丹江口水库大坝加高后坝下游水温时空变化规律研究

夏志培 张洪霞 张海波

摘 要：南水北调中线工程水源地位于丹江口水库，丹江口水库大坝大坝加高，改变了原有的平衡模式，大坝下游丹江口—宜城河段水温发生了显著变化，水温变化直接影响河流生态系统。本文选用大坝加高前后典型水文站水温资料，采用对比分析，研究该河段水温变异特性及沿程分布。结果表明，丹江口水库大坝加高工程的运用对坝下游水温产生了一定的影响，黄家港水文站受大坝加高工程影响较大，年均水温呈现下降趋势，襄阳和余家湖水文站影响较小，黄家港水文站春、夏、秋三季平均水温有所下降，下降幅度最大的季节为夏季，下降值为4.9 ℃;下降幅度最大的月份是8月，下降值为5.5 ℃。

关键词：丹江口水库;大坝加高;水温;时空变异

中图分类号：TV697.21文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）20-0110-04

Abstract： The water source of the Middle Route Project of South to north water diversion is located in Danjiangkou reservoir. After the dam of Danjiangkou reservoir is increased， the original balance mode has been changed. The water temperature of Danjiangkou Yicheng reach downstream the dam has changed significantly， which directly affects the river ecosystem. In this paper， the water temperature data of typical hydrological stations before and after dam heightening were used to study the water temperature variation characteristics and its distribution along the river. The results show that the application of the dam heightening project of Danjiangkou reservoir has a certain impact on the water temperature at the downstream of the dam. Huangjiagang hydrological station is greatly affected by the dam heightening project， and the annual average water temperature shows a downward trend. Xiangyang and yujiahu hydrological stations have less impact. The average water temperature of huangjiagang hydrological station in spring， summer and autumn has declined， and the season with the largest decline is summer， with a drop of 4.9 ℃; the month with the largest drop is August， with a drop of 5.5 ℃.

Keywords： Danjiangkou reservoir;dam heightening;water temperature;temporal and spatial variation

水溫是水环境中最重要的影响因子之一，水的物理、化学性质及水生态系统的稳定性等都不同程度地受到水温变化的影响。水温的变化对库区及下游河段水生生物及水电站运行的影响问题日益凸显[1-3]。

丹江口水库大坝加高后坝顶高程由初期的162 m（吴淞高程，下同）提高到176.6 m，正常蓄水位由157 m提高至17m，坝前蓄水位的提升使得水深增加，坝上深层水温增加，对坝下游水温势必产生影响。分析河流水温在复杂因素影响下的变化特征，对健全生态补偿机制、维护河流生态健康状况、指导电站运行调度具有十分重要的意义。

1 资料与方法

1.1 数据资料

丹江口水库坝下游丹江口至宜城河段，总长159 km。该段位于汉江中游，建有丹江口、王甫洲、新集、崔家营四级水利枢纽，其中新集枢纽2019年开工建设。南水北调中线工程水源地位于丹江口水库，丹江口水库大坝加高工程于2013年8月正式通过蓄水试验，2014年坝前最高水位达160.73 m，2017年最高水位达167.00 m。

分析河段内有3个控制性水文站开展水温观测，即黄家港水文站、襄阳水文站和余家湖水文站，各测站位置如图1所示。

分析时段为丹江口水库大坝加高工程运行前的2005年至运行后的2017年，2005—2013年为丹江口水库大坝加高工程运行前时段，2014—2017年为丹江口水库大坝加高运行后时段，余家湖水文站从2010年进行水文数据观测，因此，余家湖水文站水温数据统计起始年为2010年。

1.2 分析方法

水温变化受气温、水文和人类活动等多因素的影响，本次主要分析丹江口水库二期工程运行前后坝下游典型测站春、夏、秋、冬四季的水温变化情况，主要采用数理统计学方法进行分析。

2 结果与分析

2.1 水温年内分布特征

河段3个控制站2010年水温的年内变化如图2所示。从图2可知，最高水温出现在7月和8月，最低温出现在1月和2月。年变化主要分为两段，一般以7—8月为分界，2—7月为升温期，9—12月及12月—次年2月为降温期。黄家港水文站最大温差为20.8 ℃，出现在2006年;襄阳水文站最大温差为23.5 ℃，出现在2014年;余家湖水文站最大温差为24.1 ℃，出现在2014年。

2.2 年均水温变化特征

以2014年为分割点，将分析时段分为丹江口水库大坝加高工程运行前和运行后两段，以此分析各水文站水温年均变化，结果如表1和图3、图4所示。

由表1可知，大坝加高工程运行前黄家港水文站多年平均水温值为16.0 ℃，大坝加高工程运行后多年平均水温值为14.6 ℃，下降了1.4 ℃。由图4可直观看出，2014年后，黄家港站断面处水温年均值呈下降趋势，襄阳水文站和余家湖水文站则末发生较大变化，但月水温有所变化，即丹江口水库大坝加高工程的运行对襄阳水文站和余家湖水文站断面处的水温影响较小。

2.3 各季节水温变化特征

年均水温变化是各月水温变化综合的结果，若按季节划分，月均水温的差异更加清晰。为了更准确地分析丹江口水库大坝加高工程对黄家港水文站的水温序列影响，把一年分为四季，即春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—次年2月），将四季的平均水温序列的年际变化分离出来，仍以2014年为分割点进行大坝加高工程前后水温变化分析。黄家港水文站逐年春夏秋冬四季水温变化趋势和黄家港水文站月均水温差值统计如图5和表2所示。

由图5可知，一年四季黄家港水文站水温在大坝加高工程运用前后并非全部下降，只有春季、夏季和秋季的水温有所下降，下降幅度最大的是夏季，均值下降了4.9 ℃，春季和秋季分别下降了0.9 ℃和1.5 ℃，冬季未降反升高了1.6 ℃。

由表3可以看出，大坝加高工程运行前后黄家港水文站水温下降最大的是8月份，水温下降了5.5 ℃，7—8月份是一年当中大气温度较高的月份。

2014年丹江口水库正式蓄水后，坝前水位升高，发电出流时为高水头，进水洞水温较大坝加高前低，发电的冷水出库后与丹江口大坝下游热空气相遇相成了独特的江雾，主要集中在傍晚和早上，时间主要从4月份到9月份，如图6、图7所示。由表2也可发现，4月份到9月份，大坝加高工程运行前后黄家港水文站水温数据有所下降。

3 结语

本文选取丹江口水库坝下游丹江口-宜城河段3个水文站的序列水温监测数据，从水温序列多尺度变化特征、极值水温变化特征以及水温沿程变化特征等多个角度，分析了丹江口水库大坝加高工程运用对丹江口水库坝下游水温的影响。结果表明，丹江口水库大坝加高工程的运用对坝下游水温产生了一定的影响，黄家港水文站受大坝加高工程影响较大，年均水温呈现下降趋势，襄阳和余家湖水文站影响较小，黄家港水文站受大坝加高工程影响，春、夏、秋三季平均水温有所下降，下降幅度最大的季节为夏季，下降值为4.9 ℃;下降幅度最大的月份是8月，下降值为5.5 ℃，冬季水温显著升高，升高幅度最大的是1月份，升高值为1.3 ℃。

参考文献：

[1]叶守泽，夏军，郭生练，等.水库水环境模拟预测和评价[M].北京：水利电力出版社，1998.

[2]戴松晨.宝珠寺水库蓄水前后水温、水质变化回顾分析[J].水電站设计，2001（4）：58-60.

[3]王欣.漫湾水库水温水质的回顾评价[J].水电站设计，1999（3）：71-75.