水库水温计算方法综述
水温的测定方法
水温的测定方法一、概述水温即水体温度，是水质理化检验必需测定的项目。
正常状况下地表水的温度随日照、气温而变幻，且总是落后于大气温度的变幻，其变幻范围大约在0.1～30℃。
地下水受地层深度和自然地质条件的影响，其水温变幻很大，往往有100℃以上的差别，如幼年火山地域的地下水温度高达100℃以上，而冰川的地下水常低于0℃。
但是同一地点的地下水温度则比较恒定，通常为8～12℃左右，且地下水深度越深，水温就越恒定，深井水也是如此，冬夏时节温差不超过2℃。
影响水温的主要因素是气温柔热污染。
火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，石油、化工、造纸等工厂排出的生产废水中均含有大量废热，这些热量不断流入地面水系，会使一些地区的地面水温度上升到35～40℃，俗称“人工温泉”。
水温与水的物理和化学性质疏远相关。
水中挥发性物质、溶解性气体、水生生物和微生物活动、化学和生物化学反应速度及盐度、矿化度、电导率、pH等都受水温变幻的影响。
水体受到热污染后首当其冲的受害者是水生生物，普通水生生物能正常生存的温度上限是33～35℃。
水温上升使水中的溶解氧削减，水体处于缺氧状态，造成大部分水生生物和鱼类种群转变或死亡，还可使厌氧菌大量繁殖，有机物腐败加重，从而影响环境和生态平衡。
此外，河水水温升高给一些致病微生物提供了一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。
因此，水温不仅影响农业、渔业、水产业和水生生态环境，而且还间接影响人体健康。
我国农田浇灌水质标准规定水温≤35℃；地表水环境质量标准规定人为造成的环境水温变幻应限制在：周平均最大温升≤1℃，周平均最大温降≤2℃。
二、测定办法水温为各类水样采集时现场必需测定、记录的项目之一。
水温的测定办法有棒状水银温度计测定法、水温计或颠倒温度计测定法、数显式热敏电阻温度计测定法、语音式热敏电阻温度计测定法、卫星遥感监测法等。
中国国家标准《水质水温的测定》(GB13195-91)中规定用水温计或颠倒温度计测定水温，该法适用于井水、江河水、湖泊和水库水以及海水水温的测定。
两种常用经验公式法计算水库水温效果比较研究
两种常用经验公式法计算水库水温效果比较研究颜剑波;楚凯锋;张德见;李璜【摘要】大中型水电水利工程建设引起的低温水下泄问题是主要的生态问题之一.目前水库水温计算有经验公式法和数学模型法两大类.指数函数法和余弦函数法是目前水库水温计算两种常用的经验公式方法,也是现有规范推荐的方法.选取了我国11个不同类型的代表性水库,利用实测资料分析研究了两种方法在计算水库水温精度的差异.通过比较研究,笔者建议在有较好的类比水库资料时采用指数函数法,否则建议采用余弦函数法.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2015(034)006【总页数】6页(P117-122)【关键词】水库水温计算;经验公式法;指数函数法;余弦函数法【作者】颜剑波;楚凯锋;张德见;李璜【作者单位】中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,长沙410014;中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,长沙410014;中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,长沙410014;中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,长沙410014【正文语种】中文【中图分类】X524水电水利工程特别是大中型水电水利工程建成后，水库在沿水深方向上呈现出有规律的水温分层，大致表现为：冬季库区趋于等温分布，下泄水温较天然情况高；春、夏季库表水温高，库底水温低，下泄水温较天然情况低。
下泄低温水可对鱼类造成突出的不利影响。
水温变冷，水体的溶氧量和水化学成分将发生变化，影响鱼类和饵料生物的衍生，致使鱼类区系组成发生变化。
下泄低温水将使鱼类产卵季节推迟、影响鱼卵孵化甚至造成不产卵。
下泄低温水还会降低鱼类新陈代谢的能力，使鱼生长缓慢。
水温低、饵料生物生长缓慢，将直接影响鱼类的生长、育肥和越冬。
低温水会对农作物产生“冷害”影响，造成减产甚至绝产。
原国家环境保护总局2005年12月在北京召开了水电水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会，会议形成的“关于印发水电水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会会议纪要的函”(环办函〔2006〕11号)提出关于水库水温的计算主要有：东勘院计算方法(本文中称指数函数法)、中国水科院方法(本文中称余弦函数法)等经验法，以及垂向一维模型、立面二维模型和三维模型等数学模拟法。
库水温分布计算与分析
最大坝高 ９４ ００ｍꎬ 正常蓄水位 ６４６ ００ｍꎬ 死水位
的是东勘院方法( 收录于« 水利水电工程水文计算
规范» ) 和朱伯芳方法( 收录于« 混凝土拱坝设计规
６２０ ００ｍꎮ 图 １ 为 ＳＫ 水库上游立视图ꎮ
范» ) ꎮ 经验公式法具有简单实用和参数少的优点ꎬ
２ １ ２ ＳＫ 水库温度计布置原则
ＳＫ 水库大坝在典型坝段(６ ＃ 、 ９ ＃ 、 １３ ＃ 坝段) 上
但是该方法是基于实测的水温数据进行数理统计分
时统计的水库样本空间有限ꎬ 不能真实地反映所有
游面布置 ３７ 支温度计( 差阻式传感器) 监测库水温ꎮ
