戴凌全, 張青森, 任玉峰, 陳 磊, 姜 偉, 戴會(huì)超, 湯正陽(yáng)

(1.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境工程研究中心, 北京 100038; 2.三峽工程魚類資源保護(hù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 宜昌443100; 3.三峽水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)湖北省野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 湖北 宜昌 443002;4.中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司智慧長(zhǎng)江與水電科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 宜昌 443133)

1 研究背景

大型水庫(kù)建成后由于水動(dòng)力條件的改變,庫(kù)區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)水溫分層現(xiàn)象,如果不采取相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)措施,下游河段很有可能出現(xiàn)春秋季水溫降低、冬季水溫升高的現(xiàn)象[1-3]。水溫變化對(duì)水生生物及淡水生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義[4-6],已有研究表明水溫分層型水庫(kù)運(yùn)行后將改變下游河道水溫分布規(guī)律,使得春季下游水溫升溫推遲[7-8]。溪洛渡-向家壩梯級(jí)水庫(kù)下游為長(zhǎng)江上游珍稀特有魚類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有多種產(chǎn)黏沉性卵魚類,如長(zhǎng)江鱘(達(dá)氏鱘)、胭脂魚、裂腹魚等[9]。對(duì)于產(chǎn)黏沉性卵魚類,水溫是其產(chǎn)卵繁殖的一個(gè)重要因素[10],在適宜的溫度范圍內(nèi),水溫與產(chǎn)卵繁殖率和魚卵的孵化率呈正相關(guān),若水溫低于或高于魚類產(chǎn)卵的適宜水溫,魚類的產(chǎn)卵繁殖行為則會(huì)減弱[11-13]。梯級(jí)水庫(kù)的運(yùn)行對(duì)下游魚類產(chǎn)卵繁殖棲息地會(huì)產(chǎn)生一定的影響[14-16],為保障下游河段產(chǎn)黏沉性卵魚類產(chǎn)卵時(shí)的適宜水溫條件,溪洛渡水庫(kù)于2017年開始實(shí)施水溫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn),通過操作疊梁門調(diào)節(jié)下泄水水溫,利用調(diào)度手段創(chuàng)造適合魚類產(chǎn)卵繁殖所需的水文條件[17],充分發(fā)揮水利工程的綜合生態(tài)效應(yīng)。

已有研究成果對(duì)溪洛渡庫(kù)區(qū)的水溫模擬及分析多集中在水庫(kù)蓄水初期,如謝奇珂等[18]、龍良紅等[19]、劉有志等[20]通過建立庫(kù)區(qū)的水溫模型,揭示了溪洛渡水庫(kù)蓄水初期水溫的年內(nèi)變化規(guī)律;任實(shí)等[21]、程帥等[22]、李雨等[23]分別基于2014—2015、2016—2017、2017—2018年實(shí)測(cè)斷面水溫?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)分析了溪洛渡水庫(kù)蓄水初期垂向水溫結(jié)構(gòu)及沿程水溫分布。溪洛渡水庫(kù)上游的烏東德水電站于2020年1月15日下閘蓄水,并于5月6日蓄水至945 m水位,白鶴灘水電站也于2021年4月6日下閘蓄水[24]。隨著烏東德、白鶴灘水電站的相繼建設(shè)運(yùn)行,溪洛渡水庫(kù)的入庫(kù)流量和水溫相對(duì)其蓄水初期發(fā)生了變化,為探明來流變化情況下溪洛渡水庫(kù)生態(tài)調(diào)度期水溫垂向分布特性及下泄水水溫的變化趨勢(shì),需對(duì)庫(kù)區(qū)水溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。常見的關(guān)于大型水庫(kù)水溫空間分布特性和動(dòng)態(tài)變化的主要研究模型包括WRE(Water Resource Engineering,Inc.)模型、CE-QUAL-W2模型、ELCOM模型、EFDC(environmental fluid dynamics code)模型和MIKE3模型等[25]。其中二維垂向水動(dòng)力水質(zhì)模型CE-QUAL-W2基于假定水體橫向流動(dòng)狀況相同,對(duì)相對(duì)狹長(zhǎng)的水庫(kù)水溫方面的模擬效果較好[26]。

