南北方典型河流梯级水库水温预测及影响对比研究

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河流梯级水库水温变化是决定流域水生态系统稳定性的重要因素之一,同时也影响着水生态系统的新陈代谢和生产能力。中国由于地域辽阔,经纬度跨越大,南北方气候特征鲜明导致不同流域水电梯级开发中水库水温结构、累积影响效应、下游河道保护对象以及水温管理策略也有异同点。本研究在对南北方河流水库群流域分布特征及开发运行方式总结的基础上,考虑到水能蕴藏量分布的不均衡性,环境累积影响的高度复杂性和研究资料获取的可靠性,分别选取黄河上游干流和雅砻江下游干流梯级水库群,对梯级建设前后河道水温变化规律进行比较总结。通过构建合适的水温模型,对梯级水库群水温结构进行科学预测,阐明南北方河流水库群水温累积影响的异同点,采取有效措施将水电开发所带来的不利影响减小,为两种气候地区的其它河流开发提供一定的参考价值,具有重要的现实意义。主要内容及具体研究成果如下:  1.通过对比较的河段主要水文站长系列水温资料进行统计分析,总结建库前后河道水温时空变化特征,研究结果表明:受全球气候变暖大环境影响,两个对比河段天然河道水温随时间推移均呈现增温趋势,水温年内呈现正弦曲线形式波动,梯级水电站的建设对河道水温的改变影响明显。  2.以龙羊峡、刘家峡、李家峡和二滩等水电站为例,对环境和工况特征影响下已建典型水库水温结构进行回顾分析,得出梯级水库群单一水库水温分布一般规律:北方地区水库水温垂向分布全年经历5个时期,库区垂向水温多呈“漏斗”状的单温跃层分布;南方地区水库水温垂向分布经历4个时期,库区垂向水温分布冷季呈现单温跃层型式,暖季受温度异重流和紊流扩散的影响呈现双温跃层型式;上游的梯级水库下泄冷水,使下游部分河段水温回升速度减缓,导致鱼类繁殖活动的时间较天然状态推迟1~2月。  3.利用MIKE3水温模型及一维河道水温模型对比较河段梯级水库在联合运行工况下,各水库库体内水温分布及下泄水温变化状况进行模拟计算,结论如下:龙羊峡~刘家峡河段中,龙羊峡水库为典型分层型水库,5~11月份分层状态明显;李家峡水库也为分层型,5~10月库表水温与底部水温温差明显,最高可达8℃;公伯峡水库呈现过渡型变化,8月份表层水温与底部水温最大温差5.8℃;刘家峡水库在5~9月水库垂向水温分层较弱。卡拉~江口河段中,锦屏一级水库3~6月份呈现单温跃层分布,7~10月份呈现双温跃层分布;官地水库水温结构为过渡型,6~9月出现双温跃层特征,表温与底温最大温差10.3℃,水库底部滞温层不明显;二滩水库为稳定分层型,4~6月时呈现单温跃层分布,7~10月份呈现双温跃层分布,水面以下110m左右形成稳定滞温层。  4.对不同河段梯级水库联合运行期水温累积影响规律总结表明:龙羊峡~刘家峡河段在2004~2008四库联合运行时,水温年内分布仍呈现正弦规律,下泄水温的坦化现象明显。梯级末端在3~9月份的暖季,下泄水温低于天然河道水温,最大减温值达到4.9℃;10~次年2月的冷季,下泄水温高于天然河道水温,最大增温值达到5.3℃,年内月最高水温较天然状态下出现1个月的相位偏移,比天然状态下降低3.1℃。四库对河道水温的影响效应中,龙羊峡最大,刘家峡次之,公伯峡最小。卡拉~江口河段在规划梯级联合运行时,水温年内分布仍呈现正弦规律,下泄水温冬季明显升高。梯级末端在3~8月份,下泄水温低于天然河道水温,最大减温值达到3.3℃;9~次年2月,下泄水温高于天然河道水温,最大增温值达到4.9℃,年内月最高水温较天然状态下出现1个月的相位偏移,比天然状态下降低0.1℃。三库联合运行时对河道水温的影响效应中,锦屏一级最大,二滩次之,官地最小。
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