分层型水库垂向水温分布模型解析解研究
分层型水库垂向水温分布模型解析解研究
解属 于适 定 的边值 问题 ， 解析 解 是唯一 的和稳定 的 ， 其
可通 过对 模 型结构 和边 界 条件 的合 理简 化推 导 出解 析
基 金项 目 ： 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ０ ７０ ７） 国 ５ ６ ９ ６ ；武 汉 大 学 ２０ 年 博 士 研 究 生 （ ０８ 含 １ ＋ ４） 自 主 科 研 项 目
析 解 ， 到 了较好 的 效 果 。提 出 的垂 向 一 维 水 库 水 温 分 布 模 型 解 析 解 法 可 用 于 深 水 型 水 库 垂 向 水 温 分 布 预 得
测。
关
键
词 ： 温 ； 向 分层 结 构 ； 温模 型 ； 析 解 水 垂 水 解
文 献 标 志 码 ：Ａ
中 图 法 分 类 号 ：Ｐ ３ ． ３２６
大多数 水库 都 有水 温 分层 现 象 ， 据水 库 库 内水 根 温 的 分布 状 况 ， 水 库 划 分 为 混 合 型 、 渡 型 和 分 层 将 过
温结 构 的变 化 ， 步 解 决 了风 力 混 合 问 题 。１ ７ 初 ９ ７年 ，
Ｈａ ｅ ａ ｒ ｍ ｎ等 提 出 了一 个 类 似 的模 型 ， 来 ， 对 其 进 ｌ 后 又
文 献 ［ ］ 分 层 型 水 库 垂 向 水 温 模 型 的 数 值 解 法 ７对
精 度 不理 想 。② 数学 模 型法 。２ ０世 纪 ６ ０年 代 末 ， 美
国开 始利用 数 学模 型来 研 究水 库 水 温 分 层 问题 ， 国 美
水 资 源 工 程 公 ｒ ＷＲ Ｉｃ 的 Ｏ ｌｂ和 Ｓ ｌａ及 美 国 （ Ｅ，ｎ ） ｒ ｏ ｅｎ 麻 省 理 工 ： （ Ｔ） Ｈ ｂｒ和 Ｈａｌ ｎ分 别 独 立 院 ＭＩ 的 ｕ ｅ ｒ ｍａ ｅ
密云水库垂向水温模型研究
密云水库垂向水温模型研究陈永灿张宝旭李玉梁(清华大学水利水电系)摘要本文根据密云水库自身的特点，采用垂向一维水温模型对密云水库水温进行预测.模型中充分考虑水面热交换、入流、出流、热扩散、热对流等影响因素，利用1991年实测资料对模型参数Dz、η进行校定，根据校定的水质模型对1992年的水温进行预测，得出全年水温随水深分层变化并得到相应实测分层资料的良好验证.此模型可作为库区其它水质参数分析预测的基础.关键词水库，水温模型，水质参数密云水库位于北京的东北方向，是一个山谷型的半封闭型的水库，全库最大蓄水量43.75亿m3，相应水面面积188km2，最大水深43.5m，有明显的热分层现象.水库热分层现象是水库水质模型的重要特征之一.大多数水库都有热分层现象，只是有强有弱.根据水库水温分层情况的强弱，可分三种类型，即：1、混合型，2、稳定分层型，3、介于两者之间的过渡型.稳定分层型分层情况最强，而混合型分层情况最差.判断水库水温分层类型一般采用α指标法［1］：α=入库总库容/总库容当α＜10时，为稳定分层型；当α＞20时，为完全混合型.此处可用α指标法判断密云水库的分层状况.已知密云水库1991年入库总流量为8.3499亿m3，总库容为25.0亿m3，计算得：α=8.3499/25.0=0.334<10由此可知，密云水库属于稳定的分层型水库.除用α指标法外，还可利用实测资料对密云水库的分层情况进行判断.密云水库管理处1991年、1992年对密云水库部分月份进行了温度分层的观测，这些资料基本上反映了水库水温的分布特性.就整个水库而言，水温的变化主要反映在垂向，尤其在夏季可达10℃以上，而水平向水温相差不大.可以认为，密云水库库区水温主要随时间和深度变化.因此可选择垂向一维水温模型对水库水温进行预测.利用数学模型来研究水库水温分层是60年代末从美国开始的.美国水资源工程公司(WRE,Inc)的Orlob和Selna及MIT的Huber和Harlemen分别独立地提出了WRE模型和MIT模型［1，2］，实现了水库的垂向温度分层模拟.