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1、水 科 学 与 工 程 技 术!# 年 第 $ 期! 引 言南 京 玄 武 湖 位 于 南 京 老 城 区 东 北 部 ， 属 于 天 然 小 型浅 水 湖 泊 ， 是 著 名 钟 山 风 景 区 的 一 个 重 要 组 成 部 分 。 占 地%&!(!， 其 中 水 面 $)*(!， 陆 地 +%(!。 玄 武 湖 湖 岸 呈 菱形 周 长 约 +,(， 平 均 水 位 小 于 +(， 平 均 水 深 +-%$(， 全湖 最 大 水 深 !-*(， 常 年 水 位 在 .-*/+-!( 之 间 。 入 湖 流 量向 还 是 一 致 的 。抽 ! 孔 组 垂 直 水 流 方 向 第 !、 降
2、深 的 渗 透 系 数 值由 近 及 远 逐 渐 增 大 ， 第 #降 深 虽 由 近 及 远 逐 渐 减 小 ， 但 数值 相 差 甚 微 ； 平 行 水 流 方 向 的 渗 透 系 数 均 呈 由 近 及 远 逐渐 减 小 的 规 律 性 。 对 比 可 见 ： 平 行 水 流 方 向 的 渗 透 系 数 较大 ， 约 为 垂 直 方 向 的 +-!# 倍 ， 与 水 文 地 质 条 件 相 吻 合 。平 行 水 流 方 向 是 颗 粒 的 长 轴 方 向 ， 导 水 力 强 ， 垂 直 水流 方 向 是 颗 粒 的 短 轴 方 向 ， 导 水 力 弱 。（ $） 当 承 压 水 头 较
3、小 时 ， 用 承 压 水 公 式 和 潜 水 公 式 计算 所 得 渗 透 系 数 相 差 无 几 。 结 语$由 计 算 结 果 可 知 ， 当 承 压 水 头 较 小 时 ， 用 承 压 水 公式 和 潜 水 公 式 计 算 所 得 渗 透 系 数 相 差 无 几 。 根 据 实 际 情况 ， 选 择 采 用 结 果 。0!1在 充 分 调 研 的 基 础 上 ， 经 分 析 、 论 证 并 经 实 践 ， 采 用无 砂 管 作 为 过 滤 器 ， 实 测 水 跃 值 为 -+)/-!#(， 孔 内 沉 淀为 -%/-)(， 试 验 结 果 符 合 规 范 要 求 。0$1 由 于 采
4、用 了 较 大 孔 径 的 无 砂 管 ， 能 够 满 足 当 涌 水量 较 大 时 下 入 大 泵 的 要 求 ， 水 位 观 测 稳 定 可 靠 ， 克 服 了 同样 条 件 下 采 用 空 压 机 抽 水 的 缺 陷 。因 此 ， 在 充 分 考 虑 地 层 、 地 下 水 特 征 的 基 础 上 ， 砂 性土 层 抽 水 试 验 可 以 采 用 无 砂 管 作 为 过 滤 器 代 替 传 统 的 包网 缠 丝 过 滤 器 ， 但 其 内 径 、 孔 眼 直 径 及 孔 隙 率 应 与 地 层 的渗 透 性 能 相 匹 配 。 为 确 保 试 验 正 常 进 行 ， 建 议 造 孔 孔
5、深 宜适 当 大 于 设 计 孔 深 2管 口 高 于 地 面 #3( 左 右 、 并 在 无 砂 管下 沉 趋 于 稳 定 后 再 进 行 试 验 。参 考 文 献 ：4+5 常 士 骠 -工 程 地 质 手 册 （ 第 三 版 ） 465- 北 京 ： 中 国 建 筑 出 版 社 ，+.!-4!5 杨 成 田 -专 门 水 文 地 质 学 475-北 京 ： 地 质 出 版 社 ， +.*+-4$5 薛 禹 群 ， 朱 学 愚 -地 下 水 动 力 学 475-北 京 ： 地 质 出 版 社 ， +.&.-#$%&()*+ ,(%$+*-(./ .0 1(/232(4&/ 5$&/-(/
