田 野，任涵璐，陳星宇，徐成

(1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222；2.海河水利委員會科技咨詢中心，天津 300170；3.溧陽市水利局，江蘇 溧陽 213300；4.湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410000)

1 研究背景

水庫的庫水溫是混凝土重力壩及拱壩重要的溫度邊界條件，也是混凝土大壩在施工過程中溫度應力分析和混凝土拱壩運行期溫控荷載計算的一個重要影響因素[1- 2]。在混凝土大壩運行期間，水庫的庫水溫將直接影響穩(wěn)定及準穩(wěn)定溫度場的分布，特別是對于壩基強約束區(qū)域，水庫的庫底水溫度將直接影響大壩的基礎溫差和溫控計算標準，從而影響混凝土大壩的溫控防裂設計[3- 5]。

目前我國水利工程設計中預測大壩庫水溫度分布的方法主要有：經(jīng)驗公式和類比方法。

(1)經(jīng)驗公式法 。經(jīng)驗公式法是基于大量水庫水溫實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，總結(jié)出估算水庫垂直向庫水溫分布的經(jīng)驗公式。我們國家估算水庫垂直向水溫分布的經(jīng)驗公式種類繁多，其中應用較為廣泛的是東勘院方法(收錄于《水利水電工程水文計算規(guī)范》)和朱伯芳方法(收錄于《混凝土拱壩設計規(guī)范》)。經(jīng)驗公式法具有簡單實用和參數(shù)少的優(yōu)點，但是該方法是基于實測的水溫數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析，并沒有考慮庫水溫分布形成的熱力學特性，同時統(tǒng)計的水庫樣本空間有限，不能真實地反映所有水庫的垂直向水溫分布規(guī)律，所以經(jīng)驗公式法具有一定的局限性。朱伯芳方法[6]是水利工程中計算庫水溫廣為應用的經(jīng)驗公式法，該法是在多年統(tǒng)計分析實測庫水溫的基礎上，總結(jié)出的一套較為完善的估算水庫水溫度年內(nèi)變化、年均溫度、年變幅以及相位差的庫水溫計算公式。

(2)類比方法。類比方法是類比建庫條件相似及地理位置相近的已建水庫，通過分析整理已建水庫的多年實測水庫水溫資料，來預測新建水庫水溫分布情況。但是，水庫水溫分布情況受水文氣象條件、水庫成庫形狀以及水庫運行條件等因素影響較大，所以滿足上述條件且達到相對可類比的2座水庫較為難找。

2 基本資料

2.1 SK水庫水溫實測資料

2.1.1SK水庫水簡介

SK水庫位于新疆布爾津地區(qū)與QBT水庫氣溫和水溫條件近似，SK水庫多年平均徑流量為44.19億m3，多年平均流量為140m3/s，總庫容為2.22億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。壩頂高程649.00m，最大壩高94.00m，正常蓄水位646.00m，死水位620.00m。圖1為SK水庫上游立視圖。

SK水庫大壩在典型壩段(6#、9#、13#壩段)上游面布置37支溫度計(差阻式傳感器)監(jiān)測庫水溫。埋設方法是：混凝土澆筑前，在距離上游模板6cm位置固定豎直方向的鋼筋，將溫度計用土工布扎帶與鋼筋捆綁在一起，混凝土澆筑過程中在溫度計附近1m范圍內(nèi)人工搗實。37支溫度計布置情況見表1。

表1 溫度計布置情況

表2 氣溫資料 單位：℃

2.1.3水庫溫度分析

整理6#、9#、13#壩段2015年1—12月的水溫與水深的關系曲線，如圖1所示。由圖1分析可知，9#壩段與6#和13#壩段的實測數(shù)據(jù)偏差較大， 9#壩段實測數(shù)據(jù)在620～640m(死水位620m，正常蓄水位646m)之間出現(xiàn)較大正(負)溫度，且在該段的溫度是氣溫不是水溫(水溫應大于0℃)；13#壩段實測數(shù)據(jù)均在620m(死水位)以下，且與9#壩段實測數(shù)據(jù)吻合較好，因此選擇6#壩段實測數(shù)據(jù)作為公式率定參數(shù)的依據(jù)。圖2—3分別為6#壩段1—12月水溫與水深關系曲線圖和6#壩段水溫與時間關系曲線圖。