这两种模型都得到过实测资料的良好验证，现在应用仍很广泛.在我国，水库水温模型正处于发展阶段.工程中大多采用经验公式法，这种方法虽具有简单实用的优点，但不能反映短时段的变化，并缺乏理论依据.本文将利用垂向一维模型对密云水库水温进行预测.1 密云水库水温数学模型1.1 模型的建立垂向一维模型的基本思想是把水体划分为如图1所示的一系列水平薄层，忽略水平薄层中的温度变化，假设热交换只沿垂向进行，水平面温度均匀分布，可对水平薄层写出其质量和能量守恒方程.1.1.1 质量守恒方程在水体中任取一单元，其质量守恒方程可表示为：=Qv,j-1 - Qv,j + Qi,j-1 - Q0,j + Qa (1)式中Vj为第j层的体积，除表层外其它各层的Qa为表面降雨及蒸发的净值，除表层外其它各层Qa=0；Qv,j及Qv,j-1为第j层及第j-1层的垂向流量；Qi,j及Q0,j为第j层水平向的进流和出流流量.1.1.2 热平衡方程对水体内各单元，其热平衡必须考虑水平向进、出流的热量，垂向移流的热量和离散的热量，太阳短波辐射热量以及由这些因素引起的单元体内热量的变化.对第j单元其平衡方程为：(2)图1水库垂向分层示意图式中Cp为比热；ρ为密度；Hsz=Hs*e-ηz是水深z处的太阳短波辐射热量.η为短波在水中的衰减系数，一般为0.1m-1到0.2m-2之间；A为垂向的过流面积；Dz为垂向混合系数.式(2)适用于除表面单元外的其他单元，即J＜N的各层.对J=N的表面单元要考虑水面交换的问题，式中的太阳短波辐射项需用水面热交换量与单元N底部的太阳短波辐射热量之差来代替.即表层应按下式计算：(3)1.2 密云水库水面热交换热通量的计算要得出水库的水温结构，必须先计算水面热交换热通量.一般来说，水面热交换包括辐射、蒸发、传导三个方面，具体地，通过水面而进入水体的热通量φm为：φn=φsn+φan-φbr-φe-φc (4)式中φsn——太阳短波辐射与水面对短波辐射的反射；φan——大气长波辐射及水面对长波的反射；φbr——水体的长波返回辐射；φe——净蒸发；φc——热传导.(1)太阳短波辐射与水面对短波辐射的反射φsnφsn一般可引用现场或邻近主要气象台站所测得的太阳辐射量值，扣除水面反射部分后求得.φsn=φs*(1-γs)，(5)式中：φs总辐射量；γs代表反射率，参考其它水库［6，7］，密云水库取0.1.日照总辐射φsn经过水面反射后，部分进入水库水体，其中一半左右在水面被吸收，剩余部分按指数衰减进入水体深处.计算公式如下：φy=(1-B)*φsn*exp(-η*z)式中：B为水面吸收率，参照其它水库，密云水库取B=0.5；η为衰减系数.(2)大气长波辐射及水面对长波的反射φanφan值须根据气温及云量观测间接计算，公式为：φsn=(1-γa)*ζ*εa*(273+Ta)4 (w/m2) (6)式中Ta是水面以上2m处的气温，单位为℃；γa为长波反射率，取0.03；ζ是Stefan-Boltzman常数，为5.67×10-8W/m2*K4；εa是大气的发射率，它和温度有密切关系.晴天的大气发射率εac可用Idso及Jackson公式算出：εac=1-0.261*exp(-0.74×10-4Ta2);多云天的大气发射率，可用Bolz公式算出：εa=εac*(1+KC2)，式中C是云层覆盖比例.K是云层高度确定的，美国田纳西工程管理局推荐其平均值0.17.(3)水体的长波返回辐射φbr水体吸收的大气长波辐射能量会向大气进行返回辐射，是水体热损失的很重要的一部分.当把水体作为绝对黑体看待时，φbr可由Stefan-Boltzman四次方定律来计算：φbr=ζ*εw*(273+Ts)4 (7)式中Ts为水面温度，单位为℃；εw为水面的长波发射率，它是一个常数.由于水体并非绝对黑体，εw略小于1为0.97.(4)水面净蒸发热通量φe估算蒸发的方法很多，其中大多数是经验性的.