坝前水温数学模型的计算方法优化

1.工程概况

溪洛渡水库和向家坝水库是金沙江梯级水库的最末两级，均为峡谷型水库，向家坝水库位于溪洛渡下游148km，主要功能为反调节。水库特征值见表5-24。

表5-24　溪洛渡、向家坝水库特征值

用库水交换次数法对两库的水温结构类型进行判断：溪洛渡库水交换次数α=12.35，为过渡型水库，向家坝α=29.15，为混合型水库。

2.计算工况

进口边界采用进口断面同温同速，溪洛渡进口水温为天然水温，向家坝进口水温为溪洛渡下泄水温，以反映两库对水温的叠加影响。溪洛渡坝址到向家坝坝址之间没有大的支流汇入，流量、气象均采用同一值。

表5-25　平水年流量、水温和气象条件

流量、水温和气象条件均采用平水年的月均值进行计算，见表5-25。溪洛渡水位按照既定运行方式调度，向家坝全年采用平均水位375m进行计算。两库库水均由发电孔下泄，发电孔高10m，溪洛渡发电孔底板高程528m，向家坝340m。

3.计算结果

（1）溪洛渡坝前水温分布。溪洛渡水库库容达115.7亿m3，根据库水交换次数法判断为过渡型水库，但由于水库所在的金沙江段地处高山峡谷地区，水库水深较大，水面面积较小（宽深比小），根据数值模拟结果，溪洛渡水库表现出较强的分层水库特点，坝前水温结构如图5-16。

图5-16　溪洛渡水库坝前垂向水温分布图

图5-16显示了溪洛渡水库各月垂向水温分布。2月份库水表低温差较小，趋于全库同温，3月温跃层下移，4—6月水库表底温差逐步扩大，水温分层明显，并于6月达到最大表底温差11.2℃。7—10月出现双温跃层现象，并且两个温跃层分别向库表和库底发展。11—1月，各月水温结构比较稳定，各高程水温均开始降低，降温速率比较一致。2月库底达到全年最低水温。(www.xing528.com)

（2）向家坝坝前水温分布。向家坝水库库容为49.77亿m3，不到溪洛渡库容的1/2，根据库水交换次数法判断为混合型水库，数值模拟的水库温度场也表明了向家坝水库水温分层不明显的特点。如图5-17。

图5-17　向家坝水库坝前垂向水温分布图

和溪洛渡水库比较，向家坝水库水温垂向分层不明显，月际库底、库表温差变化比较大，没有双温跃层出现（如图5-17）。2—8月为升温期，库底水温由13℃逐步上升至20.1℃，库表水温由14℃上升到23.1℃，2月趋于全库同温，8月垂向温差达到最大3℃。9月垂向温差开始减小，进入降温期，至次年3月全库水温达到全年最低。

（3）下泄水温叠加分析。如图5-18所示，两库对梯级出口下泄水温的叠加影响主要表现为全年水温均化和时间滞后。天然状况下，溪洛渡坝址处年内各月最大温差为12.2℃，向家坝坝址处为11.2℃；溪洛渡—向家坝水库联合运用情况下，通过溪洛渡发电孔下泄水体年内各月最大温差为10.2℃，溪洛渡下泄水体进入向家坝水库，再经向家坝调节，经由发电孔下泄，则年内各月最大温差进一步缩小为8.7℃。溪洛渡单独调节使各月间最大温差比坝址处天然河道水温减小了2℃，溪洛渡—向家坝联合运用则使各月最大温差减小了2.5℃，水温被进一步平均化。

图5-18　两库下泄水温过程

从水温—时间关系来看，溪洛渡单独调节使下泄水温比坝址处天然情况下达到同一水温的时间滞后。而在溪洛渡—向家坝联合运用情况下，向家坝坝址处达到同一水温的日期被进一步推后，以达到18℃水温为例：天然情况下溪洛渡坝址处一般在4月7日左右达到18℃，向家坝坝址处一般在3月28日左右达到18℃，溪洛渡调节情况下大约5月5日，溪洛渡下泄水温才能达到18℃，两库联合运用情况下，约5月12日向家坝下泄水温达到18℃，向家坝滞后43天。