邢領(lǐng)航，劉孟凱，黃國(guó)兵

（長(zhǎng)江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010）

葛洲壩壩下江段水溫變化影響因素分析

邢領(lǐng)航，劉孟凱，黃國(guó)兵

（長(zhǎng)江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010）

研究葛洲壩下游江段水溫變化的影響因素及其貢獻(xiàn)將有助于水生態(tài)水溫變化本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)保護(hù)亦具有重要意義。結(jié)合一維水流水溫?cái)?shù)學(xué)模型、熱量收支平衡分析等手段對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了初步探討。初步研究結(jié)果表明：葛洲壩壩下江段水溫主要受三峽水庫(kù)水氣界面熱交換影響，寸灘來(lái)流、三峽大壩泄流以及葛洲壩電站運(yùn)行等因素影響相對(duì)較小。從全年看，三峽工程運(yùn)行前后庫(kù)區(qū)水溫變化均由凈輻射和蒸發(fā)熱起主導(dǎo)作用，但三峽工程運(yùn)行后熱傳導(dǎo)熱量比重有較大增加。三峽工程運(yùn)行前后，11月份水溫均由水氣界面熱傳導(dǎo)起主導(dǎo)作用，但隨著三峽水庫(kù)蓄水位抬高，輻射量和蒸發(fā)熱量所占比重顯著增加，而熱傳導(dǎo)、寸灘來(lái)流和三峽大壩泄流熱量所占比重逐漸減小。三峽水庫(kù)的不同運(yùn)行過(guò)程將影響各熱量來(lái)源對(duì)庫(kù)區(qū)水溫變化貢獻(xiàn)大小，進(jìn)而影響葛洲壩壩下江段水溫。

三峽工程；一維水流水溫模型；水溫變化

1 研究背景

據(jù)2003—2008年《長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào)》報(bào)道，近年來(lái)中華鱘產(chǎn)卵時(shí)間推遲，可能與葛洲壩壩下江段中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)水溫節(jié)律改變有較大關(guān)系，但這種改變的關(guān)鍵影響因素及其貢獻(xiàn)大小尚需進(jìn)一步論證和研究。

目前，國(guó)內(nèi)已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了初步研究，并取得了階段性成果。余文公［1］分析了影響水庫(kù)溫度的各種影響因素，并通過(guò)結(jié)合三峽水庫(kù)蓄水前后實(shí)測(cè)水溫資料，指出三峽水庫(kù)在圍堰發(fā)電期下泄水溫過(guò)程規(guī)律發(fā)生了一定的變化，下泄水溫在不同時(shí)期分別出現(xiàn)“滯溫”和“滯冷”現(xiàn)象，提出了三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度必需把下泄水溫過(guò)程最大程度地與天然過(guò)程相接近作為水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的原則。同時(shí)通過(guò)三峽庫(kù)區(qū)相關(guān)水文站建庫(kù)前后的水溫變化規(guī)律分析，初步認(rèn)為10月份下泄水溫的升高使得水溫由一般的生態(tài)因子轉(zhuǎn)變?yōu)橄拗埔蜃樱?］。郭文獻(xiàn)［3］通過(guò)近50年來(lái)宜昌水文站水溫實(shí)測(cè)歷史資料分析，初步得出葛洲壩水庫(kù)蓄水對(duì)下泄水溫影響不大，而三峽水庫(kù)蓄水后，水溫在降溫季節(jié)9月——次年2月份，高于三峽水庫(kù)蓄水前表層水溫，三峽水庫(kù)蓄水對(duì)河流水溫有一定的調(diào)節(jié)性，其下泄水溫相對(duì)于天然狀況從時(shí)間上來(lái)說(shuō)有一定的滯后性。

本文主要從水體熱量收支平衡的角度，通過(guò)建立水溫模型，模擬分析葛洲壩壩下江段水溫變化的影響因素及其熱量貢獻(xiàn)大小，探討三峽工程不同運(yùn)行階段水溫變化的主要影響因素、貢獻(xiàn)大小及規(guī)律，為三峽工程生態(tài)調(diào)度提供技術(shù)支撐。

