李褆來(lái),陳黎明,王向明

(南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210029)

梯級(jí)水電站對(duì)庫(kù)區(qū)和河道水溫的影響預(yù)測(cè)

李褆來(lái),陳黎明,王向明

(南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210029)

針對(duì)某河流梯級(jí)水電站水庫(kù)中不同的水溫結(jié)構(gòu)類(lèi)型,分別建立了一維和三維水動(dòng)力與水溫?cái)?shù)學(xué)模型,對(duì)建設(shè)梯級(jí)電站后庫(kù)區(qū)及河道的水溫變化進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明,建設(shè)梯級(jí)電站后改變了庫(kù)區(qū)水溫的垂向分布,增大了水庫(kù)表層和底層水溫溫差;改變了下游河道水溫的時(shí)空分布,降低了下泄水流全年平均水溫,減小了年內(nèi)水溫變幅。

梯級(jí)電站;水溫預(yù)測(cè);溫躍層;數(shù)學(xué)模型

我國(guó)山區(qū)河流落差大,水量充沛,具備建設(shè)梯級(jí)水電站的自然條件。開(kāi)發(fā)梯級(jí)水電站不但可以充分利用河流的水資源,而且還可以調(diào)節(jié)水量、提高防洪和航運(yùn)能力以及增加旅游資源等。然而,梯級(jí)水電站的建設(shè)改變了河道的蓄水量、流量過(guò)程、水域面積、水溫分布和泥沙運(yùn)動(dòng),所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)梯級(jí)水電站建設(shè)帶來(lái)的河流水溫變化進(jìn)行了研究,Huber 等[1-2]建立了垂向一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型、平面二維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型和三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型,并已在湖泊型水庫(kù)的水溫研究中應(yīng)用;劉蘭芬等[3-8]通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式法和數(shù)學(xué)模型對(duì)水庫(kù)水溫進(jìn)行了研究。梯級(jí)水電站水庫(kù)對(duì)河流的水溫影響較單一水庫(kù)的影響更為復(fù)雜,本文針對(duì)某河流梯級(jí)水電站開(kāi)發(fā)中不同水庫(kù)的水溫結(jié)構(gòu)類(lèi)型,采用一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型和三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法,對(duì)水庫(kù)水溫分布、下泄水流水溫以及對(duì)干流水溫的影響進(jìn)行預(yù)測(cè),為進(jìn)一步研究梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)整個(gè)河流魚(yú)類(lèi)和水生物生長(zhǎng)影響提供理論依據(jù)。

1 水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型

1.1 一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型

為研究梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)整個(gè)干流水溫的影響,首先將干流、大壩及其主要支流作為整體考慮,采用一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究。

一維天然河道水流運(yùn)動(dòng)計(jì)算可歸結(jié)為求解一維非恒定流圣維南方程組:

式中:Q為流量,m3/s;h為水位,m;A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;x為沿主流向的縱向距離,m;t為時(shí)間,s;q為側(cè)向出、入流,m2/s;Sf為河道的阻力坡降;Se為河道突擴(kuò)或收縮引起的坡降。式(1)采用四點(diǎn)加權(quán)隱式有限差分格式離散,Newton-Raphson迭代法求解。

水溫?cái)U(kuò)散方程為

式中:V為計(jì)算單元體積,m3;T為水溫,℃;D為自定義的離散系數(shù),m2/s;S為源匯項(xiàng),℃·m3/s。

一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型的縱向離散系數(shù)參考相關(guān)文獻(xiàn)及經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算[10]:

式中:m為自定義系數(shù);B為斷面的平均寬度,m;h為斷面的平均水深,m;u為斷面的平均流速,m/s;u*為摩阻流速,m/s;g為重力加速度,m/s2;s為坡降。

1.2 三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型

對(duì)于每一個(gè)水庫(kù)而言,庫(kù)區(qū)水流運(yùn)動(dòng)和水溫分布是呈三維特性的,研究水庫(kù)水動(dòng)力和水溫時(shí)空變化的三維數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)是時(shí)均化的雷諾方程,它包括了紊流影響和密度變化,其中紊動(dòng)應(yīng)力可通過(guò)Boussinesq渦黏概念來(lái)模擬。

