2008级毕业论文格式参照.doc

毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目冰湖水温特征分析及预测以龙巴萨巴湖为例 作者学院专业学号指导教师毕业设计（论文）任务书 院 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题： 冰湖水温特征分析及预测以龙巴萨巴湖为例 2 学生设计（论文）时间：自_ 年 月 日开始至_年 月 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：数据源：2009年10月至2010年7月，中科院寒旱所对龙巴萨巴湖进行了观测，观测项包括：（1）湖面以下0m、1m、2m、4m、8m五层水温观测；（2）湖面以上2米处气温；（4）龙巴萨巴湖冰碛坝表碛下0m、0.05m、0.35m、0.85m、1.35m五层地温的观测；（5）太阳辐射、风速、风向、电瓶电压、数采箱温度、气温；（6）冰湖出水口处水温、水尺水位。主要参考文献：1王欣，刘时银，韩海东，等.科其喀尔冰川冰面湖温度变化及其热机制J.地理研究，2011，30（3）540-545.9 王 欣，刘时银，郭万钦等. 我国喜马拉雅山区冰碛湖溃决危险性评价J.地理学报，2009,64（7）,7824 设计（论文）应完成的主要内容：以龙巴萨巴湖为例，对冰湖的水温特征进行分析以及预测，从中探讨发现冰湖特征及溃决机制。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：1、论文以电子档和纸质档形式2、论文按照湖南科技大学毕业设计（论文）要求。6 发题时间： 年 月 日指导教师： （签名）学 生： （签名）毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 目 录摘 要11引 言12数据与方法22.1 数据来源22.2 水库湖泊水温预测的基本方法33结果分析33.1 水温特征分析33.2 水温预测44讨 论54.1 冰湖水温变化54.2 水温预测64.3 冰湖水温变化与冰湖溃决65结 论7参考文献7致 谢1010冰湖水温特征分析及预测 以龙巴萨巴湖为例 摘 要：基于气温变化与冰湖溃决关系密切，水温受到气温影响。本文基于2009年10月至2010年7月对龙巴萨巴湖水温、冰碛坝地温、气象要素的观测数据，分析龙巴萨巴湖的水温特征，引进湖泊水库水温的预测模型对冰湖水温分布进行验证预测。结果表明：冰湖表层(01m)水温受气候等影响明显，波动较大；但较气温的变动要小，并且最高温、最低温滞后于气温13小时；冰湖深层1m至8m的水温成“V”字形分布。根据湖泊水库水温预测的经验公式得出验证预测出龙巴萨巴湖水温的分布状况，冰湖受冰融、垂直对流作用影响，实测值与预测值并不完全拟合。关键词： 龙巴萨巴湖；温度特征；水温预测；预测方法；经验公式1 引 言由于冰川表面差异消融， 在冰川消融区表面形成的湖泊称之为冰面湖， 在世界各地的冰川上广泛发育并呈现扩张趋势 1-5。冰面湖的形成与扩张是冰面差异消融和冰面湖能量、水量平衡的结果5,6。冰面湖形成后，通过湖岸冰崖面消融、湖水位线附近的热融扩张、湖底冰面消融、湖岸冰崖冰崩解等方式扩张7， 冰面湖温度变化是控制冰面湖演化的。根据评价对象不同，可把评价指标分为冰碛湖、冰碛坝、母冰川、冰湖盆参数以及它们之间的相互关系参数，大致分属于定性、半定量和定量三类8。据研究数据显示：我国喜马拉雅山区共有143个具有潜在危险性冰湖，其中溃决概率等级为“非常高”的有44个9。近年来，随着研究的深入，半定量、定量地估算冰碛湖溃决危险性研究受到重视。吕儒仁等10将母冰川危险冰体的体积与湖水体积比值(R)的倒数定义为冰碛湖溃决危险性指数，R值越大的冰碛湖其危险程度越低；同这种思路类似，有学者用入湖物质量与湖水体积的比率(H)来判别冰碛湖溃决风险的高低11。不同学者对冰湖的研究侧重点不相同，其中对冰湖溃决灾害的研究较多。冰湖溃决灾害是指由于冰湖突然溃决而引发溃决洪水或泥石流，危害了人们生命和财产安全并对自然和社会生态环境产生破坏性后果的自然灾害。由于冰湖温度的变化规律对冰湖的演化规律具有巨大的作用，本文主要研究冰湖温度的特征状况；应用湖泊水库对水温的预测方法，对冰湖的水温分布进行预测验证。