水库水温数学模型及其应用.pdf

第 2 7卷 第 5 期 2 0 0 8年 1 0月 水力发电学报 J 0URNAL OF HYDROELECT RI C ENGI NEERI NG Vo 1 27 No 5 0c t 2 0 08 水库水 温数学模型及 其应 用 陆俊 卿 一 张小 峰 强继 红 梅 志宏 杨 芳丽 董炳江 1 环境保护部华南环境科学研究所 广州 5 1 0 6 5 5 2 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 武汉 4 3 0 0 7 2 3 中国水 电顾问集团昆明勘测设计研究院 昆明 6 5 0 0 5 1 摘要 对标准 紊流模型进行浮力 修正 建立 了剖面二维 及 三维水 库水 温计 算 的浮力 流模 型并采 用 已建漫湾 水库 库 区实 测水温资料对模型进行 了检 验 将检验后的模型应用 于瓯 江滩坑水 库 的水 温分布 预测研 究 中 其 中采用剖 面二 维模 型进行全库水温分布 预测 并为坝前三维模 型提供进 口边界 采用三维模 型对近坝段水流结构 以及水电站下 泄水温 进 行精 确模 拟 从而实 现下泄水温的精确模拟 根 据计 算结果 分析 了水库 建成后 下泄水温 与天 然水温 的差 异 对 比了 各典型年不同电站开机组数 和不 同电站取水 口高程条件下 水库下 泄水 温的差别 为该 电站取 水 口高程 和机 组运行 方式 的制定 提供了一定 的参考依据 关键词 环境水力学 水库水温 数学模 型 浮力流 缸e模型 下泄水温 中图分类号 X 1 4 3 文献标 识码 A Nu m e r i c a l mo d e l f o r t e m p e r a t u r e s i m u l a t i o n o f wa t e r i n r e s e r v o i r L U J u n q in g Z H A N G X i a o f e n g 2 Q I A N G J i h 0 n g 3 M E I Z h ih o n g 3 Y A N F a n i D O N G B in g j i a n g 1 S o u t h C h i n a I n s t i t u t e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e G u a n g z h o u 5 1 0 6 5 5 2 S t a t e K e y L a b o r a t o r y of Wa t e r R e s o u r c e a n d H y d r o p o w e r E n g S c i Wu h a n U n i v e i t y Wu h a n 4 3 0 0 7 2 3 K u n m i n g H y d r o e l e c t r i c I n v e s t i g a t i o n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e K u n m i n g 6 5 0 0 5 1 Abs t r a c t Ba s e d o n t h e s t a n d a r d k e mo d e l t h e v e r t i c a l 2 D an d 3 D b u o y a n t flo w mo d e l f o r s i mu l a t i n g t h e wa t e r t e mp e r a t u r e i n d e e p r e s e r v o i r i s d e v e l o p e d Th e d e v e l o p e d mo d e l v e r i fie d b y t h e me a s u red d a t a o f Ma n wa n r e s e rvo i r i s u s e d t o p r e d i c t t h e wa t e r t e mp e r a t u r e i n T a n k e n g r e s e r v o i r W i t h t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n