滆湖北部人工地形重塑下風浪場變化研究*

秦 灝 張怡輝 朱金格 胡維平 彭兆亮

(1. 江蘇省太湖水利規劃設計研究院有限公司 江蘇蘇州 215106; 2. 中國科學院南京地理與湖泊研究所 湖泊與環境國家重點實驗室 江蘇南京 210008)

湖泊水動力是湖泊的重要水文現象之一, 是湖泊生態系統的基本動力要素(沈吉等, 2020)。湖泊水動力驅動著湖泊泥沙和營養物質的輸移和擴散, 改變湖泊生態系統的物理環境條件, 進而影響湖泊化學元素的循環, 是決定湖泊生態系統結構功能的基礎(張奇等, 2020)。淺水湖泊中風經過水氣相互作用的傳遞產生風浪和湖流, 其中主要能量傳遞給風浪(Wüestetal, 2003)。風浪作為淺水湖泊重要的水動力因子, 是沉積物再懸浮的最重要的驅動因素(Fanetal,2001; 秦伯強等, 2003; 羅瀲蔥等, 2004; Lietal,2017), 沉積物的懸浮后會引起上覆水中懸浮顆粒大量增加和濁度升高(Yaoetal, 2022; 張怡輝等, 2022),從而對水體水質產生不利的影響。因此, 開展湖泊水動力場的變化研究對于認識和診斷湖泊生態系統的演化都具有重要的意義。

地形是影響淺水湖泊水動力變化的主要因素。為了改善滆湖水質, 確保供水安全, 保障生態系統健康,針對 滆湖水生態環境問題與成因, 在滆湖北部(滆湖沿江高速以北)實施了一系列工程治理措施(何尚衛等,2015), 其中包括了底泥疏浚、退圩還湖、退圍還湖和深槽構建, 以上工程措施的實施會對整個滆湖北部的地形與岸線形態產生較大的影響, 而地形作為影響風浪特征的關鍵因素, 其變化可能會對區域內的風浪場產生較大影響, 因此開展相應的研究具有較高的應用意義。本研究將以 滆湖北部為研究對象, 利用數值模擬的手段來分析 滆湖北部整治前(2010 年)和整治后并趨于穩定形態下(2020 年)風浪場特征及其變化情況, 從而分析 滆湖北部整治措施對 滆湖水環境演化的影響, 總結整治經驗, 并為滆 湖的進一步整治提供經驗與支撐。

1 研究背景

1.1 滆湖概況

滆湖(31°29′～31°42′N, 119°44′～119°53′E, 圖1)居常州武進和宜興之間, 地處長江三角洲的西緣, 北通長江, 東瀕太湖, 西連長蕩湖, 南接東 氿、西 氿。因滆湖位于江蘇太湖西側, 故又名西太湖。全湖大部分水面位于常州武進區境內(占總面積71.4%), 常水位為3.37 m (吳淞基面), 相應的平均水深為1.32 m, 面積為164 km2, 容積為2.05 億 m3, 是蘇南地區第二大淡水湖泊, 具有水產養殖、蓄洪灌溉、水上運輸, 現代旅游等多種使用功能, 在當地國民經濟建設中占有十分重要的地位。

1.2 滆湖北部整治概況

為了改善 滆湖水質, 確保供水安全, 保障生態系統健康, 針對 滆湖水生態環境問題與成因, 在 滆湖北部(滆湖沿江高速以北)實施了一系列工程治理措施。

基于 滆湖(武進區)生態清淤工程方案, 2010～2011年在 滆湖北部湖區實施干法疏浚工程, 完成沿江高速以北 滆湖清淤總面積 12.09 km2, 清淤土方326.6 萬 m3。優化湖泊湖底地形, 改善湖泊水動力條件, 降低水動力過程對湖底沉積物擾動, 減少底泥沉積物營養鹽與污染物的動態釋放通量。在進行 滆湖北部污染物底泥疏浚的過程中, 布設30 m (長)×30 m(寬)×1.5 m(深)凹槽, 作為沉淀物陷阱, 捕獲 滆湖因風場和湖流作用搬運至北部的有機顆粒物, 同時也可以使北部在風浪作用發生再懸浮的底泥沉積物被凹槽捕獲, 降低水體懸浮顆粒物量、提高水體透明度,并為淺水區植物生長提供相對有利的條件。2012 年實施完成 滆湖沿江高速以北退圩還湖一期工程, 實施總面積3.89 km2, 其中退田還湖2.11 km2, 排泥場面積1.78 km2。

