用的原位观测研究，发现风浪是蓝藻水华形成两个前提条件之一。当风速超过6 m/s之后，风浪扰动将使得蓝藻浓度沿水深混合均匀，水表水华消散；反之，风平浪静条件下蓝藻颗粒上浮至水表形成水华。此外，课题组还进行了太湖沉积物侵蚀悬浮过程室内波浪水槽实验，发现波浪扰动不仅可以造成沉积物的侵蚀悬浮，还可以通过改变施加在水土界面上的压力分布而导致悬浮层以下内源性溶解态营养盐的加速释放。基于以上研究，开发了波浪-湖流-沉积物数值模型，初步的模型精度评估研究也证明风浪对悬浮物输移模拟的重要性。本课题的执行共发表并见刊相关SCI检索论文6篇，CSCD检索论文2篇；授权专利2项，申请专利2项，授权软件著作权2项，获得浙江省奖励1项。较好的完成了课题立项时设定的任务目标。