p r o v i d e d b y v e r t i c al 2 D mo d e l 3 D wa t e r t e mp e r a t u r e mo d e l i s a d o p t e d t o p r e d i c t t h e t e mp e r a t u r e o f di s c h a r g e d wa t e r T h e s i mu l a t e d wa t e r t e mp e r a t u r e i n d i f f e r e n t t y p i c a l y e a r s i s c o mp a r e d wi t h t h e wa t e r t e mp e r a t u r e u n d e r n a t u r al c o n d i t i o n Th e r e s u l t s c a n a s s i s t i n t h e d e c i s i o n o f wa t e r i n t a k e e l e v a t i o n a n d o p e r a t i o n o f g e n e r a t i n g u n i t s a n d res e r v o i r ma na g e me n t f o r p r o t e c t i o n o f t h e a q u a t i c e n v i r o n me n t Ke y wo r d s e n v i r o n me n t al h y d r a u l i c s wa t e r t e mp e r a t u r e i n r e s e r v o i r ma t h e ma t i c al mo d e l b u o y a n t flo w mo d e l t e mp e r a t u r e o f d i s c h a r g e d wa t e r O 引言 水温是水环境中最重要的影响因子之一 水的物理 化学性质以及水生生物 农作物对水温均 比较敏感 水 库建设作为开发利用水资源中最常见的工程措施 在带来巨大经济社会效益的同时 也改变 了天然河流的径流过 程 以及 热交换 过 程 引起 水体 温度 分 布 以及生 态环 境变 化 由于水 库 水温 对库 区水 的利用 大 坝安 全 以及 坝 下游 河 道 的水生 物繁 殖 和生态 平衡 等方 面 都有 重要 影 响 因此 准 确模 拟 和 预测 水 库 的 水温 分 布 规 律 以及 水 电 站下 泄 水 温过 程具 有重 大 的工程 意 义 为 预测 水库 建设 后水 库 水温 的变 化情 况 国 内外许 多 学 者进 行 了大量 的研 究 取得 了一 定 的 成果 水温 预 测 方法大致可分为两类 经验法和数学模型法 经验法研究较早 发展较为成熟 具有简单实用的优点 数学模型 收稿 E l 期 2 0 0 7 0 3 2 1 基金项 目 科技部 9 7 3计划 2 0 0 3 C B 4 1 5 2 0 3 作者简介 陆俊卿 1 9 7 9 一 男 博士研究生 E ma i l lj q y l y a h o o c o m c n 1 2 4 水力发电学报 2 0 0 8正 法 在理论 上 比较严 密 能 提供 更精 细的结 果 随着计 算科 学 的飞速 发展 它 越来越 成 为研究 的 主要 手段 和方 法n 水库 库 区水温 数学模 型 可分 为垂 向一维 剖 面二维 以及 三维 模型 垂 向一维 水 温模型 研究 较早 应用最 为广 泛 其代表有 WR E模型 M I T模型以及 湖温一号 模型 垂 向一维水温模型综合考虑了水库人流 风以及水面 热交换对水库水温分层结构的影响 但是对于库区较长的水库 水温在纵 向上 的变化不能被忽略 因此对于纵 向 尺 度较 大 横 向温度 差异 较小 的水 库 横 向平 均 的剖 面二维 水温 模 型是 比较 好 的选择 剖 面二 维 的水 库水 温模 型 已有一些 研究 成果 并在 实 际工程 中有 一定 的应用 严格来讲水库水体的流动以及温度分布均具有三维特性 坝前取水 