水库的垂直向水温分布规律ꎬ 所以经验公式法具有
位置固定竖直方向的钢筋ꎬ 将温度计用土工布扎带
接影响大坝的基础温差和温控计算标准ꎬ 从而影响
２ 基本资料
混凝土大坝的温控防裂设计 [３￣５] ꎮ
２ １ ＳＫ 水库水温实测资料
目前我国水利工程设计中预测大坝库水温度分
２ １ １ ＳＫ 水库水简介
布的方法主要有: 经验公式和类比方法ꎮ
(１) 经验公式法 ꎮ 经验公式法是基于大量水库
ＳＫ 水库位于新疆布尔津地区与 ＱＢＴ 水库气温
３ 溧阳市水利局ꎬ 江苏 溧阳 ２１３３００ꎻ ４ 湖南省水利水电勘测设计研究总院ꎬ 湖南 长沙 ４１００００)
摘要: 水库的库水温是混凝土重力坝及拱坝重要的温度边界条件ꎬ 也是混凝土大坝在施工过程中温度应力分析和
混凝土拱坝运行期温控荷载计算的一个重要影响因素ꎮ 研究 ＱＢＴ 水库水温分布规律ꎬ 采用类比和经验公式方法
与钢筋捆绑在一起ꎬ 混凝土浇筑过程中在温度计附
收稿日期: ２０２０￣０９￣０２
作者简介: 田 野(１９８７ 年—) ꎬ 男ꎬ 工程师ꎮ
水库水温计算方法综述
水库水温计算方法综述摘要水库水温分层及其低温下泄水造成的“冷害”是水电工程建设生态环境影响的重点关注问题之一，水库水温研究对于库区的生态环境保护具有重要的现实意义。
本文介绍了主要的水库水温计算方法，回顾了国内外水温模型与软件的发展。
最后，指出了当前水库水温计算中存在的问题和不足，结合已有的研究成果对水温数学模型的应用前景和发展趋势进行了展望。
关键词：水库；水温；计算方法；数学模型ABSTRACTWater temperature stratification within reservoirs underflows and the “chilling injury”caused by the discharged low-temperature water flows pose one of the primary concern for both eco-environmental conservation and hydropower operation. It is therefore, study on impacts on eco-environmental from reservoirs underflows temperature appear to be practically useful. This paper mainly reviews the development in water temperature models and software in home and abroad, then examines the primary approaches for calculation of reservoir water temperature. Finally, the existing problems, application prospect and developing trend of thermal mathematical models are also pointed out.Key words:reservoir; water temperature; computing method; mathematical model检索策略[检索策略]:1)检索数据库：CNKI数据库、万方数据库、维普数据库、SCI数据库。
规范推荐的水库水温经验预测方法比选研究
&
结
论
根据上述分析比较， 规范中提供水温经验预测 方法是根据特定水库水温资料拟定的相关关系， 在 推广移植使用时均存在不同程度误差。 % " 东勘院法对丹江口水库的库底水温计算误 差很大， 最大绝对误差达到 -*%) ； 而对二滩水库的 计算结果稍好， 最大绝对误差达到 "*$) 。水库所 在纬度对该方法的影响较大。 !" 朱伯芳法对二滩水库垂向水温的总体模拟 精度较差， 对漫湾水库 ! 月份模拟精度较好。因为 漫湾水库是过渡型水库， 二滩水库为分层型水库， 因 ・ #$ ・
第 !" 卷第 # 期 !$%% 年 & 月
水 资 源 保 护 ’()*+ +*,-.+/*, 0+-)*/)1-2
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规范推荐的水库水温经验预测方法比选研究
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一个计算湖泊(水库)自然水温的新公式
一个计算湖泊(水库)自然水温的新公式
白振营
【期刊名称】《水文》
【年(卷),期】1999(000)003
【摘要】通过对全国部分蒸发试验站和电力系统水面散热系数测试协作组各试验点实测资料的统计、分析，采用水文气象常规方法，研究了陆面天然和人工水域自然水面温度（以下称自然水温）的变化规律，讨论了自然水温与气温、相对湿度、风速等气象要素的关系，建立了一个计算湖泊（水库）自然水温的新公式。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】白振营
【作者单位】新疆电力设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TV697
【相关文献】
1.介绍一个室内单管顺流系统各层水温的计算公式 [J], 迟焕玺
2.一种常用水库水温计算经验公式的改进研究 [J], 颜剑波;楚凯锋;张德见;邱进生
3.两种常用经验公式法计算水库水温效果比较研究 [J], 颜剑波;楚凯锋;张德见;李璜
