邱進(jìn)生，鄧云，顏劍波，脫友才，梁瑞峰

(1.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410014；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610065)

水庫(kù)水溫?cái)?shù)學(xué)模型適用性研究

邱進(jìn)生1，鄧云2，顏劍波1，脫友才2，梁瑞峰2

(1.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410014；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610065)

利用水庫(kù)水溫?cái)?shù)學(xué)模型掌握水庫(kù)的水溫分層規(guī)律及下泄水溫過(guò)程，是工程環(huán)境影響預(yù)測(cè)和水庫(kù)水質(zhì)管理的重要手段。水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型較多，國(guó)內(nèi)對(duì)水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用大多是單個(gè)模型在個(gè)案中的研究，不同模型的適用性比較研究相對(duì)較少。選擇現(xiàn)有5種較為常用的水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，包括垂向一維模型、立面二維模型WWL和CE-QUAL-W2，以及三維模型MIKE3和EFDC，利用典型湖泊型水庫(kù)——東江和河道型水庫(kù)——三板溪的實(shí)測(cè)資料，對(duì)模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證和參數(shù)率定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合模型的簡(jiǎn)化假定、紊流模式和數(shù)值計(jì)算方法，探討了5種模型的適用性和局限性，并對(duì)不同類型的水庫(kù)推薦了適宜的水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)方法。

水庫(kù)水溫模型；模型參數(shù)；適用性

水庫(kù)筑壩蓄水調(diào)節(jié)徑流的同時(shí)也改變了河道的水溫情勢(shì)，對(duì)庫(kù)區(qū)及下游農(nóng)田灌溉、魚類生長(zhǎng)繁殖等都會(huì)產(chǎn)生不利影響，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)及其對(duì)下游的影響是工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。水庫(kù)水溫?cái)?shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)方法是基于物理機(jī)制建立描述水體流動(dòng)和水流傳熱的數(shù)學(xué)物理方程，利用數(shù)值計(jì)算方法來(lái)模擬水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)與下泄水溫過(guò)程。水庫(kù)水溫模型研究最早始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，經(jīng)歷了垂向一維、立面二維、三維的發(fā)展過(guò)程。

最早的垂向一維水溫模型為WRE模型和MIT模型[1-2]，模型中考慮了水庫(kù)入流、出流及水面熱量交換，之后增加了風(fēng)力摻混的修正形成了混合層模型，混合層模型在冷卻水系統(tǒng)和水庫(kù)水質(zhì)模擬等方面得到了較多的應(yīng)用。李懷恩[3]提出一個(gè)包括入庫(kù)泥沙影響的水庫(kù)垂向水溫預(yù)測(cè)模型。陳永燦[4]建立適用于密云水庫(kù)的垂向一維水溫模型對(duì)水溫進(jìn)行預(yù)測(cè)，以實(shí)測(cè)資料率定了模型參數(shù)，并較好地模擬出密云水庫(kù)的水溫變化規(guī)律及影響要素。立面二維模型可以較好地模擬縱垂向溫差浮力流的運(yùn)動(dòng)與水溫分層形成發(fā)展過(guò)程，適用于河道相對(duì)狹長(zhǎng)的水庫(kù)水溫的模擬。CE-QUAL-W2是美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)開發(fā)的河道縱垂向二維水動(dòng)力學(xué)水溫水質(zhì)模型，國(guó)內(nèi)外均得到廣泛應(yīng)用。Nortan[5]將CE-QUAL-W2應(yīng)用于水庫(kù)水質(zhì)管理中，分析了氣象要素對(duì)水溫的影響。李艷[6]運(yùn)用紫坪鋪庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了驗(yàn)證和模型參數(shù)率定，庫(kù)區(qū)水溫的模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)值吻合良好。鄧云[7-8]等建立了適用于大型深水庫(kù)的寬度平均立面二維水溫模型，采用浮力修正的κ-ε模型，得到了水庫(kù)物理模型、二灘水庫(kù)等實(shí)測(cè)資料的良好驗(yàn)證，并應(yīng)用于雅礱江下游梯級(jí)電站的水溫累積影響研究。近年三維水庫(kù)水溫?cái)?shù)學(xué)模型也開始得到應(yīng)用，目前應(yīng)用較多的軟件有美國(guó)的EFDC、丹麥的MIKE3和荷蘭的DELFT3D等。國(guó)內(nèi)張士杰[9]等利用MIKE3分別對(duì)漫灣水庫(kù)和二灘水庫(kù)庫(kù)區(qū)水溫進(jìn)行了模擬計(jì)算。龍國(guó)慶[10]、李蘭[11]等利用EFDC分別對(duì)二灘水庫(kù)和漫灣水庫(kù)的庫(kù)區(qū)水溫進(jìn)行了模擬計(jì)算，取得了較好的效果。