口布置位置以及取水流量均将影响坝前 水 流紊动 特性 对水 温分 层产 生一 定影 响 并 直接 影 响水库 下泄 水温 过程 虽 然对大 体积 水体 采用 三维模 型进 行 模 拟往往 受 到计算 机速 度和 内存 的限 制 但 对水库 坝前 局 部 区域 采用 精细 的 三维湍 浮力 流数学 模 型是必 要 的 也 是可 行 的 三 维湍 浮力 流模 型在理 论 和实 际应用 上均取 得 一定 的进 展 但用 于大 型水库 水 温预测 研究 国 内研 究 较少 本文在标准 紊流模型的基础上进行浮力修正 建立了剖面二维以及三维耦合浮力流 一 e模型 利用 已建漫湾水库实测水温资料对模型进行 了检验 并将检验后模型应用到瓯江滩坑水库的水温预测研究中 研究 中利 用 紧水滩 水库 实测 资料 对模 型参数 进行 率定 利 用剖 面二维 水 温模 型进行 全库 水温 分布 预测 并 为 坝前局 部 三 维水温 模拟 提供 上游水 温 边界 利用 三维模 型 对近 坝段 水 流结 构 以及 水 电站 下 泄水 温 过程 进 行精 确 预 测 根 据水 温计 算结 果 对 取水 口高 程优 化 以及机组 运行 合理 调 度提供 一 定 的参 考 意见 l 模 型简介 1 1 三 维浮 力流 肛 模 型 1 状 态方 程 对 于常 态下 的水体 可忽 略压 力变 化对 密度 的影 响 密度 和温 度 的关 系 可表示 为 p 0 1 0 2 0 2 7 6 9 2 X 1 0 一 0 6 6 7 7 3 7 2 6 2 X 1 0 一 X T 0 9 0 5 3 4 5 8 4 3 1 0 一 T 2 0 8 6 4 3 7 2 1 8 5 X 1 0 一 X T 一 0 6 4 2 2 6 6 1 8 8 1 0 一 7 1 4 0 1 0 5 1 6 4 4 3 4 1 0 一 T 7 0 1 0 4 8 6 8 8 2 7 x 1 0 一 X T 9 8 1 0 1 采用 B o u s s i n e s q假定 即在密度变化不大的浮力流问题 中 只在重力项 中考虑密度 的变化 而控制方程的其 它 项 中不 考虑 浮力 作用 2 水 动力 学及水 温 方程 直 角坐标 系下 三维 浮力 流 一 模 型基 本方 程组 的通 用形 式 可表示 为 S 2 1 I J I J 式 中 一通 用 因变量 F 一 输 运 系数 s 一 源项 通 用方 程 变 量说 明见 表 1 其 中 和 分别 为纵 向 方 向 横 向 Y方 向 和垂 向 z 方 向 的流速 m s P 为压强 N m ID为水 体 密度 g c m 为 分子 粘 性 系数 m s 为水面 综合散 热 系数 J s m 为 穿过 平 面 的太 阳辐射 能量 w m 2 为紊动 动力粘 性 系数 p C K 2 G 为 紊 动 产 生 项 G u e G 为 浮 力 产 生 项 G 一 卢 为 热 膨 胀 系 数 一 模 型 中常用 的经 验常数 取值 为 C 0 0 9 1 0 1 3 r 0 9 Cl 1 4 4 C2 1 9 2 3 边 界 条件 入 口给定来流量 以及 来流水 温 给定 出 口水 位 出 口边 界采 用法 向速度局部 质量 守恒 切 向速度齐 次 N e u m a n n条 件 进 口 k e可由进 口流速求取 k 0 0 0 3 7 5 u k 1 5 o 4日 其 中 日 为进 口处 水深 水 面 采 用 纵 向 一 维 水 流 数 学 模 型 计 算 确 定 自 由 表 面 条 件 如 下 塞 塞 0 第 5期 陆俊卿 等 水库水 温数学模型及其 应用 1 2 5 对于 固壁 边界 采 用无 滑移 条件 且 为绝 热 边界 4 控制 方 程 的离散 和求 解 运用 有 限体积 法 和交错 网格 离散 模 型基 本 方程 在 交 错 网格 中 标 量 性 变量 和各 种 常数 都 储 存 在 网 格 的 中 心点上 矢量性变量即速度变量储存在网格边界上 分别对各个变量在各 自的控制容积 内积分 变量及源项在控 制体表面值由相邻节点插值得离散化的方程组 离散后的方程组采用三对角矩阵法 T D MA 迭代求解 用压力修 正法对速度和压力进行修整 为 了避免迭代过程发散 加快收敛 对 源项采用 线性化并对迭代过程进行欠松弛 详细离散过程参见文献 1 2剖面 二维 