謝震生，張喜武，韓 韜，張繼軍

（1.阜新市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧阜新 123000；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021；3.松遼水利委員會，吉林長春 130021）

0 引言

大壩運(yùn)行期溫度邊界條件的確定對大壩運(yùn)行期的溫度應(yīng)力影響明顯,大壩上游壩面的溫度邊界條件直接受水庫水溫的影響。水庫水溫的變化是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,水庫水溫受河道來水溫度、氣溫、太陽輻射、云量、風(fēng)速、異重流、壩前淤積情況、電站引水、樞紐布置、重建工程老壩豁口拆除深度和范圍、電站運(yùn)行方式等多種因素的影響。

以豐滿水電站重建工程為例,通過分析水電站實(shí)測溫度邊界條件與規(guī)范規(guī)定壩前水溫公式計(jì)算結(jié)果差異的原因,提出了荷載規(guī)范壩前水溫計(jì)算公式在嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)適用局限性，并根據(jù)豐滿水電站壩前實(shí)測水溫，對荷載規(guī)范中壩前水溫計(jì)算公式進(jìn)行修正，通過修正前、后的計(jì)算壩前水溫過程線與實(shí)測壩前水溫過程線進(jìn)行對照，說明規(guī)范公式在嚴(yán)寒地區(qū)適用局限性及修正公式的合理性。

1 工程概況

豐滿水電站為一等大（1）型工程，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、工農(nóng)業(yè)及城市供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖和旅游等綜合效益的水電站①。豐滿水電站全面治理（重建）工程位于吉林省境內(nèi)第二松花江干流上，上游距白山水電站210 km，下游距吉林市16 km,距離哈爾濱市609 km。重建工程大壩壩址位于原大壩下游120 m，采用碾壓混凝土重力壩壩型。水庫正常蓄水位263.50 m，死水位242.00 m，進(jìn)水口底板高程222.0 m，校核洪水位268.50 m，總庫容103.77億m3，年徑流量136億m3。新建壩后式廠房,安裝6臺單機(jī)容量為200 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。碾壓混凝土重力壩，壩頂高程269.50 m，最大壩高94.50 m，壩頂總長1 068.00 m，由左、右岸擋水壩段、河床溢流壩段、河床偏右的廠房壩段組成。

2 水文氣象條件

據(jù)吉林氣象站資料統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)多年平均氣溫為4.9℃，極端最高氣溫為37.0℃，極端最低氣溫為-42.5℃。多年平均降水量為674.2 mm，降水量在年內(nèi)分配極不均勻，6—9月降水量占全年降水量的74%。多年平均最大風(fēng)速18.6 m/s，多年平均凍土深度1.64 m，最大凍土深度1.90 m。

豐滿水庫各月平均水溫垂直分布統(tǒng)計(jì)成果，見表1。

3 豐滿水電站壩前（老壩）水溫

3.1 壩前水溫規(guī)范公式計(jì)算值與實(shí)測水溫對照

壩前水溫計(jì)算采用DL5077-1997《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄H中公式進(jìn)行計(jì)算，豐滿水電站月平均氣溫過程線，見圖1，計(jì)算壩前水溫過程線與實(shí)測水溫過程線對照，見圖2—8。

表1 豐滿水庫各月平均水溫垂直分布統(tǒng)計(jì)成果表

圖1 豐滿水電站月平均氣溫過程線

圖2 水深0 m過程線對照

圖3 水深10 m過程線對照

圖4 水深20 m過程線對照

圖5 水深30 m過程線對照

圖6 水深40 m過程線對照

圖7 水深50 m過程線對照

3.2 修正規(guī)范公式計(jì)算豐滿水電站壩前（老壩）水溫

從計(jì)算結(jié)果可知，規(guī)范公式在水深30 m以內(nèi)，每年4月以后，12月份之前，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)值規(guī)律性相對較好，在水深30 m以下，規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測水溫過程線差異較大。規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果主要存在問題：

