基于FVCOM的鶴地水庫環(huán)流特性模擬研究*

趙莊明，楊 靜，綦世斌

(環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東廣州510630)

水庫水動力過程直接影響其化學(xué)、生物和生態(tài)動力系統(tǒng)過程。其水平和垂向的輸移和混合過程影響營養(yǎng)鹽［1］、污染物［2］和動植物［3－4］的分布。水庫動力因素主要包括風應(yīng)力、入庫出庫徑流、密度不均造成的重力流以及科里奧利力等，其中風應(yīng)力包括風對湖面的摩擦剪應(yīng)力和風對波浪背面的壓力等，是湖泊、水庫中較為重要的動力因素［5－6］。湖庫等較為封閉的水域中，在風應(yīng)力作用下常常會形成水平、垂向上的系統(tǒng)性環(huán)流，即風生環(huán)流。而水庫由于受人工調(diào)節(jié)等作用，其入庫、出庫徑流引起的環(huán)流也需同時考慮。

迄今為止，國內(nèi)外對湖庫環(huán)流等方面已進行了深入研究。國內(nèi)較早就有學(xué)者采用二維差分模式模擬了太湖定常風流場［7］;也有學(xué)者采用二維有限元模型對玄武湖風生流進行數(shù)值模擬［8］。這些淺水二維模式應(yīng)用廣泛，卻無法反映流場垂向結(jié)構(gòu)。近年來越來越多學(xué)者采用三維模式研究實際湖庫的水動力特征。如梁瑞駒等［9］采用基于Sigma坐標的三維模型模擬太湖風生流水平和垂向分布;胡維平等［10］則采用三維模型模擬了典型風場下的湖流，并指出整層平均流場與各層流場之間存在很大差異，在研究諸如藻類、泥沙垂直分布明顯的物質(zhì)輸移與分布時，二維模型過于粗略，最好選用垂直方向至少三層數(shù)值模型。張發(fā)兵［11］利用三維水動力模式對定常風下典型湖底地形風生流場進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在風場等外部條件相同下，湖底地形將決定湖泊風生流場的基本形態(tài)和環(huán)流流速。Boris等［12］則建立了SPEM模型模擬了康斯坦茨湖Marinau島周圍風生流;Musteyde等［13］基于Stokes方程建立了一個三維風生湖流數(shù)學(xué)模型模擬英國Esthwaite Water湖計算。在徑流方面，孫楊等［14］采用三維水動力模型模擬了一次暴雨下大伙房水庫徑流產(chǎn)生的環(huán)流過程。近年來，越來越多的研究開始采用FVCOM、ECOM、Delft 3D等模式進行湖庫環(huán)流計算。

鶴地水庫作為廣東省5個大型飲用水源地之一，其遭受來自上游九洲江及周邊污染越來越嚴重，然而目前對鶴地水庫水動力研究相對缺乏?，F(xiàn)有的文獻僅是從水庫防洪調(diào)度［15］和流量變化［16－18］方面進行宏觀研究，對于庫區(qū)的環(huán)流變化時空分布特征等研究很少。如何分離各種動力因素對庫流特征的影響，是采用實測手段難以解決的課題，因此采用成熟的數(shù)值模型模擬以揭示水庫水動力物理規(guī)律的方法是重要的研究手段。

本文采用三維非結(jié)構(gòu)FVCOM模型，同時考慮徑流與風的影響，模擬鶴地水庫2013年1月至2014年3月的環(huán)流特征。通過對鶴地水庫在純徑流作用下、主導(dǎo)風作用下的環(huán)流分析和2013年的真實環(huán)流模擬，對比庫區(qū)不同季節(jié)下的環(huán)流特性和環(huán)流的空間分布，揭示和描繪鶴地水庫環(huán)流的時空分布特征以及主導(dǎo)因素，為將來鶴地水庫的營養(yǎng)鹽輸運過程和生態(tài)動力學(xué)研究提供基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域