4.用一个2维DFT计算实矩阵的二维DFT和另一个实矩阵的2维DFT的IDFT的新公式及其应用 [J], 孙琦;唐远炎
5.深水湖泊水库水温数值计算模型研究 [J], 任华堂;陈永灿;刘昭伟;申满斌;朱德军
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水库水温计算方法综述
水库水温计算方法综述摘要水库水温分层及其低温下泄水造成的“冷害”是水电工程建设生态环境影响的重点关注问题之一，水库水温研究对于库区的生态环境保护具有重要的现实意义。
本文介绍了主要的水库水温计算方法，回顾了国内外水温模型与软件的发展。
最后，指出了当前水库水温计算中存在的问题和不足，结合已有的研究成果对水温数学模型的应用前景和发展趋势进行了展望。
关键词：水库；水温；计算方法；数学模型ABSTRACTWater temperature stratification within reservoirs underflows and the “chilling injury” caused by the discharged low-temperature water flows pose one of the primary concern for both eco-environmental conservation and hydropower operation. It is therefore, study on impacts on eco-environmental from reservoirs underflows temperature appear to be practically useful. This paper mainly reviews the development in water temperature models and software in home and abroad, then examines the primary approaches for calculation of reservoir water temperature. Finally, the existing problems, application prospect and developing trend of thermal mathematical models are also pointed out.Key words:reservoir; water temperature; computing method; mathematical model检索策略[检索策略]:1)检索数据库：CNKI数据库、万方数据库、维普数据库、SCI数据库。
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。
河道与水库水温模拟及预测模型概述
河道与水库水温模拟及预测模型概述作者：江春波周琦刘健来源：《环境影响评价》2016年第03期摘要：论文阐述了河道及水库水温预测对工程建设及生态环境保护的作用。
通过介绍河道及水库水温的计算模型，对各种水温模型的适用性及优缺点进行了评述。
对于应用立面二维水温模型和三维水温模型，指出应注意紊流模型选取、自由水面模拟方法和网格划分等问题。
关键词：水库水温；数学模型；温度分层；紊流模型DOI： 10.14068/j.ceia.2016.03.014中图分类号：X820.3；TV697.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6444（2016）03-0053-04我国西南地区水资源丰富，多个大型水电站已经建成或正在修建。
高坝大库会改变原有河道水体水温分布态势，特别是深水型水库在垂向上形成温度差，表层水温随气温季节性变化，底层水体则持续保持相对稳定的低温。
水库修建后电站下泄底层的低温水可能会导致原有河道鱼类的减少甚至灭绝；灌溉水体温度过低也会影响农作物的正常生长。
因而水库水温分布特征及水库下泄水体水温变化的研究一直受到水利、农业及环保部门的关注。
水库下泄水温与库区水体温度分布以及水体流动特性是密切相关的，特别是坝前的复杂流动结构对水温分层影响不容忽视。
在水工建筑物等引起水库几何地形突变的地方，水流运动往往具有明显的三维特征，紊动加剧对热量的传递将会引起水体温度分布改变。
对水库水温分布特性的研究可通过物理模型试验及数值计算的方法进行。
梯级水电站的开发，导致河道水温受到多个水库运行的累积影响[1]。
对水库水温模型的研究表明，一维和二维水温模型受模型参数的限制，预测结果不能反映局部区域水流的三维流动特性，直接导致下泄水温与实测结果存在一定偏差，而三维模型在实际应用中受计算网格尺寸及数值模拟技术等条件的限制，取水口等局部区域水流细微的三维流动过程需要局部加密网格。
三维水温模拟结果表明，在取水口等地形变化大的区域附近，温度等值线极度弯曲，表层水体的三维流动会剧烈影响水温分布，水库流动的三维效应对水温的分布有重要影响。
湖库水温计算方法及结果分析
Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｖ ｏ ｌ ４ ４ Ｎｏ ． ６
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ３ ． ２ ９
布和 变 化规 律 。１ ９ ６ １年 ，Ｊ ．Ｍ．Ｒ ａ ｐ ｈ ａ ｅ 首 次 提 出
扩散 方程 ，将水体 沿垂 向划分 为一 系列 水平 薄层 ，厚 度 为 出 ，假设 每个 水 平 薄 层 温 度 均 匀 分 布 ，则 对 任
一
水 平薄层 ，可 建立如 下热量 平衡方 程
