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微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

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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

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