鶴地水庫位于廣東、廣西跨省河流九洲江的中游，地處北回歸線以南，介于東經(jīng)109°54'－110°25'，北緯 21°42'－22°22'之間，研究區(qū)域見圖 1。水庫建于1958年，1960年運行，大壩位于廣東省湛江市廉江河唇鎮(zhèn)，庫區(qū)北起文官，南至渠首，橫跨廣西陸川、博白和廣東廉江、化洲四縣市，是以防洪、灌溉為主，兼具生活飲用、發(fā)電、航運、觀光旅游等功能為主的國家級大 (I)型水庫，是廣東省5個大型飲用水源地之一，擔負著粵西10多萬hm2耕地的灌溉和幾十萬人的生活供水［19］。鶴地水庫屬于河道型水庫，庫區(qū)最寬可達4.9 km;水庫最大水深28 m，平均水深10.1 m，其水文特征如表1所示。鶴地水庫正常高水位為39.3 m，洪峰來時超過該水位必須向九洲江下游開閘放水。其多年平均入庫徑流量為14.8億m3［19］，其中上游九洲江入庫徑流量達9.28億m3。根據(jù)建庫40 a來湛江水文局鶴地水文站的觀測統(tǒng)計資料顯示，排入下游九洲江年均水量僅為3.02億m3，而約10.70億m3水量則排入雷州青年運河用于灌溉、供水［20］?？梢婜Q地水庫對于下游的重要性不言而喻。然而，由于九洲江上游及庫區(qū)周邊大量農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、生活廢水的排入，同時鶴地水庫流速緩、自凈能力差，致使近年來富營養(yǎng)化程度持續(xù)加重，已嚴重威脅到下游城市的生活供水。

表1 鶴地水庫水文特征Table 1 Hydrological features of Hedi Reserva

2 方法和數(shù)據(jù)

2.1 物理模型

鶴地水庫庫區(qū)四周為丘陵地，庫中島嶼星羅棋布，岸線迂回曲折，形成了眾多的庫灣和庫叉;庫尾從石角至文車段為相對較狹窄的河道。研究區(qū)域特點是地形復(fù)雜，包括寬闊的庫區(qū)與狹窄的河道段，對于庫區(qū)，可以采用低分辨率網(wǎng)格，而對于河道段，則必須采用高分辨率網(wǎng)格。

圖1 鶴地水庫地形圖Fig.1 The topography of Hedi Reservoir

本文采用目前應(yīng)用廣泛的三維FVCOM模型模擬鶴地水庫水動力過程。該模型是由Chen等［23］發(fā)展起來的基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的有限體積三維原始方程海洋模式。其優(yōu)點是能夠靈活處理空間分辨率及擬合不規(guī)則岸線、島嶼;而垂向上采用σ坐標系統(tǒng)則能夠擬合起伏地形變化。σ坐標變換在陡坡地形上容易引起虛假的斜壓誤差流動，但是這種誤差可以通過將水平和垂直網(wǎng)格大小限制在一定分辨率下而達到計算所需精度［24－27］。FVCOM在垂向上和水平上分別采用Mellor和Yamada 2.5階紊流模型(MY－2.5)［28－30］和 Smagorinsky 紊流模型［31］。FVCOM采用內(nèi)外模分裂技術(shù)進行數(shù)值求解。目前FVCOM已經(jīng)成功用于膠州灣、渤海、長江口等地方的生態(tài)過程研究［32］。FVCOM在湖泊水庫方面也得到了廣泛應(yīng)用［5，33－34］。