現(xiàn)有的研究資料顯示,隨著烏東德-白鶴灘梯級(jí)電站陸續(xù)建成蓄水,金沙江下游4級(jí)水電開發(fā)格局正式形成后,針對(duì)溪洛渡水庫(kù)的水溫結(jié)構(gòu)的研究尚少。因此,本文通過建立溪洛渡水庫(kù)的立面二維水溫模型,并利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證模型,進(jìn)而分析上游水庫(kù)運(yùn)行后溪洛渡水庫(kù)生態(tài)調(diào)度期的水溫垂向分布特性,研究成果可為溪洛渡水庫(kù)后續(xù)的水溫生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)方案提供參考。

2 研究區(qū)域概況和研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

金沙江下游水能資源的富集程度堪稱世界之最,河道全長(zhǎng)約768 km,自然落差712.6 m,平均比降為0.093%[27-28],金沙江下游4級(jí)梯級(jí)水電站分布如圖1所示。梯級(jí)水庫(kù)群的建設(shè)與運(yùn)行對(duì)河流生態(tài)的影響將進(jìn)一步加深,如導(dǎo)致魚類洄游阻隔、自然繁殖推遲等。溪洛渡水電站是金沙江下游4級(jí)水電開發(fā)的第3個(gè)梯級(jí),位于向家壩壩上157 km,壩址處多年平均流量為4 570 m3/s,壩址以上流域面積為45.44×104km2,占金沙江流域總面積的96%。溪洛渡水庫(kù)正常蓄水位為600 m,死水位為540 m,最大壩高285.5 m[29]。為減緩梯級(jí)水電站運(yùn)行對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的不利影響,同時(shí)滿足環(huán)境保護(hù)部提出的開展梯級(jí)電站聯(lián)合生態(tài)調(diào)度方案的要求,溪洛渡電站左、右岸進(jìn)水口各設(shè)置了4層疊梁門,每層高度為12.0 m。為更好地維護(hù)金沙江下游與長(zhǎng)江上游川江段的重要生態(tài)功能,中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)自2017年起已經(jīng)開展了數(shù)次生態(tài)調(diào)度。疊梁門的使用在一定程度上緩解了下泄水流水溫低的問題,創(chuàng)造了有利于下游保護(hù)區(qū)魚類產(chǎn)卵繁殖的條件,已有研究表明生態(tài)調(diào)度期間和調(diào)度結(jié)束后一段時(shí)間下游魚類的產(chǎn)卵量呈明顯的上升趨勢(shì)[30-31]。

圖1 研究區(qū)域示意圖

2.2 研究方法

2.2.1 水溫現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 本研究以馮家坪監(jiān)測(cè)斷面水溫作為溪洛渡水庫(kù)的入庫(kù)水溫,馮家坪監(jiān)測(cè)斷面位于白鶴灘壩下12 km處,監(jiān)測(cè)方式依托水溫自動(dòng)監(jiān)測(cè)及記錄設(shè)備,每日3段3次觀測(cè)(8:00、14:00、20:00),監(jiān)測(cè)精度為0.01 ℃。壩前垂向水溫監(jiān)測(cè)采用常規(guī)人工監(jiān)測(cè),即每月中旬在溪洛渡水庫(kù)壩前斷面進(jìn)行人工測(cè)量,深層水溫使用SVP、HY1200B型高精度聲速儀觀測(cè),觀測(cè)精度為0.01 ℃。觀測(cè)垂線和觀測(cè)點(diǎn)采用GPS進(jìn)行平面定位,觀測(cè)垂線布置在觀測(cè)斷面的中心位置,近表層測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)垂線上按照0.5、1、2、3、4、5 m深度布置,5 m水深以下按5 m間隔布置測(cè)點(diǎn)。溪洛渡水庫(kù)壩前水溫觀測(cè)深度約為185 m,觀測(cè)時(shí)以小于1 m/s的速度均勻下放和回收儀器,取相同深度兩次測(cè)量值的平均數(shù)為觀測(cè)值。

2.2.2 水溫?cái)?shù)值模型 數(shù)值模擬是水庫(kù)水溫研究中最常用的方法,該方法能夠反映水庫(kù)水溫的動(dòng)態(tài)變化過程,特別是對(duì)于單一水庫(kù)垂向水溫的研究,目前大多數(shù)模型都具有較高的模擬精度。金沙江下游溪洛渡水庫(kù)全長(zhǎng)約200 km,水面最寬處約1.5 km,壩前最大水深為235.9 m,是典型的狹長(zhǎng)型水庫(kù)。對(duì)于沿河流縱向尺度較大和橫向?qū)挾认鄬?duì)較窄的水庫(kù),采用橫向平均的立面二維水溫?cái)?shù)值模型是相對(duì)較好的選擇[32],該模型方程包括連續(xù)性方程和動(dòng)量方程,方程的求解過程基于流體為不可壓縮流體假定和Boussinnesq假定[33]。模型在水體表面熱交換計(jì)算時(shí)考慮通過水體表面的熱交換凈熱量、太陽(yáng)短波輻射、大氣長(zhǎng)波輻射、蒸發(fā)熱損失等。