6、6(78()*+ 5(-83+*9&89 :;?AB 8CD2 ?AB E;&8 ?.2*方 程 的 具 体 推 导 和 黎 曼 初 值 问 题 的 求 解 可 参 考 文献,$-。! 定 解 条 件初 始 条 件 ：假 定 湖 水 是 静 止 的 ， 湖 面 是 水 平 的 ， 即 ： )$:&:)*$边 界 条 件 ：（ %） 湖 面 边 界 条 件 ， -?5&)!$!+，!&!+*)#+%,:#+,*， 其 中5& 为 垂 直 粘 性 系 数（ !） 湖 底 边 界 条 件 5&)!$!+，!&!+*)#+%.:#+.*（ $） 侧 边 界 条 件 & AB8+， 其 中 AB为 湖
7、岸 的 法 矢 量 。) 模 型 率 定模 型 率 定 时 ， 选 择 出 入 湖 流 量 较 小 的 情 况 ， 此 时 吞吐 流 影 响 范 围 较 小 ， 利 用 玄 武 湖 风 场 测 点 的 风 速 、 风 向 实测 资 料 、 对 沿 湖若 干 水 位 测 点 进行 水 位 拟 合 计算 ， 其 验 证 结 果如 图 ! 所 示 。模 式 验 证结 果 表 明 ， 模 型计 算 与 实 测 值 基本 吻 合 ， 反 映 了实 际 水 位 的 历 时变 化 趋 势 。 但 亦 存 在 一 些 误 差 ， 究 其 原 因 ， 由 于 模 型 的 初始 场 缺 乏 资 料 ， 给 定 困
8、 难 ， 事 实 上 这 亦 是 数 值 模 型 验 证 及率 定 的 困 难 之 一 。 本 模 型 的 初 始 场 给 定 是 假 定 初 始 时 刻 ，湖 泊 水 体 处 于 相 对 静 止 状 态 ， 与 实 际 情 况 有 出 入 ； 同 时 ，因 忽 略 了 出 入 水 流 的 影 响 ， 而 实 际 上 出 入 流 在 计 算 时 段内 ， 在 不 同 程 度 上 是 客 观 存 在 的 ， 但 模 型 的 计 算 结 果 表明 ， 这 些 误 差 是 可 控 的 ， 说 明 模 型 稳 定 且 收 敛 ， 模 型 精 度较 高 ， 结 果 可 信 。大 树 根 闸0%西北湖东
9、北 湖西 南 湖东 南 湖0!武庙闸图 % 玄 武 湖 形 态%1$%1!%1%2122212321242125212#2126212$ ! 6 5 3 % )7*水位（8）实 测 水 位计 算 水 位图 ! 玄 武 湖 水 位 验 证 图计 勇 ， 张 洁 ， 张 荣 保 ， 薄 国 柱 ， 陆 冬 ： 典 型 城 市 型 湖 泊 风 生 流 的 数 值 模 拟#3水 科 学 与 工 程 技 术!# 年 第 $ 期! 概 述白 洋 淀 位 于 河 北 省 中 部 ， 是 华 北 平 原 上 最 大 的 淡水 湖 泊 ， 同 时 也 是 华 北 平 原 仅 存 的 生 态 湿 地 之 一 ，
10、总 面积 $%&!， 围 绕 淀 周 堤 防 长 度 !$&。 白 洋 淀 由 ()$个 大*(+ (, *!+ (,图 $ )-./ 定 常 风 作 用 下玄 武 湖 风 生 流 模 拟 结 果图 ) )-./ 定 常 风 作 用 下玄 武 湖 风 生 流 模 拟 结 果 （ 0 向 ） 计 算 结 果 分 析为 研 究 玄 武 湖 的 流 场 结 构 ， 模 型 在 可 控 条 件 下 ， 对玄 武 湖 在 )./ 定 常 均 匀 风 场 作 用 下 的 风 生 流 流 态 进 行模 拟 计 算 。 )-./1 风 场 作用 下 的 玄 武 湖 流 场 模 拟 结果 见 图 $。 结 果
11、表 明 ： 在 风场 作 用 初 期 ， 风 力 对 湖 水 的拖 曳 作 用 占 主 导 地 位 ， 开 敞湖 区 湖 流 流 向 顺 风 向 指 向2 方 向 。 而 后 ， 由 于 水 位 压力 梯 度 力 、 柯 氏 力 作 用 的 逐渐 增 强 ， 加 之 湖 盆 地 形 的 制 约 作 用 ， 湖 流 流 向 逐 渐 偏 转 ，并 进 而 在 若 干 湖 区 形 成 补 偿 流 或 环 流 。 在 到 达 稳 定 态 时 ，即 风 的 剪 切 应 力 、 水 位 压 力 梯 度 力 、 柯 氏 力 以 及 内 摩 擦 等力 到 达 平 衡 时 ， 玄 武 湖 在 1 风 作 用 下
