基于DYRESM模型的太湖全年水温模拟及其在水华预警中的应用

水温是湖泊生态系统的重要驱动因子,太湖蓝藻水华暴发过程与湖泊全年水温变化密切相关。本文从水温角度出发,运用澳大利亚西澳大学水研究中心开发的一维DYRESM水动力学模型模拟了太湖2005全年的水温变化状况,并通过太湖2005年水温实测值进行了验证,模型结果较好的反应了2005年太湖逐日水温的变化情况。另外从水温角度对太湖蓝藻水华暴发阶段作出分析,为太湖蓝藻水华暴发的预测预警研究进行了方法上的准备和探索。

基于DYRESM-CAEDYM模型的太湖污染控制效果评估

运用澳大利亚西澳大学水研究中心开发的DYRESM-CAEDYM模型对2005年太湖水质进行了模拟,确定了一套可应用于太湖水质模拟的参数,并进行了模拟结果的验证;模型对水温模拟结果较好,总氮(TN)、总磷(TP)以及藻类浓度全年模拟的总体变化趋势与实测相一致。同时运用该模型对污染控制效果进行评估,从清淤、调水以及控制入湖河流污染负荷这3种措施在太湖水质改善中的效果的比较来看:这3种方案使年底TN质量浓度分别下降了16%、6%和30%;TP质量浓度分别下降了4.6%、4.1%和31.8%;藻类质量浓度的峰值从61.01μg/L下降到55.79、55.92和52.99μg/L,另外藻类质量浓度超过Ⅳ类水(30μg/L)的天数分别从88 d下降到44、81以及43 d。清淤(CASE-1)和入湖河流能控制在Ⅳ类水(CASE-3),两者效果均好于调水(CASE-2)。今后将运用DYRESM-CAEDYM模型模拟综合实施多种措施下的水质改善效果,为太湖水质管理以及藻类水华暴发的预警方法进行进一步的探索。

太湖小时尺度水面蒸发特征及3种模型模拟效果对比

小时尺度水面蒸发可影响水面大气边界层热力和动力结构,分析湖泊小时尺度水面蒸发主要影响因素,选取准确模拟其特征的蒸发模型,将有助于改善流域天气预报和空气质量预报.基于太湖避风港站2012—2013年通量、辐射和气象观测数据,分析太湖小时尺度水面蒸发主要影响因子和3个模型(传统质量传输模型、Granger and Hedstrom经验模型、DYRESM模型)的模拟效果.结果表明:影响太湖小时尺度水面蒸发的主要因子为水气界面水汽压差和风速的乘积,而非净辐射.传统质量传输模型、Granger and Hedstrom经验模型、DYRESM模型模拟值与全年实测值的一致性系数分别为0.92、0.87和0.89,均方根误差分别为28.35、41.58和38.26 W/m^2.传统质量传输模型对太湖小时尺度水面蒸发的日变化和季节动态模拟效果最佳,其夜间模拟相对误差小于3%,除秋季外,其他季节的模拟绝对误差均小于4 W/m^2.Granger and Hedstrom经验模型系统性地高估太湖潜热通量,在大气较为稳定的午后(高估22~32 W/m^2)和冬季(高估72%)高估最为明显,模拟效果最差.DYRESM模型也系统地高估太湖潜热通量,模拟效果居中.考虑水汽交换系数随风速的变化特征将有助于改善传统质量传输模型和DYRESM模型对太湖小时尺度水面蒸发的模拟精度.

抚仙湖历史水位反演与未来30年水位变化预测

在极端气候事件频发和人类活动加剧的背景下,抚仙湖水位波动显著,尤其是2009—2012年极端干旱事件的发生,使抚仙湖平均水位(1721.31 m)低于法定最低水位(1721.65 m),给生态环境安全带来严重威胁.因此,找到合适有效的湖泊水位模拟方法,对气候变化影响下的未来水位进行预测,并做好相应的应对准备,对湖泊生态系统的保护至关重要.本文运用DYRESM水动力模型对抚仙湖1959—2050年水位进行了模拟.因抚仙湖流域尚无长时间序列的历史水文观测数据,故利用模型和水量补偿法对抚仙湖入湖水量进行反推,构建了降水量—入湖水量的回归方程,并通过有效的实测入湖水量和水位数据,对回归方程的精度进行了检验.利用全球气候模式BCC-CSM2-MR中SSP245和SSP585两种情景提供的未来气候预估数据,运用DYRESM预测了抚仙湖2021—2050年水位变化趋势.结果表明:(1)构建的DYRESM水动力模型和降水—入湖水量回归方程精度较高,模型结果能很好地反映抚仙湖水位的年际和年内变化趋势,且能有效捕捉到抚仙湖的水位峰值.(2)在SSP245和SSP585两种情景下,抚仙湖2021—2050年多年平均水位分别为1722.98和1723.93 m,较1959—2017年平均水位1721.77 m分别升高1.21和2.16 m.两种情景下抚仙湖未来水位均有部分时段超过法定最高蓄水位(1723.35 m),但均高于法定最低水位.因此,未来气候变化对抚仙湖水量的影响有限,并不会导致水位过低,当水位超过法定最高蓄水位时,可通过控制出流闸门将水位调节在合理范围内.