三維水流運(yùn)動(dòng)基本方程為

式中:i為橫向或縱向;j為橫向、縱向及垂向;ρ為水的密度,kg/m3;cs為聲音在水中的傳播速度,取1450 m/s;ui為xi方向的速度分量,m/s;p為壓強(qiáng), Pa;gi為重力加速度,m/s2;k為紊動(dòng)動(dòng)能,m2/s2;ε為紊動(dòng)動(dòng)能的耗散率;Ωij為克氏張量;νT為紊動(dòng)黏性系數(shù);δ為克羅奈克函數(shù);S0、S1為源匯項(xiàng);C1ε、C2ε、C3ε、σk、σε、σT為特征值;β為容量擴(kuò)張系數(shù);φ為浮力標(biāo)量。

溫度對(duì)流擴(kuò)散方程為

式中:DT為溫度擴(kuò)散系數(shù),m2/s;ST為源匯項(xiàng),℃/s; 1/σT為溫度擴(kuò)散系數(shù)比例;ΔSj為j方向網(wǎng)格尺度。

2 某江梯級(jí)電站概況

某江干流長(zhǎng)759km,規(guī)劃建設(shè)五級(jí)水電站,如圖1所示。目前梯級(jí)二、三、五水電站已經(jīng)建成,梯級(jí)一、四水電站將于2020年建成。梯級(jí)一水電站庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)為178.0 km,庫(kù)容為151.3億m3;梯級(jí)二水電站庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)為70.0km,庫(kù)容為9.2億m3;梯級(jí)三水電站庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)為91.2km,庫(kù)容為8.9億m3;梯級(jí)四水電站庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)為210.0km,庫(kù)容為237.0億m3;梯級(jí)五水電站庫(kù)區(qū)河段長(zhǎng)為105.0 km,庫(kù)容為12.3億m3。其中梯級(jí)一、四水電站由于水庫(kù)庫(kù)容較大,具有多年調(diào)節(jié)能力,將對(duì)天然徑流產(chǎn)生較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用,庫(kù)區(qū)的水溫結(jié)構(gòu)也發(fā)生較大的變化。

圖1 某江梯級(jí)水電站示意圖

根據(jù)各梯級(jí)水電站的總庫(kù)容以及入庫(kù)年徑流量,通過(guò)參數(shù)α(α=Wy/Wr,Wy為年入庫(kù)總水量,Wr為總庫(kù)容)判斷出各水庫(kù)的水溫結(jié)構(gòu)類(lèi)型,梯級(jí)一、四水電站庫(kù)區(qū)的α＜10,屬于穩(wěn)定分層型,水溫在垂向變化較大;其他3個(gè)梯級(jí)水電站庫(kù)區(qū)的α＞20,為混合型,水溫在垂向變化較均勻。因此對(duì)梯級(jí)一、四水電站采用三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究,其他梯級(jí)水電站及下游河道可以采用一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究。

3 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

3.1 一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型驗(yàn)證

對(duì)某江干流和梯級(jí)二、三、五水電站建立一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型,計(jì)算范圍從上游A1水文站起,至下游A5斷面止,包括了5個(gè)梯級(jí)水電站,共有71個(gè)計(jì)算斷面,斷面間距為3～15km。模型計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為3600 s。

選取2002年梯級(jí)二、三水電站已經(jīng)建成情況下的A2水文站和A4水文站的全年水位、流量和水溫實(shí)測(cè)過(guò)程對(duì)一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

上游邊界控制條件采用2002年1—12月A1水文站的實(shí)測(cè)流量過(guò)程,下游邊界條件通過(guò)曼寧公式獲取水位[11]。上游A1斷面至下游A5斷面之間共有12條支流匯入,支流入流邊界控制采用各支流多年平均流量。梯級(jí)二、三水電站作為內(nèi)部邊界處理,給定水電站的運(yùn)行水位。水溫上游邊界給定A1水文站2002年1—12月的實(shí)測(cè)水溫資料,由于支流水溫資料較少,難以獲取,支流水溫根據(jù)支流所處干流的位置,將與支流最接近的干流水文站的實(shí)測(cè)水溫給支流賦值,并且通過(guò)支流所處位置的不同,利用緯度變化對(duì)支流水溫進(jìn)行微調(diào)。

