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在风生流的形成中,风应力起决定性作用,对大型浅水湖泊来说,风应力不仅影响湖流结构,还对浅水湖泊底泥沉积物再悬浮有重要贡献。在湖泊水动力数值模拟中,风拖曳系数作为一项直接影响风应力的水动力参数,决定了大气与湖泊间的动量传输率,量化风拖曳系数对内陆湖泊水动力水质的影响具有重要意义。在数学模型中,相比取常数,采用经验公式计算风拖曳系数能够更好地揭示风拖曳系数的空间分布特征,在一定程度上提高模拟精度,但基于海域观测试验得出的风拖曳系数经验公式直接应用于内陆湖泊数值模拟的适用性有待进一步研究。
考虑到高监测频率数据的可获得性,本文选取美国俄勒冈州的第二大湖—上克拉马斯湖作为研究对象,使用环境流体动力学模型—EFDC对湖泊水动力及水质特征进行模拟,针对水动力模拟中出现的流速严重低估的问题,结合文献资料,修正了风拖曳系数经验公式。同时,对修正公式中的三个无量纲系数以及底部粗糙高度进行了敏感性分析。此外,基于实测水质数据完成了上克拉马斯湖水质模型的率定和校核,并初步分析了风拖曳系数公式修正前后,浅水湖泊水质模拟对风速条件的响应。
风拖曳系数公式修正前后的模拟结果显示,经修正的风拖曳系数公式在模型中的应用使得湖中三个测量站点的流速上升59~85%,并且相对误差下降15~32%。全局敏感性分析结果表明,该修正系数是湖泊流速模拟中的最敏感参数。
风拖曳系数对模型适配性的初步评价表明,对流速模拟来说,修正后的风拖曳系数修正公式对模型的适配度远远高于原经验公式,但对TP和DO浓度模拟来说,修正前后的风拖曳系数的适配度并未呈现明显差别。
实际风场作用下,同一水质监测点的DO和TP浓度模拟值的平均误差、均方根误差以及模型纳什系数在风拖曳系数公式修正前后存在一定差异,相比之下,水深较大的EPT监测点的DO浓度对风拖曳系数的修正更为敏感。不同设计风场作用下,风拖曳系数修正前后对应的DO和TP浓度分布情况也存在一定差异。
考虑到高监测频率数据的可获得性,本文选取美国俄勒冈州的第二大湖—上克拉马斯湖作为研究对象,使用环境流体动力学模型—EFDC对湖泊水动力及水质特征进行模拟,针对水动力模拟中出现的流速严重低估的问题,结合文献资料,修正了风拖曳系数经验公式。同时,对修正公式中的三个无量纲系数以及底部粗糙高度进行了敏感性分析。此外,基于实测水质数据完成了上克拉马斯湖水质模型的率定和校核,并初步分析了风拖曳系数公式修正前后,浅水湖泊水质模拟对风速条件的响应。
风拖曳系数公式修正前后的模拟结果显示,经修正的风拖曳系数公式在模型中的应用使得湖中三个测量站点的流速上升59~85%,并且相对误差下降15~32%。全局敏感性分析结果表明,该修正系数是湖泊流速模拟中的最敏感参数。
风拖曳系数对模型适配性的初步评价表明,对流速模拟来说,修正后的风拖曳系数修正公式对模型的适配度远远高于原经验公式,但对TP和DO浓度模拟来说,修正前后的风拖曳系数的适配度并未呈现明显差别。
实际风场作用下,同一水质监测点的DO和TP浓度模拟值的平均误差、均方根误差以及模型纳什系数在风拖曳系数公式修正前后存在一定差异,相比之下,水深较大的EPT监测点的DO浓度对风拖曳系数的修正更为敏感。不同设计风场作用下,风拖曳系数修正前后对应的DO和TP浓度分布情况也存在一定差异。