垂向一维水温模型在东江水库中的应用研究
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源工 程 公 司 （ ＷＲ Ｅ， Ｉ ｎ ｃ ） 的 Ｏ ｒ ｌ ｏ ｂ和 Ｓ ｅ ｌ ｎ ａ ， Ｍ Ｉ Ｔ 的
Ｈｕ ｂ ｅ ｒ 和Ｈ ａ ｒ ｌ ｅ ｍｅ ｎ 分 别 提 出 了 ＷＲ Ｅ模 型 和 ＭＩ Ｔ模
１ 模 型 方程
１ ． １ 热 平衡 方 程
考 虑水 面热 交换 、 人流、 出流 、 垂 向移流 、 扩散 等 引
垂 向一 维 水 温 模 型 在 东 江 水 库 中 的应 用 研究
孔 勇 ， 邓 云 ， 脱 友 才
（ 四川 大 学 水 力 学 与 山 区河 流 开 发 保 护 国 家 重 点 实 验 室 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘要： 针 对 现 有 垂 向 一 维 水 温 模 型 研 究 中缺 少 对模 型 关键 参 数 和 边 界 条 件 敏 感 性 的 系统 分 析 ， 以东江水库 为
署＋ （ ） ＝ ÷ （ ） ＋ 鲁 ｃ Ｔ ｉ 一 。 ， ＋
１ ａ （ Ａ ： ）
ｐ — Ａ— Ｃ
ｐ
， ， 、
钟顺
、 戚琪 。 。 等 人分 别对 黑 河 水 库 、 密 云水 库 、 丹
江 口水 库采 用垂 向一 维模 型 进行 了水 温 、 水 质 的模 拟 和 预测 ， 显 示模 型 能够 较 好 地 模 拟 出水 库 垂 向水 温 的 变 化规 律 。但是 ， 现有研 究偏 向于模 型 的应用 ， 缺 少对
中图法分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ９ ７
河 流筑 坝 蓄水 势必会 改 变天 然河 道 的水文 过程 和
进行验 证 ， 分析 湖泊 型 水 库 坝 前 和下 泄 水 温 的时 空 变 化 规律 及影 响要 素 ， 探 寻 分 析 湖泊 型水 库 的热 量 变化 特征 ， 并对 关键 参数 和 气 象 边 界条 件 的精 度 进 行 了 敏 感 性分 析 。成果 可 为垂 向一 维模 型在 湖泊分 层 型水库 的水温 影 响分析 与预 测提 供借 鉴 。
第４ ８卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ７ 年 ５ 月 文章编 号： １ ０ ０ １— ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ７ ） １ ０—０ ０ ９ ７— ０ ６
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４８， Ｎｏ ．１ ０
Ｍａ ｙ， ２ ０１ ７
模 型适 用对 象和 关 键参 数 的 系统 分 析 ， 尤 其 是 气 象 边
界条 件 精度 的敏 感性 分 析 。本文从 垂 向一 维水 温模 型
流量 ， 由单 元 内 的质 量守 恒可 得
一 ｌ （ “ 一ｕ 。 ） ） Ｂ
：
本身 的假 定 出发 ， 结 合 典 型 湖泊 型 水 库— —东 江水 库
起 的热输 移 以及水 体 内部 吸 收 的 太 阳辐 射 ， 对 任 一 水
平 薄层建 立垂 向一维 热量 பைடு நூலகம்衡 方程
紊 动 扩 散 系 数 进行 函数 化 ， 推 广 了 模 型 的 适 用 范 围 。国 内的 许 多 学 者 也 采 用 类 似 的一 维 水 温 模 型
进 行水 库 水温 的模 拟与 预 测 。李 怀 恩 、 陈 永灿 和李
关 键 词： 垂 向 一 维 水 温 模 型 ；湖 泊 型 水 库 ； 敏 感性分析 ； 库 水 温 ；东江 水 库 文献标志码 ： Ａ Ｄｏ Ｉ ： ｌ Ｏ ． １ ６ ２ ３ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ ． ２ ０ １ ７ ． １ ０ ． ０ ２ ０
型， 实 现 了水 库 的垂 向温度 分层 模 拟 ， 这 两种 模 型都采
用 经 验公 式模 拟 了进 、 出流 的速度分 布 ， 并在 方 程 中考
虑 了垂 向对 流 、 进 流 带 来 的水 体 混合 等作 用 。Ｈ ｏ ｎ ｄ ｚ ｏ
