溪洛渡水庫(kù)蓄水初期水溫模擬

謝奇珂，陳永燦,2，劉昭偉，李翀，呂平毓

(1.清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100084； 2.西南科技大學(xué)，四川綿陽(yáng)　621010；3.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司科技與環(huán)境保護(hù)部，北京　100038； 4.長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局，重慶　400014)

?

溪洛渡水庫(kù)蓄水初期水溫模擬

謝奇珂1，陳永燦1,2，劉昭偉1，李翀3，呂平毓4

(1.清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084； 2.西南科技大學(xué)，四川綿陽(yáng)621010；3.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司科技與環(huán)境保護(hù)部，北京100038； 4.長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局，重慶400014)

溪洛渡水庫(kù)是位于云南省和四川省交界處的一座大型水庫(kù)，2013年開(kāi)始蓄水，其最大水深接近285 m，正常運(yùn)行后常年將有大部分時(shí)間處于水溫分層狀態(tài)。為得到溪洛渡水庫(kù)在一年中垂向水溫結(jié)構(gòu)及年內(nèi)的變化規(guī)律，2014年進(jìn)行壩前垂向水溫結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果證實(shí)該水庫(kù)在夏季和秋季存在穩(wěn)定的水溫分層結(jié)構(gòu)。為更好地理解溪洛渡蓄水后庫(kù)內(nèi)水溫演替規(guī)律，引入立面二維水質(zhì)水動(dòng)力模型CE-QUAL-W2對(duì)溪洛渡水庫(kù)水溫進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，并清晰地揭示了溪洛渡水庫(kù)水溫年內(nèi)變化規(guī)律。

溪洛渡；水溫結(jié)構(gòu)；監(jiān)測(cè)；模擬；CE-QUAL-W2

巨型水庫(kù)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)對(duì)水體和周邊的環(huán)境和生態(tài)有著巨大影響，其中水體水溫改變的影響尤為突出。水溫結(jié)構(gòu)在河流中對(duì)于整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的健康起到關(guān)鍵影響。庫(kù)內(nèi)水體水溫垂向分層的結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步導(dǎo)致溶氧、化學(xué)物質(zhì)及水體生物等的分層[2]。同時(shí)，水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)的改變對(duì)下游的水溫時(shí)空分布也產(chǎn)生影響[2-3]。這些變化將顯著地改變庫(kù)區(qū)及下游的水生生態(tài)，并進(jìn)一步影響毗鄰的陸地生態(tài)。

水庫(kù)水溫垂向分層結(jié)構(gòu)的周期性出現(xiàn)和消失，是水體表面熱交換、來(lái)流、出流同水庫(kù)水體、能量相互作用相互影響的結(jié)果[4]。分層的結(jié)果將導(dǎo)致水庫(kù)常規(guī)運(yùn)行的年份中，春夏季節(jié)水溫偏低，同時(shí)秋冬季節(jié)水溫偏高。梯級(jí)電站有累積效應(yīng)，將放大這些水庫(kù)水溫偏差并延遲某些特定水溫的出現(xiàn)時(shí)間[2]。

許多水生生物的生理過(guò)程需要特定時(shí)間的特定水溫環(huán)境，例如魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵等對(duì)水溫非常敏感，且水溫過(guò)低將減弱水生生物新陳代謝，降低食欲甚至停止覓食[5-6]。因此，水溫偏差和延遲對(duì)這些水生生物產(chǎn)生極大的不利影響。同時(shí)，因?yàn)閹?kù)區(qū)周邊農(nóng)作物的灌溉部分使用水庫(kù)水，而一些谷物等作物對(duì)于水溫非常敏感[7]，因此水溫變化也會(huì)影響水庫(kù)周邊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

由于水庫(kù)水溫對(duì)于生態(tài)環(huán)境的巨大影響，巨型水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)研究極具重要性。研究新水庫(kù)蓄水發(fā)電后庫(kù)區(qū)水溫時(shí)間變化相較于天然狀態(tài)的改變，提供庫(kù)區(qū)水溫空間結(jié)構(gòu)清晰而準(zhǔn)確的描述，對(duì)于水庫(kù)運(yùn)營(yíng)和環(huán)境管理具有不可或缺的參考價(jià)值。