龙巴萨巴湖位于喜马拉雅山朋曲流域叶如藏布支流给曲源头，275717N，880455E，湖面海拔5499 m，南北长2210 m，东西宽685 m，是受冰川作用形成的冰川终碛湖(图1)。在湖的西南侧还有另一冰川终碛湖皮达湖，海拔5564 m，二者水平距离约335 m。龙巴萨巴湖、皮达湖是定结县境内两个冰碛湖，离尼泊尔边境仅4公里，两湖以前面积较小，现在龙湖的面积已经达到1.08平方公里，皮达湖达到0.97平方公里。据卫星测定，1988年，两湖间的距离有50米，2006年这个距离缩小到5米。龙巴萨巴湖补给以冰川融水和大气降水补给为主。其母冰川(龙巴萨巴冰川)位于湖的东南部，冰川上冰塔林、冰面湖发育，冰川末端伸入湖内且裂隙十分发育，因崩塌形成规模不等的冰体在湖面漂浮。研究模型显示，如果两湖同时溃决，在龙湖溃口处洪水将持续4.3小时，最后的倒梯形溃口可能深达99米，届时定结县受巨大威胁1。调查显示，龙巴萨巴湖一旦溃决，将威胁到下游定结县琼孜乡、萨尔乡和江嘎镇29个村、1108户、5631人、12011亩耕地、67364头(只)牲畜、日喀则定结县之间的公路桥梁和通讯等设施，以及荣孔电站的安全(资料来源于西藏水利厅防汛办)。 图1 龙巴萨巴湖2 数据与方法2.1 数据来源 2009年10月至2010年7月，中科院寒旱所对龙巴萨巴湖进行了观测，观测项包括：（1）湖面以下0m、1m、2m、4m、8m五层水温观测；（2）湖面以上2米处气温；（4）龙巴萨巴湖冰碛坝表碛下0m、0.05m、0.35m、0.85m、1.35m五层地温的观测；（5）太阳辐射、风速、风向、电瓶电压、数采箱温度、气温；（6）冰湖出水口处水温、水尺水位。2.2 水库湖泊水温预测的基本方法经验法是在生产实践的基础上综合分析大量实测资料，先估算出计算时段的库水表面温度及库底水温，然后再推算其垂向分布。经验法简单实用，实践中得到较广泛的应用。到目前为止，国内提出了许多经验性水温估算方法，其中最具有代表性的几种经验性公式是：东北勘测设计院张大发和水科院朱伯芳提出的方法。(1)东勘院张大发计算方法 (2-1) 式中：为水深处的月平均水温()；为月平均库表水温()；为月平均库底水温()；为月份。(2)水科院朱伯芳公式 (2-2)式中： 为任意深度y，t月的水温()；为任意深度y的年平均水温()；任意深度y的水温变幅()；为水库表面水温年变幅()； =(T7T1)/2；T7、 T1分别为当地7月、1月的平均气温；为水温相位差；为库底水温()；为库表年平均水温()，=T气 +b，T气为当地年平均气温，温度增量，主要由于日照影响。从实测资料可知，在般地区=24，在炎热地区b=O2。H为水库深度；为温度变化频率 ，为温度变化周期（12个月）。3 结果分析 3.1 水温特征分析图2（A）为0m水温、2m气温变化趋势图。2009年11月1日至2010年3月31龙巴萨巴湖冰湖表层水温平均为-2.2，湖面上2m处的平均温度为-9.2，该时段内气温平均温度较湖面温度低，水温与气温的变化步调较为一致，随着气温的变化趋势，水温也展示出较为一致的变化规律；气温的变幅较大，为0.2717.6，而水温变幅较小，为1.69-6.13。湖面水温多在1618h（北京时间，下同）达到一天的最大值，78h达到一天的最小值。水的比热容较大于空气，气温在白天升温和晚上降温的速度都快于水温13小时。图2（B）为2009年11月至2010年3月龙巴萨巴湖0m、1m、2m、4m、8m各层日均温的分布特征。其中2009年12月1日至2010年1月26日0m、1m、2m、4m、8m各层平均气温，分别为-2.20、-1.83、1.65、1.31、1.83，18m水温的变化趋势成“V”字形。在18m中之间，最高温一般出现在的1m或8m层，时间多为下午；最低温多出现在1m层，1m层最低温多出现在910h。0m处水温特征变化波动最大，11月份中这些水温层的变化规律是较为一致（4m层水温无观测数据），由上升变为下降再变为上升的趋势，12、1、2、3月份1m处水温整体下降有较大波动，随气温的变化有较大变动。 图2（C）为01m、12m、24m、48m四层水温的温度梯度变化率。01m层11月份温度梯度变化率较小，12、1、2、3月份温度梯度变化率很大，是活跃层，12m、24m、48m温度梯度变化率较小，受气温的影响较小。