浮 力流 k s模型 直角 坐标 系下 剖 面二 维浮 力流 k 模 型基 本方 程 组 的通用 形 式可 表示 为 旦 S3 x 3 x 3 z 3 a a a 一 中 a 垂 式 中 一通 用 因变量 一 输运 系数 S 一 源项 通用 方程 变 量说 明见 表 1 式 3 即是 在 式 1 的 基础 上 忽 略 了横 向水 动力 因素 以及 热力 因素 的影 响 其 中 忽 略 了横 向取 值 其 它 变量 及 源 项 不 变 剖 面 二 维模 型 采 用 的 边界条件以及方程得离散和求解均与三维模型相同 在此不再详细叙述 2 模型检验 2 1 实测 水库 资料 漫湾水 电站坝址位于云南省临沧地区云县与思茅地区景东县的交 界处 漫湾水电站 的开发任务以发 电为 主 电站大坝 为混凝 土重力坝 坝高 1 3 2 m 水库正常蓄水位 9 9 4 m 坝前水 深 9 9 m 总库容 1 0 6亿 m 3 水面面积 2 3 6 k H l 2 水 库 回水 长度 7 0 0 k m 漫湾 水库 为河 道 型水 库 水 面 平均 宽度 约 3 3 0 m 采用 中国水 利水 电科 学 研究 院 在 2 0 0 4年 2月于漫湾库区监测的实测水温数据对三维以及剖面二维模型进行率定 并利用 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4 年 2月坝 前库 表水 温对 模 型进行 检 验 监测 时共 布 置 1 6个 断 面 库 区 1 5个 断 面 坝下 游 1个 断 面 库 区 观测 范 围为大 坝上游 5 5 0 k m 2 2 计 算条 件 根据实测断面水温资料 选取 坝前 3 0 0 k m作为计算 区域 计算采用矩形 网格 剖面二维计算 网格 尺寸为 2 0 0 m X 5 m 纵 向 X垂向 计算区域 网格总数为 2 1 0 0个 三维计算 网格尺寸 2 0 0 m x 1 0 0 m X 5 m 纵 向 横向 垂 向 计算 区域网格总数为 4 2 0 0 0个 计算时间段为 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4年 2月 计算时间步长均为 2 0 0 s 根据模型要求 在计算中还引入 了如下的条件 1 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4年 2月上游来流以及水库水量调度资 料 2 2 0 o 3年 2月至 2 0 0 4年 2月库区实测水位数据 3 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4年 2月计算进 口水温 由一维水温计 算结果提供 4 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4年 2月库区气温资料 5 2 0 0 3年 2月至 2 0 0 4年 2月库区太 阳辐射资料 采 用临近澜 沧地 区资料 2 3率定与 验证 利用 2 0 0 4年 2月 1 7日至 1 9日对漫湾水库的水温结构观测结果 对二维和三维模型的参数进行 了率定 模 型计算的漫湾不同断面水温垂 向分布结果与现场观测结果 比较如图 1 所示 由于二维计算结果与三维结果相 l 2 6 水力发电学报 2 0 0 8年 近 故 图 中仅 给 出三维计 算结 果 应用确 定 的参数 对 2 0 0 3年 2月 至 2 0 0 4年 2月漫 湾水库 水温 分 布进行模 拟 并利 用漫湾 电 厂对坝前 断 面表层 水温 的观测 结果 与计 算结果 进行 验证 水 温值 的 比较见 表 2 验 证 结 果表 明 剖 面 二维 以及 三维计 算 结 果表 层 水温 相差不 大 水温计 算结 果与 实测水 温结 果年 内变 化趋 势一致 O 5 l 0 l 5 g 2 0 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 5 0 目 赚 I O 水温 l 2 1 4 1 6 l 8 l 0 a 坝前断面 中垂线 水温 C c 距坝 5 O k m断面 目 目 水温 l 2 l 4 1 6 l 8 b 距坝 1 O k m断面 中垂线 水温 d 距坝 1 2 O k m断面 图 