通 过将 模 型 的参数 如 短波 衰减 系数 、 风拖 曳 系数 、 垂 向
例， 开展 了垂 向 一 维 模 型 在 湖 泊型 水库 水 温模 拟 中的 适 用 性研 究 。 研 究 结 果 表 明 ： 东 江水 库 库 区斜 温 层 变化
主 要 受 气 象条 件 控 制 ， 年 内下 泄 水 温过 程 稳 定 ， 模 型 能 够较 好 模 拟 出垂 向 水 温 结 构 演 变 及 下 泄 水 温过 程 特 征 ， 与 实 测 结 果 吻 合 良好 ； 表 层 水 温 计 算 对 水 气 热通 量 参 数 较 为 敏 感 ， 垂 向 扩 散 系数 是 影 响 垂 向 水 温 结 构 模 拟 的 关键 参 数 ； 同时 ， 不 同精 度 系列 的 气 象 过 程 不 改 变 水 库 的整 体 热 量 收 支 ， 对水温结构基本无 影响。
水力 学 条件 ， 并 导致 库 区及 下 游 河道 水 温 时 空 分 布 规
律发 生 变化 ， 给 流域 生 态 环境 和 工农 业 生 产 带 来 一 系
列不 利 影 响¨。 ， 水 温 预 测 逐 渐 成 为 水 电 开 发 过 程 中
环境 影 响评 价 的重要 内容 。２ ０世 纪 ６ ０年 代美 国水 资
式中， 为单 元层 温度 ； Ｔ 为人 流温 度 ； Ａ为单元 层水 平 面 面积 ； Ｂ为单 元层 平均 宽度 ； Ｄ 为垂 向扩 散 系数 ； ｐ为 水体 密度 ； Ｃ 为水 体 比热 ； ｔ ｐ 为太 阳辐 射 通量 ； ｕ 为 人
流速 度 ； ｕ 。 为 出流 速 度 ； Ｑ 为 通 过 单 元 上 边 界 的垂 向
实测 数 据 ， 用 垂 向一 维 模 型 对 湖泊 型水 库 水 温 模 拟 并
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—１ ０—１ ２
（ ２ Ｚ） ）
作者简介 ： 孔 勇 ， 男， 硕 士研 究 生 ， 研 究方 向 为 环境 水 力 学 及 水 污 染 控 制 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｋ ｏ ｎ ｇ ｙ ｏ ｎ ｇ Ｏ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
Ｈｕ ｂ ｅ ｒ 和Ｈ ａ ｒ ｌ ｅ ｍｅ ｎ 分 别 提 出 了 ＷＲ Ｅ模 型 和 ＭＩ Ｔ模
１ 模 型 方程
１ ． １ 热 平衡 方 程
考 虑水 面热 交换 、 人流、 出流 、 垂 向移流 、 扩散 等 引
垂 向一 维 水 温 模 型 在 东 江 水 库 中 的应 用 研究
孔 勇 ， 邓 云 ， 脱 友 才
（ 四川 大 学 水 力 学 与 山 区河 流 开 发 保 护 国 家 重 点 实 验 室 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘要： 针 对 现 有 垂 向 一 维 水 温 模 型 研 究 中缺 少 对模 型 关键 参 数 和 边 界 条 件 敏 感 性 的 系统 分 析 ， 以东江水库 为
署＋ （ ） ＝ ÷ （ ） ＋ 鲁 ｃ Ｔ ｉ 一 。 ， ＋
１ ａ （ Ａ ： ）
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， ， 、
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中图法分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ９ ７
河 流筑 坝 蓄水 势必会 改 变天 然河 道 的水文 过程 和
进行验 证 ， 分析 湖泊 型 水 库 坝 前 和下 泄 水 温 的时 空 变 化 规律 及影 响要 素 ， 探 寻 分 析 湖泊 型水 库 的热 量 变化 特征 ， 并对 关键 参数 和 气 象 边 界条 件 的精 度 进 行 了 敏 感 性分 析 。成果 可 为垂 向一 维模 型在 湖泊分 层 型水库 的水温 影 响分析 与预 测提 供借 鉴 。