2 分析方法

本文采用一維水流水溫?cái)?shù)學(xué)模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)以及三峽—葛洲壩2壩間江段的水流水溫進(jìn)行模擬，并利用多個(gè)水文站實(shí)測(cè)水位、流量以及水溫等資料對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。該模型為下文分析水體熱量收支平衡以及葛洲壩下江段水溫變化過(guò)程提供依據(jù)。

2．1 模型基本控制方程及離散

連續(xù)性方程為

其中，φn主要包括凈太陽(yáng)短波輻射、凈長(zhǎng)波輻射（大氣長(zhǎng)波輻射和水體長(zhǎng)波輻射）、蒸發(fā)熱和熱傳導(dǎo)等多個(gè)方面，即

各項(xiàng)計(jì)算方法如下［4］

（1）凈吸收的太陽(yáng)短波輻射

式中：φs是到達(dá)地面的總太陽(yáng)輻射量；γ（＝0．1）是水面反射率；β（＝0．65）是太陽(yáng)輻射的表面吸收系數(shù)。穿過(guò)水體的太陽(yáng)輻射沿深度方向以指數(shù)函數(shù)衰減，此時(shí)

式中：H為水深；η為衰減系數(shù)，取0．5。

（2）大氣長(zhǎng)波輻射

式中：σ＝5．67×10－8是Stefan Boltaman常數(shù)（W／（m2·K4））；εa為大氣發(fā)射率，取0．97；Ta為氣溫。

式中：Ta為水面上2 m處的氣溫；Cr為云層覆蓋率。

（3）水體長(zhǎng)波的返回輻射

式中：Ts是水面溫度（一維模型取Ts＝水溫）；εw（取0．965）為水面反射率。

（4）水面蒸發(fā)熱損失

式中：es和ea是水面的飽和蒸汽壓和水面上空氣蒸發(fā)壓力，mmHg；W是水面上10 m的風(fēng)速，m／s。因es，ea缺少實(shí)測(cè)資料而采用下式替代計(jì)算，其中Td為露點(diǎn)溫度，可通過(guò)與空氣相對(duì)濕度Ps的關(guān)系式計(jì)算。式中：Z為水位；Q為流量（m3／s）；B為水面寬（m）；A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）；R為水力半徑，R＝A／χ，χ為濕周；n為綜合曼寧粗糙系數(shù)，包括沿程阻力和局部

（5）熱傳導(dǎo)通量

采用4點(diǎn)隱式preissmann差分格式對(duì)式（1）、式（2）進(jìn)行數(shù)值求解，對(duì)式（3）采用隱式差分迎風(fēng)格式離散［5］。

圖1 2005年寸灘站和三峽壩址日均水位過(guò)程線Fig．1 Average daily water levels at Cuntan hydrological station and Three Gorges dam site in 2005

2．2 模型驗(yàn)證

根據(jù)文獻(xiàn)［6］實(shí)測(cè)資料，2005年廟河水文站斷面在各個(gè)月份水溫垂向分布均勻一致，沒(méi)有出現(xiàn)溫差較大的現(xiàn)象。因此，一維水流水溫?cái)?shù)學(xué)模型可暫不考慮垂向水溫分層效應(yīng)，驗(yàn)證選用2005年水文、氣象等資料。河道斷面地形資料采用1996—1997年上游寸灘水文站至三峽壩址河段，共333個(gè)斷面；三峽壩址至葛洲壩壩址采用2003年資料，共39個(gè)斷面。長(zhǎng)江干流采用寸灘站2005年逐日平均水位、流量實(shí)測(cè)資料和三峽壩址逐日平均水位和實(shí)測(cè)流量資料。2005年寸灘站和三峽壩址實(shí)測(cè)日均水位過(guò)程線見(jiàn)圖1，2005年寸灘站、三峽壩址以及烏江武隆站實(shí)測(cè)日均流量過(guò)程線見(jiàn)圖2。三峽庫(kù)區(qū)入庫(kù)支流作為旁側(cè)入流計(jì)入模型，這里主要考慮烏江（武隆站）同期流量資料。以干流寸灘站入流流量作模型為上邊界條件，壩址水位為下邊界條件，武隆站支流逐日流量資料作為旁側(cè)入流邊界。水溫干流上邊界條件采用2005年寸灘站實(shí)測(cè)逐日水溫值，下邊界采用開(kāi)邊界條件，2005年武隆站逐日水溫作為烏江入流水溫。選用萬(wàn)縣站、奉節(jié)站、巴東站和宜昌站2005年全年的實(shí)測(cè)日均氣溫、云量、空氣相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速等資料。其中，4個(gè)氣象站的實(shí)測(cè)氣溫過(guò)程如圖3所示。太陽(yáng)輻射資料采用2005年宜昌日太陽(yáng)輻射值，詳見(jiàn)圖4。

