水库水温分层结构判定方法及其应用
花桥水库水温影响预测及分层取水方案探讨
花桥水库水温影响预测及分层取水方案探讨胡西红;黄影【摘要】本文以花桥水库为例,根据水温垂向分布,以温差较大的典型月份为例,从下游灌溉作物类型角度分析是否需要分层取水,并得出分层取水的各层取水口高程范围,为工程设计提供科学依据;结合工程布置,简要分析了分层取水后的发电尾水水温对下游水生态环境影响.【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】5页(P412-415,442)【关键词】水温分层;灌溉;分层取水;水生态【作者】胡西红;黄影【作者单位】江西省水利规划设计研究院、江西省水工结构工程技术中心,江西南昌330029;江西省环境保护科学研究院,江西南昌330039【正文语种】中文【中图分类】S273水库水温分层及其低温水下泄是水利水电工程建设引起的重要环境问题之一[1]，因此，有必要了解水库的水温分层情况，通过工程和非工程措施来进行水库水体调节和管理，减缓水库下泄低温水对环境和生态的不利影响[2]。
目前，大部分环境影响评价是按照工程已采取的分层取水，然后评价其合理性，这种分析模式滞后于工程设计，易导致工程布置的大规模调整。
本文拟从灌区主要作物水温需求角度，分析分层取水的必要性，将生态文明的理念科学地融入工程设计中，改变传统的影响评价模式，为工程设计提供科学依据。
花桥水库位于江西省东北部、信江左支罗塘河上游，贵溪市文坊镇雷家山至花桥村的峡谷河段，距贵溪市约49 km，是一座以供水、灌溉为主，兼顾防洪及发电等综合效益的大(2)型水利枢纽工程，该水库属新建工程。
水库总库容1.09×108m3，正常蓄水位132.00 m(黄海高程，下同)，水库设计洪水位为132.74 m，校核洪水位为133.56 m。
工程建成后，可向鹰潭市、贵溪市进行供水，设计水平2030年取水量为8 431×104m3，相应日取水量为23.1×104m3，供水保证率为95%，工程取水的引水流量为2.67 m3/s；该水库下游范围内现有耕地面积6 773.4hm2，其中水田5 946.7 hm2，旱地826.7 hm2，设计灌溉面积5 786.7 hm2。
水利工程水温的模拟分析及应用研究
水利工程水温的模拟分析及应用研究1.引言水温是水体的重要环境因子之一，对于水利工程的设计、运行和管理具有重要的影响。
水温的变化不仅与季节、气候、水文等因素相关，还受到水体的流动、水质、生物活动等多种因素的影响。
因此，对水温进行准确的模拟分析并合理应用是水利工程的重要研究内容之一2.水温模拟分析方法（1）物理模型法物理模型法是通过建立水温的数学方程，考虑各种影响因素，进行模拟计算。
其优点是结果准确可靠，可以深入理解水温变化的机理。
常用的物理模型包括热平衡模型、热扩散模型和热对流模型等。
（2）统计模型法统计模型法是通过统计分析大量的观测数据，建立水温与各种影响因素之间的数学关系，进行模拟预测。
其优点是简单、快速，但精度相对较低。
常见的统计模型包括回归模型、神经网络模型和时间序列模型等。
（3）数值模拟法数值模拟法是利用计算机对水温进行模拟计算，通过离散化物理过程和数学方程，较为真实地描述水温的动态变化。
其优点是可以考虑较多的复杂因素，可以模拟多个时空尺度的水温变化。
常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和计算流体动力学方法等。
3.水温模拟分析的应用研究（1）水库调度优化水库的放水温度对下游水环境和生态系统具有重要影响。
通过水温模拟分析，可以优化调度方案，减少对下游生态系统的不利影响。
（2）水库养鱼管理水温是鱼类生长和繁殖的重要环境因子。
通过水温模拟分析，可以合理调整水库水温，提供适宜的生态环境，促进鱼类的生长和繁殖。
（3）水体富营养化评估水温是影响水体中藻类和细菌生长的关键因素。
通过水温模拟分析，可以定量评估水体的富营养化程度，并制定相应的治理措施。
（4）河流水温变化预测河流的水温变化对水生生物和沿岸生态系统具有重要影响。