本次研究將針對(duì)典型河道型水庫(kù)(三板溪)和湖泊型水庫(kù)(東江)開展5種不同模型的對(duì)比研究，進(jìn)行模型參數(shù)率定和敏感度分析，并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，分析各模型的適用性和局限性，并對(duì)不同類型的水庫(kù)推薦適宜的水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)方法。

1 依托水電工程概況

1.1 東江水庫(kù)(湖泊型)

東江水電站位于湖南資興縣境內(nèi)耒水流域上游，庫(kù)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫17.1 ℃。壩址控制流域面積4719 km2，多年平均流量144 m3/s，年平均徑流總量45.4億m3，水庫(kù)正常蓄水位285 m，總庫(kù)容81.2億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力，年庫(kù)水替換次數(shù)為0.56，為穩(wěn)定分層型水庫(kù)。從2007年4月12日至2007年12月31日進(jìn)行了壩前和下泄水溫觀測(cè)，以此開展模型驗(yàn)證，邊界調(diào)節(jié)采用東江水庫(kù)2007年4月12日至2007年12月31日的逐日氣象、逐日壩前水位和入庫(kù)流量，由于沒有同步監(jiān)測(cè)入庫(kù)水溫，因此采用建庫(kù)前的多年平均逐日天然壩址水溫。

1.2 三板溪水庫(kù)(河道型)

三板溪水電站位于沅水干流上游河段的清水江中下游，所處流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，庫(kù)區(qū)多年平均氣溫15.6～16.7 ℃。壩址控制流域面積11 050 km2，多年平均年徑流量約75.69億m3。水庫(kù)正常水位475.00 m，相應(yīng)庫(kù)容37.48億m3，最大壩高185.5 m，具有多年調(diào)節(jié)能力，年庫(kù)水替換次數(shù)為2.0次，為穩(wěn)定分層型水庫(kù)。從2013年5月5日至2014年9月2日進(jìn)行了壩前和下泄水溫觀測(cè)，以此開展模型驗(yàn)證，計(jì)算邊界為三板溪水庫(kù)2013年5月5日至2014年9月2日的逐日氣象、入出庫(kù)流量和入庫(kù)水溫。

2 垂向一維水溫模型及適用性分析

垂向一維水溫模型假定水溫只在垂向上存在變化，在同一水平層溫度相同。因此模型中把水體沿垂向上劃分為一系列的水平薄層，忽略水平薄層中溫度的變化，熱交換只沿垂向進(jìn)行，對(duì)任一水平薄層進(jìn)行熱量平衡分析。模型中考慮了水面熱交換、入流、出流、熱擴(kuò)散、熱對(duì)流等因素的影響。

2.1 模型計(jì)算結(jié)果

英格曼迅速抬起臉，看著少佐微垂著頭，眉眼畢恭畢敬。他一把奪過(guò)請(qǐng)柬，打開信封，不祥的預(yù)感使他患有早期帕金森癥的手大幅度顫抖。少佐讓一個(gè)士兵給神甫打手電照明。請(qǐng)柬是發(fā)給唱詩(shī)班的女孩的。

