古贤水库水温结构初步预测

古贤水库水温结构初步预测
周伟东 刘 飞
（黄河勘测规划设计有限公司 环境与移民工程院）
［摘 要］黄河古贤水利枢纽工程是黄河上的又一重点工程，是黄河水沙调控体系的重要部分，它将对下游水温造成一定影响，本文用数学方法对水温进行预测，说明古贤水库水温结构及特点。

［关键词］水温 水温分层 古贤水库
1 预测水温的意义
古贤水利枢纽位于壶口瀑布上游约4 km，预测水温具有重要意义：首先，壶口瀑布冬季的冰瀑布是壶口瀑布风景名胜区主要景观之一，预测古贤水利枢纽的下泄水温，可以作为预测枢纽对冰瀑布影响的重要依据；其二，水温的变化对下游灌区的农作物生长造成一定影响，特别是夏季下泄水温偏低，这些低温灌溉水可能导致水稻、小麦等农作物减产；其三，鱼类的繁殖对水温也有一定要求，水温的变化将对水生生物造成一定影响。

本次研究旨在研究古贤水利枢纽的水温结构，为水库取水口的设置提供参考，对保护冰瀑布景观、保证鱼类正常生活和农作物正常生长等均有重要意义。

2 判断古贤水库的水温结构类型
水库水温结构的判别可以采用参数α-β法判断。

α=水库总库容多年平均径流量
（1）
β=水库总库容一次洪水量
（2）
当α<10时，稳定分层型；
当10<α<20为不稳定分层型；
当α>20时，为混合型。

对于分层型水库，如果遇到β>1的洪水，将出现临时混合现象；
但如果β<0.5时，洪水对水库水温的分布结构没有影响。

古贤水库坝址处多年平均径流量为227亿m ３，
蓄水初期水库总库容172亿m ３，由公式（1）可得α=1．32。

α<10，故而古贤水库水温结构属于稳定分层型。

β的计算结果如表1所示，除了最大12天洪量对应的β值0．54外，其余均小于0．5，洪水对水库水温的分布结构基本没有影响。

表1 古贤水库β值表
3 水库垂向水温预测
本次预测采用水科院朱伯芳公式对古贤水库垂向水温
进行初步分析。

不同深度的月平均库水温变化可近似用余弦
函数表示：
T(y,τ)—水深y 处在时间为T 时的温度，℃； T m (y)—水深y 处的年平均温度，℃； A(y)—水深y 处的温度年变幅，℃； ε—水温与气温变化的相位差，月；
ω—温度变化的圆频率，ω=2π/p，其中p 为温度变化的周期，12个月；
τ0—年内最低气温至最高气温的时间，月；
A 0—表面水温年变幅，℃，一般地区A 0=（T 7-T 1），在北方寒冷地区A 0=T 7/2+Δα，Δα为考虑日照引起的温度增量，根据实测资料Δα=1～2 ℃，取1.5。

任意深度年平均水温Tm(y)估算采用下面关系式：
T m (y)=c+(T 表-c)e -0.04y
（6） c=(T 底-T 表e -0.04H )/(1-e -0.04H )
（7） T 表=T 气修+Δb（8）
式中：T 表——库表年平均水温，℃；
T 气修—修正年平均气温，℃，年平均气温小于10 ℃的
地区，T 气修=1/12∑=12
1i T i ，T i 为月平均气温，且当月平均气温小
于0 ℃时，T i取0［1］；
H—水库深度，m。

T底—库底水温，根据经验估算法，西北地区建议采用的库底年平均水温为6～7 ℃。

Δb温度增量，一般地区采用2～4 ℃。

根据吉县气象站统计资料，吉县年平均气温9．9 ℃，1月平均气温-5．0 ℃，7月平均气温22．9 ℃。

本次古贤水库水温预测选取了Δb=2［2］、T底=7 ℃。

预测结果如表2所示。

表 2 古贤水库不同深度月平均水温表（Δb=2）单位：℃
选取一月、二月、五月、七月、八月、十月的数据绘制水温、水深关系曲线如下图所示。

约在100 m深处及以下区
域水温基本维持不变，和库底温度基本相同。

一月份和二月份的水温先随着深度的增加而升高，深度达到20 m左右时随着深度的增加水温开始下降；七、八月份水温随着深度增加而下降。

图 各典型月份水温—水深曲线图
4 预测结果的应用
（1）在冬季，为了尽可能减小水库的下泄水温对壶口瀑布冰瀑布景观的影响，可下泄表层水，在设计上可以考虑在正常蓄水位线下方设计狭长形的取水口，在一月、二月份开启此取水口下泄表层水。

（2）夏季灌溉时段为了避免下泄水温低对下游灌区冬小麦及其他作物的影响，亦可下泄表层水，在设计上考虑在汛限水位下方设狭长形的取水口，在夏季灌溉时节开启此取水口下泄表层水。

（3）对下游鱼类的生活习惯、繁殖习性以及对水温的要求进行研究，根据研究结果，在繁殖季节对照预测结果选
取适当深度设置取水口，并在繁殖时段开启此取水口下泄适宜鱼类产卵繁殖温度的库水。

参考文献
［1］朱伯芳.库水温度估算［J］.水利学报,1985,16 (2):12-21.
［2］李进等.水库工程对水温的影响［J］.东北水利水电,1999,5:45-47.。