連續(xù)性方程為:

(1)

式中:U、W分別為x、z方向的流速,m/s;q為側(cè)向單位體積入流或出流,m3/(s·m3);B為水面寬度,m。

x方向動(dòng)量方程為:

(2)

由于計(jì)算時(shí)假定橫向平均,忽略水體的橫向差異,z方向動(dòng)量方程為:

(3)

式中:g為重力加速度,m/s2;α為河底與水平線夾角,(°);η為水面高程,m;τxx、τxz分別為控制體在x面x向、z面x向的湍流剪應(yīng)力,N/m2;ρ為水體密度,kg/m3;Ux=Ucosβ,根據(jù)河道方向計(jì)算得出,m/s;P為z方向上的壓強(qiáng),Pa。

湍流模型中通常采用的計(jì)算垂向渦流黏滯系數(shù)的公式為:

(4)

lm=Δzmax

(5)

式中:Az為水體垂向渦流黏滯系數(shù),m2/s; к為范卡門常數(shù);lm為混合長(zhǎng)度,m;u為水體垂向流速,m/s;z為垂向坐標(biāo),m;τwy為因風(fēng)力而產(chǎn)生的橫向剪應(yīng)力,N/m2;k為波數(shù);τytributary為因支流匯入而產(chǎn)生的橫向剪應(yīng)力,N/m2; e為自然常數(shù);Ri為理查德數(shù),在水體沒有分層的區(qū)域,Ri=0,對(duì)于存在強(qiáng)分層的區(qū)域,Ri變大;Δzmax為水體垂向網(wǎng)格間距的最大值,m;C=0.15。

3 溪洛渡水庫(kù)立面二維水溫模型的構(gòu)建

3.1 模型網(wǎng)格劃分

溪洛渡水庫(kù)回水區(qū)長(zhǎng)度約200 km,基于實(shí)測(cè)地形斷面資料將研究區(qū)域劃分為191×125(縱向×垂向)個(gè)矩形單元,共11 902個(gè)計(jì)算網(wǎng)格,縱向網(wǎng)格單元長(zhǎng)度在462.8～2 634.6 m之間,縱向共191個(gè)斷面(包括1、191兩個(gè)虛擬斷面)。模型計(jì)算過程中最大層數(shù)包括底表虛擬層在內(nèi)共125層,編號(hào)自上至下依次為1～125(1、125層為虛擬層),每層厚度設(shè)置為2 m,底部高程設(shè)置為364 m。模型運(yùn)行時(shí)頂部高程應(yīng)適當(dāng)高于溪洛渡水庫(kù)正常蓄水位,最終設(shè)置為610 m。網(wǎng)格生成后的平面圖、縱剖面圖、典型橫剖面圖(溪洛渡壩前1.09 km第189斷面)如圖2所示。

圖2 溪洛渡水庫(kù)水溫模型網(wǎng)格劃分示意圖

3.2 邊界條件

水動(dòng)力模型開邊界分別為上游溪洛渡入庫(kù)斷面和下游溪洛渡出庫(kù)斷面,溪洛渡入庫(kù)水溫選取馮家坪監(jiān)測(cè)斷面水溫。上邊界入庫(kù)斷面和下邊界出庫(kù)斷面的流量、水溫分別選取2021年1月15日—4月30日實(shí)測(cè)流量、水溫。在模擬時(shí)段內(nèi),溪洛渡水庫(kù)入庫(kù)流量在262～3 450 m3/s之間,出庫(kù)流量在1 160～3 180 m3/s之間,入庫(kù)水溫在15.05～17.48 ℃之間。氣象條件方面,露點(diǎn)溫度采用相對(duì)濕度和平均氣溫計(jì)算得出,氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)來自國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心雷波站。在模擬時(shí)段內(nèi),雷波站相對(duì)濕度在62.97%～93.21%之間,平均氣溫在1.48～20.88 ℃之間。模擬時(shí)段模型邊界條件如圖3所示。

