二龙滩水库工程的修建对当地灌溉水温的影响

王 洁

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)



二龙滩水库工程的修建对当地灌溉水温的影响

王 洁

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)

本文分析了二龙滩水库水温结构，采用水库垂向水温计算经验公式对水库水温进行了预测，结合水库高程～面积、库容、平均水深分析了预测结果，并绘制了垂向水温分布图。最后结合主要农作物生育期温度指标，对灌溉用水抽取、输送过程中水温对农作物的影响进行了预测和分析。

预测水温 灌溉水温 农作物 二龙滩水库

二龙滩工程属于中型水利工程，坝高53m，大坝的修建减轻了当地水资源利用不合理带来的生态环境影响，提供了灌溉、供水、生态等方面的综合效益。但由于水库蓄水，将改变库区和大坝下游河段的水文情势和水环境现状，其中水温是水质因素的一项重要变量。水温变化对库区及下游河段的农田灌溉、水生生物及生活用水等将产生重大影响，水温不仅是水库水环境中的主要研究内容，也在水库的规划设计和运用管理中起着重要作用。因此研究水温对下游灌溉用水的影响，具有现实意义。

1 工程概况及灌溉制度

1.1 工程概况

二龙滩水库位于高县境内西北南广河左岸支流二夹河上，坝址位于高县可久镇金龙村月亮沱，控制集水面积148km2。根据高县气象站1959～2010年实测气象资料分析统计，多年平均气温18.1℃，极端最高气温为40.3℃，极端最低气温为-3.7℃，多年平均相对湿度82%，年平均日照时数1071.7h，年平均蒸发量1181.8mm，多年平均降水量993.9mm，多年平均风速1.1m/s。

水库的开发任务是以灌溉和城市供水为主、兼顾乡镇供水及农村人畜饮水等综合利用。二龙滩水库工程由水库枢纽和渠道工程两大部分组成。水库枢纽最大坝高53m，正常蓄水位416m，总库容1120万m3，兴利库容849万m3，枢纽由拦河大坝、泄洪隧洞、放空隧洞和取水隧洞等建筑物组成。灌区布置干渠1条，支渠7条，总长54.72km。其中，干渠长24.389km，庆符支渠长3.311km，其余支渠灌面均在万亩以下。灌区干渠布置明渠2.598km，庆符支渠布置明渠1.08km，设计灌面0.51万hm2。

1.2 灌溉制度

1.2.1 灌区田土规划及作物组成。高县属四川省农业资源分区的盆缘丘陵农业区，农业发展规划的总体思路是：稳定种植业，壮大养殖业，提高经济作物种植比例，突出区域特色。灌区现状田土比为28∶72，规划灌区田土比维持现状，区域粮经比将由现状的82∶18调整为78∶22，复种指数由现状的238%提高到269%。

1.2.2 灌溉制度。在进行灌溉制度设计时，结合田土规划及作物组成规划成果，选择小麦、水稻、再生稻、玉米、红苕、油菜、花生、冬春菜、秋菜共9种代表作物，采用时历法分时段水量平衡。单项作物灌溉定额及田土综合定额成果见表1。

表1 灌区主要作物单项及综合灌溉定额 单位：m3/亩

2 水温预测

2.1 水库水温结构

水温结构可根据《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2009)对水库水温分布类型的概念性描述，设计时可通过判别系数α值结合类比分析予以估判。

α=多年平均年径流量/总库容

α﹤10为分层型，α﹥20为混合型，10≤α≤20为过渡型。

二龙滩水库总容量1120万m3，多年平均径流量6644万m3，经过计算，α=5.9，表明二龙滩水库水温为分层型。

2.2 水库垂向水温预测

影响水库水温分布的主要因素，有太阳辐射、水库大小、入库来水量及水温、泥沙、取水口的位置及水库的调度运用、库内水下建筑物等。为掌握二龙滩水库建成后水库垂向水温分层情况，采用《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2009)附录C.2.3中推荐的水库垂向水温计算经验公式进行预测。具体表达式如下：

Ty=(T0-Tb)exp[-(y/x)n]+Tb

式中：Ty—从水面算起的计算深度y处的水温(℃)；Y—从水面算起的计算深度(m)；T0—库表面月平均水温(℃)；T6—库底月平均水温(℃)；n—参数，n=15/m2+m2/35；x—参数，x=40/m+m2/(2.37×(1+0.1m))；m—月份，为1、2、3、……、12。

2.2.1 库表月平均水温T0计算

T0采用纬度与水温相关法计算，并结合实测水温及气温确定。纬度与水温相关法计算公式如下：

T0=T0′-K′N

式中：T0—库表月平均水温(℃)；N—坝址处北纬纬度。T0′、K′—均为参数，取值见表2。

表2 水库表面月平均水温计算公式中的T0′及K′值

月份123456789101112T0′3723624024034143763343354234344142K′09209109607606304014013056072080099

2.2.2 库底月平均水温Tb计算

库底水温受纬度、水深、水下建筑物、泥沙淤积、库底温度等影响，而以纬度、水深对其影响最大。

二龙滩水库建成后为分层型水库，各月库底水温与其年值差别甚小，根据规范要求，可用年值代替。但根据二龙滩水库建成后的运行调度计划，水库月平均水深变幅较大，约为19m～44m，因此库底水温仍存在较大变幅，故采用纬度、水深与水温相关法进行预测，即：