1　溪洛渡水庫(kù)概況

溪洛渡水電站是金沙江下游四級(jí)梯級(jí)電站的第三級(jí)，主要功能是發(fā)電，其他功能包括防洪、攔沙和提升下游通航條件等。其上游的兩級(jí)電站尚未建成，而溪洛渡大壩于2014年基本完工，并于2013年5月開(kāi)始蓄水。當(dāng)水位處于正常蓄水位時(shí)，最大水深可達(dá)285.5 m，位于壩前。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這樣的深水水庫(kù)在春夏季節(jié)將產(chǎn)生穩(wěn)定的水溫分層結(jié)構(gòu)。

溪洛渡水電站樞紐工程由混凝土雙曲拱壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)以及兩岸的巨型地下廠(chǎng)房組成。壩頂高程610 m，壩底高程324.5 m。大壩在589 m高程處設(shè)有7個(gè)表孔，在490 m高程附近設(shè)有8個(gè)深孔。左右岸的引水發(fā)電隧洞各9條，入口底部高程518 m。左右岸泄洪洞各2條，入口底部高程545 m。在汛期，通過(guò)壩體深孔、泄洪洞和引水隧洞泄水，在非汛期，引水隧洞是主要的泄水通道。由于入口高程、離壩距離和流量的差異，溪洛渡的泄水方式對(duì)于壩前的水溫結(jié)構(gòu)有重要影響。

本文關(guān)注溪洛渡水庫(kù)的水溫結(jié)構(gòu)及年內(nèi)變化規(guī)律，通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬的方法，得出庫(kù)內(nèi)水溫結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律的整體結(jié)論，并總結(jié)出一些重要規(guī)律，供水庫(kù)運(yùn)營(yíng)和管理方參考。

2　水溫結(jié)構(gòu)研究方法

為得到清晰而真實(shí)的溪洛渡水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)，本研究同時(shí)采用實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬的方法，目前的研究主要采用2014年數(shù)據(jù)。

2.1實(shí)地監(jiān)測(cè)

本研究中獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要為2014年每月的壩前垂向水溫?cái)?shù)據(jù)，輔以2014年4月兩次庫(kù)區(qū)多斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。斷面水溫監(jiān)測(cè)使用剖面水溫探測(cè)儀，可同時(shí)測(cè)量水溫及水深，2014年使用的剖面水溫探測(cè)儀只能測(cè)量深度200 m以?xún)?nèi)水溫。監(jiān)測(cè)時(shí)乘坐小艇到斷面中央進(jìn)行測(cè)量。

多段面監(jiān)測(cè)測(cè)量了從碼口鎮(zhèn)到壩前約120 km范圍內(nèi)的多個(gè)斷面，垂向水溫從基本均勻到出現(xiàn)分層，展現(xiàn)了2014年4月庫(kù)區(qū)水溫的沿程變化規(guī)律。壩前監(jiān)測(cè)記錄了壩前垂向水溫從年初到年末的變化。

除壩前水溫外，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還包括溪洛渡庫(kù)區(qū)上游的華彈水文站來(lái)流水溫?cái)?shù)據(jù)，永善縣氣象數(shù)據(jù)，三峽集團(tuán)公司記錄的庫(kù)區(qū)入流、出流數(shù)據(jù)。

華彈水文站位于大壩上游約235 km處。按照相關(guān)操作規(guī)范和要求，該水文站每天早上8點(diǎn)測(cè)量河流表面水溫。華彈水文站所處斷面水深較淺、流速大、受水庫(kù)影響小、垂向混合充分，可視為垂向水溫均勻。但由于太陽(yáng)輻射、氣溫等與河流的作用，早上8點(diǎn)測(cè)得的水溫通常是日內(nèi)最低水溫，如果被用來(lái)作為數(shù)值模型的入流水溫，總體入流輸入能量必定偏低，需要進(jìn)行調(diào)整。

永善縣氣象數(shù)據(jù)每小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)包括氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、相對(duì)濕度等。