观测时段内12m水层温度变化率是最小的，曲线较为平直。24m、48m温度梯度变化率总体是减小的，不同时段内会出现一定的波动。图2（D）为日最高温、日最低温、日较差的分布示意图。最高温升高趋势与最低温的降低趋势是类似的，日较差变化约02之间，但有个别极值点超过此范围图。11月至3月份月均温的由降低到升高的趋势，各月标准差的变化趋势由降低到升高。随着温度的升高，各月标准差也会随之增高(图3)。说明气温越高，水温波动越大；反之，水温波动越小。图2（A.0m水温、2m气温变化趋势 ；B.各层水温分布图；C.各层水温变化率；D.最高温、最低温/日较差分布状况) 3.2 水温预测本文采用东勘院张大发计算方法，对龙巴萨巴湖12月份0m、1m、2m、4m、8m各层月均温进行预测与验证。预测1m、8m层月均温与实测值月均温较为接近，2m、4m预测值较实测值高（图4）。水温预测经验公式虽能较好好预测冰湖水温，说明水温预测的经验公式具有一定的实际意义。 图3 月均温与标准差分布图 图4 预测水温与实测水温对比图 4 讨 论 4.1 冰湖水温变化表层水温明显受气温的影响，与气温的变化步调一致；而深层水温与气温有关联。比如，11月1日9h出现的气温最低值，为-9.28，一小时后表层水温出现最低值为-0.14，深层水温最低值11h出现。但是总体上看，湖表层水温与湖深层水温的峰值出现的时间和变化趋势差异明显，深层水温与表层水温呈近似反向的变化趋势，白天在表层水温上升的同时，深层水温开始下降，维持23h的低温值再回升，晚上表层水温下降，而深层水温变化较少，维持一个相对高温度状态。冰湖水温表层（01m）受气温影响较大，随着气温升高而升高，降低而降低。在12月、1月、2月、3月水温表层变动也较大，主要由于气温的变动较大。在升温期，大气温度高于水温，水气界面热通量为正值，水体表面处于升温状态，表层水温度升高、密度变小，密度分层稳定。反之，降温时表层水温低于下层水温，表层水体密度大于下层水体密度，形成不稳定状态，这时垂向将发生热对流直至水层达到稳定状态。冰面湖水热交换过程主要有动力机制和热力机制，热力机制主要表现为冰面湖表层热量通过传导作用向下层冷水输送。目前研究者观测到的动力机制主要有山谷风的驱动湖面水流加速了冰面湖热交换过程12-14；或者，冬季湖表层水冻结，至解冻时水温逐渐上升到4，密度大而下沉形成对流，将表层热量向下层输送15。在观测时段内，被观测的冰面湖表层水温均小于4。白天由于气温上升，表碛下冰面开始消融，融水接近0，这种低温融水注入湖中，与相对高温湖水混合，因密度大而流向湖底，致使白天1416h左右在深层湖水（4m）形成低温谷；午后，太阳辐射逐渐减弱，湖岸冰面消融逐渐减少，下沉冷水随之减少，表层暖水向下传热加强，大约在2324h深层水（4m）温达到日最高值。可见，冰面湖深层水温变化曲线呈“V”字形特征是冰川融水注入并与表层暖水混合动力下沉和表层暖水热力向下传导共同作用的结果16。4.2 水温预测本文引进湖泊、水库垂直水温预测公式，对冰湖的水温进行预测，预测值与实测水温相差较大。冰湖由与融冰有巨大关系，下午浮冰融化时，水温可能降低，发生垂直对流时，水温也会发生较大变化。水温预测经验公式是适用于大多数湖泊水库的，但冰湖与一般湖泊水库有较大区别。20世纪60年代末，美国水资源工程公司(WRE)的Orlob和selna以及麻省理工学院(MIT)的Huber和Harleman分别独立的提出了各自的深分层蓄水体温度变化的一维模型，即WRE模型和MIT模型17-19，基本方程均为： (2-3)式中： 为单元层温度()；为入流温度()；A为单元层水平面面积(m2)；B为单元层平均宽度(m)；D：为垂向扩散系数(m2/s)；为水体密度(kg/m3，)，是温度的函数；为水体比热(J/kg)；为太阳辐射通量(w/m3)；为入流速度(m/s)；为出流速度(m/s)；为通过单元上边界的垂向流量(m3/s)。一维水温预测模型能够较好考虑到冰湖实际情况。一维水温预测模型模型包含较多参数，参数取值将直接影响到预测结果，而且一维水温模型需要相接近湖泊的参数，受条件的限制，未能利用一维水温模型对龙巴萨巴湖水温进行预测。本文采用东北勘测设计院张大发计算方法，该法所需实测数据较少，简单易用，但也存在精度较差的问题。