圖5為2005年三峽壩址流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖，圖6為寸灘站水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖。由圖可以看出，三峽壩址計(jì)算流量和寸灘站計(jì)算水位均與實(shí)測(cè)值吻合良好，基本反映了2005年三峽工程試蓄水期庫(kù)區(qū)水位和流量的大范圍波動(dòng)過(guò)程，再現(xiàn)了庫(kù)區(qū)的水文變化特征。其中，三峽壩址流量計(jì)算的平均相對(duì)誤差5．7%，寸灘站水位計(jì)算的平均相對(duì)誤差0．5%，水位平均絕對(duì)誤差約0．20 m，說(shuō)明建立的三峽庫(kù)區(qū)一維非恒定水流水溫?cái)?shù)學(xué)模型具有較好的計(jì)算誤差。

圖7為廟河水文站計(jì)算水溫與實(shí)測(cè)水溫的對(duì)比圖。由圖可以看出，基本反映了庫(kù)區(qū)2005年全年的水溫變化過(guò)程和規(guī)律。水溫計(jì)算的平均相對(duì)誤差為3．4%。

圖2 2005年寸灘站和三峽壩址日均流量過(guò)程線Fig．2 Average daily discharges at Cuntan hydrological station and Three Gorges dam site in 2005

圖3 2005年三峽—葛洲壩庫(kù)區(qū)日均氣溫過(guò)程線Fig．3 Average daily air temperatures in the reservoir area between Three Gorges dam and Gezhouba dam in 2005

圖4 2005年宜昌日太陽(yáng)輻射值Fig．4 Average daily solar radiation values at Yichang in 2005

圖5 2005年三峽壩址流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖Fig．5 Comparison of computational and measured water flow at Three Gorges dam site in 2005

圖6 2005年寸灘站水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖Fig．6 Comparison of computational and measured water level at Cuntan hydrological station in 2005

圖7 2005年廟河水文站水溫計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖Fig．7 Comparison of computational and measured water temperature at M iaohe hydrological station in 2005

3 葛洲壩壩下江段水溫變化影響因素及其貢獻(xiàn)分析

影響葛洲壩壩下江段水溫變化的因素主要體現(xiàn)在三峽庫(kù)區(qū)和葛洲壩庫(kù)區(qū)的總體熱量收支平衡上，具體反映在寸灘至葛洲壩江段水氣界面的熱量交換、寸灘水文站來(lái)流的熱量輸入、各支流入流熱量、葛洲壩電站出流的熱量輸出、水和巖土界面間的熱傳遞、三峽電站和葛洲壩電站機(jī)組過(guò)流熱能轉(zhuǎn)化等方面。從熱量輸入和輸出上看，一般進(jìn)入庫(kù)區(qū)水體的熱量主要有：上游輸入的熱量、支流匯入的熱量、太陽(yáng)短波輻射熱、大氣長(zhǎng)波輻射熱、水汽凝聚釋熱、直接降水輸入的熱量等；水體的熱量損失有：出流輸出熱量、水面反射、水面長(zhǎng)波輻射、水面蒸發(fā)耗熱等引起的熱損失。

以下將從三峽工程建成前、試蓄水期以及正常運(yùn)行期三個(gè)階段分析葛洲壩壩下江段全年及11月份水溫變化的主要影響因素及各自熱量貢獻(xiàn)，以初步闡明葛洲壩壩下江段水溫變化的本質(zhì)。