圖1比較了東江水庫(kù)不同月份壩前垂向水溫的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值，模型能較好地模擬出湖泊型水庫(kù)壩前水溫的分布特征，其表溫層、溫躍層、滯溫層的厚度基本與實(shí)測(cè)值一致。圖2比較了東江水庫(kù)在整個(gè)計(jì)算期間下泄水溫的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值，4—7月計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合得非常好，8—12月計(jì)算值稍高于實(shí)測(cè)值，平均誤差為0.3 ℃。對(duì)于湖泊型水庫(kù)，全庫(kù)區(qū)水溫基本都符合水平面水溫均勻的假定，忽略縱向變化不會(huì)帶來(lái)很大誤差，同時(shí)由于流動(dòng)弱，從而出入流對(duì)溫度場(chǎng)的擾動(dòng)小，流場(chǎng)假定帶來(lái)的誤差較小。因此垂向一維模型在東江水庫(kù)驗(yàn)證中精度較高，適用性強(qiáng)。

圖1 東江水庫(kù)壩前垂向水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比Fig.1 The measured vertical water temperature in front of Dongjiang reservoir dam compared with the calculated value

圖2 東江水庫(kù)下泄水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比Fig.2 The measured discharge water temperature of Dongjiang reservoir compared with the calculated value

2.2 模型主要參數(shù)設(shè)置及敏感性分析

表面熱通量的計(jì)算是表層水溫計(jì)算的關(guān)鍵。太陽(yáng)輻射水體表面吸收率β主要影響水體表層水溫，建議取值范圍為0.4～0.7。太陽(yáng)輻射在水體中的衰減系數(shù)η主要反映太陽(yáng)輻射影響水體的厚度，與水體的色度和濁度相關(guān)，取值范圍為0～1 m-1。垂向紊動(dòng)擴(kuò)散的計(jì)算是垂向水溫結(jié)構(gòu)模擬的關(guān)鍵，垂向擴(kuò)散系數(shù)與流場(chǎng)分布、溫度梯度、風(fēng)速、泥沙等因素相關(guān)，需采用經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)崪y(cè)資料的率定結(jié)果。在本次東江水庫(kù)的水溫計(jì)算中，經(jīng)過(guò)參數(shù)率定后，β取0.7，η取0.35 m-1，垂向擴(kuò)散系數(shù)取3.0×10-6m2/s。

2.3 模型適用性分析

垂向一維模型邊界條件相對(duì)簡(jiǎn)單，計(jì)算比較快速穩(wěn)定。模型能較好地模擬湖泊型水庫(kù)壩前垂向水溫分層結(jié)構(gòu)，整體上能夠模擬出下泄水溫的變化趨勢(shì)，但由于忽略了縱向上的變化、簡(jiǎn)化的流場(chǎng)計(jì)算以及水位劇烈變化時(shí)的紊動(dòng)，在對(duì)回水長(zhǎng)度有較明顯縱向分布的水庫(kù)，以及入出庫(kù)流量較大(調(diào)節(jié)性能較弱)的水庫(kù)，這些假定和簡(jiǎn)化均會(huì)帶來(lái)較大誤差。因此，垂向一維模型更適合于流量相對(duì)較小、回水較短的湖泊型水庫(kù)。

3 立面二維模型驗(yàn)證及適用性分析

WWL(West Water-Lateral)是四川大學(xué)開發(fā)的寬度平均立面二維水溫分析系統(tǒng)，采用k-ε雙方程紊流模式，考慮溫差浮力對(duì)垂向動(dòng)量方程的影響，模型采用笛卡爾直角坐標(biāo)系。

CE-QUAL-W2模型的垂向動(dòng)量方程經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理，忽略了時(shí)變加速度項(xiàng)、位變加速度項(xiàng)和湍流剪應(yīng)力項(xiàng)，采用靜水壓力假定，模型提供了6種垂向渦流粘滯系數(shù)計(jì)算公式用于模擬不同特征水域，本次研究采用其推薦的W2N公式，模型采用笛卡爾直角坐標(biāo)系。