了具 有 水 动 力 学 基 础 的 湖 库 动 态 热 能 平 衡 定 量 方 法 ，该 方法 考 虑 了对 流 、太 阳辐 射 、蒸 发 和 热传 导
纪５ ０年代 ，在 ７ ０年代 中后期 ，在综 合分 析大量 实测
资料的基础上 ，提出了许多经验性水温估算方法 ，一 部 分 已经应用 于生产 实 际 ，其 中具有代 表性 的水 温计
算 经验公 式法 有东勘 院法 、水科 院法 、统计 法和李 怀
恩公 式 。
３ 水温计算的数学模型法
３ ． １ 一维 数学模 型
Ｂ ａ ｙ ｆ ｏ Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ Ｇ ｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｒ ｅ ｓ ｅ ｖ ｒ ｏ ｉ ｒ ．Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｒ ＭＳ Ｅ （ ｏห้องสมุดไป่ตู้ ｒ ｔ — ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｅ ｌ Ｔ ｏ ｒ ）ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ
湖泊水库水温预测
数学模型法
MIT水温模型的数值方法
温度模型的差分方程
差分体系：显示体系
I
C E G S
uI,TI
水库分层与坐标, 底层为原点，
Δz 体积元
uO,T
向上为正
基准面z=0
对T/t离散化：第i层（即第i个体积单元）tj+1时刻的温度Tij+1= Tij +ΔTij+1 Tij ：第i层tj时的水温； ΔTij+1：第i层在j~j+1时段间的水温变化量，可以简写为Δ T 在表层以下的某一层ΔT应等于下面4种增温之和
• 入流高程的确定
按等密度原则入流，含泥沙的洪水的密度可按下式计算
T
(1
T S
)S
式中 ρT—清水的密度，它与水温的关系为：
1 A
z
( AEm
T ) buI (TI T )
z
A
1
Cp A
Z
( A)
数学模型法
模型建立- 对垂直湍流混合作用的处理
本方程中未包含此项。因为只是在湖面温水区域，当温度 分布不稳定而引起密度分布不稳定时，才发生对流混作引 起的热迁移。 对实际计算来水，每当计算中出现这种不稳定时，即上 层的密度大于下层密度时候，就要对一定深度的水温进行 平均。
保证模型假设的辐射条件可以达
到；若太薄，则会导致不切实际
的高表面温度，从而使辐射热损
失太大。
模型中几个问题的处理
3. 水库的入流水温及入、出流垂向分布问题
本模型假设河道水流在刚刚入库的时候，首先会与入库处的一部分水量混
合，混合比可取1.0，并按混合后的水温作为入库水温TI 若具有水温TI的入库流量主要在水库中同温层的附近注入水库，假设入库
水库水温数值模拟探索
故不考 虑 ； 放水 洞进水 口底高程 ３ １ ． ０ ３ ｍ， 设 计 日供水 能力
２万 ｔ ， 在模拟 过程 中采 用 的放 水洞流量 为 ２ ０ １ １年供水 量 实测资料 。
２ ． ２ ． ４ 水 表 面边 界
模型 中热交换主要有两部分 ： 一部分为水面热交换 ， 包 括太 阳短波辐射 、 大气 长波辐射 、 水面长波辐射 、 蒸 发热损
１ ０ ０— ４ ０ ０ ｍ， 垂向尺寸 为 ０ ． ５ ｍ。 ２ ． ２ 计 算边界 ２ ． ２ ． １ 初始条件 模型开始进行模拟运算前 ， 除 了对 网格进行剖分外 ， 还应 设定每个网格 的初始条件 ， 包括初始水位 、 流速和水温 。本文 模拟时间从 ２ ０ １ １ 年 ２月 １日～１ ２月 ３ １日，以 ２ ０ １ １ 年 １ 月
拟采用较 为简单 的常数模 型 ，即 Ａ ＝ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ 。在 垂向速度较 小 ，紊动切应力引起的扩 散与对流输运垂 向涡流粘滞系数 的计算 ， Ｃ Ｅ — Ｑ Ｕ Ａ Ｌ — Ｗ２ 模 型提供 了 ６种垂向涡流粘滞系数
Ａ ｚ 计算公式 ， 本文采用其中模 拟模拟库 区水温 的参数 。 ２ ． １ ． ２热源项计算
由宽度 平均的连续性方程 、 动量 方程 、 状态方程 、 自由水面 方程及热输运方程组成。
王圈水库入库主流为莲 阴河 ， 其他人库 测流流量较小 ， 故模型只考虑莲 阴河 ，边界条件包括入库河流 的流量及其
水温 。由于莲 阴河上游没有专 门的水文站对其流量进行测
２ 模型 参数 及边 界
温 、气象、水文等 资料 ，对水库水位、表层及垂向温度结构 变化进行 了模拟 。结果表 明：模拟水库水位误 差平均值 仅为
０ ． ０ ２ １ ｍ， 模 拟 水 温 与 实测值 吻合较 好 ， 垂 向 温 度 变化 符 合 规 律 。
水库水温数值预测方法
水库水温数值预测方法
胡平;刘毅;唐忠敏;王吉焕
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2010(041)009
【摘要】水库水温是混凝土大坝的一个重要的温度边界条件,是大坝温度应力和温度控制的重要影响因素之一.如何在水库建成前,合理地预测水库建成后的水温分布情况,是大坝设计的一个重要前提.通过对多个水库水温的调查分析及预测研究,总结出水库水温分布的基本规律和主要影响因素,主要影响因素包括:水库形状、水文气象条件、水库运行条件和水库初始蓄水条件.介绍了目前工程中预测水库水温分布的主要方法,并采用水库水温数值分析软件,对二滩水库和锦屏一级水库水温进行数值预测,结果与实测资料吻合良好.