三峽集團(tuán)公司在其官方網(wǎng)站上公布的庫(kù)區(qū)入流、出流數(shù)據(jù)為每日8時(shí)、12時(shí)、14時(shí)及18時(shí)測(cè)量的流量數(shù)據(jù)。其中，出流數(shù)據(jù)還包括溪洛渡水電站的運(yùn)營(yíng)記錄，如泄洪洞、引水發(fā)電隧道、深孔、泄流底孔等的分項(xiàng)流量數(shù)據(jù)，可在壩前用來(lái)更加精確詳盡地描繪庫(kù)區(qū)出流狀況。

2.2數(shù)值模擬

本研究中引入立面二維水質(zhì)水動(dòng)力模型CE-QUAL-W2。溪洛渡水庫(kù)是河流型水庫(kù)，地形狹長(zhǎng)，兩岸為陡峭的天然邊壁，能較好地滿(mǎn)足立面二維模型將河流橫向流動(dòng)特性平均化的假設(shè)。

在本研究中，不涉及水質(zhì)模擬，主要針對(duì)水溫的模擬，包含水位、水溫、流速和水力停留時(shí)間。

2.2.1上游斷面及起始時(shí)間選取

建立模型時(shí)，入流斷面的位置和起始時(shí)間的選取受多方面因素影響。選擇垂向水溫均勻的斷面作為上游斷面，便于入流水溫準(zhǔn)備設(shè)置。因?yàn)镃E-QUAL-W2較難模擬天然河流水位沿程不斷變化的狀況，所以入流斷面選在與壩前水位大致相同的位置。同時(shí)，選取入流斷面的河床高程應(yīng)低于水庫(kù)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段的最低水位，從而避免模擬段上游露出水面。起始時(shí)間應(yīng)選擇整個(gè)庫(kù)區(qū)水溫較為均一的時(shí)段，方便設(shè)置初始水溫。

溪洛渡水庫(kù)在基本建成后，從2013年5月4日開(kāi)始蓄水，蓄水約60 d后，壩前水位從440 m升至540 m。初步模擬結(jié)果顯示，在該時(shí)段內(nèi)，水庫(kù)水溫總體均勻，選取該時(shí)段內(nèi)某一天為模擬起始日期可簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確地設(shè)置初始水溫。

溪洛渡水庫(kù)正常運(yùn)行汛限水位為540 m，2013年6月底之后水位均不低于此水位，選取河床高程低于540 m的河段作為模擬的入流斷面，使得低水位時(shí)段上游河床低于水位，避免模型出錯(cuò)。

綜合考慮起始日期入流斷面水位、入流斷面河床高程、入流斷面水溫垂向分布及起始日期水庫(kù)水溫分布，模擬起始時(shí)間選定為2013年6月29日，以2013年1月1日起記錄的第180 d作為起始日期，距大壩155 km斷面作為入流斷面。此時(shí)水庫(kù)水溫總體均勻，約22℃；入流斷面河床高程534 m，低于常規(guī)運(yùn)行最低水位540 m；入流斷面距離庫(kù)尾約80 km，水面平緩，水位接近壩前水位；入流斷面全年基本垂向混合充分，水溫均勻分布。

2.2.2地形邊界及模型參數(shù)

選定入流斷面后，根據(jù)溪洛渡壩前143 km內(nèi)實(shí)測(cè)的132個(gè)斷面高程數(shù)據(jù)設(shè)置地形條件，共包含縱向159個(gè)區(qū)段、垂向83層，層高設(shè)為3 m。

建立的模型使用2013—2014年的數(shù)據(jù)作為模型邊界條件，使用華彈水文站測(cè)量的入流水溫、三峽集團(tuán)公司官方網(wǎng)站公布的入流數(shù)據(jù)、溪洛渡水電站的出流數(shù)據(jù)以及永善氣象站的地面氣象數(shù)據(jù)。水溫模型中使用的露點(diǎn)溫度根據(jù)Goff-Gratch公式的擬合式計(jì)算得出[8]。