2 研究方法

2.1 風浪模型構建

采用基于動譜平衡方程的風浪模型, 開展 滆湖北部整治工程實施前后盛行風條件下風浪變化, 通過對比整治前后風浪強度評估整治工程實施后 滆湖北部湖區風浪場變化情況。

2.1.1 風浪模型配置 SWAN (simulating waves nearshore)風浪模式是適用于近岸的第三代風浪模型,由荷蘭Delft 大學土木工程系的Booij 等(1999)開發并由SWAN 團隊發展和完善的, 已成功地在太湖(李一平等, 2008; 許遐禎等, 2013; 王震等, 2016)、巢湖(張怡輝等, 2020a, 2020b)、淀山湖(張洪生等, 2011)等淺水湖泊進行了應用, 其詳細介紹可參考SWAN 技術手冊(the SWAN Team, 2006), 這里不再贅述。

考慮 滆湖為一個整體湖泊, 沿江高速南北是聯通的, 因此建立東西14.4 km, 南北長22.4 km 的整個滆湖模擬區域, 采用二維非靜態模型。模型的空間分辨率為100 m×100 m, 計算時間步長取2 min。擬定頻率范圍為0.2～2.5 Hz, 分成50 個頻率段。方向沿整個圓周方向均分為36 份, 即方向分辨率為10°。模型物理過程中, 風輸入考慮了線性增長和指數增長兩部分, 底摩擦引起的消耗采用JONSWAP 模型, 系數取0.067。淺水風浪破碎系數在計算時取其均值0.73。模型中考慮了淺水中三波相互作用, 其他采用默認值。

2.1.2 風浪監測及驗證 風浪監測站位于 滆湖取水口附近(圖1), 觀測時間為2021 年12 月30 日10:30至2022 年1 月4 日13:00, 觀測時間間隔30 min, 觀測儀器采用MidasDWR 壓阻式波浪儀, 坐底式布放,采樣頻率為4 Hz, 可獲得觀測期間觀測點的有效波高、平均周期等波浪特征參數。

利用 滆湖風浪模型計算風浪監測期間 滆湖風浪變化情況, 湖面風場采用國家氣象站宜興站(119.8167°E,31.3333°N)、金壇站(119.55°E, 31.7167°N)和無錫站(120.35°E, 31.6167°N) 3 個站的平均風速作為輸入風速, 其計算結果及驗證情況如圖2 所示, 計算結果隨時間變化與實測值吻合良好, 可以較好地模擬出湖體風浪變化情況。統計結果表明, 有效波高計算值與實測值呈現顯著相關(相關系數r=0.92, 顯著性值p＜0.05, 統計數據個數N=246)。而波周期雖然計算值與實測值也呈現顯著相關(r=0.3,p＜0.05,N=197), 但相關系數并不高(r=0.3); 這是由于監測所用的波浪儀為壓阻式, 通過水體壓力變化反演出波浪參數, 對于小風浪情況, 由于 滆湖水淺, 其變化值較小, 相應地誤差會較大; 監測儀器技術說明中也明確指出對于水深較小的情況, 波浪儀存在高頻(低周期)信號丟失的缺點, 這從圖2b 中也可以看出, 在小風浪情況時, 波周期誤差較大, 進一步我們對波高大于2、4、5 cm 時波周期的計算與實測數據進行統計, 相應地相關系數分別提高至0.60、0.64、0.68, 這表明對于較大波況時, 模擬的波周期是較為可靠的。因此建立的 滆湖風浪模型可以較好地開展 滆湖風浪模擬, 能夠為 滆湖風浪變化模擬提供可靠的結果。

圖2 風浪監測及驗證結果Fig.2 Monitoring and verification of wind and wave

2.2 地形選擇

2009 年開始, 滆湖北部實施了生態清淤、地形重塑、退圩環湖等人工地形重塑工程, 滆湖北部岸線、地形等發生了較大變化。

實施前, 滆湖北部湖區西部片區為大量圩區, 東部片區則存在大量圍網養殖區, 其歷史影像圖和其常水位(3.37 m)下水深地形圖如圖3所示。整治前滆湖北部湖區較為開闊, 地形較為平緩, 其最大水深為3.98 m, 平均水深1.26 m, 水面面積約為9.91 km2。

