八泉峡水库水温预测研究

山西科技ＳＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　２０１１年第２６卷第１期　●应用技术　八泉峡水库水温预测研究　张　胴　（西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安，７　１００４８）　摘要：水温是水库参数中的一项重要因素，在调查、分析水库水文特征和水库相关断面形态的　基础上，运用经验法分别对八泉峡水库水温分布规律进行研究，并对不同方法的计算结　果进行对比分析。结果可为八泉峡水库的调度运行、农业灌溉、渔业养殖及下游河道取　水提供依据，对于水库管理与环境评价具有重要意义。　关键词：经验法；水库；水温　中图分类号：ＴＶ１２４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—６４２９（２０１１）０１—００９８—０２　由于水库水温和水质对农田灌溉、工业供水、生活用水、下　游河流的水质和生态平衡以及库区水的利用（养殖、娱乐）等方　南ｐｏ　　面都有重要影响，所以许多国家都非常重视水库的水温和水质　式中：犷＿＿断面平均流速；　研究工作。　八泉峡水库工程位于山西省长治市壶关县桥上乡桥上村上　Ｈ－　均水深；　游约４　ｋｍ处的八道水河上。该河流属卫河流域郊沟河的一级支　△ｐ一水深日上的最大密度差；　——参考密度（ｋｇ／ｍ　）；　流，上游有八道水泉，河道一年四季清水不断，源头在平顺境内，　是壶关境内具有较大供水意义的水源之一。大坝拟建坝型为砼　ｇ一重力加速度（ｍ／ｓ。）；　重力坝，最大坝高６９．２０　ｍ，总库容２０５．９９万ｍ　，坝址以上控制　当Ｆｒ＜ｌ／＇ｎ－，水库为强分层型；当Ｏ．１＜ｇ＜１．０，则为弱分层型；　流域面积６２．８　ｋｍ　，流域平均坡度５０％ｏ，流域平均宽度５．３　ｋｍ，　当　＞１．０，则为完全混合型。　流域主河道长度１１．９　ｋｍ，流域特征值１．１。特征参数参考２００８　经资料查得八泉峡水库：多年平均入库径流量２　１７　１万ｍ　，总　年《山西省壶关县八泉峡供水工程可行性研究报告》。　库容２０５．９９　７Ｊ＂ｍ３。　＝　２　１７１　＝１０．５４＞１０，所以水库为过渡型。　１水库水温预测的经验法预测　１．２水库水温预测的经验公式法　１．１水库温度分层的判别方法　（１）东勘院张大发的方法。该方法只需给定库底水温和库表　为了快速简易地判断水库是否分层及分层强度，我国现行　水温就可计算各月垂向水温分布，而库底水温可由纬度水温相　的水库环境影响评价中普遍采用两种经验公式方法：ｃ，－３法和密　关估算，库表水温由气温相关或纬度相关推算。计算公式为：　度佛汝得数法。　（　）ｅ‘　’＋　（４）　，￣－－３法又称为库水交换次数法，其判别指标为：　（１）　思烨　台　ｎ＝　＋告　ｍ　（５）　（２）　４０　。２　３７　（１＋　０　１　ｍ）　（６）　ｍ．　．当ａ＜ｌＯ时，为分层型；１０＜￣＜２０时，为过渡型；ａ＞２０时，为混　式中：　——水深Ｙ处的月平均水温（℃）；　合型。对于分层性水库，如　１的洪水，则为临时性的混合型；　＜　一月平均库表水温（ｏｃ）；　０．５的洪水，则水库仍稳定分层；０．５＜８＜１的洪水的影响介于二者　——月平均库底水温（ｏｃ）；　之间。　ｍ——月份。　密度佛汝得数法是１９６８年美国Ｎｏ，ｏｎ等提出用密度佛汝　壶关县位于山西东南部，地理位置在北纬３５ｏ５１　一３６。１３　之　得数作为标准，来判断水库分层特性的方法，密度佛汝得数　是　间。查库底和库表面月平均水温沿纬度分布图，可得“八泉峡水　惯性力与密度差引起的浮力的比值，即：　库”的月平均表面水温、库底水温和各月平均水温。　（２）朱伯芳法。不同深度的库水温变化可以近似地用余弦函　收稿日期：２０１０—１２—１４　数表示如下：　作者简介：张丽，女，１９８６年出生，２００８年毕业于西安理工大　Ｔ（ｙ，Ｊｒ）＝　（ｙ）＋Ａ（ｙ）ｃｏｓｗ（ｒ—　ｄ—ｓ）　（７）　学，在读硕士研究，７１００４８，陕西省西安市西安理工大学４１９信箱　式中：广水深；　・９８・　张丽：八泉峡水库水温预测研究　时间（月）；　ｒ（ｙ，ｒ）——水深Ｙ处在时间为ｔｒ时的温度，ｃｌＣ；　ｒｍ（ｙ）——水深Ｙ处的年平均温度，℃；　Ａ（ｙ）——水深Ｙ处的温度年变幅，℃；　一２０１１年第２６卷第１期　层分布。３月为水库的冰融期，水库水温有明显的温跃层，库表和　库中层的水温均随着气温的升高而升高，但库底温度仍然维持　在冰冻时期。从４月开始为水库的全面升温期，随着气温的逐渐　上升，以及热通量增加，表层水温增长迅速，但是靠近底部的温　水温与气温变化的相位差（月）；　＝２仃／卜温度变化的圆频率，Ｐ为温度变化的周期（１２　度增长并不明显。到８月份，水库的每一深度的温度均增长到最　大。从９月份开始，水库开始进入降温期，到ｌ２月份结束，水库　个月）。　１．３结果及其对比分析　的各个水深的温度均降到最低点，水库开始结冰。　２结论　采用东勘院法和朱伯芳法计算结果如图１到图４所示。