程帥 左新宇 黃蕙 蘭峰

摘要：為研究庫區(qū)及壩下水溫分布情況，以溪洛渡、向家壩水庫為研究對(duì)象，從2016年8月至2017年7月對(duì)其進(jìn)行連續(xù)性的水溫監(jiān)測(cè)，分析了其表層水溫和垂向水溫的變化特性及成因。初步研究結(jié)果表明：各斷面表層水溫的特征值主要體現(xiàn)在年內(nèi)的變化，水溫和氣溫具有較好的正相關(guān)性;壩體附近斷面，壩下斷面表層水溫要明顯低于壩上斷面;兩庫區(qū)近壩段的溪洛渡壩上和向家壩壩上兩斷面水溫分層現(xiàn)象最為顯著，通常表現(xiàn)為春、夏季分層顯著，秋季分層較弱，冬季基本呈等溫分布。該研究可為梯級(jí)電站的分層取水和生態(tài)調(diào)度提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水溫分布特性;水溫分層;水溫監(jiān)測(cè);梯級(jí)水庫;溪洛渡水庫;向家壩水庫

中圖法分類號(hào)：TV697.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.008

溪洛渡和向家壩水庫是金沙江下游江段兩座重要的梯級(jí)水庫。溪洛渡水庫上接白鶴灘電站尾水，下接向家壩水庫，控制流域面積45.44萬km2，水庫總庫容126.7億m3，正常蓄水位600 m;向家壩水庫控制流域面積45.88萬km2，水庫總庫容51.63億m3，正常蓄水位為380 m。水庫運(yùn)行不僅會(huì)改變庫區(qū)及壩下水體水溫的時(shí)空分布，而且對(duì)下游江段的生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生較大影響[1-2]。

基于已有研究，許多學(xué)者采用疊梁門的運(yùn)行和水質(zhì)模型預(yù)測(cè)等方式對(duì)溪洛渡和向家壩水庫近壩段水體的水溫作了大量研究[3-6]。但對(duì)庫區(qū)內(nèi)表層水溫和垂向水溫的分布情況研究較少。本文基于溪洛渡、向家壩庫區(qū)及壩下2016年8月至2017年7月連續(xù)性水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水溫變化規(guī)律進(jìn)行了初步分析，對(duì)梯級(jí)電站分層取水和生態(tài)調(diào)度運(yùn)行具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 監(jiān)測(cè)方案

1.1 斷面布設(shè)

為監(jiān)測(cè)梯級(jí)水庫表層水溫，在溪洛渡、向家壩庫區(qū)至壩下江段共布設(shè)金陽河匯口下游（距溪洛渡壩址約-132 km）、美姑河匯口下游（距溪洛渡壩址約-35 km）、溪洛渡壩上（距溪洛渡壩址約-6 km）、溪洛渡壩下（距溪洛渡壩址約4 km）、綏江縣城（距溪洛渡壩址約98 km）、向家壩壩上（距溪洛渡壩址約148 km）和向家壩壩下（距溪洛渡壩址約152 km）共7處監(jiān)測(cè)斷面，各監(jiān)測(cè)斷面在水面下0.5 m處布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

為研究溪洛渡和向家壩庫區(qū)垂向水溫的分布情況，分別在牛欄江支庫庫中（距牛欄江匯口下游約2 km）、金陽河支庫庫中（距金陽河匯口下游約2km）、金陽河匯口下游、美姑河支庫庫中、美姑河匯口下游、溪洛渡壩上、綏江縣城和向家壩壩上布設(shè)8處斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)垂線設(shè)置在斷面中泓處。

梯級(jí)水庫和水溫監(jiān)測(cè)斷面分布見圖1。

1.2 監(jiān)測(cè)方法

表層水溫采用水溫計(jì)進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，全年每日08：00監(jiān)測(cè)1次表層水溫，并同步記錄氣溫。

垂向水溫采用HY1200B型聲速剖面儀進(jìn)行巡測(cè)。由于庫表水溫僅在小范圍內(nèi)存在一定差異，庫底水溫變化幅度較小，故為研究垂向溫度梯度變化情況，在監(jiān)測(cè)垂線上按0.5，1，2，3，4m和5m水深布置測(cè)點(diǎn)，5m水深以下按5m間隔布置測(cè)點(diǎn)至庫底。相關(guān)儀器設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 表層水溫分布特性

2.1 年內(nèi)變化特征

為反映溪洛渡、向家壩庫區(qū)及壩下各斷面表層水溫的變化，通過統(tǒng)計(jì)2016年8月1日至2017年7月31日監(jiān)測(cè)時(shí)段表層水溫和氣溫的數(shù)據(jù)，得到各斷面的水溫和氣溫特征值，見表2～3?？傮w上看，各斷面特征值不盡相同，實(shí)測(cè)范圍主要體現(xiàn)在年內(nèi)的變化，年最低值主要出現(xiàn)在1～3月，最高值出現(xiàn)在7～9月。

