河流的开发利用对水温的影响研究

刘哲宇　郝星海

摘要：基于水的比热特性，分析了水对气候的调节作用和对降雨的影响，阐述了人类对河流的开发利用方式，进而从河流水能利用与工业用水的角度，探讨了建坝与温排水对河流水温的影响。

关键词：水比热；河流；开发利用；水温

中图分类号：X826

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）18004502

1引言

河流是人类生存与现代文明发展的基础，人类通过开发利用河流来进行水力发电、生活和工业供水、农田灌溉等，河流水资源的开发利用与人类福祉息息相关＼[1＼]。随着人类对河流开发利用程度的提高，由此引发的河流生态环境问题也日益受到人们的关注。河流的开发利用造成了河流生态环境的改变，如水量、水质、水温等，这些变化将直接或间接影响河流生物的多样性和人类的生存条件。因此，人类在享受着河流开发利用带来的巨大福利的同时，也应该积极地修复造成的负面影响，限制人类对河流水资源的不合理开发利用，保护河流生态环境＼[2＼]。水温是河流健康最为重要的水质要素，对水的物理、化学性质的影响显著，是河流生态系统重要的环境条件，对水生生态系统和农作物灌溉都有不同程度的影响＼[3＼]，河流的开发利用对水温的影响研究目的是保护河流水资源，防止水质恶化，使河流水资源能得到持续利用。

2水的比热特性对降雨的影响

比热是热力学中常用的一个物理量，表示物体吸热或散热能力。比热越大，物体的吸热或散热能力越强。它指单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或放出的热量。水的比热容较大，地球上的水资源是巨大的热量储藏库，对调节地球表面的温度起到了重要的作用＼[4＼]。

海洋与陆地的温度差异就是水的比热特性影响的重要结果，进一步对我国季风气候的形成起着很大的作用。我国位于亚欧大陆东部，东临太平洋，西南有印度洋。由于大陆与海洋对于太阳辐射热量吸收与释放的速度不同，大陆表面多为泥沙岩石，夏天，陆地吸热快，放热慢，就形成一个相对的热源，温度上升快，所以近地面的空气膨胀上升，近地面空气密度小，形成低压，即陆地是热低压。而海洋吸热慢，升温慢，形成相对的冷源，海洋表面的空气冷却下沉，密度增大，形成高压，即海洋是一个冷高压。在同一个水平面上，就形成了气压差，高压区的空气自发流向低压区的，形成了风，夏季风自海洋吹入大陆，即所谓季风。一年中由于海洋与陆地吸收太阳辐射热量的不同，气压差有着明显的变化，冬半年盛行从极地大陆吹来的冬季风，气候寒冷而干燥；夏半年则有暖湿的夏季风带来丰沛降雨，气候闷热而潮湿。冬季风与夏季风的变化，基本上确定了我国各地区降雨量的分布＼[5＼]。

3人类对河流的开发利用

河流的补给源泉为降雨产生的径流，在水流与地形落差、地质条件的综合作用下，孕育了千姿百态的大小河流，如我国的青藏高原，平均海拔4000m以上，长江、黄河都发源于这里。奔腾不息的河流是人类及众多生物的生栖之地，也是哺育人类历史文明的伟大摇篮。从世界地图上可以看到，尼罗河、幼发拉底河和底格里斯河、印度河和恒河、黄河，分别纵横在埃及、巴比伦（今伊拉克一带）、印度和中国，在人类史册上都留下了哺育人类文明发展的印迹。

河流从古至今为人类提供不可缺少的水资源，人类是在充分地接受河流的恩惠中走向繁荣的。在农业文明时代，河水被用来农田灌溉和居民用水，如郑国渠，都江堰等闻名世界的水利灌溉工程。自工业革命以来，随着城市人口的集中，水的需求量增加，开始在河流上大规模兴建供水与大坝等水利工程，如南水北调工程，长江三峡水库等。可见，人类对河流的开发利用分为河道内的开发利用与河道外的开发利用，河道内的开发利用包括水能利用与水体利用，如水力发电、航运与水产养殖等，河道外的开发利用包括河道外农业用水、工业用水与居民用水等。河道内的开发利用特点是需水而不消耗水，而河道外的开发利用是消耗性用水，但仍有一部分废污水要排放到河流中。

在人类对河流的开发利用中，水力发电是一个特殊的用水部门，它利用天然水能生产电能。河流在地球引力作用下，自高处流向低处，相对于海平面而言，河流具有一定的势能，而且水流有一定流速，具有一定的动能，这种势能和动能组合成的水体能量即为水能。在天然状况下，这种能量消耗用于克服水流摩擦阻力、冲刷河床等，人们进行水能开发就是修建水电工程，将水能集中起来生产电能，用来改善人们的生活条件、发展生产等。发电后的水量仍下泄到河流中，可以供给其他用水部门利用。可见，人类对河流的开发利用尽可能充分发挥河流水资源的综合利用价值。