圖3 2021年1月15日—4月30日模擬時(shí)段模型邊界條件

3.3 參數(shù)敏感性分析及驗(yàn)證

3.3.1 參數(shù)敏感性分析 在模型運(yùn)行過程中,對(duì)庫(kù)區(qū)垂向水溫可能產(chǎn)生影響的系數(shù)有6項(xiàng)[34-35]。數(shù)次試算結(jié)果表明,不同動(dòng)力遮蔽系數(shù)(dynamic shielding coefficient,DSC)和不同風(fēng)遮蔽系數(shù)(wind shielding coefficient,WSC)的變化會(huì)顯著影響壩前的垂向水溫分布。如圖4所示,動(dòng)力遮蔽系數(shù)與壩前的垂向水溫呈正相關(guān)性,動(dòng)力遮蔽系數(shù)越大則壩前的垂向水溫越高;風(fēng)遮蔽系數(shù)與壩前的垂向水溫呈負(fù)相關(guān)性,風(fēng)遮蔽系數(shù)越大則壩前的垂向水溫越低。通過與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較率定,最終選取動(dòng)力遮蔽系數(shù)為0.8,選取風(fēng)遮蔽系數(shù)為1.5,其余參數(shù)在計(jì)算過程中對(duì)庫(kù)區(qū)垂向水溫的影響不明顯,取模型推薦的數(shù)值。

圖4 不同動(dòng)力遮蔽系數(shù)(DSC)和風(fēng)遮蔽系數(shù)(WSC)對(duì)壩前斷面水溫的影響

3.3.2 模型驗(yàn)證 地形網(wǎng)格方面,利用模型生成的地形網(wǎng)格模擬溪洛渡水庫(kù)水動(dòng)力過程,將庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系模擬值與實(shí)際曲線進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果如圖5所示。庫(kù)容模擬值與實(shí)際值絕對(duì)平均誤差(MAE)為0.084×108m3、均方根誤差(RMSE)為0.152×108m3、擬合優(yōu)度(R2)為0.98。由此可見,基于實(shí)測(cè)地形斷面資料對(duì)溪洛渡水庫(kù)庫(kù)區(qū)進(jìn)行的網(wǎng)格劃分,總體上能夠較為精確地模擬出庫(kù)區(qū)的實(shí)際地形條件,可作為后續(xù)水溫模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖5 溪洛渡庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系模擬值與實(shí)際曲線對(duì)比

水溫模擬方面,2月中旬、3月中旬、4月中旬壩前斷面垂向水溫分布的模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖6所示。由圖6可以看出,模型準(zhǔn)確反映了溪洛渡水庫(kù)壩前水溫的垂向變化趨勢(shì)。經(jīng)計(jì)算得出:2月中旬水溫模擬值與實(shí)際值MAE為0.035 ℃、RMSE為0.002 ℃;3月中旬水溫模擬值與實(shí)際值MAE為0.047 ℃、RMSE為0.011 ℃;4月中旬水溫模擬值與實(shí)際值MAE為0.037 ℃、RMSE為0.029 ℃。表明選用的水溫?cái)?shù)值模擬模型可用于對(duì)溪洛渡庫(kù)區(qū)實(shí)際水溫的分析。

圖6 溪洛渡水庫(kù)壩前斷面垂向水溫模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

4 結(jié)果與分析

2021年溪洛渡水庫(kù)1—2月氣溫相對(duì)較低,壩前垂向水溫基本呈等溫結(jié)構(gòu),1月壩前垂向平均水溫為15.67 ℃,2月壩前垂向平均水溫為14.87 ℃,日均垂向溫差小于0.20 ℃。

因此,本文在溪洛渡水庫(kù)2021年生態(tài)調(diào)度期內(nèi)選取典型日期:3中旬(3月15日)、4月初(4月1日)、4月中旬(4月15日)、4月末(4月30日)對(duì)庫(kù)區(qū)水溫分布進(jìn)行分析。

4.1 庫(kù)區(qū)水溫分布

2021年典型日期溪洛渡水庫(kù)庫(kù)區(qū)立面二維水溫分布模擬結(jié)果見圖7。

圖7 2021年典型日期溪洛渡水庫(kù)庫(kù)區(qū)立面二維水溫分布

3月15日壩前水位為583.27 m,垂向平均水溫為14.85 ℃,表層水溫為15.46 ℃,泄水口高程518 m處水溫為14.80 ℃,水體表底垂向溫差為0.72 ℃,如圖7(a)所示。3月下旬水庫(kù)維持較高水位運(yùn)行,壩前平均水位為584.71 m,表層水溫在15.46～16.71 ℃之間變化,泄水口高程518 m處水溫在14.79～15.04 ℃之間變化。表底最大垂向溫差出現(xiàn)在3月31日,為2.02 ℃,垂向溫度梯度在0.10 ℃/m以內(nèi)。