12、 形 成 了 东 北 湖 区 、西 北 湖 区 、 东 南 湖 区 及 西 南 湖 区 若 干 环 流 ， 其 中 东 南 湖 区为 顺 时 针 、 其 它 湖 区 为 逆 时 针 的 典 型 地 形 流 流 态 。根 据 对 3 种 不 同 方 位 的 玄 武 湖 风 生 流 数 值 模 拟 结果 分 析 ， 玄 武 湖 风 生 流 的 时 间 演 变 特 征 具 有 类 似 性 ， 从 模式 计 算 的 初 始 时 刻 至 到 达 稳 定 态 可 分 为 $ 个 阶 段 ： 第 (阶 段 ， 湖 流 的 流 向 与 风 向 一 致 ， 这 时 风 的 湖 面 剪 切 应 力 在模 型 的
13、方 程 中 占 主 导 地 位 ， 这 种 特 征 可 一 直 维 持 到 (, 左右 ； 到 了 第 ! 阶 段 ， 沿 岸 一 带 的 湖 流 流 向 与 风 向 基 本 一致 ， 湖 区 的 内 部 则 出 现 与 风 向 相 反 的 补 偿 流 。 分 析 玄 武 湖模 拟 流 态 的 面 演 变 情 况 ， 西 南 湖 在 流 型 演 变 过 程 中 变 化最 快 ， 也 较 早 进 入 稳 定 态 ， 在 达 到 稳 定 态 后 的 湖 流 流 型 与其 它 湖 区 相 比 ， 呈 现 出 相 对 独 立 性 ， 与 玄 武 湖 主 体 水 流 交换 微 弱 ， 从 这 一 意 义
14、 上 ， 可 以 说 西 南 湖 是 一 相 对 封 闭 的 湖区 ； 第 $ 阶 段 ， 近 迎 风 岸 湖 区 的 补 偿 流 逐 渐 加 强 ， 其 它 湖区 亦 出 现 湖 流 补 偿 或 发 生 湖 流 偏 向 ， 并 逐 步 形 成 若 干 个环 流 区 ， 大 约 在 %,43, 后 ， 这 些 环 流 区 的 流 型 便 稳 定 下来 ， 而 且 一 直 保 持 下 去 。玄 武 湖 不 同 方 位 风 场 子作 用 下 的 稳 定 流 态 见 图 )。 模拟 流 场 的 环 流 区 出 现 在 各 个区 。 这 些 环 流 可 概 况 成 如 下 几种 情 况 ：事 实 上
15、， 在 稳 定 状 态 下 ，玄 武 湖 的 模 拟 流 场 是 上 述 几个 环 流 区 相 互 有 机 结 合 而 形 成 的 流 态 ， 这 种 液 态 对 于 玄武 湖 沉 积 物 的 再 悬 浮 、 再 沉 积 ， 以 及 悬 浮 物 的 重 新 分 配 过程 将 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。# 结 语给 出 了 一 个 二 维 风 生 流 数 值 模 式 ， 模 拟 了 玄 武 湖 风生 流 流 态 。 结 果 表 明 ： 玄 武 湖 风 生 流 主 要 有 两 个 特 征 ， 其一 是 一 对 大 小 相 同 、 方 向 相 反 风 声 作 用 下 所 产 生 的 湖
16、流流 型 相 似 ， 旋 方 向 相 反 的 流 态 ； 其 二 是 无 旋 的 均 匀 且 定 常的 风 场 作 用 ， 可 以 形 成 有 旋 的 流 动 。 湖 流 的 模 拟 研 究 结 果为 进 一 步 探 讨 玄 武 湖 污 染 物 质 的 扩 散 、 迁 移 ； 悬 浮 物 的 沉积 、 再 悬 浮 等 的 机 制 ， 奠 定 了 基 础 ， 提 供 了 动 力 学 条 件 。参 考 文 献 ：5(6 李 炜 -环 境 水 力 学 进 展 576-武 汉 8武 汉 水 利 电 力 大 学 出 版 社 ， (999，$(34$!-5!6 汪 德 灌 -计 算 水 力 学 理 论 与 应 用 576-河 海 大 学 出 版 社 ， (933-5$6 赵 棣 华 ， 姚 琪 ， 蒋 艳 等 -通 量 向 量 分 裂 格 式 的 二 维 水 流 水 质 模拟 5:6-水 科 学 进 展 ， !， ($*%+8 ;(4;%-!