松涛水库水温数值模拟研究

为研究热带地区湖泊型水库水温分布规律,以海南省松涛水库为研究对象,采用垂向一维水温模型——DYRESM模拟水温分布,探究该水库水温结构及垂向水温年内演变规律。经分析可知:松涛水库水温呈显著的稳定分层结构,水温垂向分布具有明显的季节性;6、7月平均水温最高,2月最低,水深40 m处至库底水体水温不随时间改变,常年保持在19℃左右;全年内,水库表层水温均高于入流水温和当地气温;入库流量猛增时会导致水库水温出现双温跃层结构。

DYRESM和新安江模型在洱海出入流重建中的应用对比

湖泊是重要的淡水资源。在气候变化和人类活动的背景下,湖泊提供的淡水资源越来越有限,湖泊水量的计算对于了解全球和区域范围内的可利用淡水资源量具有重要意义。在洱海流域,日和月尺度上的出入流数据几乎没有,仅能从文献中查找到部分年尺度的入流数据,为洱海水量的精确计算带来了困难,因此,不得不借助水文或水动力模型来进行水量的精确反演。论文基于洱海实测水位、水位—库容曲线和水量平衡的方法,建立DYRESM计算洱海2000—2020年主要出入湖河道逐日流量,运用新安江模型反演洱海同时期逐日入湖流量,探究新安江模型在高原地区的适用性,根据2000—2020年实测出入湖流量年总值对2个模型模拟结果进行评价和对比分析。结果表明:①DYRESM模拟2000—2020年洱海多年平均入湖和出湖流量分别为6.88×10^(8)、6.08×10^(8)m^(3),逐年入湖和出湖模拟流量与实测值间相关系数r分别达到0.97和0.99。②基于DYRESM得出的洱海逐日入湖流量,构建新安江模型,将新安江模型模拟得到的2000—2020年洱海逐日入湖流量与DYRESM模拟结果进行了对比,拟合效果理想,洱海流域率定期和验证期间纳什效率系数(NSE)分别为0.68和0.55,r达到0.94。新安江模型参数在不同地区的参数对比结果中,差异性较大的主要为地表径流消退系数(Cs)和自由水容量(Sm),洱海流域内Sm值相较于平原地区数值偏大,Cs值具有明显地域性。③对比2000—2020年洱海入湖流量的模拟值与实测值,得到DYRESM模拟值与实测值间r=0.97,新安江模型模拟值与实测值间r=0.92,可见DYRESM在出入流重建模拟中的表现优于新安江模型。

基于DRYESM模型的红枫水库水体热分层特征及关键控制因素模拟研究

水温结构是湖库生态系统演化的重要基础,热分层稳定性对深水湖库水体物理、化学和生物演化具有重要影响,因此研究水体热分层特征及关键控制因素具有重要意义。本文运用DYRESM水动力模型模拟了红枫水库2014年全年的水温变化特征,并对影响水体热分层结构的关键控制因素进行了探究。结果表明:1) DYRESM水动力学模型可有效模拟红枫水库的水体热分层特征及时间演化规律,可准确预测水体热分层形成和消亡的时间及去分层强度。2)气温变化对水库水体热分层具有明显影响,增温可加速水体热分层的形成,造成温跃层下潜和去分层延迟;短波辐射的增强(<40%)不会对红枫湖水温结构造成明显影响,但可导致去分层发生时间后延;风速是水体热分层稳定性的敏感因素,当风速增加40%后,热分层演化发生较大变化,表现在6～9月份中层及底层水温大幅升高(从9℃上升到14℃),去分层时间提前30天,相应造成分层期缩短。