浅谈梯级水库低温下泄水对下游河道水温的影响

2016-08-22陶美中蓝连海设计研究院环评室上海201204

地球 2016年4期

关键词：梯级水温河道

■陶美（中蓝连海设计研究院环评室上海201204）

■陶美
（中蓝连海设计研究院环评室上海201204）

本文介绍了水库水温结构的判别方法和水库水温的预测方法，分析了梯级水库低温下泄水对下游河道水温的累积性影响，提出了相应的缓解措施。

梯级水库下泄低温水累积影响缓解措施

0　前言

河流水电梯级开发提高了水资源的利用效率，增加了水域的综合功能，但同时也会带来危害[1～2]。电站建设改变了库区和下泄水水温时空分布，对河流水质，水生生物的分布及农作物生长等会产生影响[3]；梯级水库的建设由于对河流水动力等条件形成了连续性的时空影响，而对河道及库区水温分布的影响更为严重[4]。

1　水库水温结构的判别

1.1水库的分类

根据水库水温不同的分布情况，将水库分为三种类型：稳定分层型、混合型和过渡型。稳定分层型水库的水温在垂向上分层明显；混合型水库无明显分层；过渡型水库水温分层情况介于两者之间。

1.2水库水温结构的判别方法

（1）径流一库容比数法

α=多年平均径流量/水库总库容

β=一次洪水量/水库总库容

当α<10时，为水温稳定分层型；当α>20时，为混合型；当10<α<20为过渡型。

对于分层型水库（包括稳定分层型和过渡型水库），当β>1时，洪水对水温结构有影响，为临时混合型；当β<0.5时，洪水对水温结构无影响；当0.5<β<1，洪水对水温结构有一定影响，但未破坏水温的分层结构，仍为分层型水库。

（2）密度佛汝德数法

Fr=（LQ/HV）（gG）～1/2

式中，Fr为密度佛汝德数；L、H、V分别为水库长度、平均水深和库容；Q为入库流量；g为重力加速度；G为标准化的垂向密度梯度。

Fr<0.1时为稳定分层型；0.11.0时为完全混合型。

2　水库水温预测的方法

2.1水库一维垂向水温预测经验法

（1）东北勘测设计研究院张大发的方法

式中Ty为水温y处的月平均水温；T0为月平均库表水温；Tb为月平均库底水温；m为月份。

（2）朱伯芳法

式中T(y,t)为任意深度y，t的水温；Tm(y)为任意深度y的年平均水温；A(y)为任意深度y的水温变幅；ε为水温相位差；Td为库底水温；b为库表水温；H为水库深度；ω为水温变化频率，ω=2πγ/p；p为温度变化周期（12个月）。

2.2数学模型法

（1）垂向一维数学模型：垂向一维水温模型应用最为广泛，其代表有WRE模型，MIT模型以及“湖温一号”模型；（2）宽度平均的立面二维水温数学模型：宽度平均的立面二维的水库水温模型主要差异在于垂向紊动扩散系数的模化；（3）三维数学模型：EFDC模型被用于模拟水系统一维、二维和三维流场、物质输运、生态过程以及淡水入流等；MIKE3是模拟水动力、水质、泥沙的专业工程软件；主要应用于港口、河流、湖泊、河口海岸和海洋。

3　梯级水库低温下泄水对下游河道水温的影响分析

3.1水库下游河道水温预测

低温下泄水纵向沿程变化常用水温一维纵向经验公式：

无支流汇入段：

式中：L为影响长度，m；c为水的比热，J/(kg/K)；ρ为水的密度kg/m3；v为L区间的平均流速，m/s；d为L区间内平均水深，m；Δθ为水库下泄水温与天然河道的温差，℃；、a、b为比例系数，取a=41. 868J/(m2·K·S)；b=2093.4～4186.8 J/(m2·K·S)；θ∞，θt，θ分别为平衡水温、主流水温、支流水温，℃。

3.2梯级水库低温下泄水对下游河道的影响

梯级水库中上游水库的下泄水温直接影响下游水库的入库水温，从而影响下游水库库区的水温分布，同理将继续影响下一梯级水库的水温分布，因此，梯级水库对河道水温的影响是所有水库共同作用的结果，是具有累积性的。

下泄低温水对库区、下游河段的水生生物、农田灌溉和生活用水等会产生重大影响，如鱼类产卵对水温的要求极为严格，当水温达不到适宜产卵温度时，产卵场会消失，鱼类产量会降低；当农田灌溉从水库引水时，农作物对水温很敏感，水温的高低会直接影响其产量。

4　减缓梯级水库低温下泄水不利影响的措施

由于梯级水库的建成对水库下游天然河道生态系统造成了不可逆转的影响，为了减缓各种不利影响，必须采取一定的措施来改善水库的下泄低温水。主要改善措施如下：

（1）对于梯级水库群，首先需要结合河流的天然情况和水库的功能性及联合调度情况，综合考虑各个水库的位置布局，尤其是对下游天然河道生态系统会产生很大影响的大型水库的位置；（2）采取分层取水的工程措施。对于大型深水库，在进行取水构筑物设计时，应考虑分层取水方案，设置不同取水高程，根据下游敏感目标对温度的要求在不同取水高程处泄水，尽量减少下泄水温度与天然水温的温差，降低对敏感目标受到的不利影响。