4河流的开发利用对水温的影响特征

人与河流都需要和谐发展，一方面，人类根据自己所需开发利用河流，另一方面，要求人们保护河流生态系统，总体上不损害河流的自然功能，最终保障人的生存和发展。水温是河流重要的物理性水质指标，它与其它水质要素有着密切的联系，如生化耗氧和复氧过程都与水温有关；此外，水温与水生生态系统和农作物灌溉有着更加密切的关系，如水体中的鱼类及其它水生生物对水温都非常敏感，水稻不同生长期对水温有不同的要求。

水是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的液体，温度越低，其密度也逐渐增大，到时达到最大限度，温度再低，密度反而逐渐小起来，直到结成了冰。水的这个特点，对于自然界各种水生生物有着重要的意义，因为冰比水轻，水结冰时，冰就浮在水面上，遮盖了下面的水，使得下面的水温不会太低，各种水生生物才能在水中生存下来。河流水温的波动涉及到自然条件，人类活动等因素，影响水温的自然因素主要有太阳辐射、气温与风速，人类活动的影响主要是在河流上建坝以及工业温排水。

在河流上修建大壩，使原有河道变成了水库，使水库内水位升高、 流速减缓，改变了原有天然河道的水温；夏季，深水库表层水温高，底层水温低，水温分层将使水库下层的水体水温长年维持在较稳定的低温状态。水的比热较大，水库具有储热保温功能，使得水库温度变化滞后于环境的变化；水库拦蓄的夏秋季高温水体热量保持至冬季，使得库区秋冬季水温升高＼[6＼]，以此类推，水库拦蓄的冬季低温水保持至春夏季，使得库区春夏季水温降低，下游河道水温呈现冬季升高和夏季降低的均匀过程，较天然状况存在滞后性。这些变化会对库内及坝下水生生物带来不利影响，并对灌溉农作物产生不利影响。

由于水的大比熱特性，工业上常常取用河流水作为冷却水，如电厂冷却水，来自各种工业过程的废热水，若不采取措施，直接排入河流，其水温超过自然水温，可能引起水温升高，河水温度越高，毒物作用越大＼[7＼]；而河水中的溶解氧含量却随着温度的升高而降低。伴随着河水温度的上升，水生生物的新陈代谢速度呈加快趋势，需氧量增加，当水中溶解氧不能满足鱼类与水生生物的需求时，将危及鱼类和水生生物的生长，甚至会导致鱼类大量死亡。

5结语

水的比热特性对我国季风气候的形成起着很大的作用，基本上确定了我国各地区降雨量的分布。降雨产生的径流是河流的补给源泉，在水流与地形落差、地质条件的综合作用下，孕育了千姿百态的大小河流，奔腾不息的河流是人类及众多生物的生栖之地。人类对河流的开发利用分为河道内的开发利用与河道外的开发利用，河道内的开发利用包括水能利用与水体利用，河道外的开发利用包括河道外农业用水、工业用水与居民用水。人与河流需要和谐发展，人类对河流的开发利用应以总体上不损害河流的自然功能为前提，水温是河流重要的物理性水质指标，人类开发利用河流对水温的影响主要体现在河流上建坝以及工业温排水，这些人类活动会对鱼类和水生生物的生长、农作物的灌溉带来不利影响。河流的开发利用对水温的影响分析将为避免水温不利影响提供有益的参考。

参考文献：

[1]

周端庄.世界河流开发与水资源利用＼[J＼].人民长江，1995，26（9）：73～79.

＼[2＼]常红，杨旭东，任大光. 人类与河流的和谐发展＼[J＼]. 水利科技与经济，2008，14（3）：184～186.

＼[3＼]刘兰芬，陈凯麒， 张士杰，等. 河流水电梯级开发水温累积影响研究＼[J＼].中国水利水电科学研究院学报，2007，35（3）：173～180.

＼[4＼]菲利普等著，王祖浩等译. 化学概念与应用＼[M＼].杭州：浙江教育出版社，2008：454～493.

＼[5＼]郝振纯，李丽，王加虎，等.气候变化对地表水资源的影响＼[J＼].地球科学-中国地质大学学报，2007，32（3） ：425～432.

＼[6＼]孙艳涛，王惠民，吴修锋. 梯级开发对河流径流过程和水温过程均化作用的研究＼[J＼]. 长江流域资源与环境，2010，19（3）：335～339

＼[7＼]孙艳涛，王惠民，吴修锋. 温排水对水体生态环境影响的分析及处理＼[J＼]. 水资源保护，2008，24（2）：70～72.

Influence of River Development and Utilization on Water Temperature

Liu Zheyu， Hao Xinhai

（NO.1 Middle School Affiliated to Central China Normal University， Wuhan 430079，China）

Abstract： Based on the specific heat of water， the paper analyzed the effect of water on the climate and rainfall. It also depicted the development and utilization of human beings on the river. The influences of the dam and the hot water drainage on river water temperature were discussed in term of the river hydropower and industrial water use.

Key words： specific heat of water； river； development and utilization； water temperature