指數(shù)函數(shù)法主要參數(shù)敏感性與水庫適用性研究

董連，張德見，李璜，顏劍波

(中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙　410116)

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指數(shù)函數(shù)法主要參數(shù)敏感性與水庫適用性研究

董連，張德見，李璜，顏劍波

(中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南長沙410116)

指數(shù)函數(shù)法是目前常用的水庫水溫計算方法。選取不同水溫結(jié)構(gòu)的典型代表性水庫，結(jié)合實測資料分析探討主要參數(shù)變化對計算結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上進行指數(shù)函數(shù)法主要參數(shù)敏感性以及與水庫適用性分析。研究發(fā)現(xiàn)，在進行擬建水庫水溫預測時，如有庫容、調(diào)節(jié)性能、地理位置等相似度高的類比水庫，且實測水溫結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定分層型時，建議采用指數(shù)函數(shù)法。

水庫水溫計算；指數(shù)函數(shù)法；主要參數(shù)；敏感性分析

水庫水溫經(jīng)驗公式法是基于統(tǒng)計學理論建立的方法，雖然數(shù)值模型法計算精度較高，但經(jīng)驗公式法應(yīng)用更為方便。指數(shù)函數(shù)法是水電水利工程設(shè)計實踐中常用的經(jīng)驗公式法之一，通過類比相關(guān)法或經(jīng)驗公式法求得各月庫表和庫底的多年平均水溫，然后采用指數(shù)函數(shù)進行空間插值。本文選擇兩類不同水溫結(jié)構(gòu)的典型代表性水庫，并采用兩種不同的方法給出庫表、庫底水溫，得出整個水庫的水溫分布情況，結(jié)合實測水溫資料進行對比分析，探討主要參數(shù)變化對計算結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上進行指數(shù)函數(shù)法主要參數(shù)敏感性以及與水庫適用性分析。

1　指數(shù)函數(shù)法簡介

指數(shù)函數(shù)法計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

表1　庫底水溫計算公式中的、k′值

2　水庫水溫案例分析

表2　研究選擇的代表性水庫所在區(qū)域氣溫

注：區(qū)域氣溫來自實測或壩面溫度計觀測資料。

2.1湖南鎮(zhèn)水庫

方法一：類比水庫為響洪甸水庫。湖南鎮(zhèn)水庫建于1983年，大壩所在緯度為28°N，水庫壩前正常水深117 m；響洪甸水庫建于1958年，大壩所在緯度為31°N，水庫壩前正常水深72 m。湖南鎮(zhèn)水庫和響洪甸水庫均位于華東區(qū)域，調(diào)節(jié)性能均為多年調(diào)節(jié)，實測水溫結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定分層型。根據(jù)響洪甸水庫氣溫和庫表、庫底水溫的相關(guān)關(guān)系，計算湖南鎮(zhèn)水庫壩前水溫分布：

T0(t)=0.8693Ta+4.7012

(5)

Tb(t)=-0.0205Ta+7.6975

(6)

式中，Ta為氣溫，℃。根據(jù)公式(5)、(6)計算出湖南鎮(zhèn)水庫壩前水溫分布，并與實測值對比，不同月份分布曲線差異如圖1所示。

方法二：采用實測平均值，不同月份分布曲線差異如圖1所示。

2.2鳳灘水庫

方法一：類比水庫為丹江口水庫。鳳灘水庫建于1979年，大壩所在緯度為28°N，水庫壩前正常水深106 m，調(diào)節(jié)性能為不完全年調(diào)節(jié)；丹江口水庫建于1973年，大壩所在緯度為32°N，水庫壩前正常水深92 m，調(diào)節(jié)性能為年調(diào)節(jié)。鳳灘水庫和丹江口水庫均位于華南區(qū)域，實測水溫結(jié)構(gòu)均為過渡型。

根據(jù)丹江口水庫氣溫和庫表水溫的相關(guān)關(guān)系，計算鳳灘水庫壩前水溫分布：

T0(t)=0.7738Ta+5.953

(7)