通过水温模拟分析，可以预测河流水温的变化趋势，为水生生物保护和生态环境管理提供参考依据。
4.结论水利工程水温的模拟分析及应用研究对于合理设计、运行和管理水利工程具有重要意义。
通过物理模型、统计模型和数值模拟方法，可以较为真实地模拟水温的动态变化。
南瓜坪水库水温计算及其对下游河道水温的影响分析
南瓜坪水库水温计算及其对下游河道水温的影响分析王明怀（云南省水文水资源局丽江分局，云南丽江 674100）摘要：南瓜坪水库的建设导致河流水体性质发生改变，长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化，导致水库整体的水温结构将发生变化。
本文通过对南瓜坪水库建设后水温的垂向变化和延程变化趋势进行分析，对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行了分析评价。
关键词：水库水温分析评价1 引言南瓜坪电站通过修建水库蓄水带来了发电、灌溉、防洪等综合效益，然而水库蓄水的同时，也引起了河流水文、泥沙、地貌、生态等各方面的环境影响。
水温是水质因素的一个重要变量，水温的变化会给库区及下游河道的水质、水生生物的生长及工农业生产带来一系列的影响，并且对水工坝体温度应力分析、施工温控设计、继电机组冷却等也有重要影响。
因南瓜坪水库下游的团结大沟是永胜县三川镇农业灌溉的主要水源工程，三川镇又是丽江市粮食主产区，本文通过南瓜坪水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化的预测分析。
结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况，评价水库兴建后对下游农田灌溉的影响。
2 工程概况为充分开发和利用五郎河流域水资源，根据《云南省丽江市五郎河流域规划》，拟对五郎河流域实行“三库十电站”梯级开发，南瓜坪电站是流域梯级开发中的一级，工程以发电为主要开发目的、兼顾灌溉。
电站装机容量33MW，水库正常水位2250m，总库容2668万m3，调节库容1656万m3，灌溉面积为5.16万亩，灌溉用水量4956万m3。
枢纽工程位于丽江市宁蒗县南部战河乡南瓜坪村，水库坝址处东经100°48′08″，北纬26°54′42″。
南瓜坪水库位于五郎河上段碧源河，电站下游500m为规划的干布河电站，距离宁蒗县战河乡20km，距离永胜县三川镇km。
南瓜坪水库水系图见图1。
团结大沟为流域内已经建成的较大引水工程，位于南瓜坪水库下游约25km。
团结大沟于1973年全线贯通，控制灌溉面积5.16万亩，引水渠从永胜县光华乡水井村取水，流经光华、金官、梁官，全长51.7km。
古贤水库水温结构初步预测
古贤水库水温结构初步预测周伟东 刘 飞（黄河勘测规划设计有限公司 环境与移民工程院）［摘 要］黄河古贤水利枢纽工程是黄河上的又一重点工程，是黄河水沙调控体系的重要部分，它将对下游水温造成一定影响，本文用数学方法对水温进行预测，说明古贤水库水温结构及特点。
［关键词］水温 水温分层 古贤水库1 预测水温的意义古贤水利枢纽位于壶口瀑布上游约4 km，预测水温具有重要意义：首先，壶口瀑布冬季的冰瀑布是壶口瀑布风景名胜区主要景观之一，预测古贤水利枢纽的下泄水温，可以作为预测枢纽对冰瀑布影响的重要依据；其二，水温的变化对下游灌区的农作物生长造成一定影响，特别是夏季下泄水温偏低，这些低温灌溉水可能导致水稻、小麦等农作物减产；其三，鱼类的繁殖对水温也有一定要求，水温的变化将对水生生物造成一定影响。
本次研究旨在研究古贤水利枢纽的水温结构，为水库取水口的设置提供参考，对保护冰瀑布景观、保证鱼类正常生活和农作物正常生长等均有重要意义。
2 判断古贤水库的水温结构类型水库水温结构的判别可以采用参数α-β法判断。
α=水库总库容多年平均径流量（1）β=水库总库容一次洪水量（2）当α<10时，稳定分层型；当10<α<20为不稳定分层型；当α>20时，为混合型。