图　从以上的两种方法可见，东勘院法在计算水库水温时，其垂　向水温分布趋势符合真实的水温分布情况，但在冬季结冰时期　中用东勘院法计算的１月水温简称东１月，朱伯芳法计算的１　月水温简称朱１月，其他依此类推。　没有考虑气温降至零下以后，得出的水温垂向分布靠近水面的　冰冻层偏大，只要对冰冻时期的参数和加以校正则能与真实值　相符。因为八泉峡水库为混合型水库，计算的库底水温应该在每　月之间有一定的波动。在计算库区的水温垂向分布的时候，水温　的最大与最小值，一定存在水库的库底和库表，水温的极值不会　发生在水库的中间层。用朱伯芳法计算时，由于八泉峡属于无资　料地区，数据多数为概化而得到，图示水库垂向水温分布趋势与　图１两种方法１　３月水库水温分布图图２两种方法４～６月水库　温分布图　实际相比稍有偏差。故经过比较，采用东勘院法计算得到的结果　较为合理。　参考文献　［１］任华堂，陈永灿，刘昭伟．大型水库水温分层数值模拟［Ｊ］．水　动力学研究与进展，２００７（６）：６６７—６７５．　［２］唐图３两　７—９月水库　鼠　图４两砘方法１０—１２月水卑枢影澜　旺，王理，权全．黄河黑山峡河段水库下游河道水　温预测［Ｊ］．电网与清洁能源，２００８，２４（４）：７１—７５．　从图１到图４可见，用朱伯芳法计算的八泉峡水库的库区　坝前水温垂向分布，从１月份到４月份为水库的冰冻期，水库表　层温度均为０℃，５月为水库的冰融期，库表的温度升高到　２．９　ｏＣ，但此段时期水库的库底温度也一直稳定在２．９℃，从６　［３］卞俊杰，陈峰．三峡水库蓄水后库区水温影响分析［Ｊ］．水　利水电快报，２００６（１９）：７一ｌ０．　１　４　Ｊ　Ｕ　Ｙｕ—ｌｉａｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｍｉｙｕｎ　Ｒｅｓｅｒｖｉｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｄｙｕａｍ—ｉｃｓ，Ｓｅｒ．Ｂ，２０００　（４）：７５—８３．　月份开始水库水温从库底到库表层依次降低呈逆温分布，为水　库的升温期，随着气温的逐渐上升，以及热通量增加，水库表层　水温增长迅速，从６月份的平均水温ｌ０℃增长，１２月份的最高　温度为ｌ７．５℃。　［５］邓云，李嘉，李克锋，等．紫坪铺水库水温预测研究［Ｊ］．　水利水电技术，２００３，３４（９）：５０—５２．　［６］任华堂，陈永灿，刘昭伟．三峡水库水温预测研究［Ｊ］．水动力　学研究与进展，２００８（２）：１４１—１４８．　而用东勘院法计算八泉峡水库的坝前水温垂向分布，１月与　２月为水库的冰冻期，所以其水温一维垂向分布均为明显的逆温　［７］张大发．水库水温分析及估算［Ｊ］．水文，１９８４（１）：１９—２７．　Ｓｔｕｄｙ　Ｏｉｌ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｂａ　Ｑｕａｎｘｉａ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｉｖ—　ｅｒ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｒｉｖｅｒ—ｒｅｌａｔｅｄ　ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｈａｐｅ．ｔｈｅ　ｅｍｐｉｉｃａｌｒ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎ　Ｂａ　Ｑｕａｎｘｉａ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆ　ｏｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｌｌ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｇｎｃｕｌｔｕｒｌａ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｆｉｓｈｅｒｉｅｓ　ａｎｄ　ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｏｆ　ｉｒｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｆ　Ｂａ　Ｑｕａｎｘｉｏａ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ。ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｉｎｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｔｈｅ　ｅｍｐｉｉｒｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ；ｒｅｓｅｖｏｉｒｒ；ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　・９９・