由于龙巴萨巴湖及周边冰湖的观测数据较稀缺，本文首先采用该法，待条件成熟后在用其他方法对水温进行预测。除上述一维方法外，70年代以来，国内外在水库和湖泊的水温分布研建立了二维模型20-22。其中，垂向平均(平面)的二维己相当成熟；横向平二维模型也己提出，它可以弥补一维模型的一些不足，但实际应用尚少。Kuo23将CEQUALWZ模型应用于TeChi水库的水温水质研究，得到好的验证。此外其它的一些研究者也提出了各自的二维水温模型。Baca和Arnett于1977年提出了湖泊水库的准二维模型阵，并且进一步研究了准三维模型。由于所有的紊流问题均为三维问题，因此三维温度模拟，对于水库水温结构计算和下泄水温计算，均具有精度高的优势。但对于要求计算精度较高的水域范围，在有条件的情况下，最好采用三维模型进行计算。4.3 冰湖水温变化与冰湖溃决冰湖的比热容大，夏天太阳辐射的热量储存于湖水中，往往有利于湖底和湖侧冰面消融，进而加快冰面湖的溃决和消亡，因此，湖水温度高的冰面湖比温度低冰面湖更不稳定23。而在龙巴萨巴湖冰面湖观测到的这种白天因融水注入，而在湖底形成低温谷的机制，抑制了因太阳辐射导致湖水温度上升，进而抑制湖底或湖侧冰面消融，从而在一定程度上利于冰面湖的稳定和延缓冰面湖的溃决和消亡1。 全球的气候变化对冰湖的发展以及溃决具有直接的影响，湿冷气候有利于冰川的积累和前进，而湿热和干热(暖)气候则引起冰川消融、变薄、退缩，常常导致冰湖数量增加、面积扩大25。气温升高、冰川融水增加、降水量增加、高温、强降雨等极端天气条件增多，必将造成冰湖溃决可能性增大。同时，由于气温升高、降水增加，又有利于地表物质加速风化，沟谷中的松散固体物质增多，冰湖溃决洪水更易形成泥石流。由此可以推论，藏东南的冰湖溃决泥石流，从现在到2050年，将处于活跃期，其形成和暴发的频率可能会增高26。但气温升高和冰川融水的增加有一个临界点，当过了这个临界点后，由于冰川面积、体积减少，其冰川融水将会减少，同时冰川与冰湖间的距离增大，冰湖溃决可能性减少，冰湖溃决泥石流也将减少。也就是说，未来西藏东南部冰湖溃决泥石流的发展趋势，将呈抛物线“”型，前期呈增加趋势，后期呈减少趋势26。冰湖溃决泥石流的发生更多地依赖于突发性的降雨增多。这是因为随着气温的升高、冰川融水的增加，冰川的面积和体积呈负增长，其总量将逐年减少。冰川面积、总量减少到一定量后，即使气温升高，冰川融水量也将减少。当然，这个临界点在哪里，还需要进一步观测、试验和研究。也就是说，当冰川面积、总量随着气温升高，逐年减少到什么程度，冰川融水相对于现在而言，不再增加，而是随冰川面积、总量的减少而减少26。冰湖的溃决与气温存在着巨大的关系，气温变化，对冰湖的水温特别是冰湖表层水温变化存在重大影响，这就会加快湖冰的融化速度，致使冰湖发生上下对流，进而影响到湖泊深层水温的变化。这一系列的变化对于冰湖的溃决存在很大作用。有于对冰湖的监测限制，不能正式二者之间是否有必然的联系。但就目前研究来看，冰湖溃决与冰湖水温变化存在一些关系，进一步研究有利于冰湖溃决灾害的防治、预报。5 结 论冬季季龙巴萨巴湖冰面湖表层水温受瞬时天气状况影响明显，变化趋势与气温一致，但不如气温变化剧烈而有13h的滞后性。深层湖水变化曲线呈“V”字形特征，在一天的1416点左右形成低温谷，这是白天冰川融水注入并与表层暖水混合动力下沉和表层暖水热力传导共同作用的结果。冰面湖这一“V”字形降温机制有利于抑制湖底/湖侧冰面消融，从而在一定程度上延缓冰面湖的溃决和消亡。利用湖泊水库对冰湖水温预测，经验公式能较好的预测出冰湖水温。同时发现冰湖水温与一般湖泊水库水温存在差异，这是由于冰湖发生融冰补水对湖温产生较大影响，致使冰湖2-8m层水温成“V”字形分布，这与普通湖泊存在差异。小清新文章来源海内论坛:参考文献1王欣，刘时银，韩海东，等.科其喀尔冰川冰面湖温度变化及其热机制J.地理研究，2011，30（3）540-545.2Benn D I， wiseman S， Warren C R. 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The Longbasaba Lake,located in Dingjie County of Tibet,is a potential dangerous mo