氣象資料采用2002年1—12月干流對(duì)應(yīng)站的氣溫、氣壓、風(fēng)速、濕度和太陽(yáng)輻射等數(shù)據(jù),如圖2所示,圖中時(shí)間用當(dāng)年的順序日期表示。當(dāng)河道比較順直且河床植被較少時(shí),糙率取0.020～0.040;當(dāng)河床多由卵石組成時(shí),糙率取0.035～0.050。

圖2 2002年1—12月氣象資料

驗(yàn)證計(jì)算表明,A2水文站和A4水文站的水位和流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)和變化幅度基本一致,A2水文站流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差約12.2％,水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的全年平均誤差為0.53m; A4水文站流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差約24.1％,水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的全年平均誤差為0.06 m。限于篇幅,文中只給出A4水文站水位和流量過(guò)程的驗(yàn)證結(jié)果(圖3)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的梯級(jí)二、三水電站蓄水運(yùn)行后的河道水面線(xiàn)過(guò)程(圖4)。 2002年A2、A4水文站的全年水溫驗(yàn)證如圖5所示, A2水文站水溫計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的最大誤差為1.5℃,全年平均誤差0.6℃;A4水文站水溫計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的最大誤差為0.9℃,全年平均誤差為0.1℃。

圖3 2002年A4水文站流量、水位計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的比較

圖4 2002年某江梯級(jí)二、三水電站運(yùn)行后河道水面線(xiàn)

上述驗(yàn)證表明,所建立的一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型能夠較好地反映干流兩個(gè)梯級(jí)電站運(yùn)行后的流量變化和水溫變化,可以用來(lái)預(yù)測(cè)整個(gè)干流的水溫變化。

3.2 三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型參數(shù)的確定

由于梯級(jí)一和梯級(jí)四電站尚未建成,模型參數(shù)難以率定。三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型的參數(shù)確定參照了劉蘭芬等[3-4]在漫灣水電站水庫(kù)水溫研究中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)對(duì)三維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行率定的研究成果,給出方程(4)～(7)中的有關(guān)參數(shù)取值。

圖5 2002年A2、A4水文站水溫計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的比較

4 梯級(jí)水電站水溫預(yù)測(cè)

為預(yù)測(cè)梯級(jí)水電站運(yùn)行后對(duì)庫(kù)區(qū)及干流水溫的影響,首先采用三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型研究水溫結(jié)構(gòu)類(lèi)型為穩(wěn)定分層型的梯級(jí)一、四水電站庫(kù)區(qū)水溫變化,再利用一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型研究混合型梯級(jí)二、三、五水電站及下游河道的水溫變化。

4.1 梯級(jí)一水電站庫(kù)區(qū)水溫變化

梯級(jí)一水電站調(diào)節(jié)庫(kù)容近100億m3,壩高292 m,水庫(kù)正常蓄水位為1240 m,干流回水長(zhǎng)度為180 km,水電站發(fā)電取水高程為1140 m。

梯級(jí)一水電站的三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型計(jì)算范圍從大壩向上游116km,將庫(kù)區(qū)劃分為116×22× 26(縱向×橫向×垂向)個(gè)計(jì)算網(wǎng)格單元,其網(wǎng)格尺寸分別為1000m、100m和10m。計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)60s。

計(jì)算條件:為保證下游水量平衡,下游必須給定流量邊界,故上游給定梯級(jí)一水電站典型平水年運(yùn)行水位,下游給定梯級(jí)一水電站典型平水年條件下的下泄流量;氣象資料采用典型平水年條件下的當(dāng)?shù)貧鉁?、氣壓、風(fēng)速和相對(duì)濕度等數(shù)據(jù);上游來(lái)流水溫根據(jù)A1水文站水溫推算得到。

平水年條件下,梯級(jí)一水電站的下泄水流水溫采用所建立的三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算,主要參數(shù)根據(jù)參考文獻(xiàn)[3-4]的研究成果確定,水動(dòng)力參數(shù)Cμ、C1ε、C2ε、σk、σε分別為0.09、1.44、1.92、1.00、1.30;水深方向和水平方向的熱擴(kuò)散比例系數(shù)分別為0.005和0.1。