l 漫湾 库区水温分布计算结 果与现场观测结 果比较 Fig 1 Co mpa ris o n b e t we e n c a l c u l a t e d a n d me a s u r e d r e s u l t s o f wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t rib u t i o n i n Ma n wa n r e s e r v o i r 表 2 漫湾坝前断面表层水温计算与实测值 比较 Ta b l e 2 The nu m e r i c a l a nd m e a s ur e d r e s u l t s o f s u r f a c e l a y e r t e mpe r a t u r e B e ar u p s t r e am d a m 3 模 型应用 3 1 工 程简介 滩坑水电站位于浙 江省青 田县境 内的瓯 江支流小 溪 中游河 段 坝 址 以上 流域 面积 3 3 3 0 k m 2 河 道长度 1 8 7 k in 平均 坡降 2 5 3 河 面宽 1 0 0 3 0 0 m 滩坑 水 电站 为 多 年调 节 水 库 水库 建 成运 行 后 由于调 节 性 能大 水深大 若采用传统的固定高程 深层 引水发电可能使原天然河道水温的时空分布发生一定程度 的变化 会对下 游鱼类 的生存 繁殖 带来 一定 影响 为保 护下 游生 态环境 必 须对水 库水 温分层 规 律 以及 水 电站下泄 水温 过程进 行预测 在此基础上提出水电站进水口高程布置的优化建议 3 2水温参 数的确 定 由于滩坑水电站 目前仍处于建设中 尚无建库后的实测水温资料 为此选用与该水库地理位置临近 同流域 的紧水 滩水 库库 区实测 水温 资料对 模 型进行 率定 率定 主要 参 数 为库 表水 面 太 阳辐 射热 吸 收 系数 太 阳辐射 热 沿水深衰减系数 水面散热系数 根据收集到的该已建水库库 区坝前 2 0 0 4年各月实测水温 采用剖面二维水温 0 m 2 0 m 加 0 m 加 如 们 第 5期 陆俊卿 等 水库水 温数学模型及其应 用 1 2 7 模型对库 区分层水温进行模拟 经率定计算 太阳辐射吸收系数和太阳辐射热沿水深衰减系数取值分别为 0 4 5 0 6 2和 0 3 0 5 3 3 计算方案拟定 计算所采用的进 13边界条件为该坝址处 丰水年月平均流量和多年平均水温 图 2 图 3 计算 出13边界条件 为运行水位和下泄流量 根据不同的开机组数 不 同的电站取水 13高程确定 了 9种计算方案 详见表 3 表中高 程 均 为黄海 高程 们 0 吕 捌 耀 斌 一 g 趟 图 2 坝址 丰水 年各月流量与水位示 意图 F i g 2 P r o c e s s o f w a t e r l e v e l a n d i n fl o w d i s c h a r g e r a i n y y e a r 图 3 坝址多年 月平 均人流水温示意 图 Fi g 3 P r o c e s s o f mo n t h l y me a n wa t e r t e mp e r a t u r e o f i n fl o w d i s c h a r g e 表 3 计算方案 一览表 Ta bl e 3 Co mpu t i ng s c h e me o f t h e s i mu l at i on 3 4剖面 二维 水温 预测 将率定的参数应用于滩坑剖面二维水温模型中 计算河段选择该水库坝址至上游约 5 2 k m 计算区域共划分 为 2 6 0 x 1 0 0个计算网格 其中纵向网格大小为 2 0 0 m 垂向网格大小则随各月坝前运行水位变化 时间步长为 6 0 s 由紧水滩实测资料及计算结果可见 库区水温在 2月趋于同温 因此库区水温预测初始条件的选取 中 假定相应 计算方案下 2 月水库库区的初始水温等于人流水温 以均匀无浮力 流场作为初始 流场 为了消除初始条件误差 的影响 在计算完一整年后 从计算得到的 2月的流场和温度场开始计算 由于各种计算方案下库 区总体水温分层基本规律相似 故选取方案 1 2的计算成果为代表进行分析 图 4 图 6给出了该计算方案下特征月份 的库区水温分布图 