圖3 滆湖北部2009 年歷史影像圖和常水位下水深圖Fig.3 The image and water depth at normal water level of the northern part of Gehu Lake in 2009

實施后, 其西部片區圩區大量恢復為湖區, 東部片區的圍網也大量拆除, 其歷史影像圖和常水位(3.37 m)下水深地形圖如圖4 所示。整治后, 滆湖北部湖區地形復雜多變, 湖區內島嶼、淺灘眾多, 高速公路下分布了多段長條形小島及淺灘, 常水位下其最大水深約3.30 m, 平均水深2.13 m, 較整治前水深平均增加了0.87 m, 水面面積增加為13.45 km2。由于地形發生了較大變化, 其勢必引起湖區內水動力等物理生境條件發生變化。

圖4 滆湖北部2020 年影像圖(現狀)和常水位下水深圖Fig.4 Current image and water depth at normal water level in the northern part of Gehu Lake in 2020

2.3 風場選擇

根據 滆湖周邊國家氣象站宜興站2016～2022 年風場統計資料(圖5), 滆湖地區夏季盛行東南、東東南風, 冬季則盛行西西北、西北風。夏季東南風占比最大, 為22.98%, 其10%保證率風速為4.69 m/s; 其次為東東南風, 占比為16.91%, 10%保證率風速為4.44 m/s。冬季西西北風與西北風占比接近, 其中西西北風占比9.16%, 10%保證率風速為4.25 m/s, 西北風占比為8.62%, 10%保證率風速為3.38 m/s。因此分別選擇東南風、東東南風、西西北風、西北風10%保證率風速下的 滆湖北部風浪場變化進行分析。

圖5 宜興站2016～2022 年風向玫瑰圖(單位: %)Fig.5 Wind rose diagram of the Yixing Meteorological Station from 2016 to 2022 (unit: %)

3 結果與分析

3.1 人工地形重塑實施前風浪分布特征

地形重塑工程實施前, 在盛行風東南風4.69 m/s、東東南風 4.44 m/s、西西北風 4.25 m/s 與西北風3.38 m/s 風速下作用下, 滆湖北部湖區風浪波高(Hs)和對湖底擾動強度(半波長與水深的比值, 根據波浪理論,當半波長等于水深的時候, 波浪可以擾動到湖底, 隨著該值的增加, 表示波浪對湖底的擾動強度增加, 從而引起更大強度的湖底懸浮發生)分布如圖6～9 所示。

圖6 地形重塑前滆湖北部湖區受東南風4.69 m/s 作用下波高和波浪擾動強度(半波長與水深的比值, 下同)分布情況Fig.6 Distribution of wave height and wave disturbance intensity (the ratio of half-wavelength to water depth, the same below) in the northern part of Gehu Lake under the action of southeast wind of 4.69 m/s before the terrain remodeling

圖7 地形重塑前滆湖北部湖區受東東南風4.44 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.7 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of SEE wind of 4.44 m/s before the terrain remodeling

圖8 地形重塑前滆湖北部湖區受西西北風4.25 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.8 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of NWW wind of 4.25 m/s before the terrain remodeling

圖9 地形重塑前滆湖北部湖區受西北風3.38 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.9 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of NW wind of 3.38 m/s before the terrain remodeling

整體看, 不同風向下, 波高分布與地形變化較為一致, 水深大的區域可以形成較大的風浪, 而波浪對湖底的擾動強度則受風浪與水深大小共同控制。

東南風4.69 m/s 時, 滆湖北部湖區形成的最大波高0.274 m, 最小波高0.047 m, 平均波高0.237 m。除近岸少部分水域風浪較小外, 大部分水域波高均較大, 其中波高小于0.15 m 和0.20 m 的面積分別約為0.24 km2和1.11 km2, 占北部湖區面積的2.44%和11.29%。從波浪擾動強度看, 全部湖區湖底均可受到風浪擾動影響, 擾動強度大于 1.6 的水域面積約1.58 km2, 占北部湖區面積的15.9%。

東東南風4.44 m/s 時, 與東南風下風浪分布相似,由于風速略小, 風浪強度也有所減弱。北部湖區形成的最大波高0.259 m, 最小波高0.048 m, 平均波高0.221 m。其中波高小于0.15 m 和0.20 m 的面積分別約為0.28 km2和1.65 km2, 占北部湖區面積的2.85%和16.79%, 相較東南風下, 由于風速的降低, 弱風浪條件面積有所增加。從波浪擾動強度看, 北湖湖區全部湖底均可受到風浪擾動影響, 但擾動強度大于1.6的水域面積約1.23 km2, 相較東南風時有所減小。