為了研究氣溫和水溫的變化關(guān)系，采用了線性相關(guān)分析。雖然氣溫和水溫年最低值、年最高值出現(xiàn)的時(shí)間有所不同，但從相關(guān)性分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，氣溫和水溫具有較好的正相關(guān)性。溪洛渡、向家壩壩上與壩下相關(guān)性系數(shù)差別較大，這主要是由于壩上水體水溫受氣溫、太陽輻射以及蒸發(fā)量等因素的影響較大，壩下水體水溫受水庫低溫下泄水的影響較大[7]。

2.2 表層水溫、氣溫的沿程變化特征

干流沿程各斷面表層水溫和氣溫的月均值變化見圖2和圖3。

總體來看，該江段表層水溫的沿程變化在各月份呈小幅波動(dòng)趨勢(shì)。從水溫的沿程變化來看，2017年6月，金陽河匯口下游至溪洛渡壩上江段上下游的水溫溫差最大，差值為4.2 ℃;該江段上下游氣溫溫差也最大，差值為3.7℃。

（1）溪洛渡壩上至壩下斷面表層水溫變化趨勢(shì)基本一致，均為壩上溫度明顯高于壩下溫度，壩上壩下最大溫差為4.1℃，最小為0.2℃，分別出現(xiàn)在升溫期（2017年7月）和降溫期（2017年2月）。這主要是由于溪洛渡水庫夏季分層明顯，冬季基本呈等溫分層狀態(tài)，而壩下庫表水溫受下泄低溫水的影響較大。

（2）溪洛渡壩下至綏江縣城斷面，水溫有小幅升高，為0.2 cC～1.9℃，這主要是由于氣溫要素對(duì)壩下水體的影響，壩下溫度較低的水體在流經(jīng)下游斷面的過程中，水溫又呈現(xiàn)回升的趨勢(shì)，說明水溫和氣溫具有較好的正相關(guān)性。

（3）綏江縣城至向家壩壩上斷面的表層水溫呈小幅波動(dòng)狀態(tài)，波動(dòng)幅度在0.5 ℃以內(nèi)。

（4）向家壩壩上與壩下斷面表層水溫變化與溪洛渡水庫水溫變化特點(diǎn)一致，即壩下水溫明顯低于壩上斷面，溫差為0.1℃～2.0℃。

由于溪洛渡、向家壩庫區(qū)及壩下江段空間跨度大，影響因素多且復(fù)雜，因而表層的水溫整體規(guī)律尚不明顯，但在局部具有一定規(guī)律性，主要體現(xiàn)在溪洛渡壩上至向家壩壩下江段。

3 垂向水溫分布特性

3.1 干流

干流各斷面全年垂向水溫分布見圖4。

（1）金陽河匯口下游斷面全年上下層水溫分布較均勻，溫度差異小，未監(jiān)測(cè)到分層現(xiàn)象。

（2）美姑河匯口下游在升溫季節(jié)（2017年5～8月）出現(xiàn)了顯著的分層現(xiàn)象，水體表底層溫差在5 ℃～7 ℃。2017年4月出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象;2016年9月和12月出現(xiàn)弱的分層現(xiàn)象;2016年10月、11月以及2017年1～3月，表底層水溫溫差較小，未觀測(cè)到分層現(xiàn)象。

（3）溪洛渡壩上的垂向水溫分層情況在la內(nèi)有周期性的循環(huán)變化趨勢(shì)，且1～12月表層水溫始終高于底層水溫。1～3月未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且表、底層水溫相差不大（小于1℃）。進(jìn)入4月后，表、底層溫差迅速增加，表層水溫由14.50C上升至17.4℃，但底層水溫維持在14℃左右。4～8月，表層水溫總體呈上升趨勢(shì)，8月升至最大值，約23 ℃，底層水溫變化不大，依然在14.5℃左右。8～10月的表層水溫總體呈下降趨勢(shì)，從23℃降至21℃，但垂向摻混加劇，底層水溫迅速上升，溫躍層不斷下移。11月，溫躍層繼續(xù)下移。進(jìn)入12月后，溪洛渡壩上水溫沿垂向基本呈等溫混合分布。

（4）綏江縣城斷面在2017年5月和6月有明顯的分層現(xiàn)象出現(xiàn)，溫躍層的深度在70～ 90 m;其他月份未觀測(cè)到明顯的分層現(xiàn)象。整體而言，春夏季出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象，其他季節(jié)和月份未出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。