2.2 氣溫資料

根據(jù)QBT水庫壩址所在地當?shù)氐臍庀筚Y料，當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁丶s2.8℃；年內(nèi)氣溫以7、8月為最高，分別為20.0℃、18.3℃。壩區(qū)氣溫資料見表2。

3 計算過程

3.1 計算公式

跟據(jù)朱伯芳方法(《水利水電工程水文計算規(guī)范》)，并采用類比方法(SK水庫實測資料)進行參數(shù)率定，其中QBT水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，多年月平均水溫、多年年平均水溫和多年平均水溫年變幅，按以下方法計算。

3.1.1多年月平均水溫

多年月平均水溫Tω(y，τ)是水深y和時間τ的函數(shù)，按下式進行計算：

Tω(y，τ)=Tωm(y)+Aω(y)cosω[τ-τ0-ε(y)]

(1)

式中，y—水深，m；Tω(y，τ)—深度y處在時間τ的多年月平均水溫，℃；Tωm(y)—水深y處的多年年平均水溫，℃；Aω(y)—水深y處的多年水庫平均水溫的年變幅值，℃；ε(y)—水深y處的水溫滯后，即對于氣溫的相位差，月；y0—多年調(diào)節(jié)水庫的變化溫度層深，m，一般y0=50 ～ 60m，本工程取y0=60m。

(2)

3.1.2多年年平均水溫

有關昆蟲 GST的研究主要集中在對農(nóng)藥的抗性和代謝解毒機制方面，對食物源有毒物質(zhì)代謝機制方面的研究報道相對較少（李亞紅，2014）。本研究旨在克隆薇甘菊頸盲蝽GST基因，研究其在不同部位的表達差異，為進一步解析微甘菊頸盲蝽與宿主植物相互作用機理奠定基礎。

對于Hn≥y0的多年調(diào)節(jié)水庫，多年年平均水溫按下式計算：

(3)

式中，Hn—水庫壩前正常水深，m；y0—多年調(diào)節(jié)水庫的變化溫度層深，一般y0=50～60m，本工程取y0=60m。

圖1 2015年1—12月水溫與水深關系曲線

圖2 6#壩段1—12月水溫與水深關系曲線

圖3 6#壩段水溫與時間關系曲線

C1—依據(jù)上一節(jié)實測數(shù)據(jù)擬合參數(shù)，按下式計算：

C1=7.77+0.75Tam

(4)

式中，Tam—壩址多年年平均氣溫，℃。

3.1.3多年平均水溫年變幅Aω(y)

水庫多年平均水溫年變幅Aω(y)按下式計算：

(5)

式中，C2—依據(jù)上一節(jié)實測數(shù)據(jù)擬合參數(shù)，按下式計算：

C2=0.778Aa+2.94

(6)

(7)

式中，Aa—壩址多年平均氣溫年變幅，℃，按下式計算：

(8)

3.2 計算結(jié)果分析

根據(jù)上一節(jié)的計算公式，對QBT水庫12月份不同深度庫水溫進行計算，結(jié)果見表3。圖4—5分別為QBT水庫1—12月水溫與水深關系曲線圖和QBT水庫水溫與時間關系曲線圖。從計算結(jié)果可以看出，計算得出QBT水庫水溫分布與SK水庫水溫分布趨勢上基本吻合的，雖然仍需進一步論證，但已可用于QBT拱壩穩(wěn)定溫度場的計算。

圖4 QBT水庫1—12月水溫與水深關系曲線

圖5 QBT水庫水溫與時間關系曲線

表3 各月份不同庫水深度水庫水溫

4 結(jié)論

(1)SK水庫9#、6#和13#壩段的實測數(shù)據(jù)偏差較大，9#壩段實測數(shù)據(jù)在死水位到正常蓄水位之間出現(xiàn)較大正(負)溫度，13#壩段實測數(shù)據(jù)均在死水位，不具有代表性，因此選取6#壩段實測數(shù)據(jù)作為公式率定參數(shù)的依據(jù)。

(2)采用類比方法+經(jīng)驗公式方法(朱伯芳方法)，以QBT水庫附近已運行SK水庫水溫實測資料為依據(jù)，對朱伯芳方法的經(jīng)驗公式進行參數(shù)率定。從計算結(jié)果可以看出，計算得出QBT水庫水溫分布與SK水庫水溫分布趨勢上基本吻合，可用于QBT水庫拱壩穩(wěn)定溫度場的計算。