冬季西西北和西北風下, 風速有所降低, 且相較東南、東東南風下較長的風區長度, 由于受北部陸地影響, 風區長度有所減小, 因此相應的風浪強度顯著減弱。

西西北風4.25 m/s 時, 北部湖區形成的最大波高0.23 m, 最小波高0.046 m, 平均波高0.183 m。波高小于0.15 和0.20 m 的面積分別約為1.80 和5.85 km2,占北部湖區面積的18.31%和59.51%。從波浪擾動強度看, 擾動強度相較東南風時顯著減弱, 近岸帶附近風浪擾動強度介于1.0～1.2, 面積約1.58 km2, 占北部湖區面積的15.9%; 擾動強度介于1.2～1.4 的水域面積為6.25 km2, 占北部湖區面積的63.1%; 擾動強度大于1.4 的水域面積僅僅為2.07 km2, 占北部湖區面積的20.9%。

西北風3.38 m/s 時, 風浪強度進一步減小, 北部湖區形成的最大波高0.164 m, 最小波高0.043 m, 平均波高0.131 m。其中波高小于0.15 m 的面積約7.84 km2, 占北部湖區面積的79.76%。從波浪擾動強度看, 西北近岸區域出現了風浪擾動強度小于1.0 的情況, 其面積約為0.7 km2, 僅在下風向的東南個別區域(面積0.32 km2)存在擾動強度大于1.4 的情況。

3.2 人工地形重塑實施后風浪分布特征

人工地形重塑工程實施后, 通過多年的沖淤平衡, 滆湖北部總體處于穩定的地形形態。在盛行風東南風4.69 m/s、東東南風4.44 m/s、西西北風4.25 m/s與西北風3.38 m/s 風速下作用下, 北部湖區風浪波高和對湖底擾動強度分布如圖10～13 所示。

圖10 地形重塑后滆湖北部湖區受東南風4.69 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.10 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of SE wind of 4.69 m/s after the terrain remodeling

圖11 地形重塑后滆湖北部湖區受東東南風4.44 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.11 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of SEE wind of 4.44 m/s before the terrain remodeling

圖12 地形重塑后滆湖北部湖區受西西北風4.25 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.12 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of NWW wind of 4.25 m/s after the terrain remodeling

圖13 地形重塑前滆湖北部湖區受西北風3.38 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.13 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of NW wind of 3.38 m/s after the terrain remodeling

東南風4.69 m/s 時, 北部湖區形成的最大波高0.263 m, 最小波高0.044 m, 平均波高0.209 m。由于內部淺島影響, 風浪成長和傳播受限, 風浪強度較小。其中波高小于0.15 m和0.20 m的面積約1.15 km2和4.49 km2,占北部湖區面積的8.55%和33.38%。從波浪擾動強度看, 下風向約0.4 km2的少部分水域湖底不受到風浪擾動影響, 大部分水域(面積8.46 km2, 占北部湖區面積的62.9%)擾動強度介于1.2～1.4, 擾動強度大于1.4的水域面積約2.53 km2, 占北部湖區面積的18.81%。

東東南風4.44 m/s 時, 與東南風下風浪分布相似,由于風速略小, 風浪強度也進一步減弱。北部湖區形成的最大波高0.242 m, 最小波高0.044 m, 平均波高0.188 m。其中波高小于0.15 m 和0.20 m 的面積約2.03 km2和7.43 km2, 占北部湖區面積的15.09%和55.24%。從波浪擾動強度看, 少量湖區(面積0.62 km2,占北部湖區面積的4.61%)湖底可不受風浪擾動影響;61.04%的水域面積擾動強度介于1.2～14, 與東南風時基本持平; 擾動強度大于1.4 的水域面積約0.83 km2,相較東南風時面積有一定程度的減小。

