太湖风浪对水环境的影响作用

水利发展研究2015·528太湖风浪对水环境的影响作用陈方，杨旭昌，王玉(太湖流域水文水资源监测中心，江苏无锡214024)摘要:风浪是太湖水动力学的主要驱动因子，其对太湖湖区水质、蓝藻水华、湖泛具有广泛和重要的作用。文章在前人工作的基础上，结合太湖流域实际，对太湖内源和蓝藻治理的相关措施进行了探讨。关键词:太湖;风浪;底泥;蓝藻暴发;湖泛doi:10.13928/j.cnki.wrdr.2015.05.007中图分类号:X524文献标识码:A文章编号:1671-1408(2015)05-0028-05收稿日期:2015-01-21作者简介:陈方(1974—)，男，高级工程师。太湖位于我国东部长江三角洲平原地区，湖面积2338km2，是我国第三大淡水湖，也是一个典型的平原浅水型湖泊，平均水深1.89m，正常水位下容积44.3亿m3。太湖是流域水资源的滞蓄和调度中枢，兼有防洪、排涝、供水、航运、旅游及养殖等多种功能，有力支撑了流域经济社会的发展。但过度的开发利用，以及入湖污染物质不断增加，超过了湖体本身的环境承载能力，使得湖体整体水质下降、湖泊富营养化趋势加重以及部分湖体丧失开发利用价值。近年来，随着流域供水布局的逐步调整，太湖在保障流域供水安全，尤其是供水水质方面越来越受到广泛的关注。正在进行的太湖水环境综合治理涉及诸多行业与领域，任重而道远。风浪对太湖水环境明显的影响作用，已引起科学家与管理者的重视，试图找准该领域研究与管理的结合点，提高治理措施的针对性，改进其效果。风浪对太湖水环境的明显作用一般表现在对水质和蓝藻爆发的影响。此外，近年来由于湖泛的发生，太湖水源地发生供水危机，因此，湖泛亦成为关注的重点。改善水质与抑制蓝藻爆发正是太湖水环境综合治理的重要目标。太湖水浅面阔，换水周期较长，水面波浪主要是在风的作用下形成的。本文主要探讨风对水质与蓝藻的影响作用，这个作用过程也离不开底泥的参与。1太湖风浪太湖属浅水型湖泊，风浪是其水动力学的主要驱动因子。风浪与多种因素有关，风速的大小直接影响着浪的大小，除了风速的作用，还有湖流、水位、地形等环境要素也会对浪的大小产生作用。目前针对太湖风浪的研究主要体现在两个方面:一方面是风、浪的特征统计及其定量关系;另一方面是基于风浪的湖流数值模拟。胡维平等［1］根据多站点观测数据，对太湖北部风浪波高进行无量纲处理分析及最小二乘拟合，充分成长的湖泊风浪平均波高与水深、风速、风区长度关系可统一用公式表示，但离岸区风浪计算公式因参数受局域和其周边地物、地形影响较大，与近岸区计算公式存在差异。罗潋葱等［2］基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据，分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并以太湖为例对浅水波浪模式(SMB)进行了验证。张发兵等［3］利用三维水动力学模型，对定常风条件下，几种典型湖底地形浅水湖泊的风生流场进行了数值深度分析29表12010年4—8月太湖贡湖风速频率统计次风速4月5月6月7月8月次数比例/%次数比例/%次数比例/%次数比例/%次数比例/%静小风(＜3.2m)133430.9135231.3192844.6152234.191720.5中风(＞3.2m，＜6m)195145.2202546.9195145.2223150.0190042.6大风(＞6m)103524.094221.844110.271015.9164636.9合计4320100.04319100.04320100.04463100.04463100.0模拟，比较了几种典型地形的风生流的垂向平均流场与各分层流场的差异。根据太湖风浪观测数据，5—8月主导风向为偏东风向偏南风过渡，整体以东南风为主(如图1所示);太湖多年平均风速为3.5m/s，按照风力对太湖水质和蓝藻水华的影响作用不同，可将其划分为静小风(风力＜3.2m)、中风(6m＞风力＞3.2m)和大风(＞6m)。静小风时，湖面风场主要表现为对湖面藻类漂移、堆积;大风条件下，风浪作用主要表现为对太湖底泥的扰动。从表1可知，静小风和大风发生频率较高。图12010年5—8月贡湖风向玫瑰图2风浪作用下底泥对水质的影响风浪对水质影响的直观认识可从太湖流域省界水体水质监测与异常分析可知:2004年3月4—10日期间，由于连续的大风天气致使整个太湖涌起大浪，风浪将湖底的底泥悬起，底泥孔隙水中的营养盐因此得到释放，造成了悬浮物浓度上升，湖水透明度下降，3月省界监测中太湖水质指标和富营养化指标浓度值的异常升高，直接影响太湖供水水质(如表2所列)。表2太湖2004年2月、3月分项指标平均浓度比较时间高锰酸盐指数氨氮/mg·L－1总磷/mg·L－1总氮/mg·L－1透明度/cm风力/m·s－12004年2月4.490.750.