3．1 三峽工程建成前

以2005年的氣象、水文等資料為背景，寸灘水文站入流為上邊界條件，葛洲壩壩址水位為下邊界條件，應(yīng)用一維水流水溫?cái)?shù)學(xué)模型對(duì)三峽工程運(yùn)行前、葛洲壩運(yùn)行后的寸灘—葛洲壩江段水流水溫進(jìn)行模擬，獲得三峽壩址斷面和葛洲壩壩址斷面的水溫變化過(guò)程，詳見(jiàn)圖8。由圖可知，三峽壩址斷面水溫變化過(guò)程較寸灘站滯后，存在小幅相位差，但基本反映了河道全年水溫變化規(guī)律和特征。

圖8 三峽工程建成前三峽、葛洲壩2壩壩址斷面水溫變化過(guò)程線Fig．8 W ater tem perature variation at Three Gorges dam site and Gezhouba dam site before the construction of TGP

由于三峽壩址至葛洲壩江段河道特性顯著，且2壩間距離相對(duì)較短。因此，三峽壩址模擬的水溫與葛洲壩壩前水溫表現(xiàn)出良好的一致性，全年平均水溫差約0．12℃。可在一定程度上用三峽大壩壩址水溫近似代替葛洲壩壩前水溫。另外，從2005年三峽工程試蓄水期廟河水文站實(shí)測(cè)水溫與宜昌水文站實(shí)測(cè)水溫比較中發(fā)現(xiàn)（詳見(jiàn)圖9）：宜昌站水溫比廟河稍高，平均高出約0．46℃，可能因機(jī)組過(guò)流將部分水頭勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，提高了出流水溫，但溫升極為有限。若忽略三峽電站和葛洲壩電站機(jī)組過(guò)流影響，可粗略用三峽大壩泄流水溫近似表征葛洲壩壩下江段水溫。這也表明葛洲壩壩下江段水溫變化影響因素主要為三峽庫(kù)區(qū)水體的熱量收支平衡。

圖9 2005年廟河水文站和宜昌水文站實(shí)測(cè)水溫過(guò)程比對(duì)Fig．9 Comparison ofmeasured water temperature between M iaohe and Yichang hydrological stations in 2005

三峽庫(kù)區(qū)天然河道水體各熱量來(lái)源逐日變化過(guò)程見(jiàn)圖10。由圖10可見(jiàn)，水體通過(guò)水面熱量交換造成庫(kù)區(qū)水體吸熱或失熱所占比例最大，直接影響著河道水溫的變化，而入流熱量與出流熱量對(duì)河道內(nèi)水溫變化的影響相對(duì)較小。

圖10 三峽工程建成前天然河道水體各熱量來(lái)源逐日變化過(guò)程Fig．10 Daily heat variation of each heat source in natural rivers before the construction of TGP

由于水面熱量交換對(duì)河道水溫起控制性作用，所以需要對(duì)水面熱量來(lái)源作進(jìn)一步分析。一般水面交換熱量組成要素包括太陽(yáng)凈輻射（太陽(yáng)輻射、大氣長(zhǎng)波輻射和水體長(zhǎng)波輻射之和）、水面蒸發(fā)耗熱（以下簡(jiǎn)稱蒸發(fā)熱）、水氣界面熱傳導(dǎo)（以下簡(jiǎn)稱熱傳導(dǎo)）等。圖11為三峽工程建設(shè)前庫(kù)區(qū)水體全年不同熱量來(lái)源比重。其中，輻射凈熱量所占比重最大，達(dá)55．64%；其次是蒸發(fā)熱，占34．36%；寸灘站入流熱量和三峽泄流熱量再次之，分別占3．95%和4．39%；熱傳導(dǎo)比重最小，占1．66%。

圖11 三峽工程建成前水體全年不同熱量來(lái)源比重Fig．11 Yearly proportion of each water heat source before the construction of TGP