冬季西西北和西北風下, 風速有所降低, 同時受北部陸地和內部淺島影響, 風區長度有所減小, 相應的風浪強度顯著減弱。

西西北風4.25 m/s 時, 北部湖區形成的最大波高0.22 m, 最小波高0.043 m, 平均波高0.171 m。波高小于0.15 m 和0.20 m 的面積約3.44 km2和10.32 km2,占北部湖區面積的25.58%和76.73%。從波浪擾動強度看, 西北部近岸帶少部分水域(面積0.86 km2, 占北部湖區面積的6.39%)湖底未受波浪擾動, 約90%的水域面積風浪擾動強度介于1.0～1.4, 僅個別水域(面積約0.42 km2, 占北部湖區面積的3.12%)擾動強度大于1.4。

西北風3.38 m/s 時, 風浪強度進一步減小, 北部湖區形成的最大波高0.148 m, 最小波高0.040 m, 平均波高0.118 m。從波浪擾動強度看, 西北部水域湖底呈現不被風浪擾動形態, 弱擾動(擾動強度 1.0～1.2)、未擾動(擾動強度小于1.0)區域合計13.14 km2,占北部湖區面積的97.7%, 整個湖區風浪處于較弱的狀態。

3.3 地形重塑工程對風浪的影響分析

對比工程實施前后, 不同盛行風條件下, 滆湖北部湖區風浪均有較大程度的變化。

工程實施后, 夏季東南風4.69 m/s 時湖區平均波高由0.237 m 減小至0.209 m, 風浪平均削減11.81%;波高小于0.20 m 的湖區面積由1.11 km2(面積占比11.29%)增加至4.49 km2(面積占比33.38%); 波高小于0.15 m 的湖區面積由0.24 km2(面積占比2.44%)增加至1.15 km2(面積占比8.55%)。夏季東東南風4.44 m/s 時湖區平均波高由0.221 m 減小至0.188 m,風浪平均削減14.93%; 波高小于0.20 m 的湖區面積由1.65 km2(面積占比16.79%)增加至7.43 km2(面積占比55.24%); 波高小于0.15 m 的湖區面積由0.28 km2(面積占比2.85%)增加至2.03 km2(面積占比15.09%)。

工程實施后, 冬季西西北風4.25 m/s 時湖區平均波高由0.183 m 減小至0.171 m, 風浪平均削減6.56%;波高小于0.20 m 的湖區面積由5.85 km2(面積占比59.51%)增加至10.32 km2(面積占比76.73%); 波高小于0.15 m 的湖區面積由1.80 km2(面積占比18.31%)增加至3.44 km2(面積占比25.58%)。冬季西北風3.38 m/s 時湖區平均波高由0.131 m 減小至0.118 m,風浪平均削減9.92%; 波高小于0.15 m 的湖區面積由7.84 km2(面積占比79.76%)增加至13.45 km2(面積占比100%)。

對比工程實施前(圖6～9)和實施后(圖10～13)風浪擾動強度圖, 可以看出, 工程實施后未擾動、弱擾動的湖區面積明顯擴大, 而較強(擾動強度1.4～1.6)、強擾動(擾動強度大于1.6)的湖區則顯著減少。

4 討論

4.1 風浪狀況改善積極效益分析

淺水湖泊相對波高和相對波長越大, 非線性作用越大, 當半波長與水深比為1～1.5, 湖床以表面侵蝕為主, 當半波長與水深比大于1.5 時, 湖床以侵蝕為主, 底泥大規模懸浮、上覆水體濁度升高, 透明度明顯下降(Wuetal, 2016)。波浪也是限制水生植被分布區域的重要因素(Istvánovicsetal, 2008; Angradietal,2013)。太湖多年調查發現, 有效波高＜0.05 m 的水體植被覆蓋度99%以上, 有效波高＜0.10 m 水體植被覆蓋度達87.5%。隨著波浪強度增加, 水生植被物種數量和生物量急劇下降, 有效波高＞0.24 m時水體植被物種數量下降到2 種, 為馬來眼子菜和狐尾藻, 最大生物量0.13 kg/m2。由此可知, 良好的風浪生境條件將有利于淺水湖泊透明度的提升, 水生植被的生長和恢復。

當半波長與水深比值大于1.5 時, 湖底會發生強烈的擾動, 導致侵蝕產生。人工地形重塑實施前, 夏季東南風4.69 m/s 和東東南風4.44 m/s 作用下, 北部湖區湖底平均擾動強度分別為1.56 和1.53, 湖底會受到強烈侵蝕, 從而引起湖體懸浮物含量增加, 透明度降低, 不利于水生植物光合作用的發生, 從而對水生植物生長與發展產生不利影響; 人工地形重塑實施后, 夏季盛行風作用下, 北部區域湖底平均擾動強度分別為1.30 和1.24, 較工程實施前分別降低了17%和19%, 平均擾動強度降至1.5 以下, 從而減弱了湖底侵蝕的發生, 有利于水體透明度的改善, 形成適宜水生植物生長的環境。