方法二：采用實測平均值，不同月份分布曲線差異如圖2所示。

3　水溫計算結(jié)果比較分析

依據(jù)圖1、圖2中的水庫水溫計算結(jié)果，計算湖南鎮(zhèn)、鳳灘兩種不同類型水庫分別按照方法一、方法二得出的壩前水溫計算值與實測值的誤差范圍，計算結(jié)果如表3所示。

湖南鎮(zhèn)水庫為穩(wěn)定分層型水庫，在方法一和方法二中，1—3月計算值與實測值誤差較小；4—5月、12月計算值與實測值誤差較大；6—11月計算值與實測值誤差最大。整體來看，該水庫水溫計算值均比實測值偏小。

鳳灘水庫為過渡型水庫，方法一中，1月計算值與實測值誤差較?。?—11月，計算值與實測值誤差較大；2—6月、12月計算值與實測值誤差最大。方法二中，1—4月、10—12月計算值與實測值誤差較??；5—9月計算值與實測值誤差較大。

圖1　不同計算方法下湖南鎮(zhèn)水庫壩前水溫分布結(jié)構(gòu)Fig.1　Water temperature distribution by different calculation methods in the front of the dam of Hunan Town Reservoir

圖2　不同計算方法下鳳灘水庫壩前水溫分布結(jié)構(gòu)Fig.2　Water temperature distribution by different calculation methods in the front of the dam of Fengtan Reservoir

水庫不同計算方法1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月湖南鎮(zhèn)方法一-3.1～-2.4-2.8～-0.1-2.2～2.2-2.4～4.2-4.1～1.9-6.8～1.0-8.7～1.0-6.4～-1.1-9.2～-2.2-9.4～-2.9-9.3～-3.4-5.4～-1.6方法二-0.7～0.1-0.3～0.4-0.6～0.6-1.1～0-2.1～0-4.6～0-4.0～0-3.2～0-4.5～0-5.9～0.1-6.0～0-3.5～0鳳灘方法一-2.6～-1.20.5～14.03.9～14.72.5～13.82.0～12.90.7～12.30.7～5.4-1.5～4.4-3.7～5.5-4.5～3.6-4.3～7.9-3.9～17.5方法二-0.2～0.2-0.1～0.1-0.1～0.2-2.5～0-4.9～0.2-9.7～0-4.1～0-4.9～0.1-5.2～0.1-1.1～0.2-2.3～0-1.2～0

4　結(jié)論

在應(yīng)用指數(shù)函數(shù)法進行擬建水庫水溫預測時，如有較好的類比水庫(庫容、調(diào)節(jié)性能、地理位置等相似度高的水庫)且實測水溫結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定分層型時，建議采用指數(shù)函數(shù)法。

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[4]國家能源局. DL/T 5431—2009 水電水利工程水文計算規(guī)范[S]. 北京: 中國電力出版社, 2009.

[5]水利部. SL 278—2002 水利水電工程水文計算規(guī)范[S]. 北京: 中國水利水電出版社, 2002.

[6]水利部. SL 282—2003 混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國水利水電出版社, 2003.

Analysis on the Sensitivity of Main Parameters in Exponential Function Method and the Applicability of Reservoirs

DONG Lian, ZHANG De-jian, LI Huang, YAN Jian-bo

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410116, China)

Exponential function method is commonly used to predict water temperature in reservoirs at present. Based on field data, different types of reservoirs were selected typically in this paper in order to study the influence of main parameters on calculation results, and analyze the sensitivity of main parameters and the applicability of reservoirs. This study showed that exponential function method could be used to predict water temperature of the proposed reservoir when its temperature structure was stably stratified and had high similarity in capacity, regulation performance and geographical position.

water temperature calculation of reservoirs; exponential function method; main parameters; sensitivity analysis

2016-02-27

董連(1987—)，女，江蘇鹽城人，助理工程師，碩士，主要從事環(huán)境影響評價與環(huán)境保護工程設(shè)計，E-mail：384693044@qq.com

10.14068/j.ceia.2016.03.016

X143

A

2095-6444(2016)03-0062-04