4月1日壩前水位為585.28 m,垂向平均水溫為15.07 ℃,表層水溫為16.93 ℃,泄水口518 m處水溫較低,為15.00 ℃,水體表底垂向溫差為2.29 ℃,如圖7(b)所示。4月上旬水庫(kù)平均水位為580.18 m,表層水溫在16.36～17.04 ℃之間變化,泄水口518 m處水溫在14.89～15.71 ℃之間變化。表底最大垂向溫差出現(xiàn)在4月5日,為2.41 ℃,垂向溫度梯度在0.15 ℃/m以內(nèi)。

4月15日壩前水位為574.35 m,垂向平均水溫為15.14 ℃,表層水溫為16.59 ℃,泄水口518 m處水溫為15.71 ℃,水體表底垂向溫差為2.07 ℃,如圖7(c)所示。4月下旬水庫(kù)平均水位為570.31 m,表層水溫在16.63 ～17.36 ℃之間變化,泄水口518 m處水溫在15.70～16.20 ℃之間變化。表底最大垂向溫差出現(xiàn)在4月29日,為2.81 ℃,垂向溫度梯度在0.15 ℃/m以內(nèi)。

4月30日壩前垂向平均水溫為15.28 ℃,表層水溫為17.38 ℃,泄水口518 m處水溫為16.20 ℃,水體表底垂向溫差為2.78 ℃,如圖7(d)所示。

總體來看,溪洛渡水庫(kù)在2021年生態(tài)調(diào)度期間壩前水溫于3月中旬開始出現(xiàn)表底溫差,4月下旬垂向表底溫差略有增加,垂向最大溫度梯度在0.15 ℃/m以內(nèi)。

4.2 下泄水水溫變化過程

《金沙江溪洛渡水電站環(huán)境影響報(bào)告書》中指出,溪洛渡水電站建成后下泄的低溫水對(duì)魚類的直接影響導(dǎo)致了其產(chǎn)卵繁殖時(shí)間推遲、當(dāng)年的幼魚生長(zhǎng)周期縮短、個(gè)體變小等問題。水電站運(yùn)行后,下泄水水溫主要取決于壩前垂向水溫分布結(jié)構(gòu)以及泄水口的高程[36]。為了分析不同泄水口高程對(duì)下泄水水溫的影響,基于2021年生態(tài)調(diào)度期間(3月15日— 4月30日)溪洛渡水庫(kù)的水位流量變化過程,分別設(shè)置2種工況:無疊梁門擋水工況(泄水高程為518 m)和1層疊梁門擋水工況(泄水高程為530 m)。運(yùn)用上述率定好的水溫模型分別模擬不同泄水高程下的下泄水水溫,通過計(jì)算,不同泄水口高程水庫(kù)下泄水水溫變化過程如圖8所示。

圖8 不同泄水口高程溪洛渡水庫(kù)下泄水水溫變化過程

由圖8可知,不同泄水口高程的下泄水水溫總體隨時(shí)間均呈升高趨勢(shì),當(dāng)水庫(kù)無疊梁門擋水運(yùn)行時(shí),在模擬時(shí)段內(nèi)下泄水水溫在14.80～16.25 ℃之間變化,平均下泄水水溫為15.41 ℃;當(dāng)設(shè)置1層疊梁門穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),在模擬時(shí)段內(nèi)下泄水水溫在14.81～16.53 ℃之間變化,平均下泄水水溫為15.54 ℃。通過比較兩種工況下水庫(kù)下泄水水溫變化過程可知,當(dāng)水庫(kù)設(shè)置1層疊梁門穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)模擬時(shí)段內(nèi)的平均下泄水水溫提高了0.13 ℃。

