微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

中国环境科学2015，35(6)：1840-1846ChinaEnvironmenta1Science微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟俞茜，文0昭伟，陈永灿，朱德军(清华大学，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084)摘要：将水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合，建立微囊藻属垂向浓度分布模型，该模型不仅保留了以往模型的优点且改进了以往模型的不足，如考虑了微囊藻群体的直径大小及微囊藻属的浮力调节能力．模型结果与荷兰的Vinkeveen湖的实际测量数据吻合良好．此外，模拟结果也表明：微囊藻属在垂向的分布受水体紊动程度影响显著．微囊藻群体的最大浓度并不在水体表面，而是在水下一定深度处_，J、尺寸群体微囊藻群体(20～500m)在水深方向的分布比大尺寸群体(100~2001am)更加均匀．日落后，微囊藻属会因为密度减小上浮至水面，反之，白日里，微囊藻属密度增加向水底方向下沉，因此日出前水面的微囊藻属浓度高于日落前的水面浓度．关键词：微囊藻属；垂向分布；浮力调节；移流传输方程；数值模拟；日变化中图分类号：x703．5文献标识码：A文章编号：1000-6923f2O15)06-1840-07ModellingdaayvariationintheverticaldistributionofMicrocystis．YUQian,LIUZhao—wei。，CHENYong—can，ZHUDe-jun(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering，TsinghuaUniversity,Beijing100084，China)．ChinaEnvironmentalScience，2015，35(6)：1840~1846Abstract：Bycouplingadvection—difusionequ~ionandbuoyancyregulmion，acoupledmodelforsimulmingdiurnalchangesofverticalconcentrationdistributionofMicrocystiswasdeveloped．Diferentfromexigingmodels，thepresentmodelincorporatedthebuoyancyregulationoftheMicrocystiscolonieswithdiferentdiameters．ThenumericalsimulationsshowedagoodagreementwiththefielddataacquiredinLakeVinkeveen，theNetherlands．Itwasfoundthatthehighestconcentrationshowedupbelowratherthanonthewatersurfaceandturbulentdifusionhadasignificantimpactontheverticaldistribution．Thecolonieswithsmallersizes(20-50~trnindiameter)distributedmoreuniformlythanthosewithlargersizes(100~200pmindiameter)，Thedensitiesofcoloniesdecreasedintheevening，andthusMicrocystisfloatupwards．However,thedensitiesincreasedandtheMicrocystissankinthedaytime．Hence，thesurfaceconcentrationoftheMicrocystisreachedthehighestvalueatthesunriseandreachedthelowestvalueatthesunset．Keywords：Microcystis；verticaldistribution；buoyancyregulation；advection—difusionequation；numericalsimulation；dailyvariations微囊藻属是地球上适应性最强的藻类之一【1]，在长期的进化过程中，微囊藻属演进出的伪空胞帮助其可以在垂向自如地调节浮力【l-2]，较其他藻属能适应更多极端环境【3J．此外，微囊藻属产生的微囊藻毒素会造成人体的肝脏、神经系统和皮肤疾病【4】。因此，微囊藻属是典型的有害藻属之一【5】．微囊藻属因为适应生长的温度较高，所以通常在夏季爆发【6J，而随着全球气温的改变，微囊藻属水华爆发的时间可能会延长，从而带来更大的危害【4J．除了季节性爆发这个特点以外，微囊藻属另一个较少被关注的特