由图可 以看出 在水库上端 水温沿垂线分布比较均匀 具 有天然河道特点 随着水深加大 垂线方向出现比较明显的梯度 经过约 3 0 k m的掺混和调整 在距离坝址约 l 5 2 5 k m处形成较为稳定的温度分层 图 7给出了该计算方案下 的坝前垂 向水温分布图 由图可以看出 库 区水温 在冬季较低 3月份时表层 3 O米厚的水体在太阳辐射下形成温跃层 温度从表面 l 4 5 下降至底层 1 0 2 C 底层 水体水温均匀 维持在 9 8 左右 4月至 8月由于外界的气温升高 太 阳辐射 的增强 上游来水水温的升高 库 区水温整体呈增加趋势 但增加幅度随水深的增大而减小 表层水温迅速升高 从 3月 的 l 4 5 3 上升至 7月的 3 4 0 C 库 区水体 表层 形 成持续 的温跃 层 并不 断 向深 层水 体 发 展 温跃 层 的厚 度从 3月 份 的 3 0 m增 至 7月 份 的 9 0 m 下层水体温度逐渐增高 但 幅度很小 由3月份的 9 8 增加至 7月份 1 0 3 o C 9月至 1 2月为降温期 气 温和人流水温迅速下降 太阳辐射减小 水体向大气散失热量而开始降温 表面温度 由 9月份的 2 9 8 减小至 1 2 月份的 1 7 7 冷水下沉使表层 的温跃层逐渐减弱 表层水温温差降低 逐步形成垂 向水温混合的表层水体 其 厚度不断增加 由 9月份 1 5 m的增至 1 2月份的 4 0 m 由于热传递主要在库表 面一定厚度 的水体 内进行 在一定 厚度的水体以下受气温的影响相对较小 故水体中部温跃层仍然存在 且其水温随时间呈现减小的趋势 水温的 逐渐降低导致温跃层缓慢下移 从而使库底水温逐渐升高 并于 1 2月份到达最高 l O 8 c I 故在降温期坝前水温 总体呈现递减趋势 并在垂向上逐渐混合 温差减小 之后次年 1 月和 2月 入库水温和气温达到最低 温跃层下 潜至库底并消失 水温及垂向温差也随之进一步降低 直至 2月达到最低 垂 向温度趋于均匀 3 5坝前 三维 水温 预测 为了更精细的预测水库下泄水温过程 以剖面二维预测的水温分布作为坝前 1 8 k m处入流水温 采用三维水 鼹 卯 鲫 1 2 8 水力发电学报 2 0 0 8钲 温模 型对坝前 水 温分布 以及 下泄水 温进 行预 测 三维计 算进 口断 面选取 在距 离坝 址上 游约 1 8 0 0米处 平面 范 围约为 1 8 0 0 x 1 2 0 0米 将 整个计 算 区域 用六 面体 网格覆 盖 横 向和纵 向均采 用均 匀 网格 分 布 x y 2 0 m 垂 向 网格 大小 则 随各 月 坝前运 行 水位 变 化 其 中高程 9 0 m以下采 用较 粗 网格 约为 l O m 其 上采 用较 精 细 网格 约 为 4 5 m 网格 节 点总 数 为 1 2 7 5 1 2个 计算 时 间步长 为 2 0 0 s 计算 中进 口水 温采 用剖 面二 维相应 断 面水温 结果 其 它计算 条件 均与 剖面 二维相 同 i 6 0 1 4 o 1 2 o 姜 t O 0 8 O 6 0 l 6 0 1 4 0 1 2 0 量 1 0 0 8 0 6 0 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 m 图 4 3月份库 区水 温分 布 ng 4 Wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t rib u t i o n i n Ma r c h 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 O 0 m 图 6 9月份库区水温分布 Fi g 6 Wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n S e p t e mb e r 1 6 0 1 4 0 1 2 0 至 1 0 0 N 80 6 0 g 褪 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 1 n 图 5 6月份库区水温分布 F i g 5 Wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t ri b u t