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太湖是我国第三大淡水湖泊,属于大型浅水湖泊,由于湖泊水体流量小、流速慢而封闭、水体交换周期长、污染胁迫压力大,生态系统自我恢复能力较差。近年来,太湖一直面临着严重的藻类爆发即水华问题。太湖水华的主要原因是外源输入和内源释放,因此本文在前人的研究基础上开展了如下工作:
太湖藻类生长受水动力过程的影响,所以研究太湖水动力特征是研究太湖藻类生长的基础和前提。本文根据在太湖几次野外连续的监测资料,分析了太湖湖流的运动特征,总结了太湖湖流的主要特征。利用三维间断有限元模型对太湖不同风速风向下的湖流进行了模拟,并在水深方向分为4层,研究了不同层的环流结构,反映了太湖环流的垂向变化规律,有助于了解太湖环流作用下水体中营养物质的迁移输送规律。并根据太湖野外波浪的实测资料,分析了所观测到的太湖波要素的特征。采用第三代波浪模型WAM,对不同风场下太湖波浪要素进行了模拟。
太湖的悬浮物与底泥的内源释放联系密切,因此研究清楚太湖悬浮物的输运规律对于研究太湖藻类生长问题非常重要。本文通过实验得出了太湖底泥在不同起动标准下的起动切应力,进而利用泥沙起动的理论模型给予了验证。并根据实验结果建立了太湖三维悬浮物模型和太湖底泥床面模型,对悬浮物疏运,底床变化等进行了模拟。同时根据实验还建立了底泥中TN、TP的释放通量与悬浮物的关系,综合考虑外源污染和内源释放,建立了太湖水质模型,取得了较好的效果。
为确定藻类生长的各种参数,本文通过室内实验模拟了太湖藻类的生长,通过改变温度、光照、营养盐浓度等来研究藻类的生长变化规律。从而对藻类的生长规律作出合理解释,并为藻类生长模型的建模提供参数支持。在实验的支撑下,综合考虑水动力条件、水质条件、底泥释放、透明度等因素的综合影响,建立了太湖藻类生长模型。