【总页数】9页(P1045-1053)
【作者】胡平;刘毅;唐忠敏;王吉焕
【作者单位】中国水利水电科学研究院材料结构研究所,北京100038;中国水利水电科学研究院材料结构研究所,北京100038;中水顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都610072;二滩水力发电厂,四川攀枝花617000
【正文语种】中文
【中图分类】TV315
【相关文献】
1.洋河水库水温初步预测方法 [J], 刘向楠;远立国;伟杰
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3.水库水温预测方法研究 [J], 张华丽;周孝德;陈朋成
4.规范推荐的水库水温经验预测方法比选研究 [J], 杨梦斐;李兰;李亚农;何月萍;武见
5.松涛水库水温数值模拟研究 [J], 方晴; 马剑波; 沈文龙; 熊丝; 陆宝宏
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水库水温数学模型及其应用_陆俊卿
水库水温数学模型及其应用陆俊卿1,2,张小峰2,强继红3,梅志宏3,杨芳丽2,董炳江2(11环境保护部华南环境科学研究所,广州 510655;21武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;31中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,昆明650051)摘 要:对标准k -E 紊流模型进行浮力修正,建立了剖面二维及三维水库水温计算的浮力流模型并采用已建漫湾水库库区实测水温资料对模型进行了检验。
将检验后的模型应用于瓯江滩坑水库的水温分布预测研究中,其中采用剖面二维模型进行全库水温分布预测,并为坝前三维模型提供进口边界;采用三维模型对近坝段水流结构以及水电站下泄水温进行精确模拟,从而实现下泄水温的精确模拟。
根据计算结果,分析了水库建成后下泄水温与天然水温的差异,对比了各典型年不同电站开机组数和不同电站取水口高程条件下水库下泄水温的差别,为该电站取水口高程和机组运行方式的制定提供了一定的参考依据。
关键词:环境水力学;水库水温;数学模型;浮力流k -E 模型;下泄水温中图分类号:X143文献标识码:ANumerical model for temperature simulation of water in reservoirLU Junqing 1,2,Z HANG Xiaofeng 2,QIANG Jihong 3,MEI Zhihong 3,YAN Fangli 2,DONG Bingjiang2(11South China Institute o f Environmental Science ,Guangzhou 510655;21State Key Laboratory o f Water Resource and Hydro power Eng .Sci .,Wuhan University ,Wuhan 430072;31Kunming Hydroelectric Investigation ,Design and Research Institute ,Kunming 650051)Abstract :Based on the standard k -E model,the vertical 2-D and 3-D buoyant flow model for simulating the water temperature in deep reservoir is developed.The developed model verified by the measured data of Manwan reservoir is used to predict the water temperature in Tankeng reservoir.With the boundary condition provided by vertical 2-D model,3-D water temperature model is adopted to predict the te mperature of discharged water.The simulated water temperature in different typical years is compared with the water temperature under natural condition.The results can assist in the decision of water intake elevation and operation of generating units and reservoir management for protection of the aquatic environment.Key words :environmental hydraulics;water te mperature in reservoir;mathematical model;buoyant flow model;temperature of discharged water收稿日期:2007-03-21基金项目:科技部/973计划0(2003CB415203)作者简介:陆俊卿(1979)),男,博士研究生.E -mail:ljq yl@0 引言水温是水环境中最重要的影响因子之一,水的物理、化学性质以及水生生物、农作物对水温均比较敏感。
水库水温模拟研究综述_王雅慧
第３４卷 第３期（总第１９８期）２０１２年５月三 峡 环 境 与 生 态Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ ＧｏｒｇｅｓＶｏｌ．３４ Ｎｏ．３（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１９８）Ｍａｙ．２０１２水库水温模拟研究综述收稿日期：２０１２－０４－０６作者简介：王雅慧（１９８８－），女，山西阳泉人，硕士研究生，主要从事水文水资源研究，Ｅ－ｍａｉｌ：Ｗａｎｇｙａｈｕｉｓｏｄａ＠１２６．ｃｏｍ。
