智天翼 楊安邦

前坪水庫(kù)位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游，壩址在汝陽(yáng)縣縣城以西9km的前坪村附近，壩址以上北汝河干流長(zhǎng)91.5km。水庫(kù)控制流域面積1325km2，壩址處多年平均天然徑流量3.437億m3。水庫(kù)正常蓄水位406m，死水位370m，汛限水位403m，正常蓄水位時(shí)水庫(kù)面積約14.36km2，回水長(zhǎng)度約22km。

樞紐區(qū)建筑物主要有主壩、副壩、溢洪道、輸水洞、泄洪洞、電站等單項(xiàng)工程組成，主壩為粘土心墻砂卵礫石壩，主壩壩頂長(zhǎng)808m，最大壩高86m，壩頂寬10m。灌溉洞中心高程為368.6m。水庫(kù)可發(fā)展灌溉面積約31.8萬(wàn)畝，灌區(qū)主要種植小麥、玉米等。

一、水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)判別

水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)判別采用《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（SL278－2002）中的α－β法判別公式，有兩個(gè)判別指標(biāo)：

α=多年平均徑流量/總庫(kù)容，β＝一次洪水總量/總庫(kù)容

當(dāng)α<10時(shí)水溫結(jié)構(gòu)為分層型；當(dāng)α>20時(shí)水溫結(jié)構(gòu)為混合型。對(duì)于分層型水庫(kù)，β<0.5時(shí)，入庫(kù)洪水對(duì)水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)無(wú)影響，0.5<β<1時(shí)，有一定影響，但不破壞分層結(jié)構(gòu)；β>1時(shí)，洪水在相應(yīng)時(shí)段內(nèi)破壞水溫分層而呈現(xiàn)為臨時(shí)混合層。

壩址處多年平均徑流量為3.44億m3，總庫(kù)容為 6.10億 m3，百年一遇的最大七天洪量為5.674億m3。經(jīng)計(jì)算，α＝0.57，β＝0.93，表明水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)為分層型，入庫(kù)洪水不破壞水溫分層結(jié)構(gòu)，但有一定影響。

二、水庫(kù)水溫垂向分布預(yù)測(cè)

前坪水庫(kù)水庫(kù)垂向水溫預(yù)測(cè)采用東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院方法，見(jiàn)公式（1）。

式中：Ty為水深y處的月均水溫（℃）；Ta為庫(kù)表月均水溫（℃）；m 為月份數(shù)；Tb為庫(kù)底月均水溫（℃）。

水庫(kù)水溫垂向分布預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。水庫(kù)水溫垂直結(jié)構(gòu)大致分為3層：水深12m內(nèi)為活動(dòng)層，水溫隨氣溫而變化，庫(kù)表水溫在5.5℃～28.8℃之間變動(dòng)；溫躍層在12～30m之間，以8月最為顯著，水溫隨水深劇烈變化，水溫梯度達(dá)0.6℃/m以上；滯溫層為30 m以下，對(duì)外界氣溫和庫(kù)表水溫變化不敏感，基本與庫(kù)底水溫保持一致。

三、水庫(kù)下泄水溫與天然水溫差異

根據(jù)工程設(shè)計(jì)，灌溉洞中心高程為368.6m，即從正常蓄水位以下37.4m處引水。河道天然水溫采用四川大學(xué)李克鋒等提出的河流天然水溫與氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速關(guān)系式（2）進(jìn)行估算。

式中：t為天然水溫（℃）；T為各月平均氣溫（℃）；r為各月相對(duì)濕度；ω為各月平均風(fēng)速（ m/s）。

壩址處河道天然水溫及與下泄水溫溫差預(yù)測(cè)見(jiàn)表2。4～10月份下泄水溫低于天然水溫3℃～10.4℃。

表1 水庫(kù)垂向水溫分布預(yù)測(cè)表 單位：℃

表2 河道天然水溫及與下泄水溫比較表 單位：℃

四、下泄灌溉用水水溫沿程變化

根據(jù)工程設(shè)計(jì)，農(nóng)業(yè)供水采用明渠輸水，總干渠長(zhǎng)19.568km，然后分為南北輸水干渠進(jìn)入灌區(qū)，北干渠長(zhǎng)26.90km、南干渠長(zhǎng)43.61km。輸水干渠水體沿程水溫變化采用日本農(nóng)林省農(nóng)地局建議的公式（3）計(jì)算。

式中：X為影響距離（km）；C為水的 比 熱 （J/Kg.K）；ρ為水的密度（g/m3）；D為X區(qū)間的河道平均水深（m）；u為 X區(qū)間的河道平均流速（m/s）；Δθ為水庫(kù)放流水溫與天然河道水溫差值（℃）；α為比例系數(shù)；θ∞為平衡水溫（℃）；θ為主流水溫（℃）。

以各干渠的中段渠道設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，在南干渠出口處5、6月份下泄水溫可恢復(fù)4.7℃、5.7℃，北干渠出口處5、6月份下泄水溫可恢復(fù)5.3℃、6.5℃。對(duì)照輸水洞下泄水溫與天然水溫溫差，南北干渠出口水溫仍未恢復(fù)至天然水溫。

五、低溫水對(duì)農(nóng)作物影響分析及緩解措施

參照農(nóng)業(yè)相關(guān)研究結(jié)果，作物對(duì)水溫的要求是：無(wú)論旱作、水作都不能大于 35℃；旱作適宜溫度 15℃～20℃，最低允許溫度為2℃。溫度差為6℃～8℃的灌溉水源對(duì)0～20 cm深地溫影響差異小于1℃。

灌區(qū)冬小麥灌溉用水主要集中在4、5、6月份，夏玉米灌溉用水主要集中在7、8月份。6～8月下泄灌溉水溫為8.9℃，低于天然水溫0.5℃～1.5℃，直接灌溉可能影響農(nóng)作物生長(zhǎng)；9月～次年5月引水灌溉對(duì)農(nóng)作物影響很小。

解決分層型水庫(kù)對(duì)農(nóng)田灌溉造成的凍害問(wèn)題，主要措施有：大壩工程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮分層取水措施，提高水庫(kù)下泄水溫；灌區(qū)工程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮采用寬淺式過(guò)水?dāng)嗝媲溃谇乐兴w水溫上升；采用田間調(diào)溫措施，如設(shè)置曬水池或利用田間池塘使低溫水停留增溫，待水溫升高后再進(jìn)行灌溉