河流水溫研究綜述

安磊 趙軍

【摘要】水溫是水環(huán)境中重要的影響因子之一，水的物理、化學性質(zhì)以及水生生態(tài)系統(tǒng)對水溫都很敏感，水溫的改變會對其產(chǎn)生較大的影響。本文以河流水溫為研究線索，分析了20世紀90年代以來取得的研究進展，包括水溫的空間差異、人類活動對水溫的影響以及水溫的變化趨勢。在此基礎上，探討今后河流水溫的研究方向。

【關鍵詞】水溫；空間差異；人類活動；變化趨勢

引言

河流水溫的研究歷史悠久，在歐洲可以追溯到1799到1801年之間，Coutelle在尼羅河上進行的溫度測量研究。19世紀晚期，奧地利等國家開始建立河流水溫監(jiān)測系統(tǒng)，用于研究河流中冰的形成。20世紀期間，水溫的研究主要集中在北美、歐洲和日本，水溫對河流生態(tài)的影響以及工業(yè)廢水對河流水溫的影響是研究的兩大主題。在我國，河流水溫研究起步較晚。20世紀80年代，我國對魚類資源的開發(fā)和保護給予重視，才開始關注水溫對生態(tài)的影響。綜述方面，主要關注于理解河流水溫的研究進展。Caissie在綜述中描述了與河流水溫有關的因素以及潛在的物理過程，提供了關于水溫模型的總體概述，并討論了自然和人為的影響，以及它們對水生生物棲息地的潛在影響。

在許多研究中可以發(fā)現(xiàn)，溫度是水環(huán)境中重要的影響因子，很多方面都受到了溫度的影響，它對水生生物有著巨大的意義；影響著河流的水質(zhì)，例如溶解氧和懸浮物的濃度；在經(jīng)濟方面，影響著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和娛樂方面的用水需求。在許多國家，水溫在過去受到的關注遠不如水質(zhì)方面。然而，近年來人們對河流水溫的研究越來越多。本文通過回顧河流水溫的研究，理解當前水溫研究進展并探討未來的研究趨勢。

1、水溫空間差異

近些年，許多研究關注于空間上水溫的變化。水溫的梯度變化逐漸成為科學研究的熱點。在夏季，強烈的太陽輻射和低流量條件下，水溫的變化往往十分顯著。Clark等在英格蘭南部的Frome河與Bere流域進行了202個河道斷面調(diào)查，在對比橫向或縱向溫度時發(fā)現(xiàn)，78%的斷面存在溫度差異，溫差至少是0.2-0.4℃。另外，水溫的變化與水力因素有關，比如河流邊緣死水區(qū)，在這個區(qū)域里較淺和較慢的流動水體比主河道的水體更容易升溫。Carling等在英格蘭中部的布魯斯伯里附近的大河中，觀察到死水區(qū)的溫度與主河道的溫度差異超過2℃。除此之外，水溫分層的現(xiàn)象也是人們一直研究的重點。

目前，潛流環(huán)境下河床與河岸沉積層間飽和間隙的溫度變化也是研究的熱點。很多人認為，潛流溫度變化具有一定的復雜性，因為其受到了許多因素相互作用的影響，包括水體溫度的波動、氣候環(huán)境、河床底質(zhì)的性質(zhì)以及地表水與地下水之間的水體交換。另一方面，分析潛流溫度的時間序列變化也被認為是一種描述地下水相互作用下溫度空間和時間變化特征的有效方法。近年來，在一些泛濫平原的河岸監(jiān)測到了較多水體出現(xiàn)局部溫度差異，比如多瑙河，其溫度變化可能在夏天的時候最大能達到16℃。除此之外，大量的研究發(fā)現(xiàn)，洪泛區(qū)主河道與支流之間的連通性對這種溫度差異存在強烈的影響，當洪水引起主河道與河岸之間形成大量的水體交換時，這一趨勢會明顯減少。同時，在研究河流溫度出現(xiàn)空間差異時，平原河網(wǎng)的橫向水溫差異往往比縱向水溫差異大，這主要與水體多樣性有關。

