水库淤积前后水温结构的变化

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并针对大型模型分析了三峡水库的水温分布规律，水库水温分层特点，建立了三来自百度文库数值计算模型．由于受水库蓄水量、水库几何形态和运行方式等诸多因素的影响，水库水温分布结构不同，因此清晰地了解水库的水温分布规律以及影响水库水温分布的因子对于水库的调度运行具有重要的意义．张
关键词：汾河水库；水温分布；现场监测；三维数学模型中图分类号：ＴＶ６９７．２１文献标志码：Ａ
Ｃｈａｎｅｏｆｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｇｐｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｄｅｔｈｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｐ
７０
武汉大学学报（工学版）
第４４卷
［］经开发了三维数学模型．ＪｉｎＺ２等人把三维模型ｇ３］应用于大水库长时间的模拟．任华堂［等采用数学
ｕｔｉ ε ε ｕ ε ν ε ＋ｊ＝＋Ｃ＋ ν １ｔ ε ｘｔｘｘｋｘ ε ｊｊｊ σ ｊ
水库淤积前后水温结构的变化
范世平１，冯民权１，范术芳２，刘钊１
（陕西西安７１．西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，１００４８；）山西太原０２．山西省水利建设开发中心，３０００２
摘要：水库中的泥沙淤积不仅减小了水库库容，而且对水库中的水温分布也产生了一定影响．以汾河水库为例，针
：，ＡｂｓｔｒａｃｔＳａｎｄｓｉｌｔｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｎｏｔｏｎｌｄｅｃｒｅａｓｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃａａｃｉｔｂｕｔａｌｓｏｉｍａｃｔｏｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｙｐｙｐ，ｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｓａｎｄｓｉｌｔｉｎＦｅｎｈｅＲｉｖｅｒｒｅｓｅｒｖｏｉｒｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｗａ－ｐｐ，ｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｗｅｒｅｕｓｅｄｐｐｙｔｏｖｅｒｉｆｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｅｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ．Ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓａａｒａｍｅｔｅｒｓ－－ｙｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｉｎｄｅｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｎｏｎｄｅｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｗａｔｅｒｔｅｍ－－ｐｐｐｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｅａｒｄｉｓｃｈａｒｅｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｏｆＦｅｎｈｅＲｅｓｅｒｖｏｉｒｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄ．Ｂｃｏｎｔｒａｓ－ｐｙｇｐｙｙ，ｔｉｎａｎｄａｎａｌｚｉｎｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｒｅａ－ｇｙｇｐｓｏｎｓｗｈｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｄｃｈａｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｙｐｇ，ｉｎｓｕｍｍｅｒｉｓｃｌｅａｒｅｒｕｎｄｅｒｎｏｎｄｅｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｉｓｈｉｈｅｒ．ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ－ｐｐｇｐＩｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｗａｔｅｒｄｅｔｈｗｉｌｌｉｍａｃｔｏｎｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍｏｒｅｓｈａｌｌｏｗｐｐｐ，ｗａｔｅｒｄｅｔｈｉｓｔｈｅｒａｔｅｏｆｃｈａｎｅｉｎｈｉｈｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｏｆｗａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｆａｓｔｅｒｉｓ．ｐｇｇｐ：Ｆ；ｗ；；ＫｅｗｏｒｄｓｅｎｈｅＲｉｖｅｒｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｔｅｒｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｅｌｄｏｎｉｔｏｒｉｎｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ－ｍ－ｐｇｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ生水库的水温分布对于水体的各种水质指标、［１］态环境以及下游的农作物都具有重要的影响．水库水温模型的发展非常迅速，目前一二维水温数学模型已比较成熟，由于水库水温分布具有三维性，已
对水库泥沙淤积现象较为严重的现状，对水库淤积前后的水温分布进行模拟预测．首先利用实际监测的水温数据对所建立的数学模型进行验证及参数率定，然后运用三维数学模型对２种条件下的水库水温进行了数值模拟，得出了汾河水库淤积前后的水温结构及全年下泄水温，并通过结果对比分析２种工况下水温结构发生变化的原因．结果表明：水库淤积前，夏季的水库水温分布的分层现象较淤积后更为明显，而且水温略高．这说明水库的水量和水深变化都会对水温结构产生影响，水深越浅，水温升高和降低的变化速度越快．
２／为重力矢量；ｋ ν ν ε； δ ｔ为紊动粘性系数，ｔ＝Ｃｉｊ为 μ
克罗奈克函数；ｋ为紊动动能； ε 为紊动动能的耗散／（；率；Ｔ指温度；Ｗｍ· Ｋ） λ 为分子热扩散系数，／（；ＣＪｋｇ· Ｋ）ｐ为水的比热， β 为容量扩张系数，／／Ｔ；ａ β ＝－１ ρ ρ φ 为通过ｘ３平面的热辐射通量；，分别取ＣＣＣ σ σ １，２，ｋ， ε ε ε 为湍流模型经验常数， μ 值为０．０９、１．４４、１．９２、１．０、１．３； σ Ｔ为温度普朗特数，取值为０．对于９；Ｃ３不是常数但是与分层有关， ε 不稳定分层时取１．稳定分层水体取０，１．２模型求解数学模型采用交替方向隐式迭代法（ＡＤＩ方法）对水流连续性及动量守恒方程进行积分．对其产生的数学矩阵将采用双精度扫描法（ＤＯＵＢＬＥ进行求解．ＳＷＥＥＰ）１．３边界条件三维数学模型需要的边界条件包括：１）地形边）热交换边界；水库入库流界；２３）上游边界条件：量、入库水温；水库出库流量；４）下游边界条件：）河底阻力边界；）风速及方向．５６
第４４卷第１期２０１１年２月
工学版）武汉大学学报（ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｇｙ
Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１１
（）文章编号：１６７１８８４４２０１１０１００６９０５－－－
４］士杰、彭文启［应用Ｍ对二滩水库水温结构ＩＫＥ３，进行数值模拟，提出气象要素、库区来水流量和水体
２ｕｕＴ ν ｉｔ ε ｊ－Ｃｇ３ｉ－Ｃ２ ε ε β ｘｘｘｋ σ ｉＴｉｊ
）
］
（）５
式中：ｘｔ为时间；ｃｉ为坐标；ｓ为水中 ρ 为水的密度；声的传播速度；ｕｐ为压力；ｇｉ为ｘｉ方向的流速；ｉ
１１１１，ＦＡＮＳｈｉｉｎＦＥＮＧＭｉｎｕａｎＦＡＮＳｈｕｆａｎＬＩＵＺｈａｏｐｇ，ｑｇ，
（， ’ １．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｃｏｌｏｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆｙｙｇｙｙｙ， ’ ；，）Ｘｉａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ２．ＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴａｉｕａｎ０３０００２，ＣｈｉｎａＴｅｃｈｎｏｌｏｐｙｙｇｙ
收稿日期：２０１００８２６－－，：＿作者简介：范世平（男，博士研究生，主要从事环境模拟与污染控制研究，１９６６Ｅ－ｍａｉｌｆｓｈ１９６６＠１６３．ｃｏｍ．－）ｐ，：通讯作者：冯民权（男，教授，博士生导师，主要从事环境模拟与污染控制、流域生态环境修复研究，１９６４Ｅ－ｍａｉｌｍｆｅｎ－）ｇｇａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．＠ｘ）基金项目：山西省水利厅科技计划基金资助项目（编号：２００８９２３．－－