对于分层型水库，如果遇到β>1的洪水，将出现临时混合现象；但如果β<0.5时，洪水对水库水温的分布结构没有影响。
古贤水库坝址处多年平均径流量为227亿m ３，蓄水初期水库总库容172亿m ３，由公式（1）可得α=1．32。
α<10，故而古贤水库水温结构属于稳定分层型。
β的计算结果如表1所示，除了最大12天洪量对应的β值0．54外，其余均小于0．5，洪水对水库水温的分布结构基本没有影响。
表1 古贤水库β值表3 水库垂向水温预测本次预测采用水科院朱伯芳公式对古贤水库垂向水温进行初步分析。
不同深度的月平均库水温变化可近似用余弦函数表示：T(y,τ)—水深y 处在时间为T 时的温度，℃； T m (y)—水深y 处的年平均温度，℃； A(y)—水深y 处的温度年变幅，℃； ε—水温与气温变化的相位差，月；ω—温度变化的圆频率，ω=2π/p，其中p 为温度变化的周期，12个月；τ0—年内最低气温至最高气温的时间，月；A 0—表面水温年变幅，℃，一般地区A 0=（T 7-T 1），在北方寒冷地区A 0=T 7/2+Δα，Δα为考虑日照引起的温度增量，根据实测资料Δα=1～2 ℃，取1.5。
水库的水温分层及其改善措施
水 电站设计 第 ２ 卷 第３ ３ 期
Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ
２ ０７年 ９月 ０
水 库 的 水 温 分 层 及 其 改 善 措 施
吴莉莉 王 惠民 ， 时强２ ， 吴
（． １ 河海大学 环境科学与工程学 院， 江苏 南京 ２０９ ；． １０８２ 南京水利科学研究院 ， 江苏 南京 ２ ０２ ） １０９
２ １ 对农 作物 的 影响 ．
来的生态环境灾难 ， 提供了供水 、 电、 发 灌溉 、 水产 、 航运 、 生态支持等多种服务功能 ， 但不合理 的筑坝建
库对 生态 环境 会 造 成 多 方 面 的负 面 影 响 。例 如 ， 水 库的兴 建形成 了 巨大 的停 滞 水域 ， 阳辐 射 和水 的 太
齐 、 逆 性 降低 、 抗 结实 率低 、 熟期 推迟 、 成 产量 下 降 。
２２ 对 水生 生物 的 影响 ．
２ 水温分 层及其 影响
由于建 坝 后 大 中 型水 库 水 深加 大 ， 向温 度 分 垂 布呈 三个 层次 ： 层温 度较 高称 为 温水层 ； 层温 度 上 下 较低称 为 深水 层 ； 问 的过 渡 段称 为 温跃 层 。冬 季 中
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１ 态 物 。。 。 。一 。、 。
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（ ） 接式 （ 图 ３ ： ２铰 见 ） 由浮 于水 面 的浮子 和 铰连
美 国格 伦 峡谷 大 坝 在运 行 初 期 ， 罗拉 多 河 中 科 的 ８种本 地鱼 类 依 然 可 以全 部 找 到 ， 水 生 态 环境 对
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 ,
水库水温三维模型的应用
污 染 防 治 技 术 POLLUTION CONTＲOL TECHNOLOGY
Vol． 28 ， No． 2 Apr ．， 2015
水库水温三维模型的应用
3 出流流量均为 0． 00 063 m / s。
v z k k uk vk wk + + + = Fk + +（ ） +P+ t x y z z σ k z B －ε （ 5） v z ε ε uε vε wε ε + + + = Fε + +（ ） + k z t x y z σ ε z （ c1 ε P + c3 ε B － c2 ε ε ） （ 6） v、 w 分别为坐标 x、 y、 z 方向上的流速 式中： u、 分量； ρ0 为 水 流 参 考 密 度； ρ 为 液 体 密 度； P 为 压 f= 强； T － 受 纳 水 体 温 度； f 为 柯 氏 力 频 率 参 数， 2 Ωsinφ ， Ω = 2 