圖3比較了WWL模型和CE-QUAL-W2模型得到的三板溪水庫(kù)壩前垂向水溫計(jì)算值和實(shí)測(cè)值，可知5—8月的升溫期由于受太陽(yáng)輻射和入庫(kù)水溫的共同影響，庫(kù)區(qū)水溫分層逐漸顯著，預(yù)測(cè)結(jié)果在表溫層、斜溫層和底部低溫層的厚度與位置都與實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明模型能很好地模擬出庫(kù)區(qū)浮力流動(dòng)與大氣熱交換對(duì)穩(wěn)定分層水庫(kù)分層結(jié)構(gòu)變化的影響。WWL模型對(duì)底表層水溫均模擬較好，CE-QUAL-W2模型計(jì)算得到的底層水溫略有偏高。

圖4比較了WWL模型和CE-QUAL-W2模型計(jì)算下泄水溫與實(shí)測(cè)壩下水溫及壩址多年平均水溫，表明計(jì)算得到的下泄水溫過(guò)程與出庫(kù)水溫過(guò)程趨勢(shì)一致，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值都表現(xiàn)出較高的精度，WWL模型和CE-QUAL-W2模型誤差均在0.3 ℃以內(nèi)。

圖3 三板溪水庫(kù)壩前垂向水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比Fig.3 The measured vertical water temperature in front of Sanbanxi reservoir dam compared with the calculated value

圖4 下泄水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比Fig.4 The measured discharge water temperature of Sanbanxi reservoir compared with the calculated value

3.2 模型主要參數(shù)設(shè)置及敏感性分析

WWL模型設(shè)計(jì)的參數(shù)主要為熱通量參數(shù)——太陽(yáng)輻射表面吸收系數(shù)β和太陽(yáng)輻射在水體中的衰減系數(shù)η，一般β的取值范圍為0.4～0.7，η為0～1 m-1，本次模型率定后分別取0.6和0.45。CE-QUAL-W2模型中需要重點(diǎn)率定的參數(shù)有風(fēng)遮蔽系數(shù)和動(dòng)態(tài)光遮蔽系數(shù)。動(dòng)態(tài)光遮蔽系數(shù)用于修正植被和地形對(duì)太陽(yáng)輻射的遮蔽，風(fēng)遮蔽系數(shù)用于修正測(cè)點(diǎn)風(fēng)速與庫(kù)區(qū)實(shí)際風(fēng)速的差異，在山區(qū)和/或植被茂盛的地區(qū)，風(fēng)遮蔽系數(shù)取0.5～0.9；而在地形開闊地區(qū)，風(fēng)遮蔽系數(shù)取1.0；風(fēng)遮蔽系數(shù)取值超過(guò)1.0，以反映陡峭河岸的漏斗效應(yīng)。本次研究中動(dòng)態(tài)光遮蔽系數(shù)和風(fēng)遮蔽系數(shù)分別取1.0和1.5。

3.3 模型適用性分析

驗(yàn)證結(jié)果顯示，WWL模型和CE-QUAL-W2模型均適用于長(zhǎng)而相對(duì)較窄、在縱向和垂向上存在明顯溫度變化的分層型水庫(kù)，對(duì)水庫(kù)垂向水溫分層結(jié)構(gòu)和下泄水溫過(guò)程均有很好的模擬效果。WWL模型由于采用了精度較高的紊流雙方程模式及完整垂向動(dòng)量方程，對(duì)計(jì)算網(wǎng)格和計(jì)算時(shí)長(zhǎng)有所限制，計(jì)算成本相對(duì)增加。CE-QUAL-W2模型由于對(duì)垂向動(dòng)量方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，在垂向加速度比較大時(shí)，如因降溫期冷水下沉或升溫期來(lái)流快速上浮等存在較大垂向加速度的情況下，其模擬精度有所降低。立面二維模型忽略了流場(chǎng)、溫度場(chǎng)在寬度方向的變化，不適用于寬淺的湖泊型水庫(kù)。