王雅慧１，李 兰１，卞俊杰２（１．武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室，湖北武汉４３００７２；２．长江水利委员会水文局，湖北武汉４３００１０）摘 要：水库水温分层及其低温下泄水造成的“冷害”是水电工程建设生态环境影响的重点关注问题之一，水库水温研究对于库区的生态环境保护具有重要的现实意义。
以水库水温模拟研究为线索，介绍了主要的水库水温结构判别方法和水库水温计算方法，回顾了国内外水温模型与软件的发展，重点分析了水库水温的生态环境影响及其缓解措施。
最后，总结了我国水库水温研究的现状及存在问题，并提出了今后的发展趋势。
关键词：水库水温；水温模型软件；垂向分层；低温下泄水 中图分类号：ＴＶ６９７．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－２８４２（２０１２）０３－００２９－０８Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＷＡＮＧ Ｙａ－ｈｕｉ，ＬＩ Ｌａｎ，ＢＩＡＮ Ｊｕｎ－ｊｉｅ（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｕｎｄｅｒｆｌｏｗｓ ａｎｄ ｔｈｅ“ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｉｎｊｕｒｙ”ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｓ－ｃｈａｒｇｅｄ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｓ ｐｏｓｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｎｃｅｒｎｓ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｒｏｍ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｕｎｄｅｒｆｌｏｗｓ ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅｓ ａｐｐｅａｒ ｔｏ ｂｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ｕｓｅｆｕｌ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｅｇｉｎｓ ｗｉｔｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅ－ｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｔｈｅｎ ｅｘａｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｅｍｐｈａｓｉｓ ａｒｅ ｐｌａｃｅｄ ｏｎ ｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓｑｕｏ，ｅｘｉｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｒｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ ｗｉｔｈ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａ－ｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｕｄｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｒａｔｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎ；ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｗａｔｅｒ 大型水电工程的建设产生了发电、防洪、供水、灌溉、航运、养殖、旅游等综合效益，有效地促进了经济和社会的发展。
水温的测定
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颠倒温度计的还原校正值k的计算公式为：
k=
(T-t)(T+v0) n
T+V0 （1+ n ）
式中：T-----主温计经器差校正后的读数; t-----辅温计经器差校正后的读数; V----主温计自接受泡至刻度0℃处的水银容积 ,以温度度数表示; 1/n----水银与温度计玻璃的相对膨胀系数.n 通常取值为6300. 主温计经器差校正后的读数T加还原校正值K即 为实际水温.
3 仪器
3.1 水温计：适用于测量水的表层温度 水银温度计安装在特质金属套管内，套管开有 可供温度计读书的窗孔，套管上端有一提环，以供 系住绳索G套管下端旋紧着一只有孔的盛水金属圆 筒，水温计的球部应位于金属圆筒的中央。 测量范围 ﹣6～+40℃分度值为0.2℃。 3.2 深水温度计：适用于水深40m以内的水温的测 量。其结构与水温计相似，盛水圆筒较大G并有上 、下活门，利用其放入水中和提升时的自动启开和 关闭，使筒内装满所测温度的水样。 测量范围 ﹣2～+40℃分度值为0.2℃。
将安装有闭端式颠倒温度计的颠倒采水器，投入 水中至待测深度，感温10min后，由“使锤”作用，打 击采水器的”撞击开关“，使采水器完成颠倒动作。 感温时，温度计的贮泡向下，断点以上的水银柱 高度取决于现场温度，当温度计颠倒时，水银在断点断 开，分成上、下两部分，此时接受泡一端的水银柱示度 ，即为所测温度。 根据主、辅温计的读数，分别查主、辅温计的器 差表（由温度计检定证中的检定值线性内插作）成2得 相应的校正值。