圖12 為三峽工程建成前11月份三峽庫(kù)區(qū)天然河道水體各熱量來(lái)源比重。由圖12可知，在三峽工程建成前，11月份三峽庫(kù)區(qū)天然河道水體熱傳導(dǎo)熱量占總熱量71．19%，對(duì)這一時(shí)期的水溫變化起主導(dǎo)作用，說(shuō)明此時(shí)水溫主要受氣溫影響；寸灘站入流熱量和三峽壩址斷面出流熱量分別占8．88%和10．89%，其對(duì)河流水溫影響次之；蒸發(fā)熱與太陽(yáng)凈輻射量分別占6．09%和2．95%，對(duì)水溫變化影響最小。

圖12 三峽工程建成前11月份三峽庫(kù)區(qū)天然河道水體不同熱量來(lái)源比重Fig．12 Proportion of each water heat source in natural rivers in November before the construction of TGP

圖13 三峽工程試蓄水期和運(yùn)行前的壩前水溫變化過(guò)程線Fig．13 Daily water temperature variations at Three Gorges Dam site during its trial operation and before its operation

3．2 三峽工程試蓄水期

三峽工程試蓄水期水流水溫模擬仍以2005年的氣象、水文等資料為輸入條件，寸灘水文站斷面入流為上邊界條件，三峽壩址實(shí)測(cè)水位為下邊界條件，模型計(jì)算獲得的三峽壩址斷面平均水溫過(guò)程見(jiàn)圖13。與三峽工程運(yùn)行前水溫相比，試蓄水期三峽壩址水溫變化顯著滯后，并出現(xiàn)“滯冷”和“滯溫”現(xiàn)象。1月份，三峽壩址水溫與天然河道水溫基本相當(dāng)；2月份，受入流低溫水及寒潮等因素影響，壩址水溫呈下降趨勢(shì)；進(jìn)入3月份，氣溫回暖，上游來(lái)水水溫升高，而庫(kù)區(qū)水體受蓄水影響，體積龐大，水流流動(dòng)緩慢，水體熱量輸移和傳遞效率降低，導(dǎo)致水溫上升滯后，3—4月壩址水溫低于天然河道水溫，水庫(kù)“滯冷”效應(yīng)顯著；5—9月，試蓄水期壩址水溫與天然河道水溫基本相當(dāng)，但存在一定的相位差；9月以后，庫(kù)區(qū)壩址水溫整體高于天然河道水溫，庫(kù)水溫下降緩慢，水庫(kù)“滯溫”效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。

2005年三峽工程試蓄水期，庫(kù)區(qū)逐日入流熱量、出流熱量以及水面熱交換量變化過(guò)程見(jiàn)圖14。從庫(kù)區(qū)水體整體熱量收支平衡分析看，庫(kù)區(qū)水面日總吸熱規(guī)模遠(yuǎn)大于寸灘入流熱量和三峽大壩泄流熱量。說(shuō)明水庫(kù)試蓄水期，水面與大氣的熱量交換決定了庫(kù)區(qū)水體熱量收支的總體趨勢(shì)和壩址水溫的總體變化。寸灘入流熱量和三峽大壩泄流熱量相對(duì)較小，對(duì)壩址的水溫變化影響有限。9月中旬至次年2月，庫(kù)區(qū)水體日總吸熱量為負(fù)值，說(shuō)明庫(kù)區(qū)水體損失熱量，水溫下降；其余月份，庫(kù)區(qū)水體日總吸熱量為正值，庫(kù)區(qū)水體吸熱，水溫上升。

圖14 三峽工程試蓄水期庫(kù)區(qū)日入流、出流及水面吸熱熱量變化過(guò)程Fig．14 Daily variation of inflow water heat，outflow water heat and surface heat absorption in Three Gorges Reservoir in its trial operation period

三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)水面熱交換熱量又包括太陽(yáng)短波輻射、大氣長(zhǎng)波輻射、水體長(zhǎng)波輻射、蒸發(fā)熱損失和對(duì)流熱交換等部分。其中，大氣長(zhǎng)波輻射和水體長(zhǎng)波輻射熱數(shù)量級(jí)最大，前者為吸熱，后者為失熱，兩者耦合作用表現(xiàn)為失熱；太陽(yáng)短波輻射為吸熱，熱量級(jí)次于前兩者，對(duì)庫(kù)區(qū)水體吸熱影響較大；水面蒸發(fā)熱和水氣界面上的熱傳導(dǎo)相對(duì)數(shù)量級(jí)較小，且熱交換值時(shí)正時(shí)負(fù)，對(duì)熱交換總量也起著一定的影響。