4 三維水溫模型驗(yàn)證及適用性分析

MIKE系列軟件可用于模擬河流、湖泊、水庫(kù)、河口和外海的水流、水質(zhì)及泥沙傳輸問題。共有3種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，分別是單一矩形網(wǎng)格、矩形嵌套網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。計(jì)算中對(duì)比采用了單一矩形網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。EFDC是一個(gè)多任務(wù)、高集成的環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模塊式計(jì)算程序包，可建立河流、湖泊、水庫(kù)、濕地、河口、海洋等水系統(tǒng)的模型。EFDC模型網(wǎng)格主要包括笛卡爾網(wǎng)格、河流曲線網(wǎng)格和曲線正交網(wǎng)格3種類型。本次計(jì)算中采用了曲線正交網(wǎng)格。

4.1 模型計(jì)算結(jié)果

對(duì)于MIKE3模型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)段為2013年5月5日至8月31日，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。計(jì)算結(jié)果表明壩前垂向水溫基本處于同溫狀態(tài)，而實(shí)測(cè)結(jié)果顯示三板溪為穩(wěn)定分層水庫(kù)，8月垂向溫差超過(guò)19 ℃，計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果差異很大。驗(yàn)證情況顯示MIEK3非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格系統(tǒng)雖然對(duì)復(fù)雜邊界條件和自由水位變化均具有較好的模擬能力，但對(duì)垂向分層水域的水溫模擬效果差。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，且為避免垂向網(wǎng)格數(shù)過(guò)少對(duì)計(jì)算準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，選取水位變動(dòng)較小的2013年6月25日至8月25日，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。計(jì)算時(shí)段內(nèi)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的垂向水溫結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)基本一致，庫(kù)底的低溫水未受擾動(dòng)而保持穩(wěn)定，而取水口以上的區(qū)域?yàn)榱鲃?dòng)層，受入庫(kù)水體及大氣熱交換的影響，溫度分層逐漸加強(qiáng)，模型較好地模擬了這一過(guò)程，但斜溫層的水溫計(jì)算值較實(shí)測(cè)值有所偏高。

對(duì)于EFDC模型，計(jì)算時(shí)段為2013年5月5日至6月6日，如圖7所示。計(jì)算結(jié)果顯示在垂向上出現(xiàn)了較大的擴(kuò)散導(dǎo)致表層水溫偏低，而底層水溫明顯偏高且有顯著的增溫趨勢(shì)，至模擬結(jié)束，底層水溫已升至15.8 ℃，比實(shí)際情況高6.2 ℃。由此看來(lái)，模擬結(jié)果并未體現(xiàn)出水溫穩(wěn)定分層的特點(diǎn)，對(duì)于水庫(kù)水溫垂向分層現(xiàn)象的模擬效果并不理想。季振剛[12]分析認(rèn)為，σ坐標(biāo)系對(duì)處理變化陡峭的地形時(shí)，容易產(chǎn)生較大的附加數(shù)值耗散，由于水溫分層的抑制作用，熱量在垂向紊動(dòng)擴(kuò)散量小，累積的數(shù)值擴(kuò)散顯著加大了垂向擴(kuò)散，引起水溫誤差明顯。

圖5 三板溪水庫(kù)壩前垂向水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比圖(MIKE3非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格)Fig.5 The measured vertical water temperature in front of Sanbanxi reservoir dam compared with the calculated value (MIKE3 unstructured grids)

圖6 三板溪水庫(kù)壩前垂向水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比圖(MIKE3結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格)Fig.6 The measured vertical water temperature in front of Sanbanxi reservoir dam compared with the calculated value (MIKE3 structured grids)

圖7 三板溪水庫(kù)壩前垂向水溫實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比圖(EFDC，三維)Fig.7 The measured vertical water temperature in front of Sanbanxi reservoir dam compared with the calculated value (EFDC, three-dimensional)