從三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果中提取代表春、夏、秋、冬4個(gè)季度的典型月份(2月、5月、8月、11月)第15天的水溫?cái)?shù)據(jù)組成梯級(jí)一水電站庫(kù)區(qū)縱斷面的水溫分布,可以看出,水庫(kù)全年均處于分層狀態(tài),屬于典型的穩(wěn)定分層型水庫(kù);表層水溫受氣象條件影響較大,冬季2月降至最低約14.5℃(圖6),夏季8達(dá)到全年最大值約22.0℃。

圖6 典型平水年2月梯級(jí)一水電站庫(kù)區(qū)縱斷面水溫分布

從梯級(jí)一水電站壩前斷面各月水溫垂向分布(圖7)看出:冬季2月表、底層水溫溫差最小,約為4.5℃,夏季8月表、底層水溫溫差最大,約為12.0℃;冬、春季1—6月溫躍層厚度較薄,約為70～80m,夏、秋季7—12月溫躍層較厚,約為100～120m。

圖7 梯級(jí)水電站壩前斷面各月水溫垂向分布

4.2 梯級(jí)四水電站庫(kù)區(qū)水溫變化

梯級(jí)四水電站壩高為262 m,水庫(kù)總庫(kù)容為237億m3,水庫(kù)正常蓄水位為812 m,正常蓄水位以下庫(kù)容為217億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容為113億m3,水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)特性。水電站采用分層取水方案,典型平水年條件下取水高程為774 m。

梯級(jí)四水電站的三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型計(jì)算范圍從大壩向上游216km,將庫(kù)區(qū)劃分為434×21× 23(縱向×橫向×垂向)個(gè)計(jì)算網(wǎng)格單元,其網(wǎng)格尺寸分別為500 m、100 m和10 m。計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)60 s。

計(jì)算條件:上游給定梯級(jí)四水電站典型平水年運(yùn)行水位,下游給定典型平水年條件下取水高程處的發(fā)電下泄流量;氣象資料采用典型平水年條件下的當(dāng)?shù)貧鉁?、氣壓、風(fēng)速和相對(duì)濕度等數(shù)據(jù);上游來(lái)流水溫采用梯級(jí)一水電站建成后一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型計(jì)算得到的梯級(jí)三電站下泄水流水溫。

從梯級(jí)四水電站庫(kù)區(qū)各月的縱斷面水溫分布來(lái)看,水溫在1—2月趨于同溫,垂向最大溫差約2.1℃;3—5月為升溫期,上游來(lái)流水溫較低,表面受太陽(yáng)輻射及氣溫升高影響,上層水溫增長(zhǎng)迅速,但靠近底部水溫基本保持不變,仍然保持低于14.0℃,在整個(gè)垂向段面上出現(xiàn)了很大的水溫梯度,形成了明顯的水溫分層;6—10月氣溫達(dá)到最高,表層20～30 m的水溫達(dá)21.5～24.0℃,6—7月中層40～60m的水溫為17.5～21.5℃,8—10月中層40～80 m的水溫為17.5～21.5℃,6—10月中層厚度逐漸增加,底層80 m以下至庫(kù)底的水溫為14.0～17.5℃;11—12月為降溫期,氣溫迅速下降,水體向大氣散失熱量而開(kāi)始降溫,冷水下沉使表層溫躍層消失。圖8給出了典型平水年7月梯級(jí)四水電站庫(kù)區(qū)縱斷面水溫分布。

圖8 典型平水年7月梯級(jí)四水電站庫(kù)區(qū)縱斷面水溫分布

從梯級(jí)四水電站壩前斷面各月水溫垂向分布(圖9)可以看出,靠近水庫(kù)底層的水溫相對(duì)穩(wěn)定,一年內(nèi)的變化幅度很小,基本維持在14.0℃左右;年內(nèi)春季低溫層較厚,隨著氣溫的升高,逐漸變薄,到了秋、冬季再隨著氣溫的下降逐漸變厚;夏、秋季溫躍層厚度較厚,約為70～80m,冬、春季較薄,約為40～60m。