為了盡量減小水庫回水影響，將模型上游邊界定在距離石角橋14.5 km的文車橋處。模式計算區(qū)域包括鶴地水庫文車橋至渠首段，模型的水深資料由鶴地水庫庫區(qū)地形測量圖 (圖1石角F-49-77-βα、東村 F-49-77-β-α、矛峽村 F-49-77-τ-α、竹仔山 F-49-77-Γ-δ、蓮塘 F-49-77-Γ-β、龍?zhí)?F-49-77-Γ-τ)獲得，同時，為了準確了解鶴地水庫地形的變化，于2014年3月對文車橋至鶴地水庫的地形進行部分測量，以校核水深資料數(shù)據(jù)。

模式共劃分6297個三角形單元和3721個節(jié)點，文車橋至石角橋段采用細網(wǎng)格，最小網(wǎng)格邊長160 m，石角橋以下的庫區(qū)段采用粗網(wǎng)格，最大網(wǎng)格邊長300 m。垂向均勻劃分10層網(wǎng)格。庫底拖曳系數(shù)取0.0025。水平渦粘系數(shù)取2.0 m2/s，垂向采用MY－2.5紊流模型閉合。最小水深設(shè)置為0.05 m，根據(jù)CFL條件及模型調(diào)試確定時間步長外模取0.5 s，內(nèi)模取10 s。模擬時段從2013年1月1日0:00－2014年3月31日0:00。由于模型計算量大，所有模擬均提交到高性能并行計算機上進行。

2.2 模型輸入數(shù)據(jù)

2.2.1 水庫流量 由于各入庫河流的徑流量受氣候變化影響而導(dǎo)致年度和年內(nèi)變化差異較大，加之下游水體人工調(diào)節(jié)等因素，導(dǎo)致庫容和水位在年際與年內(nèi)之間差異明顯［20］。為了了解鶴地水庫水量平衡關(guān)系，本文收集了1980－2013年上游文官站每月來水量與下游青年運河每月輸水量 (資料由湛江市雷州青年運河管理局提供)。2013年及歷年月平均鶴地水庫上游來水與下游輸水量如圖2所示，由圖可見，來水受降雨影響年內(nèi)各月份分布不均，多集中于5－9月，而輸水量集中于3－10月份;2013年與歷年月平均對比可見，來水高峰差異較大，而輸水差異不明顯。渠首站同時記錄有逐時水位值，該水位資料由廣東省水利廳汛情發(fā)布系統(tǒng)獲得 (http://www.gdwater.gov.cn:9001/Report/WaterReport.aspx)。

本次模擬上游入流邊界采用月均實測流量值、下游出流邊界包括雷州青年運河大壩及排往九洲江的大壩，由于兩者相距不遠，均采用渠首的實測水位值，初始水位設(shè)置為2013年1月1日1時相應(yīng)的水位值。

圖2 鶴地水庫上游來水及下游 (青年運河)輸水量Fig.2 The rate of inflow upstream and outflow downstream(the youth river)at Hedi Reservoir

2.2.2 風場 鶴地水庫地處北回歸線以南低緯地區(qū)，緊靠熱帶海岸，屬南亞熱帶季風氣候，夏半年(4－9月)受濕熱夏季風影響，盛行偏南風，冬半年 (10月－次年3月)受干冷冬季風影響，則多吹偏北風，歷年平均風速2.75 m/s。準確的風場對于研究鶴地水庫環(huán)流至關(guān)重要。本文風場數(shù)據(jù)采用NCEP每隔6 h的再分析資料。距離鶴地水庫中心最近的NCEP格點 (約34 km)和廉江氣象站(約17 km)位置如圖1所示，為了驗證該格點風場數(shù)據(jù)，將該格點風場與廉江氣象站2011年的小時平均風場作對比 (本文風向以N向作為°順時針增加)，部分結(jié)果如圖3所示，NCEP格點的風速與風向均與監(jiān)測站實測值吻合良好。證明該NCEP格點風場能夠代表鶴地水庫附近的風場變化。

模型使用風場數(shù)據(jù)時長為2013年1月1日至2014年3月31日，見圖4。為了得到較為接近現(xiàn)實的初始水動力場，模型在較小風速下預(yù)先模擬1年時間，得到的流場結(jié)果作為初始場代入模型，再按實際風速模擬。