模型選用k-ε模型計(jì)算垂向紊動(dòng)系數(shù)[9]。采用均衡溫度的方法計(jì)算表面熱交換。

3　水庫(kù)實(shí)地監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1流量及水位

在運(yùn)行計(jì)劃中，6月在洪水期來(lái)臨前水位降至死水位540 m，電站按保證出力發(fā)電；7月初將庫(kù)水位抬至汛期排沙限制水位560 m；7月、8月水庫(kù)水位維持在570 m運(yùn)行；9月初水庫(kù)開(kāi)始蓄水，水庫(kù)水位逐步升至正常蓄水位600 m；10—12月水庫(kù)一般維持在正常蓄水位600 m運(yùn)行；次年1—5月為供水期，水庫(kù)水位逐漸消落至死水位540 m。

在實(shí)際運(yùn)行中，溪洛渡水庫(kù)從2013年5月4日開(kāi)始蓄水，圖 1顯示了2013—2014年溪洛渡水庫(kù)入流、出流流量和壩前水位變化情況。2014年下半年，依照設(shè)計(jì)的運(yùn)行水位進(jìn)行控制，蓄水初期的第一年為試運(yùn)行過(guò)程。

溪洛渡水庫(kù)每年前6個(gè)月入流流量在2 000 m3/s附近波動(dòng)；7—9月為洪水期，洪水峰值流量接近16 000 m3/s；洪水期結(jié)束后，入流流量在11月恢復(fù)到2 000 m3/s左右。

圖1　溪洛渡水庫(kù)2013年6月至2014年12月壩前水位、入流流量和出流流量Fig.1　In-front-of-the-dam water level, inflow rate and outflow rate of Xiluodu Reservoir from June 2013 to December 2014

3.2入流水溫及氣溫

溪洛渡水庫(kù)的來(lái)流水溫由庫(kù)區(qū)上游的華彈水文站監(jiān)測(cè)，每日早8點(diǎn)測(cè)量表面水溫。根據(jù)其他研究對(duì)日水溫變化的監(jiān)測(cè)，氣溫和太陽(yáng)輻射對(duì)水溫有較大影響，早上8點(diǎn)左右水溫通常為最低值，下午4點(diǎn)左右通常為最高值。根據(jù)季節(jié)和氣候的變化，日平均水溫應(yīng)在此水溫的基礎(chǔ)上增加0.4～1.5℃。入流水溫在冬季最低，夏季最高，變化范圍為10～23℃。2014年入流水溫高于2013年同期。

溪洛渡氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于永善氣象站，氣象站提供每小時(shí)的氣溫。庫(kù)區(qū)冬季最低氣溫低于0℃，而水面不結(jié)冰。溪洛渡晝夜溫差夏季較大，約10℃，冬季較小，約5℃。氣溫平均值在夏季高于水溫，在冬季低于水溫。

3.3壩前垂向水溫

圖2是2013年9月、12月及2014年各月測(cè)量的壩前垂向水溫。從圖2中可以看出，在蓄水初期壩前水溫垂向較為均勻，沒(méi)有分層，從2013年9月到2014年3月是一個(gè)降溫過(guò)程，主要受來(lái)流水溫和氣溫降低的影響。這段時(shí)期由于還處于水位上升后的平緩期，且來(lái)流水溫不高于庫(kù)底水溫，垂向混合充分，沒(méi)有分層。

2014年3—8月，由壩前水溫測(cè)量結(jié)果推斷，總體處于上升趨勢(shì)，期間表水層水溫逐漸升高，但不高于入流水溫。深水層水溫緩慢上升，從12.8℃左右上升至14℃左右(8月測(cè)量深度不足，未到河流底部。根據(jù)深水層升溫的趨勢(shì)推測(cè)，應(yīng)介于7月和9月之間，約14℃)。溫躍層溫度梯度逐漸增大，且溫躍層高程范圍從500～520 m逐漸降至440～470 m。