本标准规定了用水温计，深水水温计或颠倒水温 本标准规定了用水温计， 计，测定水温的方法 1.2 适用范围 本标准适用于井水、江河水、湖泊和水库水， 本标准适用于井水、江河水、湖泊和水库水， 以及 海水水温的测定
水库调洪演算的原理和方法
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
Q、q(m3/s) Q、q(m3/s)
Q~t qmax q~t
Q~t qmax q~t
t (min)
t△1tt' t2
t (min)
qm是两线的交点则计算正确；否则在t1，t2之间计算qm。
水利水能规划
三、水库调洪计算方法
1、列表试算法
（1）由Z~V曲线、泄流计算公式推求q~V曲线。
水利水能规划
二、水库调洪计算的基本方程
1、水量平衡方程
Q1
Q2 2
t
q1
q2 2
t
V2
V1
Q ~ t q1、V1 t
q2、V2
Q、q(m3/s)
Qi+1
Q~t
Qi
qi+1 qi
qmax q~t
V2-V1
△t
ti ti+1
t (min)
水库水量平衡示意图
一个方程两个未知数没有办法求解
水利水能规划
• 二、无闸溢洪道水库的防洪计算 • (一)下游无防洪要求时 • (1)拟定方案；(2)调洪计算；(3)计算坝高；
(4)计算各方案的投资(5)选定方案
水利水能规划
• (二)下游有防洪要求 • 在防洪水利计算中需要考虑下游安全泄量的要求，
分别对枢纽标准与下游防洪标准的洪水进行调洪计 要。具体的步骤是： • (1)假定不同的溢洪道宽度B方案。 • (2)对下游防洪标准的设计洪水进行调洪计算，求得 B与qm的关系。舍去qm超过下游安全泄量的宽度方案。 • (3)对满足下游防洪要求的诸方案，再对枢纽防洪标 准的洪水，进行调洪计算，以确定坝高、设计洪水 位与校核洪水位，以及相应调洪库容。并进行经济 比较，求得经济上合理或最佳的方案。计算过程与 无防洪要求的基本相同。
水库水面蒸发、水温分析计算大纲
FCD11050 FCD 水利水电工程初步设计阶段水库水面蒸发、水温分析计算大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年8月1水电站技术设计阶段水库水面蒸发、水温分析计算大纲主编单位:主编单位总工程师:参编单位:主要编写人员:软件开发单位:软件编写人员:勘测设计研究院年月2目次1. 引言 (4)2. 设计依据文件和规范 (4)3. 基本资料 (5)4. 水库水面蒸发分析计算 (5)5. 水库水温分析计算 (8)6.应提供的设计成果 (11)31 引言1.1 工程概况工程水库区地处北纬～、东径～之间，行政区隶属省(区) 市(县)。
工程开发任务以为主兼顾、、等综合利用的水利水电枢纽。
最大坝高m，正常蓄水位m，总库容万m3，电站总装机MW，防洪库容万m3。
1.2 基本要求SGJ214-83《水利水电工程水文计算规范》和DL5021-93《水利水电工程初步设计报告编制规程》对水面蒸发、水温分析计算的基本要求为：(1) 根据工程水库的自然地理条件、水库特性、运行调度原则，进行典型水库和参证水面蒸发站的选择，以及工程水库水面蒸发和水库水温分析计算方法及主要关系系数选择。
(2) 结合工程水库附近已建水库的水面蒸发资料和水温资料论证本工程计算成果的合理性及可靠性。
2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程(或水文专业)的文件、报告(1) 可行性研究阶段水文分析专题报告；(2) 可行性研究报告；(3) 可行性研究报告审批文件；(4) 初步设计任务书、项目卷册任务书及其他专业对本专业的要求。
2.2 主要设计规范(1) SDJ214-83 水利水电工程水文计算规范；(2) DL5021-93 水利水电工程初步设计编制规程；2.3 主要参考文献及有关项目观测规范(1) 水文测验手册(第三册：资料整编和审查)；(2) 地表水资源调查和统计分析技术细则；(3) 计算依据已建水库和测站有关文献及沿革；(4) 地面气象观测规范；(5) 水面蒸发观测规范；(6) 水温观测规范。
水库水文计算全过程
2水文2.1流域概况××水库位于××西南方向，坝址高程1760m，径流面积0.78km2，主河长1.6km，平均坡降为88‰，流域平均高程1880m，径流量条形状。
××水库属珠江水系西洋江流域源头支流，地处珠江流域与红河流域的分水岭上。
河流自北向南，在坝址下游500m向西转，进入溶洞，流入其龙得河，又通过地下暗河进入头河，汇入西洋江，流域水系分布详见《××水库水系图》。
××水库流域地处中低山区，森林种类较多，主要分布有灌木、杂草、杉木等植物，目前，森林林植被完好，覆盖率在80%以上，径流内有少量的泉点出露，来水主要靠地表径流。
2.2气象特性西洋江流域属中亚热带高原季风气候区。
夏季受东南太平洋和孟加拉湾暖湿气流影响，5～10间湿热多雨，水量充沛，其降水量占年降水量的85%左右，此期间又多集中在6—8月，占全年降水量的50%左右。
冬季，受周围山脉作屏障作用，阻滞北方冷空气的入侵，使本流域干燥，凉爽少雨（11—4月），据××县象站资料统计，多年平均降水量为1046.00mm，蒸发量（d=20m）为1637.6mm，多年平均气温为16.7℃，极高最高气温为36.7℃，最低为-5.5℃。
多年无霜期为306天，雨季相对湿率82%，绝对浊率19.9hp a，旱季相对湿度76%，绝对湿度10.8hp a。
以上结果表明，流域具有气候温和，降1 / 22水量年际变化小，年内分配均匀，集中程度高，干湿分明的特点。
该气候特点决定了径流由降水补给，径流与降水规律一致。
2.3年径流分析拟建的××水库坝址附近属无测水文气象资料地区，水库设计年径流量根据其地理位置及气候成固相似性的特点，采用查径流深等直线图和移用西洋街（二）站径流模数两种方法分析，再作综合论证后取值。
2.3.1移西洋街（二）站径流模数法西洋街（二）站属国家基本水文站，观测内客有水位、流量、降水、蒸发，观制面积2473km2。