Tb=Tb′-K″N

式中：Tb—库底月平均水温(℃)；N—坝址处北纬纬度；Tb′、K″—均为参数，取值见表3。

表3 水库库底月平均水温计算公式中的Tb′及K′′值

月份1～34～56～89101112Tb′240304354300280304315K″049048042043043052064

二龙滩水库位于东经104°24′、北纬28°21′，结合实测水温及气温，采用纬度与水温相关法计算，得水库表层月平均水温。与采用纬度、水深与水温相关法计算得到的库底月平均水温见表4。

表4 二龙滩水库建成后水库表层与底层月平均水温计算成果 单位：℃

2.2.3 水库垂向水温分布预测

水库水位～面积、库容相关关系见表5。

表5 水库水位～面积、库容相关关系

根据上述推荐的水库垂向水温计算经验公式，计算二龙滩水库建成后坝前水温垂向分布，结果如表6所示。

预测结果表明，水库的蓄热和保温作用均较明显，每年12月～次年2月趋于同温，垂向温差在0.9℃以下；分层期主要集中在每年的3～11月，垂向温差在1.9℃以上，最大温差为14.1℃；同时，每年12月～次年2月水库出现逆分层现象，一年中水库水温垂向结构存在2次翻转，一次发生在12月，一次发生在2月。就表层水温而言，2月最低，为10.5℃；8月最高，为29.8℃，年内变化达19.3℃。受水库水深波动影响，库底水温变化幅度也较大，2月最低，为9.3℃；9月最高，为16.1℃，年内变化达6.8℃。

根据上述推荐的水库垂向水温计算经验公式，计算出灌溉期逐月不同水位高程时的水温分布情况，结果如图1所示。

表6 二龙滩水库建成后坝前垂向水温分布预测结果 单位：℃

图1 二龙滩水库垂向水温分布

3 水温变化对灌溉的影响

3.1 灌溉取水口水温

取水隧洞进口底板高程392.6m，引用流量3.10m3/s，灌溉用水在正常蓄水位以下23.4m处取水。根据灌溉设计制度，结合主要农作物生长期对灌溉水温的要求(主要农作物各生育期对温度的要求见表8)，并结合二龙滩水库水温计算成果，在扣除水库生态下泄水量及可利用水量前提下，对灌溉取水口逐月平均水温进行了计算(见表7)。

表7 灌溉取水口逐月平均水温成果

表8 主要农作物各生育期对温度的要求 单位：℃

3.2 灌溉渠道沿程水温变化预测

干渠渠首设计流量3.10m3/s，干渠长24.389km，庆符支渠渠首设计流量0.41m3/s，支渠长3.311km。

渠道取用的是二龙滩水库下泄的低温水，低温水向下游流动的过程中与大气发生热交换，水温逐步回升，从而使灌溉水温升高，因此采用沿程增温率法对渠道水温进行估算。根据各已建渠道的实测资料，不同地方、不同设计条件下灌溉用水进入渠道后，其沿程增温率不同。本次计算选用绵阳市武都引水第一期灌区工程的实测沿程增温率(0.066℃/km)进行估算，预测成果见表9。

表9 干渠沿程水温预测 单位：℃

二龙滩水库在取水隧洞取水，取水口底板高程为392.6m，相应高程处全年平均水温为14.1℃，最低水温出现在二月为9.55℃。取水隧洞布置于大坝右岸，穿过右岸山体，出口接引水干渠，隧洞取水口距大坝右坝端约400m。支渠在干渠末端分水。

根据表7的计算结果，4～5月，由于气温大于下泄水温，低温水逐渐回升，取水口距离水面23.4m,平均水温在14.1℃左右。从干渠渠首至渠尾，水温升高幅度最大为1.61℃，故经过渠道增温，灌溉平均水温可以达到15.62℃，能满足发芽期最低水温要求。其次，在抽穗期的7～8月，下泄水温与气温基本相同，水温沿程增加，取水口平均水温17.4℃左右，经过渠道增温，水温升高幅度最大为1.61℃，灌溉平均水温达到19.01℃，能满足抽穗期间最低水温要求，且各月份的水温值均较高，有利于农作物的生长，故不需要分层取水。

3.3 灌渠水温对农作物灌溉的影响评价

二龙滩水库工程灌区种植的主要作物，包括水稻、小麦、玉米、豆类、油菜等。在现有种植的主要农作物中，水稻种植面积最大，单位面积水稻灌溉需水量最大，水稻生长发育受水温影响最大，水温较低时会影响水稻根部的吸水能力、水稻的光合作用和水稻穗粒的结构，从而降低水稻的产量。

根据表7的计算结果，取水口在稻苗插入田间后的4～5月，灌溉平均水温可以达到13.51℃，能满足发芽期最低水温要求。其次，在抽穗期7～8月，灌溉平均水温达到19.01℃，能满足抽穗期间最低水温要求，且各月份的水温值均较高，有利于农作物的生长，故不需要分层取水。

因此，灌渠渠段各月水温均能满足灌溉要求，对农作物生长发育无负面影响，渠段水温较原天然水温有所升高，对农作物生长存在正效益。

4 结语

本文根据《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2009)，对水库水温分布进行了判别，并采用《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2009)附录C.2.3中推荐的水库垂向水温计算经验公式，对水库垂向水温进行预测，并由此绘制出垂向水温分布图。最后，根据灌溉设计制度和结合水稻生长期对灌溉水温的要求，预测了取水口水温及渠道水温。结果表明，水库工程的修建对灌溉用水水温的影响不大，满足农作物生长对水温的要求。

〔1〕国家环境保护总局环境影响评价管理司编.水利水电开发项目生态环境保护研究与实践[C].北京:中国环境科学出版社，2006.

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