這段時(shí)間下泄水流的主要通道是引水發(fā)電隧洞，隧洞入口高程為518～528 m，高于溫躍層；下泄通道中高程最低的深孔底部高程為490.7 m，流量較小，且不低于溫躍層。壩下水溫略低于壩前表水層水溫?？紤]到下泄通道高程、流量的影響，及壩下水溫，綜合分析可知下泄水主要來(lái)自表水層，摻有少量下層水。表水層水溫受來(lái)流水溫上升、氣溫升高和太陽(yáng)輻射增強(qiáng)的影響不斷上升。2014年7月初，水位調(diào)控，下泄量由2 000 m3/s陡增至10 000 m3/s以上，表層水體更新頻率加快，垂向混合加劇，混合水深范圍變大；而表層水溫升高，不利于垂向混合，前者占據(jù)主導(dǎo)地位，因而溫躍層高程降低。深水層水溫上升的能量主要源自垂向混合的熱交換。

圖2　溪洛渡壩前水溫實(shí)測(cè)值及模擬值Fig.2　Observation and simulation results of Xiluodu’s in-front-of-dam vertical profile

夏季洪峰來(lái)臨時(shí)，溫躍層在兩個(gè)月內(nèi)下降了80 m，這證明流量對(duì)夏季溫躍層位置的變化起主導(dǎo)作用。

2014年6月9日壩前水有較穩(wěn)定的分層結(jié)構(gòu)，而表水層水溫低于來(lái)流水溫約0.8℃，約等于5月31日來(lái)流水溫?？紤]到當(dāng)時(shí)流量較小，水流抵達(dá)壩前需要一定時(shí)間，以及當(dāng)時(shí)氣溫較低，6月6日至8日庫(kù)區(qū)有降雨，壩前表水層水溫低于來(lái)流水溫是可以解釋的。

2014年8—12月，表水層水溫降低，從20.5℃左右降低至17.8℃左右，深水層從約14.2℃上升至約14.8℃，溫躍層從400～420 m繼續(xù)降低至380～390 m。10—12月入流水溫均低于壩前表水層水溫，壩下水溫等于壩前表水層水溫，表水層水溫同入流水溫的下降趨勢(shì)一致，但幅度更小。壩前深水層水溫在10月、11月缺乏測(cè)量資料，但根據(jù)9月及12月的數(shù)據(jù)分析，深水層水溫小幅度上升。溫躍層在繼續(xù)下降，從400～420 m降至380 m左右，在12月底接近庫(kù)底。

來(lái)流水溫降低是壩前表水層水溫降低的主要原因，氣溫及太陽(yáng)輻射的降低也有一定影響。因?yàn)楸硭畬铀疁亟档?，表面密度增大，垂向混合加劇，推?dòng)表水層進(jìn)一步向下流動(dòng)，深水層水溫也隨之小幅上升。

從8月13日到9月11日，庫(kù)區(qū)水體的表水層經(jīng)歷了一個(gè)小幅降溫過(guò)程，幅度約1℃。而9月11日測(cè)得的壩前水溫，低于前面2個(gè)月的來(lái)流水溫2℃左右，也低于前2個(gè)月的平均氣溫，說(shuō)明來(lái)流和氣溫并非為導(dǎo)致壩前表層水溫陡降的原因。表水層水溫與壩下水溫一致，且此期間為夏季最大洪峰來(lái)臨期，壩前水溫結(jié)果顯示溫躍層大幅降低，故垂向混合可能是導(dǎo)致表水層降溫的原因。但7月17日到8月13日溫躍層降低幅度相同，來(lái)流水溫與氣溫情況相似，流量小于8月13日至9月11日，但表水層水溫并未降低，反而又升高。兩者相比，應(yīng)該有其他原因?qū)е铝?月11日壩前表水層的反常降溫。