π /86184 为地球自转频率， φ 为当地 vs 源 纬度； g 为重力加速度； v z 为垂向涡粘系数； u s 、 y 方向上的流速分量； D h ， Dz － 水 项排放速度在 x、 平、 垂向热扩散系数； H － 考虑水气热交换产生的 源项； T s － 源项温度； S 为源项排放量； A M 为水平紊 动粘滞系数； 水平切应力项可表述为： u u v Fu = ［ 2 A M ］+ ［ A （ + ）］ x x y M y x u v v ［ A （ + ） ］ +［ 2 AM ］ x M y x y y 水平扩散项可表示为： Fv = FT = T T （ D （ ） + （ Dh ） x h x y y （ 7） （ 8）
水库水温分层及其规律探讨
水库水温分层及其规律探讨
水库水温分层是指水库中不同深度的水温呈现出明显的分层现象。
这种分层现象是由于水体的密度差异所导致的，密度较大的冷
水通常位于深层，而密度较小的暖水则位于表层。
水库水温分层的
规律受到多种因素的影响，包括季节变化、日夜温差、水体流动等。
首先，季节变化是影响水库水温分层的重要因素之一。
在夏季，由于日照辐射作用，水体表层受热而温度升高，而深层水温相对较低，形成明显的温度分层。
而在冬季，水体表层温度下降，深层水
温相对较高，也会形成分层现象。
这种季节性的水温变化会影响水
库生态系统的稳定性和水质。
其次，日夜温差也对水库水温分层产生影响。
在白天，受到阳
光照射，水体表层温度升高，而夜晚表层水温下降，导致水体温度
的垂直分布发生变化。
这种日夜温差引起的水温变化也会影响水库
中的生物生态环境。
另外，水库水温分层还受到水体流动的影响。
水库中的水流动
会扰动水体，破坏温度分层，使得水温分布发生变化。
特别是在水
库的进出水口附近，水流的搅动会使温度分层变得不稳定。
总的来说，水库水温分层是一个复杂的动态过程，受到多种因素的综合影响。
了解水库水温分层及其规律对于水库水质管理、生态环境保护具有重要意义。
因此，需要通过实地观测和数值模拟等手段来深入研究水库水温分层的形成机制及其规律，为水库管理和保护提供科学依据。
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验证 ， 在 此基础 上比较 各判 定方法的优劣势 ， 为水库水温结构判定提供参考性建议 。 【 关键词 】 低 温水 一 ｐ Ｎｏ ｒ ｔ ｏ ｎ密度佛 汝德数 水库 宽深比 大坝 拦截 后 ， 改变 了原 有河 流 的径 流过 程 ， 对 于
雨、 蒸发 等 ；
（ ５ ）地 理位 置 ， 水库 所处 地理 纬度 不 同 ， 则 太 阳
Ｇ —— 标 准 化 的垂 向 密 度 梯 度 （ 量级为 １ ０ ． ３ ／
ｍ， 推 荐值 为 １ ０ － ７ ｍ） 。
当Ｆ ｒ ＜ Ｏ ． １时 水 库 水 温 为稳 定 分 层 型 ；当 ０ ． １ ＜
Ｆ ｒ ＜ １ ． ０时 ， 水库水温为弱分层型或混合型 ；当 Ｆ ｒ ＞
１ ． ０时水 库水 温 为完 全混 合型 。 （ ３ ）水库 宽深 比判 别法 。 水库 宽深 比判 别 法公式 为 ： Ｒ＝ Ｂ ／ Ｈ
温 的 分层 结 构改 变 了水库 库 区 的水 生态 环 境 ， 根 据
调查， 对 于 一些 典型 的分 层 型水库 ， 夏 季下 泄水 温较
２ 水库水温 结构 的判别方法
现行 的水 库 水 温 分层 判 别 方 法 主 要 有参 数 一
３判 别 法 、 Ｎ ｏ ｒ ｔ ｏ ｎ密度 佛 汝 德 数 判 别 法 及 水 库 宽 深 天 然 水温 可 能低 １ ０ ℃以上 ， 从 而带 来一 系 列 低温 水 １ 影响， 如对下 游 河道 水生 生态 的影 响 ， 对农 业灌 溉 的
《 湖南水利水电） ２ ０ １ ５年第 ４期
陈 浩
（ 湖 南省水 利 水 电勘 测 设计研 究总 院 长沙市 ４ １ ０ ０ ０ ７ ）
【 摘
要】 文章对水库低 温水的影响 因素进行 了简要 阐述 ， 对 水库 水温结构 的判 定方法进行
