白鹤滩竹寿水库坝前垂向水温及影响因素浅析

田清瑞，方德祥，任 财

（浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310014）

白鹤滩竹寿水库坝前垂向水温及影响因素浅析

田清瑞，方德祥，任 财

（浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310014）

作为白鹤滩电站移民工程安置点引用水源，竹寿水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电等综合利用的中型水利工程，以解决包括移民安置点在内的大同乡的农业灌溉用水为主要目标，同时也作为大同乡、景星乡和宁南县城及周边地区生活用水的补充水源。通过对水库水温结构的判定，分析了水库坝前垂向水温与水深的关系及其影响因素。

垂向水温；竹寿水库；白鹤滩电站

1 工程概况

白鹤滩竹寿水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电等综合利用的中型水利工程。工程始建于1972年，但由于多种因素的影响，水库出现了诸多问题。目前，水库已被鉴定为三类病险水库，水库的除险加固工作已迫在眉睫。竹寿水库除险扩容及调水工程的开发目标是：在对水库大坝枢纽采取除险加高措施、在水库扩容的基础上，从竹寿水库引水至大同乡，以解决包括白鹤滩移民安置点在内的大同乡的农业灌溉用水为主要目标，同时作为大同乡、景星乡和宁南县城及周边地区生活用水的补充水源。

2 监测位置及方法

为分析竹寿水库坝前水温影响，在水库坝前约180 m断面中心位置（北纬26°51′22.67"、东经102° 35′0.50"）布设水温垂向监测点，于每日09时、13时、17时连续观测10 d。

具体观测时，按照从水面至库底，然后库底至水面为一个测量周期。每个水温测点的间隔为0.5m，探头下放及上升的速度控制在0.5 m/s左右。表层水温测量时，水温计放置在水面以下0.5 m处5 min以上（尽量避免外部温度对仪器的影响）。水温读数精确到0.1℃[1]。

水温观测采用自容式HY1200B声速剖面仪。该仪器是一种测量声波在水中传播速度的精密测量仪器。它采用环鸣法直接测量声信号在固定的已知距离内的传播时间进而得到声速，同时还能测出水中传感器所处位置的深度和温度。该仪器能快速、有效、方便地为测深仪、声纳、水下声标等水声设备校正测量误差提供实时声速剖面数据，是水库垂向水温观测、海洋调查勘察及国防应用与研究等领域必不可少的设备。其参数列于表1，仪器如图1所示。

表1 HY1200B声速剖面仪参数表Table 1 Parameter of HY1200B sound velocity profiler

图1 HY1200B声速剖面仪Fig.1 HY1200B sound velocity profiler

3 竹寿水库坝前垂向水温观测结果分析

3.1 竹寿水库垂向分层水温图及分析

本次对竹寿水库的水温进行连续且有代表性10 d（2014年8月7～16日）的观测。通过作图分析表明，此10 d资料数据总体趋势一致，无较大明显变化。受篇幅所限，仅以2014年8月8日为例进行分析。图2～4分别为该日09时、13时和17时的垂向分层水温图。

从图2～4实测数据图表可以看出，竹寿水库水温出现明显垂向水温分层现象。垂向水温典型结构分为上、中、下三层：上层水体为表温层，下层水体为滞温层，表温层以下、滞温层以上的水体为温跃层（也称斜温层）。表层水温较高，变化显著；温跃层反而相比滞温层水温变化缓慢。同一天中不同时刻09时、13时、17时，表温层水温变化显著，外部环境温度越高，水温随深度变化越急剧。温跃层以及滞温层在不同时刻的水温变化不明显。

图2 8日9时垂向分层水温图Fig.2 Vertical stratified water temperature at 9 o'clock on August 8

图3 8日13时垂向分层水温图Fig.3 Vertical stratified water temperature at 13 o'clock on August 8

图4 8日17时垂向分层水温图Fig.4 Vertical stratified water temperature at 17 o'clock on August 8

从图5～7实测数据图表可以看出，竹寿水库在不同日期同一时刻水温受当天外部环境温度的影响较大。同一水深下表温层受外部环境温度影响较大，跃温层受外部环境温度影响较小。外部环境温度相差较大时，滞温层与跃温层的临界点会发生位移现象，而表温层与滞温层的临界点未出现位移现象。层接收的太阳能量不同，加上风的作用，造成同一天中的9时、13时、17时，表温层外部环境温度差异较明显。但跃温层水温差异无明显变化，跃温层受外部环境温度影响较小。