2.3 模型驗證

為了驗證模型，于2014年3月3－6日對各主要入庫河流 (九洲江、丹兜河、蘭山河)流量進行實測，測量結(jié)果見表2。模型驗證時，各入庫河流取相應(yīng)的實測流量值，下游邊界取相應(yīng)的水位實測值。

于2014年3月3－7日通過快艇并采用River-Surveryor M9聲學(xué)多譜勒水流剖面儀 (以下簡稱M9)對鶴地水庫若干點 (A1－A9)的流速進行現(xiàn)場實測，對每個測點進行定點監(jiān)測，等待船停穩(wěn)后將M9固定在船上，并通過連接電腦實時得到水深平均流速數(shù)據(jù)時間序列。由于水庫流速小，為了盡量減少發(fā)動機擾動造成的影響，監(jiān)測期間船只關(guān)閉發(fā)動機，觀測路線依次從渠首至石角橋進行監(jiān)測，每天走航一次，共測5次。將各點水深平均流速的時間序列進行平均，得到各點位的垂向剖面平均流速流向如圖5(a)所示。

圖3 NCEP格點與20110101－20110211廉江氣象站風速、風向?qū)Ρ菷ig.3 Comparison of the winds obtained by NCEP and Lianjiang meteorological station during Jan.lst to Feb.11st，2011

圖4 20130101－20140331期間鶴地水庫附近風速變化Fig.4 The change of wind velocities near Hedi Reserva from Jan.1st，2013 to Mar.31st，2014

表2 主要入庫河流實測流量Table 2 The measured flow rate of main inflow rivers

根據(jù)NCEP再分析資料顯示，3月3－7號水面以上10 m風速在1.3～3.9 m/s之間，主要受NNE風作用，而各個入庫河流正處于枯水期，流量影響不大 (見表2)，水庫處于高水位，介于40.23～40.27 m之間，因此風的作用影響顯著。如圖5(b)所示，本次模擬結(jié)果基本能夠反映各個實測點位的流場趨勢。圖6顯示，總體上除A9點的流向有所偏離外，其它各個測點模擬的流向與實測值符合良好，但觀測發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果的流速普遍比實測值小，最大誤差為A1號點表層，絕對誤差為0.038 m/s，相對誤差為76%，這可能是實測時受瞬時風浪的干擾，導(dǎo)致流速值偏大，這在其它的湖泊中也出現(xiàn)相似情況［5，35］。但總體上流速基本處于同一數(shù)量級水平，模擬結(jié)果與實測值相符良好。

3 結(jié)果分析

3.1 徑流對環(huán)流影響

根據(jù)鶴地水庫地形特征將其分為河道段 (文車橋至石角橋)、過渡段 (石角橋至蘭山河口)和庫區(qū)段 (蘭山河口至渠首)。為了解入庫、出庫徑流對于庫區(qū)環(huán)流的作用，首先剔除風的影響，只考慮入庫出庫徑流，得到4個季度平均水平環(huán)流如圖7所示。由圖可見，各個季度環(huán)流較為相似，主要以蘭山河口至渠首的雙環(huán)流為主，并且豐水期流速大，雙環(huán)流增強。其它地方環(huán)流較弱，以逆時針環(huán)流為主。

圖5 2014年3月3－7日鶴地水庫水深平均流速觀測值與模擬值比較Fig.5 Comparison of depth averaged current between observation data and simulations during March 3－7，2014

圖6 各個測點各層流速與流向?qū)崪y值與模擬值對比Fig.6 Comparison between measured data and simulated results of flow velocities and directions at different layers and observation points

