千岛湖水体稳定度和热分层结构对溶解氧垂向分布的影响

基于2017年1月—2020年2月千岛湖大坝前水质高频监测数据与湖心区气象数据,使用Lake Analyzer(LA)软件计算了水体稳定度指标(“施密特稳定度”和“浮力频率”)和热分层指标(“温跃层深度”和“温跃层厚度”),并与溶解氧垂向分布指标(“氧跃层深度”和“氧跃层强度”)结合分析。结果表明千岛湖存在时间长且稳定的热力分层和溶解氧分层,分层期为每年4—12月,根据结构变化可分为形成期(4—6月)、稳定期(7—9月)和减弱期(10—12月)三个阶段。水体稳定度指标、热分层指标和溶解氧垂向分布指标间相关分析结果表明:水体混合状态是影响溶解氧垂向分布的重要因素,湖体存在热分层则是氧跃层出现的根本原因,水体稳定度升高与热分层结构形成均阻碍溶解氧的垂向交换,促进氧跃层的形成。基于回归分析,发现温跃层深度与氧跃层深度具有良好的线性关系,拟合精度高(R^(2)=0.81,N=25),说明在千岛湖可通过温跃层深度推断氧跃层态势。研究结果同时证明LA在千岛湖的可适用性,以及在其它湖泊的可推广性,提供了水体稳定度和热分层指标定量化计算的工具。

千岛湖极端水位变化对温跃层的影响

为分析千岛湖极端水位变化对温跃层的影响,在水温垂直剖面数据缺测情况下,采用率定后的一维水动力模型DYRESM模拟了不同水位变幅下的温跃层,并设置了极端水位变化情况(情景1)和正常水文条件(情景2)两种情景进行对比分析;基于湖泊分析程序Lake Analyzer计算了两种情景下温跃层表层和底层深度、温跃层厚度和施密特稳定度等。模拟结果表明:情景1水体混合期为2013年11月20日至2014年3月23日,同时段内情景2水体混合期则为2013年12月5日至2014年3月16日;情景1在高水位时,湖体从上到下呈“混合层、温跃层、均温层(30~40 m水层)、温跃层、均温层”的双温跃层结构,同时段内情景2则呈“混合层、温跃层、均温层”的单温跃层结构;情景1与情景2相比,平均水位低2.24 m,施密特稳定度均值低119.19 J/m^(2),可见极端水位变化条件下出现的低水位情况能显著降低水体稳定度。