圖9 梯級(jí)四水電站壩前斷面各月水溫垂向分布

總體而言,梯級(jí)四水電站下泄水流水溫變化趨勢(shì)與梯級(jí)一水電站基本一致,下泄水流水溫在秋、冬季略高于上游來(lái)流水溫,在春、夏季則低于上游來(lái)流水溫,全年平均水溫略有降低。

4.3 梯級(jí)水電站運(yùn)行后對(duì)下游河道水溫的影響

2020年梯級(jí)四水電站建成后,5個(gè)梯級(jí)電站將同時(shí)運(yùn)行。在梯級(jí)四水電站下泄水流水溫發(fā)生變化的條件下,采用一維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型對(duì)典型平水年下游河道水溫進(jìn)行預(yù)測(cè)。

計(jì)算條件:上游邊界采用梯級(jí)四水電站下泄流量,下游邊界通過(guò)曼寧公式獲取水位。支流流量采用各支流多年平均流量。氣象資料采用平水年1976年6月至1977年6月對(duì)應(yīng)水文站的氣溫、氣壓、風(fēng)速、濕度和太陽(yáng)輻射等數(shù)據(jù)。上游來(lái)流水溫采用三維水動(dòng)力和水溫?cái)?shù)學(xué)模型計(jì)算出的梯級(jí)四水電站下泄水流水溫結(jié)果,支流水溫采用與2002年驗(yàn)證的相同水溫值。

從預(yù)測(cè)結(jié)果(圖10)可看出,2020年梯級(jí)四水電站建成后,5個(gè)梯級(jí)水電站同時(shí)運(yùn)行條件下,沿程水溫變化基本上是升溫過(guò)程,梯級(jí)水電站對(duì)水溫的累積影響明顯。受梯級(jí)四水電站下泄水流水溫的影響,下游梯級(jí)五水電站壩址處和A5斷面在10月至次年2月(秋、冬季)下泄水流水溫高于現(xiàn)狀水溫; 3—9月(春、夏季)下泄水流水溫低于現(xiàn)狀水溫。另外梯級(jí)四水電站下游至A5斷面近100km的河段無(wú)大型水利工程,隨著水溫沿程恢復(fù),梯級(jí)四水電站下泄水流水溫影響逐步減小。

圖10 梯級(jí)四水電站建成后各壩址處水溫過(guò)程比較

圖11 梯級(jí)水電站建設(shè)前后A5斷面水溫變化比較

從預(yù)測(cè)結(jié)果(圖11)還可以看出,梯級(jí)四水電站建成后,下游A5斷面處水溫發(fā)生了變化,最高水溫出現(xiàn)在10月,月均值為22.1℃;最低水溫出現(xiàn)在3月,月均值為16.4℃;冬季12月水溫升幅最大,升高2.8℃;夏季7月水溫降幅最大,減低2.0℃;年內(nèi)水溫變幅減小,由梯級(jí)四水電站建成前的15.0～23.9℃變?yōu)?6.4～22.1℃。

5 結(jié) 論

a.梯級(jí)水電站中的穩(wěn)定分層型水庫(kù)表層水溫受氣象條件影響較大,但靠近水庫(kù)底部水溫基本保持不變,表層和底層水溫溫差在冬季最小、在夏季最大;下泄水流水溫在秋、冬季略高于上游來(lái)流水溫,在春、夏季低于上游來(lái)流水溫,全年平均水溫略有降低。

b.5個(gè)梯級(jí)水電站同時(shí)運(yùn)行時(shí),沿程水溫變化基本上是升溫過(guò)程,梯級(jí)水電站對(duì)水溫的累積影響明顯;受上游梯級(jí)水電站下泄水流水溫的影響,下游河道秋、冬季水溫高于現(xiàn)狀水溫,春、夏季水溫低于現(xiàn)狀水溫。

c.上游梯級(jí)水電站的運(yùn)行改變了下游河道水溫的時(shí)空分布,A5斷面最高水溫出現(xiàn)時(shí)間由原來(lái)的7月推遲至10月,最低水溫出現(xiàn)時(shí)間由原來(lái)的1月推遲至3月;水溫年內(nèi)變幅減小,月平均最高水溫降低1.8℃,月平均最低水溫升高1.4℃;冬季(12月至次年2月)12月水溫升幅最大,升高2.8℃;夏季(6—8月)7月水溫降幅最大,降低2.0℃。

[1]HUBERWC,HARLEMANDRF.Temperature prediction in stratified reservoirs[J].J of the Hyd Div, ASCE,1972,98(4):645-666.