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2国内外水库水温研究方法
目前，国内外对分层水库水温的研究方法主要有经验法，数值模型法，物理模型法，类比法等[3]。
2．1经验法
为了解决实际生产问题，国内提出了许多经验性水温估算方法，最有代表性的几种经验性公式有：水电部东北勘测设计研究院张大发和中国水科院朱伯芳提出的方法，以及中南勘测设计研究院《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提出的统计公式。
Key words:reservoir;water temperature;computing method;mathematical model
检索策略
[检索策略]:
1)检索数据库：CNKI数据库、万方数据库、维普数据库、SCI数据库。
2)检索词：水库（reservoir）、水温(temperature )、综述（review）
东勘院法公式：
其中：
式中，Ty为水深y处的月平均水温（℃）；To为水库表面月平均水温（℃）；Tb为水库底部月平均水温（℃），对于分层型水库各月库底水温与其年平均值相差很小，可用年平均值代替；y为水深（m）；m为月份，1，2，3，…，12。
朱伯芳法公式：
式中，T(y，τ)为水深y处在时间为τ时的温度（℃）；Tm(y)为水深y处年平均温度（℃）；A(y)为水深y处的温度年变幅（℃）；ε为水温与气温变化的相位差（月）；Td为库底水温；b为库表水温；H为水库深度；ω＝2π/P为温度变化的圆频率，其中P为温度变化的周期(12个月)[4,5]。
3) 检索式：检索式一：发表时间between(2000,2012)*(题名=水库*题名=水温 )(精确匹配)。检索式二：题名=水库水温*题名=综述 (精确匹配)。
4）检索结果：
检索式一检索结果
CNKI数据库：期刊论文(109) 学位论文(20) 会议论文(3) 外文会议(1)
万方数据库：期刊论文(99)学位论文(22)会议论文(15)
水温不仅是水库水环境中的主要研究内容,也在水库的规划设计和运用管理中起着重要作用。一方面为了更好地发挥已建水库的功能,提高水库效益；另一方面为了更好地利用水资源,因此研究水库水温的变化规律,对于工程的环境保护和工程的建设及运行有重要意义[1]。
不同的湖泊和水库，水温垂向分层的差异是很大的，一般由强到弱划分为三种类型：分层型、过渡型和混合型。分层型水库的水体上部温度竖向梯度大，称为温跃层或斜温层；在水体表面由于热对流和风吹掺混，水面附近的水体产生混合，水温趋于一致，这部分水体称为同温层或混合层；水库底部温度梯度小，称为滞温层。但是到冬季则上下水温无明显差别，严寒地区甚至出现温度梯度逆转现象，上层接近于0℃，底层接近于4℃。混合型无明显分层，上下水温均匀，竖向梯度小，年内水温变化却较大。
水库水温计算方法综述
水库水温计算方法综述
摘 要
水库水温分层及其低温下泄水造成的“冷害”是水电工程建设生态环境影响的重点关注问题之一，水库水温研究对于库区的生态环境保护具有重要的现实意义。本文介绍了主要的水库水温计算方法，回顾了国内外水温模型与软件的发展。最后，指出了当前水库水温计算中存在的问题和不足，结合已有的研究成果对水温数学模型的应用前景和发展趋势进行了展望。
关键词：水库；水温；计算方法；数学模型
ABSTRACT
Water temperature stratification within reservoirs underflows and the“chilling injury”caused by the discharged low-temperature water flows pose one of the primary concern for both eco-environmental conservation and hydropower operation. It is therefore, study on impacts on eco-environmental fromreservoirsunderflows temperature appear to be practically useful.This papermainlyreviews the development in water temperature modelsand software in home and abroad, then examines the primary approaches for calculation of reservoir water temperature.Finally, the existinct and developing trend of thermal mathematical models are also pointed out.
2．2数值模拟法
美国和苏联在20世纪30年代开始了水温的监测分析工作，并在以后的发展过程中，在水温数学模型的建立和应用方面一直处于世界前列，苏联在现场试验方面做了大量的深入细致的工作，日本在水库低温水灌溉对水稻产量的影响及水库分层取水方面进行了很多研究。70年代国外研究水库水温比较活跃[6,7]。
维普数据库：期刊论文(102) 学位论文(22) 会议论文(4)
SCI数据库：期刊(26)。
检索式二检索结果
CNKI数据库：期刊论文(4)
万方数据库：期刊论文(3)
维普数据库：期刊论文(3)
SCI数据库：期刊论文(1)
1水库水温分层现象
在河流上修建大坝形成水库,水库蓄水后带来了发电、防洪、灌溉、航运、旅游等综合效益,但同时由于水库蓄水,将改变库区及大坝下游河段的水文情势和水环境状况,水温是水质因素的一个重要变量,在确定其他水质指标的过程中往往与水温有关。而水温的变化,对库区及下游河段的水生生物、农田灌溉、和生活用水等将产生重大影响,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。