蒸发的热转换公式通常为：φe=f(w)(es-ea) (W/m2) (8)式中es为相应于水面温度Ts紧靠水面的空气的饱和蒸发压力：es=exp［20.85-5278/(Ts+273.3)］(mmHg)ea为水面上空气的蒸气压力，单位mmHg.f(w)为用风速表示的风函数.一般来说风函数包括了自由对流及强迫对流两者对蒸发的影响.可按下式计算风函数：f(w)=9.2+0.46W2z (W/m2*mmHg)式中Wz为水面以上10m的风速，单位为m/s.(5)热传导通量φc当气温不等于水温时，水汽交界面上会通过传导进行热交换，热传导率正比于两种介质之间的温度差.类比于蒸发热损失计算式，有：φc=0.47f(w)*(Ts-Ta) (W/m2) (9)现将密云水库91年、92年各种热交换数值列入表2中：表2密云水库水面热交换计算(W/m2)19911月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年φsn 95.94 126.1 168.4 199.9 236.6 234.4 197.8 184.7 172.2 135.1 97.9 83.5 φan 212.8 220.5 243.2 276.7 306.6 325.1 333.8 327.0 303.4 273.8 241.8 218.9 φbr 305.5 305.5 328.5 338.1 370.6 426.2 445.5 435.5 442.5 402.6 368.0 305.5 φe 41.36 34.90 43.92 31.85 37.65 100.1 77.2 55.83 150.1 106.2 89.02 33.57 φc 28.29 13.57 3.69 -40.5 -39.52 -2.686 4.88 3.32 35.2 35.86 50.12 15.8919921月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年φsn 95.94 126.1 168.4 199.9 236.6 234.4 197.8 184.7 172.2 135.1 97.9 83.5 φan 212.8 220.5 243.2 276.7 306.6 325.1 333.8 327.0 303.4 273.8 241.8 218.9 φbr 315.5 311.8 321.0 340.0 371.6 399.8 439.6 439.6 439.6 399.8 357.8 333.3 φe 51.30 40.94 34.98 34.70 39.57 38.33 61.60 66.03 142.0 100.0 72.90 62.47 φc 41.53 21.83 -6.14 -37.9 -38.4 -27.0 0 6.65 32.66 33.18 38.99 49.94 由表2可以看出，φan、φbr量值较大，φsn次之.所以大气长波辐射及水体返回辐射对水库的水温值有较大的影响，另外由于日照辐射将有一部分按指数衰减规律进入水体深处，所以它对于水库水温结构有很大影响.1.3 水库入流、出流流速场的计算对于入流、出流的流速分布，因缺少实测资料，以往的研究均假定为高斯分布.据介绍，日本在水库中的观测表明，库内的流向与流速分布极不规则，取绝对平均后，近似于均匀分布［4］.当入流水温低于水体表层水温时，入流下沉进入水温相等的层面而形成入流层.如图2所示.图2水库入流、出流模拟入流层厚度为：(10)式中q1为入库单宽流量:q1=Qin/Bi,Qin——入库流量,Bi——入水口宽度,入水口中心线高程处密度梯度当水库有多条河流入流时，按上述方法逐个计算，然后叠加.由于水温(密度)分层的影响，出库水流只在水库中一定厚度的范围内流动.出库流动层的中心高程为出水口中心高程.对于出水层厚度δ0：(11)式中q1为出库单宽流量:q0=Qout/B0,Qout——出水流量,B0——出水口宽度,出水口中心线高程处密度梯度当水库有多个出口时，按上述方法逐个计算，然后叠加.1.4 垂向混合系数的确定垂向混合系数包括垂向紊动扩散和用垂向一维平均化的方法来描述物质运动引起的离散.