為觀測枯水期與豐水期垂向環(huán)流特征，選擇來水差異明顯的第一、三季度 (每月來水量分別為:3602.3萬m3和30703.0萬m3)，渠首至石角水庫軸線 (見圖7)的垂向剖面進行對比分析，結(jié)果如圖8所示，枯水期與豐水期均為水庫表層由石角向渠首流，而中層、底層流則相反。枯水期這種回流在剖面沿線17.5 km后較明顯 (流速大于0.01 m/s)，而豐水期在8.0 km后就已經(jīng)較大，因此，隨著豐水期上游九洲江來水量增大，水庫的垂向環(huán)流也有所增強。在豐水期可明顯看出庫區(qū)的三大垂向環(huán)流區(qū):即石角至丹兜河口、丹兜河口至蘭山河口、蘭山河口至渠首，這三大垂向環(huán)流隨著水深增加、庫區(qū)變寬而逐漸減弱。

3.2 不同風場對環(huán)流影響

根據(jù)NCEP統(tǒng)計得到鶴地水庫近10 a的風向玫瑰圖如圖9所示，4個季度的主導(dǎo)風向依次為NNE、S、S和NNE，對應(yīng)的平均風速依次為4.13，2.82，2.00和3.67 m/s。全年主導(dǎo)風向為 NNE、NE和S，對應(yīng)平均風速分別為3.6，2.74和2.66 m/s。從圖中可見10－12月份風向較為穩(wěn)定，幾乎都為偏北風，加之徑流量對庫區(qū)環(huán)流影響相對較小，因此該段時間是研究風生環(huán)流的最佳時期。2013年4個季度的主導(dǎo)風與近10 a平均相似，只是秋季由S風變?yōu)镾SE風，對應(yīng)平均風速依次為4.09，2.78，2.39和3.45 m/s。

圖7 2013年純徑流下各季度模擬流場:實心點為垂向剖面線Fig.7 The simulated streamtraces with pure runoff effect in 2013:filled circles are vertical profile

圖8 2013年純徑流下渠首至石角中軸線垂向剖面流速分布Fig.8 The streamtraces of the vertical profile of central axis from Qushou to Shijiao with pure runoff effect in 2013

對近10 a風場與2013年的統(tǒng)計分析可知，冬半年主導(dǎo)風為NNE風，夏半年主導(dǎo)風為S風。此處剔除徑流影響，模擬這兩種主導(dǎo)風作用下的環(huán)流，風速取2013年對應(yīng)的統(tǒng)計值 (4.09和2.78 m/s)。另外也模擬SSE風下的環(huán)流，風速值根據(jù)2013年統(tǒng)計結(jié)果取2.39 m/s。

模擬結(jié)果顯示:①NNE風作用下的水平環(huán)流結(jié)構(gòu)主要以逆時針環(huán)流為主 (如圖10)。主要環(huán)流有石角至丹兜河口的逆時針環(huán)流，丹兜至蘭山河口的逆時針環(huán)流以及庫區(qū)段的雙環(huán)流結(jié)構(gòu)，該雙環(huán)流包含了靠近渠首的一個較小的順時針環(huán)流。西岸流普遍強于東岸流，整個庫區(qū)最大流速達到4.6 cm/s。②S、SSE風作用下的環(huán)流相似，環(huán)流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，順時針與逆時針環(huán)流交替出現(xiàn)，如石角至丹兜河口依次出現(xiàn)順時針、逆時針、順時針、逆時針環(huán)流。同時也可以發(fā)現(xiàn)庫區(qū)段雙環(huán)流呈左右排列，且東岸流普遍比西岸流大，S風下最大流速達到3.1 cm/s。

值得注意的是，近似橢圓形結(jié)構(gòu)的庫區(qū)受地形和風向的影響，均出現(xiàn)雙環(huán)流結(jié)構(gòu):在庫區(qū)較淺的沿岸，流向與風向相同，而在庫區(qū)中央則形成了與風向相反的補償流。