2、人類活動對河流水溫的影響

近年來，關于人類活動如何影響河流水溫的研究一直受到人們的關注。林業(yè)、農(nóng)業(yè)和水利建設對河流水溫的影響一直是研究的熱點。林業(yè)方面，砍伐活動對河流水溫影響較大。Moore等全面回顧了森林砍伐對河流溫度造成的影響，并指出有關森林熱影響的爭論仍然存在。然而，在北美等地區(qū)進行的調(diào)查已經(jīng)證實了早期研究的結(jié)果，即在溫帶集雨區(qū)，砍伐岸邊的森林可以顯著增加夏季的水溫，尤其是水溫最大值和日照時間長短。

農(nóng)業(yè)活動，特別是畜牧業(yè)，對河流水溫的影響也是最近研究的課題。農(nóng)業(yè)活動中，通過移除植被、拓寬河流等，可以使河流溫度的顯著升高。在日本北部的Toikanbetsu河，由于農(nóng)業(yè)用地和河流渠道化的發(fā)展，水溫持續(xù)上升，導致河岸地區(qū)持續(xù)受到破壞，據(jù)估計夏季最高溫度從1947年到1989年的22℃增加到了的28℃。河岸植被的破壞是人為因素之一，在城市化過程中，被認為是改變水溫的因素，這可能會導致冷水棲息地的退化。

水利建設對河流水溫的影響受到了多年的關注，其中研究較多的是大壩攔蓄對河流水溫的影響。長期研究表明水庫蓄水會對庫區(qū)和下游河道[8-9]產(chǎn)生復雜的影響，水庫蓄水以后，它不僅可以調(diào)節(jié)天然河流徑流量的變化，而且對庫區(qū)熱量起到調(diào)節(jié)作用，水庫下泄水溫與原天然水溫存在差異，進而不同程度影響到下游河道水溫。Ryan等對Burrendong大壩下的Macquarie河進行研究發(fā)現(xiàn)，該河流溫度較建壩前河流溫度低8-12℃，并且有1-3個月水溫延遲現(xiàn)象。

3、河流水溫變化趨勢

近年來，河流水溫的變化趨勢以及影響其變化的主要因素是研究的熱點。長期研究調(diào)查積累的數(shù)據(jù)，促進了水溫變化趨勢方向的研究。大量的研究報告認為，在10到100年的時間里河流水溫存在升高現(xiàn)象。除此之外，人們認為河流的水溫變化趨勢是受氣候和水文相互作用的一個復雜過程，不僅包括大壩建設，還包括城市化和廢水的熱排放。1978-1998年東京市中心及其郊區(qū)的一些河段，在春季和冬季溫度上升為0.11-0.21℃/年，主要原因與城市廢水排放有關。Petersen分析了美國哥倫比亞的Snake河自1930年以來的7月平均水溫變化，不僅反映了氣候變化對河流水溫的影響，還反應出水庫建設對河流水溫的影響。

目前，水溫的研究主要是通過統(tǒng)計和模型方法預測未來水溫的變化趨勢。在未來的氣候變化中，不同地區(qū)的河流可能不會受到相同程度的影響。Mohseni等在一項研究報告中，預測美國764個監(jiān)測點水溫的變化趨勢，結(jié)果中顯示，除了1月份寒冷地區(qū)的幾個監(jiān)測點和秋季幾個監(jiān)測點外，大多數(shù)河流將會在2050年春季達到最高溫度。另外，在預測未來河流水溫時，也需要考慮到氣候變化對河流水溫的直接影響。這些變化包括沿岸植被的改變，以及不同水文條件的出現(xiàn)，進而可能改變河道的輻射熱交換。在加拿大Rogue河流的水溫研究中，Meisner 指出地下水的變化對河流水溫變化的重要性，

4、結(jié)論

通過分析國內(nèi)外近30年對河流水溫的研究，發(fā)現(xiàn)水溫是影響水環(huán)境中的一個重要因素。水的理化性質(zhì)及水生生物的對水溫非常敏感，水溫的變化將會對其造成很大的影響。然而，（下轉(zhuǎn)第頁）

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我國對河流水溫的研究起步較晚，因此河流水溫實測數(shù)據(jù)十分匱缺。鑒于此，在今后的河流水溫研究上，需要開展大量的監(jiān)測工作，為河流水溫的研究創(chuàng)造更有利的條件。另一方面，水溫與水生態(tài)相結(jié)合是今后河流水溫的研究的關鍵，通過人工調(diào)節(jié)河流水溫，以滿足水生生物對水溫的需求。

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