图5 9时垂向分层水温图（8月7～16日）Fig.5 Vertical stratified water temperature at 9 o'clock(from 7 to 16 August)

图6 13时垂向分层水温图（8月7～16日）Fig.6 Vertical stratified water temperature at 13 o'clock(from 7 to 16 August)

图7 17时垂向分层水温图（8月7～16日）Fig.7 Vertical stratified water temperature at 17 o'clock(from 7 to 16 August)

3.2 竹寿水库坝前垂向水温影响因素分析

竹寿水库位于海拔2 400 m左右的高海拔地区，属于中型浅水型水库。与大型深水型水库相比，竹寿水库垂向分层水温温差小、持续时间短、变化快、过程更加复杂。通过实际观测，也表明浅水型水库受太阳辐射和风的作用较强，垂直温差不大，水温分层过程极不稳定。

同一天中不同时刻，竹寿水库垂向水温各分层影响因素主要来源于不同时刻的外部环境气温不同。尤其是表温层受影响最大，13时和17时的外部气温比9时明显偏高，由图2～4可以看出，9时水温持续均匀变化，13时和17时表层水温急剧变化。温跃层与滞温层水温受各时段气温影响较小。

同一时刻，太阳辐射强度与水体水温垂向温差形成对应关系，由于太阳辐射强度在水体垂向不断衰减，导致水体垂向各层吸收的太阳辐射能向下递减[2]。表温层水体吸收太阳辐射能最大，由于衰减作用使得滞温层吸收太阳辐射最少，水体受到加热最小，因此太阳辐射对表温层的作用更加明显。可以看出表层水温高，滞温层水温最低，温跃层均匀变化。风速对高海拔地区水库水温也有一定影响，风浪会影响水体的混合、热量传递和迁移[3]。因此，水库坝前垂向分层水温的形成与消失的主要影响因素为太阳辐射和风速。

结合竹寿水库实际情况，其垂向分层水温的形成与消失的因素除了太阳辐射、风速、气温外，还与当地的高海拔气象条件、水库运行管理方式及出库流量等因素有关。

表2 白鹤滩气象站太阳能量数据资料（单位：J/cm2）Table 2 Solar energy data of Baihetan weather station(unit:J/cm2)

表3 白鹤滩气象站风速数据资料（单位：m/s）Table 3 Wind speed data of Baihetan weather station(unit:m/s)

4 结语

为合理利用白鹤滩竹寿水库水资源，改善水资源分布不均的情况，要重视并加强水库水温观测与研究，掌握其基本变化规律，并为资源的利用与环境的影响评价提供可靠依据。要统筹考虑生态环境保护与经济的可持续发展，既要保证水库的开发利用满足人类的需求，也要维护生态环境的平衡[4]。

[1]SL 58-2014,水文普通测量规范[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[2]赵林林,朱广伟,陈元芳,等.太湖水体水温垂向分层特征及其影响因素[J].水科学进展,2011,22(6)：844-850.

[3]戴凌全,李华,陈小燕.水库水温结构及其对库区水质影响研究[J].红水河,2010,29(5)：30-35.

[4]吴莉莉,王惠民,吴时强.水库的水温分层及其改善措施[J].水电站设计,2007,23(3)：97-100.

Analysis on vertical water temperature and its influencing factors in front of Zhushou reservoir dam in Baihetan basin

by TIAN Qing-rui,FANG De-xiang and REN Cai
Zhejiang East China Surveying and Mapping Geographic Information Co.,Ltd.

As the drinking water of resettlement of the Baihetan power station project,Zhushou reservoir is a medium-sized water conservancy project which is mainly used for irrigation,with the comprehensive utilization of flood control,power generation and so on.The main objective of the project is to provide agricultural water for Datong town including resettlement areas.At the same time,this project is also served as a supplemental source of domestic water of Datong town,Jingxing town,Ningnan county and the surrounding areas.In this paper,based on the distribution of water temperature of Zhushou reservoir,the author analyzed the relationship between vertical water temperature in front of the dam and water depth,as well as its influencing factors..

vertical water temperature;Zhushou reservoir;Baihetan hydropower station

book=40,ebook=46

TV123

B

1671-1092（2016）06-0040-04

2015-01-28；

2016-03-17

田清瑞（1986-），男，四川南充人，助理工程师，主要从事水文相关工作。

作者邮箱：tianqr811313@163.com