當有效波高小于0.24 m 時, 有利于水生植被的生存。 滆湖夏季水生植被存活期間, 盛行東南風, 人工地形重塑實施前, 東南風4.69 m/s 風速下波高小于0.24 m 的面積約為 3.67 km2, 占北部湖區面積的37.33%, 而實施了地形重塑方案后, 波高小于0.24 m的面積增加至 10.31 km2, 占北部湖區面積的76.65%。東東南風4.44 m/s 時, 由于風速強度的降低,風浪強度總體較東南風有所降低, 有利于水生植被生存的風浪環境面積由地形重塑前的8.19 km2提高到了13.37 km2, 風浪條件改善的湖區面積提升顯著。通過以上對比可知, 人工地形重塑措施的實施為北部湖區風浪環境帶來了大幅度的提升。

4.2 地形再優化建議

滆湖北部湖區通過沿江高速處淺島和內部大小不一的淺島的消風減浪作用后, 整個北部湖區風浪狀況較整治前明顯好轉, 弱風浪區范圍和擾動強度均有大范圍擴大。

目前 滆湖北部地形(圖4)顯示, 內部淺島主要分布在湖西部和武南河入湖口西側的水域, 整個湖區中部和東部的大部分水域仍為開闊狀態, 在盛行風東南風和西西北風下, 會在湖中部和湖東南部產生較大風浪, 為此我們推薦設置如圖14 中紅色區域所示的水下淺灘, 由此來削減北部湖區中部風浪強度,淺灘頂高程為3.27 m (平均水位下0.1 m), 面積約10.5 萬 m2。

圖14 滆湖北部地形重塑優化方案Fig.14 Optimization plan for terrain reshaping in the northern part of Gehu Lake

淺灘增設后, 盛行風東南風4.69 m/s 和西西北風4.25 m/s 作用下, 波高分布和波浪擾動強度如圖15～16所示。北部湖區中部水域平均有效波高由0.249 m 和0.188 m 分別衰減為0.211 m 和0.165 m, 中部水域平均湖底擾動強度由1.39 和1.20 分別衰減為1.31 和1.17, 可以看出增設淺灘后可以有效削減湖中部風浪強度和擾動, 為進一步的生態修復措施提供條件。

圖15 地形重塑優化后滆湖北部湖區受東南風4.69 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.15 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of SE wind of 4.69 m/s after optimization of terrain remodeling scheme

圖16 地形重塑優化后滆湖北部湖區受西西北風4.25 m/s 作用下波高和波浪擾動強度分布情況Fig.16 Distribution of wave height and wave disturbance intensity in the northern part of Gehu Lake under the action of NWW wind of 4.25 m/s after optimization of terrain remodeling scheme

5 結論

風浪作為淺水湖泊重要的水動力條件, 對湖泊的物理環境變化起著重要的作用。本文采用數值模擬手段, 開展了 滆湖北部人工地形重塑前后風浪場的變化研究, 結果表明: 滆湖北部地形重塑工程實施后,湖區面積增加, 水深增大, 在沿江高速區域、武南河河口西側以及中部湖區建設了大量淺島(潛灘), 綜合效應看, 不同季節盛行風下, 風浪強度均有一定程度的衰減。夏季盛行風東南風 4.69 m/s 和東東南風4.44 m/s 作用時, 北部湖區平均有效波高分別衰減11.81%和14.93%, 湖底平均擾動強度分別降低17%和19%, 有利于水生植被生存的水域面積(有效波高小于0.24 m)分別增加至10.31 km2和13.37 km2。冬季盛行風西西北風4.25 m/s 和西北風3.38 m/s 作用時,北部湖區平均有效波高分別衰減11.81%和14.93%,湖底平均擾動強度分別降低6.56%和9.92%, 湖底平均擾動強度分別降低9.8%和10.3%。

人工地形重塑的實施, 減弱了 滆湖北部湖區風浪強度, 削弱了風浪對湖底的擾動強度, 將有利于水體透明度的改善和形成有利于水生植被修復的風浪生境條件, 為水生植被的修復提供了良好的物理生境條件。