三峽水庫(kù)試蓄水期全年水體熱交換各熱量來(lái)源比重見(jiàn)圖15。其中，輻射凈熱量占55．18%，蒸發(fā)熱、熱傳導(dǎo)、入流和出流分別占34．30%，3．88%，3．32%和3．33%。與三峽工程建成前相比，水庫(kù)試蓄水后，輻射凈熱量和蒸發(fā)熱量比重均稍有下降；熱傳導(dǎo)作用顯著增強(qiáng)，并略高于三峽壩址泄熱量和寸灘入流熱量。

圖15 三峽工程試蓄水期全年三峽庫(kù)區(qū)水體不同熱量來(lái)源比重Fig．15 Yearly proportion of each water heat source in Three Gorges Reservoir in its trial operation period

在三峽工程試蓄水期，11月份，三峽庫(kù)區(qū)水體熱交換中各熱量來(lái)源所占比重見(jiàn)圖16。由圖16可以看出，水體熱量交換中各熱量來(lái)源的比重變化不大。但從凈輻射量角度分析，11月份凈輻射熱量和蒸發(fā)熱量的比重明顯減少，分別僅占5．94%和10．27%；熱傳導(dǎo)比重遠(yuǎn)高于全年平均，達(dá)70．67%之多，占控制性地位；入流熱量和出流熱量均稍高于全年平均。與三峽工程建成前相比，凈輻射熱量和蒸發(fā)熱量比重均有上升，但入、出流熱量比重有所下降。

圖16 三峽工程試蓄水期11月份三峽庫(kù)區(qū)水體不同熱量來(lái)源比重Fig．16 Proportion of each water heat source in Three Gorges Reservoir in November in its trial operation period

3．3 三峽工程正常運(yùn)行期

三峽工程正常運(yùn)行期的水流水溫模擬亦以2005年的氣象、水文等資料為輸入條件，寸灘水文站斷面入流為上邊界條件，三峽壩址水位（參照三峽水庫(kù)正常調(diào)度曲線［4］）為下邊界條件，暫不考慮水溫分層效應(yīng)。模型計(jì)算獲得的三峽壩址斷面平均水溫過(guò)程見(jiàn)圖17。由圖17可見(jiàn)，隨著正常運(yùn)行期水庫(kù)蓄水水位的抬高，庫(kù)區(qū)蓄水量增加，水庫(kù)在春季的“滯溫”效應(yīng)和冬季的“滯冷”效應(yīng)較為顯著。1月份，正常運(yùn)行期壩址水溫與天然河道壩址水溫和試蓄水期壩址水溫基本相同；2—5月，正常運(yùn)行壩址水溫總體處于低溫狀態(tài)，較天然情況和試蓄水期進(jìn)一步滯后；5—9月，水庫(kù)壩址水溫表現(xiàn)出河道特性，基本與天然情況和試蓄水期相同；10月以后，正常運(yùn)行期壩址水溫因蓄量大而下降緩慢，水溫變化過(guò)程線始終處于較高水溫狀態(tài)，水庫(kù)“滯溫”效應(yīng)顯著。

圖17 三峽工程正常運(yùn)行期、度蓄水期及工程建成前壩址水溫變化過(guò)程線Fig．17 Daily water temperature variation at Three Gorges dam site in its formal operation period，trial operation period，and before its construction

從全年看，三峽水庫(kù)正常運(yùn)行期水體熱交換各熱量來(lái)源比重見(jiàn)圖18。其中，輻射凈熱量占53．98%，蒸發(fā)熱、熱傳導(dǎo)、入流和出流分別占33．57%，6．12%，3．02%和3．31%。與三峽工程試蓄水期相比，三峽水庫(kù)凈輻射熱量比重基本相當(dāng)；蒸發(fā)熱量比重稍有上升；熱傳導(dǎo)作用進(jìn)一步增強(qiáng)；入流熱量和出流熱量比重稍有減少。