垂向剖面流場如圖11所示，在持續(xù)定常風作用下，除較薄的水表層，水面下形成較大規(guī)模的與風向相反的回流。這與徑流作用下的環(huán)流有所不同:徑流作用下容易形成強勁的表層流，而回流相對較弱;而定常風作用下表層流則較弱，回流較強，這種現(xiàn)象在庫區(qū)段最為突出，原因是該段水面較寬，增加了風的受力面。

圖9 鶴地水庫附近近10 a平均風向及風速玫瑰圖Fig.9 The rose diagrams of 10 years'average wind directions and wind velocities near Hedi Reserva

圖10 不同風場下的環(huán)流Fig.10 Circulations with different winds

3.3 2013年環(huán)流

3.3.1 環(huán)流季節(jié)特性 圖12顯示2013年各季度平均水平環(huán)流。夏半年 (4－9月)由于徑流為自北往南，而兩個季度的平均風向為ESE和SE風，因此這兩種作用力存在一定程度的相互抵消。從平均結(jié)果上看，鶴地水庫主要為逆時針環(huán)流，且西岸流普遍強于東岸流。與純徑流作用相比，一方面是庫區(qū)段的逆時針水平環(huán)流強度被削弱，但另一方面由于風的存在，較強的環(huán)流結(jié)構(gòu)明顯增加 (如4－6月份)，但是隨著徑流作用與風作用差距變大，環(huán)流結(jié)構(gòu)分布逐漸趨向于純徑流下的環(huán)流，如7－9月份，其環(huán)流結(jié)構(gòu)幾乎與純徑流一致。而冬半年的1－3月份徑流作用不強，風場多變，風速不大，因此平均環(huán)流較弱，但是與純徑流相比，整個水庫的環(huán)流明顯得到增強;對于10－12月份，此時的徑流雖沒有夏半年強，然而卻呈現(xiàn)出多個流速較大的環(huán)流，這是由于此時平均風向為NNE，風向穩(wěn)定且與徑流方向大概相同，平均風速大，達到了3.36 m/s，因此這一階段的風生環(huán)流是全年最為強勁的時候，風生環(huán)流的渦旋結(jié)構(gòu)明顯增加，且逆時針環(huán)流強，順時針環(huán)流弱。

如圖13所示為純徑流與加上風場作用B1點(位置見圖12)各層的流速時間序列對比，從圖中可見風場增強了各層特別是表層的流速紊動，特別是在10－12月份，由于持續(xù)強偏北風作用，B1點流速整體比純徑流下強。從垂向剖面看 (見圖14)，1－3月份垂向環(huán)流比純徑流作用時增強，在弱徑流作用下，風對于垂向環(huán)流至關(guān)重要;而夏半年垂向環(huán)流與純徑流作用相比差異不明顯，這是由于在強徑流作用下，較小的風對于垂向環(huán)流作用并不明顯。

總體上，在冬半年，徑流弱而風力較大情況下，風成為水平、垂向環(huán)流作用的主導(dǎo)因素，特別是在風速較大、風向穩(wěn)定且與流向相同情況下環(huán)流更為明顯;而夏半年，徑流較強勁，此時風向多與徑流流向相反，水庫水平、垂向環(huán)流則主要受徑流控制，只在庫區(qū)段出現(xiàn)較強水平環(huán)流。

3.3.2 環(huán)流空間分布 鶴地水庫2013年全年平均水平環(huán)流如圖15所示。以下主要分析鶴地水庫過渡段和庫區(qū)段的環(huán)流結(jié)構(gòu)。過渡段主要環(huán)流是石角至丹兜河口形成的逆時針環(huán)流。最大水深平均沿岸流出現(xiàn)在石角以下約2.3 km西岸處，達到2.4 cm/s。總體來說，較淺的沿岸流比庫中央深水區(qū)的流速要大，且西岸流普遍比東岸流流速大。由于環(huán)流作用，東岸往往容易富集營養(yǎng)鹽，并提供有利于藻類生長的緩流環(huán)境。黎紅秋等［3］的觀測結(jié)果顯示浮游植物細胞密度在高朗 (東岸)一帶接近甚至超過營養(yǎng)鹽最高的石角，這證明了過渡段的東岸可能出現(xiàn)富營養(yǎng)化幾率會更高。另外，在丹兜河與蘭山河口段也出現(xiàn)逆時針環(huán)流和一個較弱的順時針環(huán)流，流速相對偏緩，這導(dǎo)致懸浮物易于在此沉積，張華駿等［1］對于沉積物營養(yǎng)鹽的觀測證明了該觀點。