第４ ８卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ７ 年 ５ 月 文章编 号： １ ０ ０ １— ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ７ ） １ ０—０ ０ ９ ７— ０ ６
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４８， Ｎｏ ．１ ０
Ｍａ ｙ， ２ ０１ ７
模 型适 用对 象和 关 键参 数 的 系统 分 析 ， 尤 其 是 气 象 边
界条 件 精度 的敏 感性 分 析 。本文从 垂 向一 维水 温模 型
流量 ， 由单 元 内 的质 量守 恒可 得
一 ｌ （ “ 一ｕ 。 ） ） Ｂ
：
本身 的假 定 出发 ， 结 合 典 型 湖泊 型 水 库— —东 江水 库
起 的热输 移 以及水 体 内部 吸 收 的 太 阳辐 射 ， 对 任 一 水
平 薄层建 立垂 向一维 热量 பைடு நூலகம்衡 方程
紊 动 扩 散 系 数 进行 函数 化 ， 推 广 了 模 型 的 适 用 范 围 。国 内的 许 多 学 者 也 采 用 类 似 的一 维 水 温 模 型
进 行水 库 水温 的模 拟与 预 测 。李 怀 恩 、 陈 永灿 和李
关 键 词： 垂 向 一 维 水 温 模 型 ；湖 泊 型 水 库 ； 敏 感性分析 ； 库 水 温 ；东江 水 库 文献标志码 ： Ａ Ｄｏ Ｉ ： ｌ Ｏ ． １ ６ ２ ３ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ ． ２ ０ １ ７ ． １ ０ ． ０ ２ ０
型， 实 现 了水 库 的垂 向温度 分层 模 拟 ， 这 两种 模 型都采
用 经 验公 式模 拟 了进 、 出流 的速度分 布 ， 并在 方 程 中考
虑 了垂 向对 流 、 进 流 带 来 的水 体 混合 等作 用 。Ｈ ｏ ｎ ｄ ｚ ｏ
通 过将 模 型 的参数 如 短波 衰减 系数 、 风拖 曳 系数 、 垂 向
例， 开展 了垂 向 一 维 模 型 在 湖 泊型 水库 水 温模 拟 中的 适 用 性研 究 。 研 究 结 果 表 明 ： 东 江水 库 库 区斜 温 层 变化
主 要 受 气 象条 件 控 制 ， 年 内下 泄 水 温过 程 稳 定 ， 模 型 能 够较 好 模 拟 出垂 向 水 温 结 构 演 变 及 下 泄 水 温过 程 特 征 ， 与 实 测 结 果 吻 合 良好 ； 表 层 水 温 计 算 对 水 气 热通 量 参 数 较 为 敏 感 ， 垂 向 扩 散 系数 是 影 响 垂 向 水 温 结 构 模 拟 的 关键 参 数 ； 同时 ， 不 同精 度 系列 的 气 象 过 程 不 改 变 水 库 的整 体 热 量 收 支 ， 对水温结构基本无 影响。
水力 学 条件 ， 并 导致 库 区及 下 游 河道 水 温 时 空 分 布 规
律发 生 变化 ， 给 流域 生 态 环境 和 工农 业 生 产 带 来 一 系
列不 利 影 响¨。 ， 水 温 预 测 逐 渐 成 为 水 电 开 发 过 程 中
环境 影 响评 价 的重要 内容 。２ ０世 纪 ６ ０年 代美 国水 资
式中， 为单 元层 温度 ； Ｔ 为人 流温 度 ； Ａ为单元 层水 平 面 面积 ； Ｂ为单 元层 平均 宽度 ； Ｄ 为垂 向扩 散 系数 ； ｐ为 水体 密度 ； Ｃ 为水 体 比热 ； ｔ ｐ 为太 阳辐 射 通量 ； ｕ 为 人
流速 度 ； ｕ 。 为 出流 速 度 ； Ｑ 为 通 过 单 元 上 边 界 的垂 向
实测 数 据 ， 用 垂 向一 维 模 型 对 湖泊 型水 库 水 温 模 拟 并
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—１ ０—１ ２
（ ２ Ｚ） ）
作者简介 ： 孔 勇 ， 男， 硕 士研 究 生 ， 研 究方 向 为 环境 水 力 学 及 水 污 染 控 制 。Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｋ ｏ ｎ ｇ ｙ ｏ ｎ ｇ Ｏ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