[2]HARLEMAN D R F.Hydrothermal analysis of lakes and reservoirs[J].J of the Hyd Div,ASCE,1982,103(3): 301-325.

[3]劉蘭芬,張士杰,劉暢,等.漫灣水電站水庫(kù)水溫分布觀(guān)測(cè)與數(shù)學(xué)模型計(jì)算研究[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2007,5(2):86-94.(LIU Lanfen,ZHANG Shijie, LIU Chang,et al.Study on the water temperature structure of the Manwan Reservoir[J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research,2007,5(2): 86-94.(in Chinese))

[4]劉蘭芬,陳凱麒,張士杰,等.河流水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)水溫累積影響研究[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2007, 5(3):173-180.(LIU Lanfen,CHEN Kaiqi,ZHANG Shijie,etal.Studyoncumulativeeffectsofwater temperature by cascade hydropower stations built on rivers [J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research,2007,5(3):173-180.(in Chinese))

[5]李懷恩.分層型水庫(kù)的垂向水溫分布公式[J].水利學(xué)報(bào),1993(2):43-49.(LI Huaien.Vertical temperature distribution equation for thermal stratification reservoir [J].Journal of Hydraulic Engineering,1993(2):43-49. (in Chinese))

[6]鄧云.大型深水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)研究[D].成都:四川大學(xué),2003.

[7]陳永燦,張寶旭.密云水庫(kù)垂向水溫模型研究[J].水利學(xué)報(bào),1998(9):14-20.(CHEN Yongcan,ZHANG Baoxu. Temperature in Miyun Reservoir[J].Journal of Hydraulic Engineering,1998(9):14-20.(in Chinese))

[8]馬方凱,江春波,李凱.三峽水庫(kù)近壩區(qū)三維流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].水利水電科技進(jìn)展,2007,27 (3):17-20.(MA Fangkai,JIANG Chunbo,LI Kai. Numerical simulation of 3D flow field and temperature field near dam area of Three Gorges Reservoir[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2007,27(3):17-20.(in Chinese))

[9]任華堂,陳永燦,劉昭偉,等.深水湖泊水庫(kù)水溫?cái)?shù)值計(jì)算模型研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2007,26(3):99-104. (REN Huatang,CHEN Yongcan,LIU Zhaowei,et al. Study on water temperature simulation model for deep lake and reservoir[J].Journal of Hydroelectric Engineering, 2007,26(3):99-104.(in Chinese))

[10]魯彥.糯扎渡水庫(kù)有機(jī)污染物一維動(dòng)態(tài)水質(zhì)模型[D].西安:西安理工大學(xué),2005.

[11]The U.S.Army Crops of Engineers.HEC-RAS river analysis system hydraulic reference manual[M].[S.l.]: [s.n.],2008.

Influence forecast of the cascade power stations on water temperature of reservoirs and rivers

//LI Tilai,CHEN Liming,WANG Xiangming(State Key Laboratory of Hydrology-Water Resource and Hydraulic Engineering,Nanjing Hydraulic Research Insitute,Nanjing 210029,China)

The one-dimensional and three-dimensional hydrodynamic and water temperature numerical models for a reservoir of the cascade hydropower station with different temperature types were established to study the influences of the cascade hydropower station construction on the water temperature.The results show that after the construction of the stations,the vertical distribution of water temperature in the reservoir changes;the difference between the bottom and surface water temperatures increases;the spatial and temporal distributions of water temperature in the lower reaches of the river change;the variation range of water temperature in the lower reaches of the river decreases;and the annual average water temperature of the discharged flow decreases.

cascade power stations;water temperature forecast;thermal stratification;numerical models

10.3880/j.issn.10067647.2013.03.006

TV697.1

A

10067647(2013)03002306

2012-07-17 編輯:周紅梅)

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2008BAB42B08);南京水利科學(xué)研究院青年基金(Y510004)

李褆來(lái)(1962—),男,北京人,教授級(jí)高級(jí)工程師,碩士,主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:tlli@nhri.cn