圖8 水深60 m過程線對照

1）規(guī)范計(jì)算值與實(shí)測過程線初始相位存在差異；

2）規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果在水下低溫季節(jié)存在負(fù)溫；

3）水深30 m以下，壩前水溫計(jì)算值與實(shí)測值差異較大。

從計(jì)算結(jié)果可知規(guī)范公式對于嚴(yán)寒地區(qū)適用性存在局限性，嚴(yán)寒地區(qū)擬建工程采用規(guī)范公式計(jì)算壩前水溫不妥。

庫水溫的分布受地區(qū)氣候條件、水庫形狀、容積、深度、調(diào)節(jié)性能、運(yùn)行方式、水庫來水、來沙情況等眾多因素的影響,一個(gè)籠統(tǒng)的計(jì)算公式難以適用于各種類型的水庫②。豐滿水電站由于屬老壩重建，工程運(yùn)行年限較長，相應(yīng)壩前水溫觀測資料較全，序列較長，為工程重建提供了重要的數(shù)據(jù)資料，但在其它嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)擬建工程中一般沒有相同條件，故需根據(jù)規(guī)范規(guī)定公式計(jì)算，此時(shí)按規(guī)范規(guī)定公式計(jì)算，水下低溫季節(jié)計(jì)算結(jié)果必將帶來較大計(jì)算誤差。故擬建嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)水庫壩前水溫計(jì)算需根據(jù)相鄰區(qū)域、邊界條件相似的水庫實(shí)測壩前水溫過程線進(jìn)行規(guī)范公式修正，即使對規(guī)范公式進(jìn)行修正使用，還需考慮工程實(shí)際情況和特點(diǎn)。

由于規(guī)范公式在低溫季節(jié)水深30 m以下計(jì)算結(jié)果偏低，且符合正弦函數(shù)規(guī)律，故在變溫層水下30 m范圍內(nèi)，1，2，3，11，12月份；水深30 m以下，1，2，3，4，5，6，7，12月份壩前水溫計(jì)算公式修正，見（1），其他月份不同水深壩前水溫計(jì)算公式，仍采用原規(guī)范計(jì)算公式，式中參數(shù)見DL5077-1997《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄H。

規(guī)范公式、修正公式及壩前實(shí)測水溫過程線及修正公式與規(guī)范公式與實(shí)測水溫計(jì)算誤差對照，見圖2-8。

從計(jì)算結(jié)果可知修正公式計(jì)算壩前水溫過程線與實(shí)測壩前水溫過程線吻合度更高，避免了水下出現(xiàn)負(fù)溫的問題，修正公式計(jì)算誤差較規(guī)范公式計(jì)算誤差大幅減小，壩前水溫計(jì)算精度明顯提高。尤其水深超過30 m時(shí)，低溫月份，規(guī)范公式計(jì)算誤差，最大誤差達(dá)到4.79℃，修正公式誤差隨水深分布比較均勻，最大誤差值基本小于2.0℃，修正公式計(jì)算誤差較規(guī)范公式計(jì)算誤差降低約60%，修正公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測溫度過程吻合度更高。

4 總結(jié)

由于現(xiàn)行DL5077-1997《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于壩前水溫嚴(yán)寒地區(qū)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測壩體上游水溫差異較大，所以在嚴(yán)寒地區(qū)擬建工程，壩前水溫估算過程中需對規(guī)范規(guī)定壩前水溫計(jì)算公式進(jìn)行修正，采用文中所述修正方法計(jì)算壩前水溫與實(shí)測水溫更接近，較規(guī)范規(guī)定公式計(jì)算誤差降低60%，計(jì)算精度提高幅度較大。

［1］路振剛，張正平，范永思，王景彤，盧兆輝.豐滿大壩全面治理方案選擇研究［J］.水力發(fā)電，2010，36（1）.

［2］岳耀真，趙在望.水庫壩前水溫統(tǒng)計(jì)分析［J］.水利水電技術(shù)，1997（3）.

［3］《豐滿水電站重建工程環(huán)評工作關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新》［J］.趙再興、魏浪、常理.水利水電技術(shù)第卷2013，44（8）.