4　模擬結(jié)果分析

由于溪洛渡詳細(xì)的下泄量數(shù)據(jù)只到2014年10月31日，因此，數(shù)值模擬從2013年6月29日起，到2014年10月31日止。

4.1結(jié)果校核

壩前的模擬水位和實(shí)測(cè)水位相比基本一致，2014年后誤差稍微增加，約有0.5 m。

水溫模擬結(jié)果中，將對(duì)應(yīng)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)日期的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)比?？傮w來(lái)看，對(duì)表水層和深水層的水溫模擬較為準(zhǔn)確，2014年5月之前吻合較好，之后溫躍層的位置模擬有一定偏差，6—8月模擬結(jié)果溫躍層下降速度較快，8月之后下降速度較慢。2014年9月11日模擬的表水層水溫高于實(shí)測(cè)，與入流水溫接近，在實(shí)測(cè)結(jié)果的討論中已經(jīng)分析了該實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的偏差。

4.2模擬結(jié)果分析

分別在模擬時(shí)段內(nèi)選擇2013年降溫、2014年初低溫、2014年升溫和2014年降溫4個(gè)不同時(shí)段中具有代表性的日期，繪制水溫分布圖，可較為清晰地表述庫(kù)區(qū)的水動(dòng)力和水溫結(jié)構(gòu)。

圖3　2013年9月12日溪洛渡水溫分布Fig.3　Water temperature distribution of Xiluodu on September 12th, 2013

圖4　2014年1月11日溪洛渡水溫分布Fig.4　Water temperature distribution of Xiluodu on Juanuary 11th, 2014

圖5　2014年7月7日溪洛渡水溫分布Fig.5　Water temperature distribution of Xiluodu on July 7th, 2014

圖6　2014年10月14日溪洛渡水溫分布Fig.6　Water temperature distribution of Xiluodu on October 14th, 2014

圖3所處時(shí)段為2013年最后一個(gè)洪峰來(lái)臨期，入流水溫、氣溫均開(kāi)始降低，水位小幅度變化。在此過(guò)程中，庫(kù)區(qū)水溫為20～23℃，略高于來(lái)流水溫，上游來(lái)流基本與庫(kù)區(qū)水體均勻混合，在壩前受出水口影響，上層流動(dòng)較快。

圖4所處時(shí)段為2014年年初，水位保持560 m左右，來(lái)流水溫和氣溫處于一年最低值范圍內(nèi)，流量約為2 000 m3/s，庫(kù)區(qū)水體溫度略高于來(lái)流水溫，來(lái)流水密度較高，在河流下層貼近河床流動(dòng)，到壩前與深水層充分混合。此段時(shí)間庫(kù)區(qū)表水層與深水層混合較少，表水層水在庫(kù)區(qū)停留時(shí)間較長(zhǎng)。

圖5所處時(shí)段為2014年洪水期起始階段，來(lái)流流量接近13 000 m3/s，氣溫較高，來(lái)流水溫23℃左右，略高于表水層水溫，遠(yuǎn)高于深水層水溫，來(lái)流水浮于深水層之上，僅在上層流動(dòng)、混合，深水層水平流速非常小，且基本不與上層摻混。壩前表水層受氣候影響，水面溫度有小幅升高。

圖6所處時(shí)段為2014年10月，流量處于下降過(guò)程，來(lái)流水溫、氣溫均處于下降過(guò)程，庫(kù)區(qū)表水層水溫略高于來(lái)流水溫，高于氣溫，深水層水溫低于來(lái)流水溫。來(lái)流密度大于表水層，高于深水層，進(jìn)入庫(kù)區(qū)后下潛，貼河床流動(dòng)，直到遇到水溫更低的深層水體，不再下潛，轉(zhuǎn)為中間流，貼深層水體上表面流動(dòng)。與圖5中2014年7月洪水起始階段水溫分布狀況對(duì)比可知，壩前深水層水體在此過(guò)程中上表面不斷與來(lái)流混合，深水層垂向深度不斷被壓縮。

5　結(jié)論

通過(guò)溪洛渡水庫(kù)的實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬，可以看出，從2013年開(kāi)始蓄水到2014年末供水期，溪洛渡水庫(kù)在兩年中經(jīng)歷了不同規(guī)律的周期變化。

2013年由于剛開(kāi)始蓄水，水深相對(duì)較淺，垂向混合充分，分層不明顯。2014年具有一定水深后，深水層的水體溫度保持在相對(duì)較低的范圍內(nèi)，這導(dǎo)致隨來(lái)流水溫而變化，來(lái)流水溫有上浮或下潛的不同形態(tài)，對(duì)庫(kù)區(qū)水體能量、溶氧和其他化學(xué)物質(zhì)的垂向交換具有巨大影響。