i o n i n J u n e 图 7坝 前 垂 向 水 温 分 布 F i g 7 Ve r t i c a l t e mp e r t a u r e d i s t r i b u t i o n 图 8 图 9为取水 口剖面水温分布图 由图可 以看出 由于滩坑 电站取水 口布置在位于大坝侧向的滩坑沟 中 取水口前的山体导致坝前水流结构复杂 趋孔水流使取水 E l 前水温等值线发生明显 的弯曲变形 水温在坝前 掺混 下泄 水温 受水 流结构 影 响较大 20 0 宣 1 O 0 5 0 0 图 8 3月份 库区水温 分布 F i g 8 Wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n Ma r c h 1 4 1 3 1 2 1 1 铂 9 8 O 5 0 o 1 o 0 O m 图 9 6月份库区水温分布 F i g 9 Wa t e r t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n i n J u n e 笳 仃 1 4 1 1 8 图 1 0为丰水 年时 不 同取 水 口高程 对应 方案 1 1 1 2 1 3 条 件 下 的下 泄水 温 比较 图 如 图所示 建 库 后 水 库下泄水温年 内变化范围比天然河道要小一些 升温期水库月平均下泄水温低于水库来流水温 降温期水库月平 均下泄水温略高于水库来流水温 比较不同取水 口高程时各月平均下泄水温 当取水 口高程为 1 3 0 m 计算的各 月 下泄水 温均 大于取 水 口高程 为 1 l O m和 9 5 m的计算 方案 且最 大温 差可 达 4 C 因此 当下 泄流量 相 同时 电站 进 水 口高程 越高 水 库全 年 的下泄水 温 越高 图 l l 对应 水文年 丰水 年 取 水 口高程 为 1 1 5 m 不 同开 机组 数 对 应方 案 1 2 2 2 3 2 条件 下 的下 泄水 温 比较 图 从 图 中可 以看 出当取水 口高程相 同时 开机组 数越 多 即电站 下泄 流量越 大时 全年 各月 之 间下泄 水温 的差值 第 5期 陆俊卿等 水库水温数学模 型及其应用 l 2 9 越小 这是 由于下泄流量增大 使坝前水温分布混合加大 垂 向水温相对均匀 从而导致下泄水 温年 内各月差仿 减小 肾 肾 图 1 0 不 同取 水 口高程下泄水温 比较 图 Fi g 1 0 Th e t e mp e r a t u r e o f d i s c h a r g e wa t e r i n d i ff e r e n t wa t e r i n t a k e e l e v a t i o n 图 l 1 不 同取 水流量下下泄水温 比较 图 F i g 1 1 Th e t e mpe r a t u r e o f di s c h a r g e wa t e r i n di ff e ren t wa t e r i n t a k e 4 结论 1 本文对剖面二维以及三维 e模型进行浮力修正 建立 了相应的水库水温浮力流 缸e模型 并采用 己建漫 湾水库库区实测水温资料对模型进行检验 检验结果表明 模型能较好的模拟库区水温分层以及水温 的年内变 化 可用 于实 际水库 水 温预 测研 究 2 将已建模型应用于瓯江滩坑水库水温分层模拟 以及下泄水温预测 采用剖面二维水温耦合模型进行全 库水温分布预测 并为坝前三维水温模型提供上游水温边界 利用三维模型对近坝段水流结构 以及水电站下泄水 温过程进行精确预测 结果表明模型能较好的模拟全库水温分层 以及下泄水温过程 3 剖面二维模型计算结果表明 滩坑水库属于典型分层型水库 表层及 中层水温受气象条件的影响较大 底 层水温变化不显著 其 中 1 月和 2月趋于同温 垂向温差较小 6月 9月分层最明显 最大温差可达 2 l 4 当下泄流量相同时 电站进水 口高程越高 水库全年的下泄水温越高 当取水 口高程相同时 电站下泄流 量越 大 全年 各月之 间 下泄水 温 的差 值越 小 5 计算结果表明 水库的建设将对库区水温以及坝下水温分布产生一定 的影响 但采用一定 的工程措施如 提高取水 口高程 降低运行水位等能降低其不利影响或将影响控制在环境生态允许的范围内 参 考文献