疏浚工程对湖泊水动力学特征的影响分析

杨磊 贾会超

摘要：本文以东太湖为研究对象，建立了二维湖泊水动力，根据东太湖疏浚工程实施前后地形的变化进行水动力模拟。水动力模拟结果表明，疏浚工程实施对疏浚湖区水动力学参数的影响较为显著，而对太湖整体水流结构的影响微弱。

关键词：东太湖;疏浚;水动力

中图分类号：X11 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）05-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.009

Abstract：This thesis uses East Taihu Lake as the research object，  a 2D hydrodynamic and water quality model was built. the flow characteristics of dredging lake is simulated and analyzed. The changes of hydrodynamic  before and after the implementation of dredging project. Hydrodynamic simulation results show： The implementation of dredging project have a significant impact on hydrodynamic parameters of the dredging lake region， and a weak impact on the the Taihu lake overall flow structure.

Key words：East Taihu lake;Dredging;Hydrodynamic

水生生態系统中，沉积物是营养物、重金属的汇和源[1-3]。在外源得到有效控制的情况下，生物或物理因子等作用促使的沉积物释放，仍有可能导致水体在相当长的时期内维持富营养化或水质恶化等不良状态[4-5]。水体底泥疏浚是削减内源污染的重要手段[6]，该技术目前已经得到广泛的应用[7-10]。目前，对于底泥疏浚后水体水质的变化已有一定的研究。但迄今为止，关于工程后对水体水动力的影响研究的较少。本文选择东太湖疏浚工程为研究对象，就东太湖疏浚工程前后水动力的变化展开研究。

1 数学模型

考虑Bousinesque近似和浅水假定以及风应力的影响，则二维水动力学方程组为：

2 疏浚工程水动力影响数值模型分析

2.1 工程概况

东太湖位于苏州市以南，是太湖东南部东山半岛东侧的一个狭长形湖湾，与太湖主体以狭窄的湖面相通。近年来随着太湖流域的经济发展，水体富营养化不断加剧，严重破坏了太湖的生态环境[11]。东太湖生态清淤作为太湖水环境治理的重要内容，是消除湖区内源污染、遏制太湖富营养化的重要措施。

东太湖生态清淤区域位于湖区中部，大缺港东闸至大浦口之间的湖区水域，清淤面积为24.04km2，清淤深度为0.2～0.5m，清淤工程量约573.3万m3。清淤工程规模、范围及区域布置见表1。

2.2 模型参数的确定

本文模型地形资料以太湖实测水下地形为基础并进行修正。数值计算的网格划分采用三角形网格，空间步长为1000m，共9313个网格，5148个节点。风条件采用东太湖夏季主导风向ESE方向，风力取东山站（1981-1998）多年平均风速3.1m/s;糙率系数n取0.05。

2.3 水动力影响分析

在模型计算时，假定初始时刻湖面是静止、无扰动的，时间步长为10s，计算总时长为240h，此时模拟的太湖流场已达到充分稳定状态。模拟后整个太湖二维流场图见图1。由于太湖实测的流速资料较少，本次验证内容主要是太湖的环流形态。由图可见，太湖西侧有个比较大的顺时针环流，而东侧有一个逆时针环流，且顺时针环流的流速要大于逆时针环流流速。两个环流几乎覆盖了整个太湖[11]。这与实际结果吻合。由此可见模拟是合理的。由表1可以看出，东太湖底泥疏浚平均深度在0.2到0.5m之间，疏浚改变了湖底地形，从而可能对疏浚区及周边区域的水动力产生一定的影响。应用模型对东太湖疏浚前后流场进行模拟，分析水动力变化情况。工程实施前后流场、流速见图1～图4。从图中可以看出，工程实施后对整个太湖的流态影响不大，而对东太湖各疏浚区流态均有不同程度的影响。工程前疏浚区原本由数个较小的环流组成，疏浚后，由于疏浚区地形变的更加平整，增加了原有地形的平滑性，环流形状发生改变，数个较小的环流融合为一个较大的逆时针环流。各疏浚区疏浚前后流速统计见表2。由图表分析可知，疏浚后，虽然增加了湖区的水深，但是由于工程后疏浚区地形变的平坦，水流更加顺畅，各疏浚区及整个东太湖平均流速增长，工程实施后东太湖湖区平均流速总体上较工程前增加约0.0031m/s。

3 结论

模拟结果表明，在3.1m/s定常东南偏东风作用下，本文采用的方法对太湖的水动力计算是符合实际流场的。在该工程疏浚的范围及深度下，该工程对太湖整体影响甚微，而对疏浚湖区东太湖流态、流速有较为显著的影响。东太湖湖区工程前原本由数个较小的环流组成，疏浚后，环流形状发生改变，数个较小的环流融合为一个较大的逆时针环流。平均流速总体上也较工程前增加了约0.0031m/s。

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收稿日期：2019-03-25

作者简介：杨磊（1985-），男，硕士，工程师，研究方向為水动力计算、水质模型、水环境容量计算和分析等以及环境影响评价等。