（5）向家壩壩上斷面在2017年5～7月出現(xiàn)顯著的分層現(xiàn)象，最大表底層溫差達(dá)6.9℃。2017年4月有較明顯的分層現(xiàn)象出現(xiàn)，其他月份未觀測(cè)到分層現(xiàn)象。4～7月，溫躍層有逐漸下移的趨勢(shì)。

（6）從干流各斷面垂向水溫的沿程分布上來看，金陽河匯口下游斷面距兩壩最遠(yuǎn)，全年未監(jiān)測(cè)到分層現(xiàn)象。隨著距壩里程的逐步減少，美姑河匯口下游斷面和綏江縣城斷面則出現(xiàn)一定的水溫分層現(xiàn)象，其中以溪洛渡壩上斷面和向家壩壩上為代表的近壩水體水溫分層現(xiàn)象最為顯著。

3.2 支流

支流各斷面全年的垂向水溫.監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

（1）牛欄江支庫庫中在2016年12月以及2017年4月和5月有弱分層現(xiàn)象出現(xiàn)，表底層溫差分別為1.0 ℃、1.9℃、1.2 ℃，溫躍層分別為25～35 m、5-20 m、5～10 m，其他月份未監(jiān)測(cè)到明顯分層現(xiàn)象。

（2）金陽河支庫庫中斷面各月上下層水溫分布均比較均勻，上下層溫度差異較小，均小于1.0 ℃，未監(jiān)測(cè)到明顯的分層現(xiàn)象。整體上，水溫隨季節(jié)變化，水體上下層未出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。

（3）美姑河支庫庫中在2017年4～6月有明顯的分層現(xiàn)象，水體表底層溫差分別達(dá)到4.8℃、5.7 ℃、6.5℃。2016年9月有較明顯的分層現(xiàn)象出現(xiàn)，2016年8，10，11月和12月，以及2017年7月有弱分層現(xiàn)象出現(xiàn)，2017年1～3月未監(jiān)測(cè)到明顯分層現(xiàn)象?？傮w上看，4～6月溫躍層較淺，均處于70 m以上;8～ 12月，溫躍層基本上處于100 m以下;春夏季節(jié)水溫分層較明顯，冬季水溫分層現(xiàn)象不明顯。

3.3 成因分析

通過分析溪洛渡、向家壩庫區(qū)垂向水溫分布規(guī)律可知，兩庫區(qū)近壩段水體在垂向水溫的分布上易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，而壩前水體水溫分層現(xiàn)象最為顯著。具體表現(xiàn)為：春、夏季易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，特別是夏季，在風(fēng)力、熱對(duì)流等因素的共同影響下，隨著庫表溫度的升高，熱量從庫表逐漸傳至庫中或庫底，水體易形成穩(wěn)定的分層結(jié)構(gòu);秋季庫表水溫隨氣溫下降而逐漸降低，其溫躍層在一定范圍內(nèi)也不斷下移;冬季由于庫表溫度再度降低，水庫水溫在垂向上基本呈等溫混合狀態(tài)[8-10]。溪洛渡水庫自蓄水以后，影響其水溫結(jié)構(gòu)的因素主要有來流水溫、氣象因素、人流和出流條件、水庫調(diào)度等[11-12]。然而向家壩水庫受上游溪洛渡水庫調(diào)度的影響，其上游來水流量和水溫影響著庫區(qū)內(nèi)水溫結(jié)構(gòu)的形成。總之，水庫水溫結(jié)構(gòu)的形成是外部熱量的輸入和庫區(qū)流態(tài)共同作用的結(jié)果[13]。

4 結(jié)論

根據(jù)溪洛渡、向家壩庫區(qū)及壩下的水溫監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)表層水溫及垂向水溫年內(nèi)分布特性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

（1）各斷面表層水溫的特征值各有差異，但時(shí)間變化規(guī)律相似;水溫與氣溫具有較好的正相關(guān)性。

（2）在表層水溫的沿程分布上，整體規(guī)律尚不明顯，但壩上斷面的表層水溫明顯高于壩下;隨著與大壩距離的增加，水溫又逐漸回升;氣溫對(duì)表層水溫的變化有較大影響。

（3）庫區(qū)內(nèi)干流和支流各斷面全年的垂向水溫監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，溪洛渡壩上和向家壩壩上2個(gè)斷面有較為顯著的水溫分層現(xiàn)象出現(xiàn)。

（4）庫區(qū)垂向水溫的分布和監(jiān)測(cè)斷面的水深、監(jiān)測(cè)時(shí)間以及距大壩的距離等因素有關(guān)。水深越深，表底層溫差越大;距壩段越近，垂向水溫分布特征越顯著。

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