垂向混合系数Dz是随时间、地点而变的，在进行温度计算前必须确定.据文献［7］，可根据密云水库的风速及水深，采用下式计算Dz：D=Az×10-4+5×10-4*W*e-0.46y (12)式中：W——水面10m以上风速(m/s),y——水面以下深度(m),Az——待定系数.1.5 热对流水体表面热通量为正值时，表层处于升温状况，水温较以下各层为高，密度分层稳定.反之，在降温状况，表层水温则可能低于以下各层，形成不稳定状态，这时上下层发生热对流直到不稳定状态消失为止.图3水体热对流模拟水温分布示意图模型在各个时段完在前述计算之后，即应对所得温度分布进行检验.如发现存在不稳定状态，假设即刻发生热对流，将上层冷水与下层热水均匀掺混.计算时，沿深度向下逐层掺匀，直至掺匀后温度与该层原温度相等处为止.(13)热对流模拟完成后，所得水温分布即作为该时段末水温值.以此为根据，再进行下一时段的计算.1.6边界条件的处理要求解此水温一维模型方程，必须先定出边界条件.水面边界条件已由方程(4)给出.定库底边界条件时，认为库底是绝热的，得：Zb为库底高程.2 模型校定利用密云水库1991年5、6、7、9、10月的实测分层资料对模型进行校定，主要确定衰减系数η、垂向扩散系数Dz的大小.图4为有实测分层资料5、6、7、9、10各月计算值与实测点比较图.从模拟结果可以看出，该模型能正确模拟出水库水温一年四季的变化过程，并得到水库水温明显分层现象.图41991年实测点与计算点比较图模拟结果表明，Dz在7、8、9月取值较大，此时给定系数A取值为0.2，其余月份Az取值为0，主要原因是密云水库每年在7、8、9三月有较大洪水，使得入库流量增加，增加了库水的掺混.η主要是由水体的色度和浊度决定的.η的取值也是在秋季较大，此时取η为1.0m-1，其余月份η取0.6～0.8m-1.主要是因为入库的洪水带进很多污染物，使水质变差，加快了太阳辐射的衰减.3 模型验证衰减系数η、垂向扩散系数Dz等模型参数确定后，密云水库垂向一维水温模型即可用于水温的分析与预测.以1991年12月为初值，从1992年1月算至1992年12月，对密云水库1992年的水温进行了预测，逐月水温变化情况如图5所示.图6为模拟结果与实测结果的对比，可以看出两者相当接近，反映了模型的良好的预测性能.图51992年水温计算图由图5可以看出，计算结果反映了密云水库一年的水温随水深及季节的变化过程.在北京地区一月份，水库由于前期上下对流、混合，水库的水温基本上是均匀的.这时气温已低于0℃.随着热辐射值也减少，入库热量很小；表层水被冷却的同时，入库水也降低到4℃以下，入库水与库面水掺混，使水温呈逆温分布，这种情况持续到3月.入春后，日照增强，气温转热，库表吸收的辐射热大大增加，同时由于入库水量增加，水库有一个短暂的均温状态.到了5月，由于辐射热与气温继续增加，库表吸收大量热量，使库表水温迅速升高而与气温相近.而水库的深层水体由于水的透光性差，传热难，温升较慢，只能靠与上层水的热传导和水库的放水来增加温度.对于深层水来说，表层水温高，密度小，不会沉入水底与该处低温水掺混，这层水象油一样浮在库表面，在升温季节，这层水不断吸收热能，提高其温度，因此便形成了稳定的热分层状况.虽然库表水温可达到20～30℃，而底部水温仍然较低，如1992年9月，上下温差达12℃左右.而到了秋季(10月份)，由于气温与热辐射值下降，表层水温度下降并下沉与下层水混合，这时，对流热传递占主导地位，对流作用的结果，使库内水温又回复到等温分布，温度分层现象消失。
我国北方分层型水库水质演变规律及富营养化研究
我国北方分层型水库水质演变规律及富营养化研究我国北方分层型水库水质演变规律及富营养化研究水库是人类利用河流、湖泊等自然水源，经过建设而形成的具有蓄水、发电、防洪等功能的水体调节设施。
水库不仅能够为人们提供清洁的饮用水，而且对农业灌溉、工业生产等具有重要的作用。