可以預(yù)測(cè)，水庫(kù)在按照運(yùn)營(yíng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度多年后，年內(nèi)水動(dòng)力和水溫結(jié)構(gòu)周期性變化將趨于穩(wěn)定，定性來(lái)看，將類(lèi)似于2014年的水動(dòng)力和水溫結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。水體分層和深水層滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將成為影響庫(kù)區(qū)水體的主要原因。

[1]Caissie D. The thermal regime of rivers: a review[J]. Freshwater Biology, 2006, 51(8):1389-1406.

[2]鄧云, 李嘉, 李克峰, 等. 梯級(jí)電站水溫累積影響研究[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2008, 19(2):273-279.

[3]Dallas H. Water temperature and riverine ecosystems: An overview of knowledge and approaches for assessing biotic responses, with special reference to South Africa[J]. Water SA, 2008, 34(3):393-404.

[4]Balistrieri L.S., R.N. Tempel, L.L. Stillings,etal.Modeling spatial and temporal variations in temperature and salinity during stratification and overturn in Dexter Pit Lake, Tuscarora, Nevada, USA[J]. Applied Geochemistry, 2006, 21(7): 1184-1203.

[5]龍華. 溫度對(duì)魚(yú)類(lèi)生存的影響[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2005(S1): 254-257.

[6]余文公, 夏自強(qiáng), 于國(guó)榮, 等. 三峽水庫(kù)水溫變化及其對(duì)中華鱘繁殖的影響[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007, 35(1): 92-95.

[7]吳時(shí)強(qiáng), 吳莉莉, 王惠民. 水庫(kù)的水溫分層及其改善措施[J]. 水電站設(shè)計(jì), 2007, 23(3): 97-100.

[8]Zhang Z., S. Xi. Study on Calculation of Dew-point Temperature[J]. Arid Zone Research, 2011. 28(2): 275-281.

[9]鄧云, 李嘉, 羅麟. 河道型深水庫(kù)的溫度分層模擬[J]. 水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展: A 輯, 2004, 19(5): 604-609.

Simulation of Water Temperature in Initial Impounding Stage of Xiluodu Reservoir

XIE Qi-ke1, CHEN Yong-can1,2, LIU Zhao-wei1, LI Chong3, LYU Ping-yu4

(1.State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University,Beijing 100084, China; 2.Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China; 3.Department of Science and Technology and Environmental Protection, China Three Gorges Corporation, Beijing 100038, China;4.Upper Changjiang River Bureau of Hydrological and Water Resources Survey, Chongqing 400014, China)

Xiluodu Reservoir is located on the border between Yunnan Province and Sichuan Province, and the initial impounding stage started in 2013, with the maximum water depth reaching up to 285 meters. During most normal operation time of a year, the reservoir presents a stable vertical temperature stratification structure. To get spatial and temporal variation of vertical temperature structure throughout a year, the vertical temperature distribution observation in front of the dam was carried out in 2014, which confirmed the existence of stable vertical temperature stratification in summer and autumn. To get better understanding of water temperature variation after impoundment, a two-dimensional longitudinal-vertical hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2) was employed to simulate water temperature structure. The simulation result matched well with the observation, and clearly revealed the variation regulation of reservoir water throughout a year.

Xiluodu Reservoir; water temperature structure; observation; simulation; CE-QUAL-W2

2015-12-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279079)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2015BAB07B09)；中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司項(xiàng)目(0799532)；清華大學(xué)自主科研計(jì)劃資助(2014z09112)

謝奇珂(1991—)，男，四川人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樗畮?kù)水環(huán)境，E-mail：qilukehere@163.com

劉昭偉(1973—)，男，河北人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)與環(huán)境水力學(xué)，E-mail：Liuzhw@tsinghua.edu.cn

10.14068/j.ceia.2016.03.011

X820.3；TV697.2

A

2095-6444(2016)03-0039-06