梳理， 明晰 了判定公 式 中部分模糊 参数 的基 本概念和推 荐计算 方法 ， 并结合 实例进行 计算 和
调节 性能 较好 的水库 ， 水 体在 库 内滞 留时 间长 ， 在 重
是 多年 调节 水库 或年 调 节水库 ，有可 能形 成稳 定 的
力和 热力 作用 下 ，垂 向水 温呈 现 出分层 现象 。特 别 高 度 角 的大 小 、 昼 夜 和 四季 长 短 、 太 阳辐射 强 度 、 水 库热 量收 支及 地温 等都 不一 样 。 水 温分 层结 构 ，库底 常 年处 于低 温水 状态 。水 库水
水温 为混 合 型 。对 于分 层 型水库 ，如 果 遇到 ＞ １的
将 出 现 临 时 混合 现 象 ； 但 如果 ／ ３ ＜ ０ ． ５时 ， 洪 水 （ １ ）水 库几 何特 征 ， 包括 库容 、 水深、 面积 、 平 均 洪水 ，
对水 库水 温 的分 布结 构没有 影 响 。
（ ２ ）Ｎ ｏ ｒ ｔ ｏ ｎ密度 佛汝 德数 判别 法 。
（ ４ ）气 象 因素 ， 如太 阳辐 射 、 气温 、 风速 风 向 、 降 式 中
ｎ一
密度 佛汝 德数 ；
作者简介 ： 陈 浩（ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 男， 硕士研究生 ， 工程师 ， 从事环境保护设计工作 。
６１
陈
浩， ， 水库水温分层结构判定方法及其应用
Ｌ 、 日、 — — 分别 为水库长度 、 平均水深和库容 ； Ｑ — — 入库 流量 ；
（ ２ ）水 文水 力 因 素 ， 如 入 出库 流 量 、 水体流态 、
平 均 流速 等 ；
Ｎ ｏ ｒ ｔ ｏ ｎ密度 佛 汝 德 数判 别 公 式 为 ： Ｆ ｒ ＝ （ Ｌ Ｑ ／ ＨＶ ）
（ ｇ ｃ ， ）
（ ３ ）地 质 地貌 ， 如库 周地 形 、 库底 质 、 糙率等 ；
水 库平 均水 深 。
于 １ 亿 ｍ 而小 于 １ ０亿 ｍ ； 中型水 库 库 容 大于 或 等
于０ ． １亿 ｍ 而小于 ｌ 亿 ｍ ； 小（ Ｉ ） 型 水 库 库 容 大 于 库 容大 于 或等 于 １ Ｏ万 ｍ 。 而 小于 １ ０ ０万 ｍ 。
本 文选 取 大 中小 型各个 级别 的代 表 性水 库 作为
０ ０万 ｍ３ 而小于 ｌ ０ ０ ０万 ｍ ； 小（ Ｉ Ｉ ） 型水 库 当 Ｈ＞ １ ５ ｍ， Ｒ＞ ３ ０时 水 库 为混 合 型 ； Ｒ＜ ３ ０时水 或 等 于 １
比判 别 法 ， 它 们 实 际上 都 是 一种 公 式 加 经验 的判 别
影 响 ，这成 为水 库项 目环评 中重 点关 注 的问题 。因 方 法 。 （ １ ）参数 Ｏ ｔ — Ｂ判别 法 。 此， 本 文通过 梳 理水 温分 层结 构判 定方 法 ， 并结 合工
程 实例 ，总 结各 水温 判定 方法 在 实 际应用 中 的优劣 势 ，为水库 水 温分 层结 构判 定在 环评 中的应 用提供 参考。
４ 案例计 算及验 证
中 国水利 工 程 中对水 库 的级别 划 分为 ５级 ， 大、 中、 小型 水库 的等 级 是按 照库 容 大小来 划 分 的 ， 即大
（ Ｉ ） 型水库库容 大于 ｌ Ｏ亿 ｍ ； 大（ Ｉ Ｉ ） 型水 库 库 容 大
式 中
一
水库 水 面平 均宽 度 ；
一 一
多生 塑焦 量
总库 容
一 二
一 总 库容
量
当ｏ ｔ ＜ ｌ Ｏ时 ， 水 库水 温 为稳 定分 层 型 ； 当１ ０ ＜ ａ ＜
２ Ｏ时 ， 水库 水 温 为 不稳 定 分 层 型 ； 当ａ ＞ ２ ０时 ， 水 库
１ 水库水温影响 因素
宽度、 库底坡 等 ；
Ｇ — — 重力 加速 度 ；
日 为水 库平 均 水 深 ，推 荐计 算 公 式 ： 日＝ 正 常 蓄 水 位时 的 库容／ 正常 蓄水 位 时的 水面 面积 。
（ ３ ）水 库 宽深 比判 别法 中参 数 的选 定 。 为水库 水 面平 均 宽度 ， 推荐 计算 公式 ： 日 ＝ 正 常 蓄水位 时 的水 面 面积／ 回水 长度 。