5 討 論

為探明來流變化情況下溪洛渡水庫(kù)生態(tài)調(diào)度期水溫分層特性及下泄水水溫的變化趨勢(shì),本文采用了水溫現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和水溫?cái)?shù)值模擬的研究方法,建立了溪洛渡水庫(kù)的精細(xì)化水溫計(jì)算模型。基于實(shí)測(cè)地形、水溫等數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型邊界約束條件設(shè)置和模型參數(shù)率定,模型的驗(yàn)證結(jié)果表明,該模型能夠準(zhǔn)確、連續(xù)地模擬出溪洛渡水庫(kù)在生態(tài)調(diào)度時(shí)期庫(kù)區(qū)的立面二維水溫分布規(guī)律,可用于分析不同泄水口高程對(duì)下泄水水溫的影響。

從溪洛渡壩前垂向水溫分布規(guī)律的多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看,2017和2019年的3月未出現(xiàn)分層,2017年4月、2018年3月和2019年4月出現(xiàn)弱分層,2018年4月出現(xiàn)明顯分層[7],2021年生態(tài)調(diào)度期間,在3月下旬出現(xiàn)弱分層,4月上旬及4月下旬均出現(xiàn)明顯分層。壩前表底水溫溫差方面,4月下旬表底垂向最大溫差為2.81 ℃,與蓄水初期2014年4月溪洛渡壩前表底垂向最大溫差6.90 ℃[21]相比,垂向溫差減小了4.09 ℃。從溪洛渡水庫(kù)溫躍層變化情況來看,溫躍層隨著時(shí)間逐漸下移,這與溪洛渡水庫(kù)蓄水初期已有的研究成果一致[19]。從溪洛渡出庫(kù)水溫變化來看,2018年溪洛渡水庫(kù)單層疊梁門穩(wěn)定泄水運(yùn)行時(shí),壩下水溫最大提高約0.40 ℃[23],本文通過模擬得出2021年溪洛渡單層疊梁門穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),壩下水溫最大提高約0.30 ℃。溪洛渡水庫(kù)壩址處3、4月天然水溫分別為14.30、17.80 ℃,2021年生態(tài)調(diào)度期間,3月平均下泄水水溫較天然水溫降低了0.50 ℃,4月平均下泄水水溫較天然水溫降低了2.20 ℃。水庫(kù)下泄水水溫不僅與壩前水溫的垂向分布結(jié)構(gòu)及水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行方式有關(guān),還與水庫(kù)的入庫(kù)流量、入庫(kù)水水溫以及氣象條件密切相關(guān)。在溪洛渡水電站生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)中,建議結(jié)合后續(xù)的水溫監(jiān)測(cè)成果,在壩前水溫分層明顯時(shí)段開展調(diào)度,并且在生態(tài)調(diào)度期間延長(zhǎng)疊梁門使用時(shí)間或依據(jù)實(shí)時(shí)水位情況啟用多層疊梁門,以提升對(duì)下泄水水溫的改善效果,最大程度上創(chuàng)造適合下游魚類產(chǎn)卵繁殖所需的水文條件,緩解水利工程對(duì)流域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。同時(shí)由于上游白鶴灘水電站目前還處于蓄水發(fā)電初期,該電站穩(wěn)定運(yùn)行后溪洛渡水庫(kù)壩前垂向水溫結(jié)構(gòu)及下泄水水溫的規(guī)律仍有待進(jìn)一步研究。

6 結(jié) 論

(1)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立溪洛渡庫(kù)區(qū)的立面二維水溫模型,并對(duì)模型進(jìn)行了邊界約束條件設(shè)置和模型參數(shù)率定,驗(yàn)證結(jié)果表明選用的水溫?cái)?shù)值模型模擬結(jié)果可靠。

(2)溪洛渡水庫(kù)2021年生態(tài)調(diào)度期間,3月下旬表層水溫在15.46～16.71 ℃之間變化,表底最大垂向溫差為2.02 ℃,垂向溫度梯度在0.10 ℃/m以內(nèi);4月上旬水庫(kù)表層水溫在16.36～17.04 ℃之間變化,表底最大垂向溫差為2.41 ℃,垂向溫度梯度在0.15 ℃/m以內(nèi);4月下旬表層水溫在16.63～17.36 ℃之間變化,壩前水溫表底溫差略有增加,表底最大垂向溫差為2.81 ℃,垂向溫度梯度在0.15 ℃/m以內(nèi)。

(3)通過比較無疊梁門與1層疊梁門運(yùn)行工況下水庫(kù)下泄水水溫的變化過程,得出不同工況的下泄水水溫總體隨時(shí)間均呈升高趨勢(shì),當(dāng)設(shè)置1層疊梁門穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),模擬時(shí)段內(nèi)的下泄水水溫平均提高了0.13 ℃。