4.2 模型適用性分析

三維模型在建模過(guò)程中對(duì)地形資料要求較高，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格能夠擬合復(fù)雜邊界，但在求解過(guò)程中存在較大的數(shù)值擴(kuò)散，導(dǎo)致垂向擴(kuò)散過(guò)于顯著，特別是對(duì)于窄深型水庫(kù)無(wú)法模擬出穩(wěn)定的水溫分層結(jié)構(gòu)，更適用于具有復(fù)雜邊界且垂向分層不明顯的淺水水域。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)存在水溫分層水庫(kù)的模擬效果優(yōu)于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，能模擬出較為穩(wěn)定的分層垂向水溫。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)5種不同水溫模型的方程、紊流模式及數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行分析，得出各模型的適用性，并對(duì)主要計(jì)算參數(shù)取值進(jìn)行了分析。垂向一維水溫模型適用于穩(wěn)定分層且?guī)焖鎿Q較弱的湖泊型水庫(kù)，垂向擴(kuò)散系數(shù)是模型的敏感參數(shù)。立面二維模型WWL和CE-QUAL-W2均適用于長(zhǎng)而相對(duì)較窄、在縱向和垂向上存在明顯溫度變化的分層型水庫(kù)，采用完整的垂向動(dòng)量方程和精細(xì)的紊流模式能取得更準(zhǔn)確的模擬效果。三維模型對(duì)全庫(kù)區(qū)水溫的模擬仍存在較大困難，建議在特別關(guān)注水溫橫向差異的局部區(qū)域，如取水口附近、支流匯口等進(jìn)行局部范圍的三維模擬，并采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。σ坐標(biāo)系更適用于淺水水域，在模擬復(fù)雜邊界時(shí)，易引入附加擴(kuò)散而導(dǎo)致垂向水溫計(jì)算誤差偏大。

本研究?jī)H對(duì)有限案例進(jìn)行了模型比較分析，下一步需要針對(duì)更多不同調(diào)節(jié)性能和自然環(huán)境的水庫(kù)案例進(jìn)行對(duì)比分析，才能更好地明確模型適用性范圍。

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Study on Applicability of Mathematical Models of Reservoir Water Temperature

QIU Jin-sheng1, DENG Yun2, YAN Jian-bo1, TUO You-cai2, LIANG Rui-feng2

(1.Power China Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, China;2.State Key Lab of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Mathematical models of reservoir water temperature were used to analyze the stratification rule of reservoir water temperature and the process of discharge water temperature, which are important means to predict the environmental impact of projects, and manage the quality of reservoir water. Nowadays, there are many mathematical models of reservoir water temperature prediction. However, the domestic applications of reservoir water temperature prediction are mostly based on single model in individual cases. The comparative study on the applicability of different models is very rare. In this paper, five common models of reservoir water temperature prediction were compared, including one vertical one-dimensional model, two vertical two-dimensional models-WWL and CE-QUAL-W2, as well as two three-dimensional models-MIKE3 and EFDC. Based on the measured data of typical lake-like reservoir-Dongjiang and river-like reservoir-Sanbanxi, these models were verified, and the model parameters were calibrated. Based on calculation results, simplifying assumptions, turbulence models and calculation methods of the models, the applicability and limitation of each model were discussed respectively. The suitable models of water temperature prediction were recommended for different types of reservoirs.

model of reservoir water temperature; model parameter; applicability

2016-02-27

論文成果依托中電建“水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用技術(shù)研究”科技項(xiàng)目支撐

邱進(jìn)生(1964—)，男，江西撫州人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樗姽こ汰h(huán)境保護(hù)，E-mail：139630502@qq.com

鄧云(1972—)，女，四川蓬溪人，研究員，博士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境與生態(tài)水利，E-mail：dengyun@scu.edu.cn

10.14068/j.ceia.2017.02.015

X820.3；TV697.2

A

2095-6444(2017)02-0057-06