然而，随着经济的快速发展和人口的持续增长，水库水质逐渐受到富营养化等问题的困扰，对生态环境和人民生活带来了一定的挑战。
我国北方地区的水库以分层型水库为主，其特点是水体展现明显的垂直分层现象。
这种分层现象主要是由于湖泊地形和地貌的差异导致水库的水深、水温和水质等参数在垂直方向上存在较大的变化。
水库中的垂直分层特征对水质演变和富营养化过程具有重要的影响。
水库的富营养化主要是指水体中营养盐（如氮、磷等）浓度过高的现象。
富营养化是水体生态系统的一个常见问题，其主要原因是农业、工业和生活污水中的营养盐进入水体，导致水质的恶化。
过高的营养盐浓度会引发藻类的大量繁殖，形成大规模的藻华，对水体的光照、溶解氧和水温等环境因素产生影响，从而破坏水体的生态平衡。
在北方地区的分层型水库中，水质演变和富营养化过程受到了多种因素的共同影响。
首先，水库的水体处于静态状态，垂直分层效应加大了水库中水质的垂直变化。
水库的上层水体受到大气交换、光照等因素的影响较大，水质较好，而下层水体则受到营养盐的富集和生物代谢的作用，水质较差。
其次，水库的藻类生长受到水温、光照、溶解氧等因素的制约。
藻类通常在光照充足、水温适宜、溶解氧充足的条件下才能大量繁殖，形成藻华。
因此，这些环境因素的变化也会对水库中的富营养化过程产生重要影响。
此外，水库周围的土地利用类型和人类活动也会对水库的水质演变和富营养化过程产生影响。
农业和工业废水的排放、施肥和农药使用等活动会增加水库水体中的营养盐浓度，加剧水质恶化的程度。
针对我国北方地区分层型水库水质演变规律及富营养化问题的研究，可以从以下几个方面进行深入探究和探讨。
前坪水库高水头分层取水水温分布研究
前坪水库高水头分层取水水温分布研究
伦冠海１ ，皇甫泽华２ ，尚俊伟１ ，王东栋１ ，历从实２
（１．中水淮河规划设计研究有限公司，安徽 合肥 ２３０００１； ２．河南省前坪水库建设管理局，河南 郑州 ４５０００３）
摘 要：高水头大型水库下泄水温对农业灌溉和河流水生态环境影响很大，分析研究高水头水库的水温垂向分布规律及分层取水 对放水温度的影响，可以为水库的设计与调控提供科学依据。 以前坪水库为研究对象，采用 ＤＥＬＦＴ３Ｄ ＦＬＯＷ 软件建立其库水温度 计算模型，分析了高水头大型水库在分层取水与单层取水两种不同取水方式下的排水温度。 该模型选取海洋温度模式，并收集周 围气象站的多年平均资料作为背景数据；以水库丰、平、枯、特枯四个典型年份的水文资料为初值条件，上游天然水流入、下游取水 出流为边界条件。 分析结果表明，采用分层取水方案时，排水温度较为接近自然河水温度，可满足各种作物灌溉需求。 关键词：水库；下泄水温；分层取水；单层取水；农作物灌溉；前坪水库 中图分类号：ＴＶ６７２＋ ．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０１９．１２．０２１
第 ４１ 卷第 １２ 期 人 Ｗ ＲＩＶＥＲ Ｄｅｃ．，２０１９
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｉｇｈ⁃Ｈｅａｄ Ｑｉａｎｐｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
ＬＵＮ Ｇｕａｎｈａｉ１ ， ＨＵＡＮＧＦＵ Ｚｅｈｕａ２ ， ＳＨＡＮＧ Ｊｕｎｗｅｉ１ ， ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇｄｏｎｇ１ ， ＬＩ Ｃｏｎｇｓｈｉ２ （１．Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｈｕａｉｈｅ Ｐｌａｎｎｉｎｇ， Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．， Ｈｅｆｅｉ ２３０００１， Ｃｈｉｎａ；
两种分层方式对温排水三维数值模拟的影响研究