圖18 三峽工程正常運(yùn)行期全年三峽庫(kù)區(qū)水體不同熱量來(lái)源比重Fig．18 Yearly proportion of each water heat source in Three Gorges Reservoir in its formal operation period

三峽水庫(kù)正常運(yùn)行期11月份庫(kù)區(qū)水體各熱量來(lái)源所占比重見(jiàn)圖19。其中，輻射凈熱量占16．12%，蒸發(fā)熱占17．31%，熱傳導(dǎo)占59．38%，入流和出流分別占3．23%和3．95%。與天然河道和試運(yùn)蓄水期相比，熱傳導(dǎo)在此階段占59．38%，仍對(duì)水溫降低起主導(dǎo)作用。但因蓄水體積比天然河道和試蓄水期大，庫(kù)區(qū)水體水溫降低緩慢，使得熱傳導(dǎo)作用減弱，說(shuō)明氣溫對(duì)水溫的影響力減弱；蒸發(fā)熱和凈輻射量因庫(kù)區(qū)水面增大，熱量比重有顯著提高；寸灘入流熱量與三峽泄流熱量所占比重因熱交換總量增大而相對(duì)降低。

圖19 三峽工程正常運(yùn)行期11月份三峽庫(kù)區(qū)各熱量來(lái)源所占比重Fig．19 Proportion of each water heat source in Three Gorges Reservoir in November in its formal operation period

4 主要結(jié)論

本文以2005年水文氣象條件為背景，分別對(duì)三峽工程不同運(yùn)行時(shí)期葛洲壩壩下江段水溫變化主要影響因素及其貢獻(xiàn)進(jìn)行初步研究和分析，主要結(jié)論如下：

（1）從熱量收支平衡上看，三峽水庫(kù)水體水面與大氣的熱量交換決定了庫(kù)區(qū)水體熱量收支的總體趨勢(shì)和壩址水溫的總體變化，并對(duì)葛洲壩壩下江段水溫變化起控制性作用，寸灘來(lái)流、三峽大壩泄流、葛洲壩電站運(yùn)行等其他因素相對(duì)影響較小。

（2）三峽工程建成前，全年輻射凈熱量對(duì)水體的貢獻(xiàn)最大，蒸發(fā)熱次之，寸灘入流熱量和三峽泄流熱量以及熱傳導(dǎo)比重相對(duì)較小。在11月份，熱傳導(dǎo)熱量對(duì)水溫變化起主導(dǎo)作用，寸灘入流熱量和三峽壩址斷面出流熱量影響次之，蒸發(fā)熱與凈輻射量貢獻(xiàn)最小。

（3）與三峽工程建成前相比，三峽工程試蓄水期，全年輻射凈熱量和蒸發(fā)熱量比重均稍有下降；熱傳導(dǎo)作用顯著增強(qiáng)，并略高于三峽壩址泄熱量和寸灘入流熱量。在11月份，凈輻射熱量和蒸發(fā)熱量比重均有上升；熱傳導(dǎo)占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)庫(kù)水溫起控制性作用；入出流熱量比重有所下降。

（4）與三峽工程試蓄水期相比，三峽水庫(kù)進(jìn)入正常運(yùn)行期，三峽水庫(kù)凈輻射熱量比重基本相當(dāng)；蒸發(fā)熱量比重稍有上升；熱傳導(dǎo)作用進(jìn)一步增強(qiáng)；入流熱量和出流熱量比重稍有減少。11月份，熱傳導(dǎo)熱量比重減??；蒸發(fā)和凈輻射熱量比重顯著增強(qiáng)；入、出流熱量比重減少。

［1］ 余文公，夏自強(qiáng)，蔡玉鵬，等．三峽水庫(kù)蓄水前后下泄水溫變化及其影響研究［J］．人民長(zhǎng)江，2007，38（1）：20－23．（YU Wen gong，XIA Zi qiang，YU CAIYu peng，et al．Research on Water Temperature Variation of TGPRes ervoir before and after Impoundmentand Its Influence［J］．Yangtze River，2007，38（1）：20－23．（in Chinese））

