坝下河道水温变化及其影响分析

梯级水电开发对水温的叠加影响不仅作用于库区，同时对梯级下游河道水温产生影响。金沙江溪洛渡—向家坝梯级水库对坝下河道水温叠加影响的计算以热量平衡原理为理论基础，考虑水体与大气边界的热交换，并计入计算河段支流汇入对河道水温的影响，从而估算水库下游河道水温的沿程变化，分析梯级水库对下游河道水温影响的累积效应。

1.基本理论

（1）水气热交换。水体与大气间的热交换主要包括三个部分见图5-19，分别是辐射热通量、蒸发热通量和传导热通量：

式中：

图5-19　水气热交换示意图

1）辐射净热通量。

式中：

I——入射的太阳短波辐射，J/（m2·h）；

RI——被水面反射的部分，J/（m2·h）；

G——入射大气长波辐射，J/（m2·h）；

RG——被水面反射的部分，J/（m2·h）；

S——由水面发出的长波辐射热通量，J/（m2·h）。

上式中，太阳的净辐射、大气的净辐射和水面向大气发出辐射可依据有关的定律和公式计算确定。

2）蒸发热通量。根据能量守恒原理，水面蒸发热通量的计算公式为：

式中：

ρ——水体密度，g/cm3；

L——水的蒸发潜热，J/g，随水面温度Ts（℃）变化，L＝2491-2.177Ts；

E——水面蒸发率，cm/d。

3）传导热通量。水气交界面上的传导热通量与蒸发热通量关系密切，可近似导得如下计算公式：

eS、eα——由水面温度计算的饱和水气压和水面上方2.0m处的实际水气压，hPa；

TS、Tα——水面温度和水面上方2.0m处的气温，℃；

p——水面上的大气压，hPa；

Cb ——波温常数，平均情况为6.1×10-4/℃。

（2）河道水温估算。河道沿程升温采用吸热公式进行计算。支流汇入后水温的变化采用以下公式进行计算：

式中：

Tf——汇流后的河道水温，；(www.xing528.com)

T1，T2——主河道水温和支流水温，；

Q1，Q2——主河道流量和支流流量，m3/s；

2.计算结果

由溪洛渡—向家坝梯级水库水温叠加影响数值计算结果可知：5月上旬向家坝下泄水温与天然河道水温差值较大，这一时期的水温对下游河道鱼类产卵和其他生物也比较重要。因此，对溪洛渡单独运用和溪洛渡—向家坝联合运用两种工况下典型年5月1日、5月5日、5月10日下游河道水温沿程变化进行计算。计算江段为金沙江溪洛渡坝址（向家坝坝址）至长江朱沱江段，其间汇入主要支流为岷江、沱江和赤水河。结果见图5-20、图5-21、图5-22。

图5-20　5月1日河道水温沿程变化

图5-21　5月5日河道水温沿程变化

图5-22　5月10日河道水温沿程变化

3.结论分析

从5月上旬坝下河道水温变化的总体趋势上看：① 沿河道向下游水温总体上升，并在支流汇入时呈现“水温跳跃”现象；②“溪洛渡单独运用”和“溪洛渡—向家坝联合运用”两种情况下，坝下河道水温在“联合运用”时比“单独运用”温升梯度大。

从影响程度来看：①“溪洛渡—向家坝联合运用”情况下，末级水库（向家坝水库）出库水温低于“溪洛渡单独运用”的出库水温，“联合运用”对下泄水温值的影响程度较“单独运用”大。② 溪洛渡单独运用时，坝址至朱沱站距离较“溪洛渡—向家坝联合运用”时长（149km），“联合运用”将可能使河道影响叠加到三峡水库。因此，溪洛渡—向家坝梯级水库对下游河道水温的叠加影响表现为：影响区段延长和影响水温的绝对值加大。

从下游河道水温恢复的情况来看：（1）支流汇入对河道水温恢复的作用远大于“自然恢复”。支流汇入是5月上旬河道升温的主要因素，气象因素对主河道水温的影响小于支流汇入的影响；（2）5月5日至长江朱沱站，溪洛渡单独运用时河道水温比天然河道水温低约2℃，溪洛渡—向家坝联合运用则比天然河道水温低约2.5℃。