第２１卷 第５期２０２３年９月中国水利水电科学研究院学报（中英文）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．２１ Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０２３收稿日期：２０２３－０２－０２；网络首发时间：２０２３－０９－１３网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１０．１７８８．ＴＶ．２０２３０９１２．０８４８．００１作者简介：向杨（１９８７－），高级工程师，主要从事核电取排水研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｙａｎｇ＠ｓｎｐｄｒｉ．ｃｏｍ通信作者：张东文（１９６４－），教授级高级工程师，主要从事核电冷却方式研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄｏｎｇｗｅｎ＠ｓｎｐｄｒｉ．ｃｏｍ文章编号：２０９７－０９６Ｘ（２０２３）－０５－０４８２－０８两种分层方式对温排水三维数值模拟的影响研究向 杨１，李延军２，陈 丹３，韩 瑞４，刘福建５，张东文１（１．国核电力规划设计研究院有限公司，北京 １０００９５；２．山东核电有限公司，山东烟台 ２６４０００；３．丹华水利环境技术（上海）有限公司，上海 ２００２３５；４．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８；５．菏泽市市场监管监测中心，山东菏泽 ２７４０００）摘要：三维数学模型近年来越来越多地被用于研究滨海电厂温排水环境影响问题。
海域自由面随潮波动、地形复杂多变，垂向网格的划分方式在一定程度上会影响流场、温度场计算结果。
本文以某滨海核电厂为例，采用ＭＩＫＥ３软件开发斜压三维水动力水温模型，在总分层数即算力保持一致的情况下探究纯ｓｉｇｍａ分层和垂向混合分层两种分层方式对计算结果的影响。
结果表明：两种垂向分层模式对海域潮位的计算精度影响不大，但对有垂向流速梯度的流场刻画会产生一定影响，在近岸海域采用ｓｉｇｍａ分层模式有利于捕捉垂向流速的变化特征；同时，纯ｓｉｇｍａ分层方案下，４℃最大温升包络面积约为混合分层的４倍，表明不同垂向分层模式可能会对高温升包络面积计算结果产生较为显著的影响。
大型水库水温分层影响及防治措施
2 水库水温结构类型判别模式
目前常用的水库水温结构判别模式有 :入流与库
容比值法 (又称α法) 、密度佛汝德数法 、水面宽深比
法等. 其中α法最为简单实用 ,经部分水库的实测资
料检验 ,其预测结果基本符合实际.
(1)α指标法
目前 ,国内划分湖泊水库是否产生分层状态 ,一
般用该法作为判别标准 :
α=
第 31 卷 第 6 期 2009 年 12 月
三峡大学学报 (自然科学版) J of China Three Gorges Univ. (Nat ural Sciences)
Vol. 31 No . 6 Dec. 2009
大型水库水温分层影响及防治措施
王 煜 戴会超
(三峡大学 土木水电学院 , 湖北 宜昌 443002)
1 水库水温分层结构的形成
水库的修建使流水环境改变为静水环境 ,由此在 库区出现一系列物理 、化学及生物学现象的改变. 其 中最大的变化之一是水温结构的变化 ,而水温又很大 程度地决定着水库在物理 、化学及生物上的特性. 水 库的水温来自太阳辐射 ,并由大气与水面的接触 ,输送 至水中. 随着水库深度的增加 ,热量的吸收程度不同. 由于水的热传导性远较其它物质弱 ,所以在不考虑其 它因素的前提下 ,热量是不会传导至库中或水库很深 之处. 如果水库升温过程中 ,有风力的吹动 、一定的入 流水量 ,水库热表面的水可与深层的水混合 ,其混合 程度可决定水温的结构状况. 当然水库温度结构还与 水库的规模 、深度 、地理位置 、气候条件等因素有关.