［2］ 余文公，夏自強(qiáng)，于國(guó)榮，等．三峽水庫(kù)水溫變化及其對(duì)中華鱘繁殖的影響［J］．河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35（1）：92－95．（YUWen gong，XIA Zi qiang，YU Guo rong，et al．Water Temperature Variation in Three Gorges Reser voir and Its Influences on Procreation of Chinese Sturgeons［J］．Journal of Hohai University，2007，35（1）：92－95．（in Chinese））

［3］ 郭文獻(xiàn)，王鴻翔，夏自強(qiáng)，等．三峽—葛洲壩梯級(jí)水庫(kù)水溫影響研究［J］．水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（6）：182－187．（GUOWen xian，WANG Hong xiang，XIA Zi qiang，et al．Effects of Three Gorges and Gezhouba Reservoirs on RiverWater Temperature Regimes［J］．Journal of Hydroe lectric Engineering，2009，28（6）：182－187．（in Chi nese））

［4］ 任華堂．大型水庫(kù)水溫特性三維數(shù)值模擬研究［D］．北京：清華大學(xué)，2006．（REN Hua tang．Study on Tempera ture Characteristics in Large Reservoir by 3－D Numerical Simulation［D］．Beijing：Tsinghua University，2006．（in Chinese））

［5］ 褚君達(dá)．河網(wǎng)對(duì)流輸移問(wèn)題的求解及應(yīng)用［J］．水利學(xué)報(bào)，1994，（10）：14－23．（CHU Jun da．Solution and Ap plication of Convection Transport Problem for River Net work［J］．Journal of Hydraulic Engineering，1994，（10）：14－23．（in Chinese））

［6］ 曹廣晶，惠二青，胡興娥．三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)近壩區(qū)水溫垂向結(jié)構(gòu)分析［J］．水利學(xué)報(bào)，2012，28（6）：1254－1259．（CAO Guang jing，HUIEr qing，HU Xing e．Anal ysis of the Vertical Structure of Water Temperature in the Vicinity Area of Three Gorges Dam since the Three Gorges Reservoir Impounds［J］．Journal of Hydraulic Engineer ing，2012，28（6）：1254－1259．（in Chinese） ）

（編輯：姜小蘭）

Influencing Factors of W ater Tem perature Variation near Downstream Gezhouba Dam in the Yangtze River

XING Ling hang，LIU Meng kai，HUANG Guo bing
（Hydraulics Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Researches on the influencing factors of water temperature variation near downstream Gezhouba dam would be conducive to understand the nature ofwater temperature variation，and is of great significance for the pro tection of Chinese sturgeon spawning grounds．In the present research，one dimensionalmathematicalmodel ofwa ter flow and temperature together with the overall heat budget balance is adopted to preliminarily research this is sue．Results reveal that thewater temperature near downstream Gezhouba dam ismainly affected by the water tem perature in the Three Gorges Reservoir；while other factors such as the inflow heat from Cuntan，the outflow heat from Three Gorges Dam and the operationmode of Gezhouba hydropower station have relatively less impacts．To be specific，net radiation heatand vaporization heat dominated the yearly variation ofwater temperature in the reservoir both before and after the operation of TGP，but the contribution of air water heat conduction increased remarkably after the TGP operation．In November，particularly，heat conduction was themain influencing factor before and af ter TGP，but after the operation of TGPwith the raising of impoundment level，the proportion of radiation heat and vaporization heat increased obviously，whereas heat conduction，inflow heat from Cuntan，and outflow heat from Three Gorges Dam gradually weakened．The operation of TGP have impacts on the contribution of each factor，hence affecting the water temperature in downstream Gezhouba dam．

Three Gorges Project；one dimensionalmodel of water flow and temperature；water temperature varia tion

TV13

A

1001－5485（2013）08－0090－07

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．08．020

2013，30（08）：90－96，101

2013－05－07；

2013－07－03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11202037）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（長(zhǎng)科院編號(hào)CKSF2013024／SL，CKSF2013028／SL，CKSF2011013／SL，CKSF2012026SL）

邢領(lǐng)航（1977－），男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程，（電話）13545109714（電子信箱）xinglh＠m(xù)ail．crsri．cn。