圖11 不同風場下渠首至石角中軸線垂向剖面流速分布Fig.11 The streamtraces of the vertical profile of central axis from Qushou to Shijiao under different winds

圖12 2013年各季度模擬流場圖Fig.12 The streamtraces in all quarters of 2013

圖13 B1點有風與無風情況下表、中、底層流速序列Fig.13 The time serials of velocities at surface，center and bottom layers of point B1 with and without winds

圖14 渠首至石角中軸線垂向剖面流速分布Fig.14 The streamtraces of the vertical profile of central axis from Qushou to Shijiao

圖15 2013年水深平均流速模擬結(jié)果Fig.15 The simulation of depth averaged current in 2013

庫區(qū)段的水域比較廣闊，受徑流、風和地形三重作用，形成近蘭山河口的較強的逆時針環(huán)流和較弱的順時針環(huán)流。其中西岸也出現(xiàn)較強沿岸流。庫區(qū)上游來水在蘭山河口和蘭山河匯合，主要受徑流推動，形成了大小兩個環(huán)流，此處地形對于雙環(huán)流的形成起到了關(guān)鍵作用。

4 結(jié)論

采用FVCOM模型，同時考慮徑流與風的影響，模擬鶴地水庫2013年1月至2014年3月的環(huán)流，并通過2014年3月的實測流速值與模擬結(jié)果進行比較，證明模擬結(jié)果與實測值符合良好。通過對鶴地水庫2013年純徑流作用下、不同定常主導(dǎo)風場作用下和2013年實際環(huán)流結(jié)構(gòu)分析顯示:

1)不同主導(dǎo)風作用下呈現(xiàn)出不同環(huán)流結(jié)構(gòu)。在主導(dǎo)風NNE風持續(xù)作用下，鶴地水庫呈現(xiàn)出多個較大的逆時針環(huán)流，西岸流普遍比東岸流強;而在S、SSE風作用下，則出現(xiàn)多個逆時針與順時針環(huán)流交替，且東岸流普遍比西岸流強;

2)在冬半年，徑流弱而風力較大情況下，風成為水平、垂向環(huán)流作用的主導(dǎo)因素;而夏半年，徑流較強勁，此時風向多與徑流流向相反，水庫水平、垂向環(huán)流則主要受徑流控制;

3)整個庫區(qū)全年平均主要以逆時針環(huán)流為主，并形成較強的沿岸流，西岸流比東岸流更強。

通過描繪鶴地水庫風生環(huán)流的時空分布特征并分析主要動力因素，為將來鶴地水庫的富營養(yǎng)化和生態(tài)動力學(xué)深入研究提供基礎(chǔ)。但是由于水庫環(huán)流除了受到主導(dǎo)因素風、徑流、地形的影響外，還受到諸如溫度變化等因素影響，這些因素在某些情況下是不可忽略的，有時甚至成為主導(dǎo)因素。由于夏季鶴地水庫出現(xiàn)溫度分層，這種非正壓作用也會影響到鶴地水庫的環(huán)流特性，此外，風浪作用也會影響到水庫表層的混合和擴散，從而影響其熱力結(jié)構(gòu)和動力。鶴地水庫的這些因素的影響比例是多少目前仍未有定量化的結(jié)果，在將來研究工作中需考慮完善。

致謝:本文研究工作得到了環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所高性能計算平臺的大力支持，在此表示感謝。

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