根据水温结构 ,水库可分为分层型和混合型两类 水库. 在夏季 ,分层型水库的水温可分为 ,库面温水层 (温变层) ,水库大多数增暖和冷却都在温水层进行 ; 温水层以下是温度变化较迅速的斜温层 (温跃层) ;斜 温层以下是热量难以交换的冷水层 (滞温层) . 库面温 水层和库下冷水层的温度差可超过 15 ℃～20 ℃. 夏 季水温分层后 ,形成稳定的斜温层. 水温在水平方向 上保持不变 ,仅垂直方向变化. 而且由于水温引起的 垂直方向的密度梯度 ,上下很难产生渗混 ,往往形成 入流和出流的水平层流. 而在秋季以后 ,表层水温度 降低 ,密度增加 ,库面水下沉 ,产生对流现象 ,进入对 流期. 这样入流和出流的流动 ,再加上上库来水的均 匀渗混 ,使库水温达到了均匀分布. 冬季则可能形成 表面冰盖 ,而冰盖下面是 4 ℃的水 ,形成冬季逆温分 层. 春季来临 ,湖泊上层热量的输入大于支出 ,使表面 温度升高 ,接近 4 ℃时 ,会发生上下水层之间的水量 交换 ,如遇有强风 ,则全深度的水达到均匀的密度分 布 ,水库水温达到了均匀的分布. 随着夏季的来临 ,水 库表面温度升高 ,由于外力影响 ,热量向较深层传递 ,
一座富营养化水库——福建山仔水库夏季热分层期间浮游植物垂向分布
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现为表层的浮游植物细胞数量高于底层 ， 温跃层以下细胞数 急剧减少 ， 水温 分层可能决定 着浮游植物 的垂 向分布 ， 底泥
中 的浮 游 植 物 将 为水 体 的 水 华提 供 “ 源 ” 种 ． 关键词 ： 温分层 ； 营养化； 水 富 山仔 水 库 ； 游植 物 ； 向 分 布 浮 垂
水库水温计算方法探讨 蒋红
水库水温计算方法探讨蒋红国家电力公司成都勘测设计研究院成都610072一、计算方法介绍预测水库水温分布的方法较多，按其性质，可划分为经验法和数学模型法两大类。
1.1 经验法70年代以来，为了解决生产实际问题，国内提出了许多经验性水温估算方法。
这些方法都是在综合分析国内外水库实测资料的基础上提出的，具有简单实用的优点。
其中水电部东北勘测设计院张大发和水科院朱伯芳提出的方法分别编入水文计算规范和混凝土拱坝设计规范。
1993年中南勘测设计院《水工建筑物荷载设计规范》编制组和水利水电科学研究院结构材料所，在朱伯芳提出方法的基础上，利用数理统计原理进行统计分析，并按最小二乘法原理拟合得出了一套计算公式(即水库水温的统计分析公式)。
三种经验法的计算公式如下：1.1.1 东勘院法计算公式为：式中，T y―水深y处的月平均水温；T o―月平均库表水温；T b―月平均库底水温；m―月份。
该项成果是在综合国内水库实测水温资料的基础上提出的，用于水库的水温预测，应用非常简便，只需已知各月的库表库底水温就可计算出各月的垂向水温分布。
库底库表水温可由气温水温相关法或纬度水温相关法推算。
在计算中考虑分层型水库库底水温不变的特点，提出两套库底水温与纬度的相关曲线。
限于篇幅有限，各相关曲线详见文献［1］。
1.1.2 朱伯芳法该方法以国内外15座水库实测水温资料为基础，总结归纳出水库水温的周期性变化规律，并通过余弦函数进行模拟。
计算公式为：式中，T(y,t)―任意深度y、t月的水温；T m(y)―任意深度y的年平均水温；A(y)――库底水温；b―库表水温；H―水任意深度y的水温变幅；ε―水温相位差；Td库深度，ω为温度变化频率，ω=(2π)/(P)，P为温度变化周期(12个月)。
对于一般项目，在工程设计中各项参数的取值为α=0.040，β=0.018，γ= 0.085，d=2/^15,f=1/^30。
库表和库底水温均可由气温确定，因此该项成果应用简便，只要已知库区多年平均气温资料及水库水位就可计算出各月的垂向水温分布。
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分层型水库垂向水温分布模型解析解研究
作者：祝东亮， 李兰， 杨梦斐， ZHU Dongliang， LI Lan， YANG Mengfei
作者单位：武汉大学,水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北,武汉,430072
刊名：
人民长江
英文刊名：YANGTZE RIVER
年，卷(期)：2010,41(15)
被引用次数：1次
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本文链接：/Periodical_rmcj201015017.aspx。