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水利水电科技进展,2013,33(3)摇 Tel:025 83786335摇 E鄄mail:jz@ hhu. edu. cn摇 http: / / kkb. hhu. edu. cn
第 33 卷第 3 期
Vol. 33 No. 3
水 利 水 电 科 技 进 展
Advances in Science and Technology of Water Resources
2013 年 5 月
May 2013
基金项目: “十一五冶 国家科技支撑计划(2008BAB42B08);南京水利科学研究院青年基金(Y510004)
作者简介:李褆来(1962—) ,男,北京人,教授级高级工程师,硕士,主要从事水力学及河流动力学研究。 E鄄mail:tlli@ nhri. cn
DOI:10. 3880 / j. issn. 1006 7647. 2013. 03. 006
梯级水电站对库区和河道水温的影响预测
李褆来,陈黎明,王向明
(南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京摇 210029)
摘要:针对某河流梯级水电站水库中不同的水温结构类型,分别建立了一维和三维水动力与水温数
学模型,对建设梯级电站后库区及河道的水温变化进行研究。 研究结果表明,建设梯级电站后改变
了库区水温的垂向分布,增大了水库表层和底层水温温差;改变了下游河道水温的时空分布,降低
了下泄水流全年平均水温,减小了年内水温变幅。
关键词:梯级电站;水温预测;温跃层;数学模型
中图分类号:TV697郾 1摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1006 7647(2013)03 0023 06
Influence forecast of the cascade power stations on water temperature of reservoirs and rivers / / LI Tilai, CHEN
Liming, WANG Xiangming ( State Key Laboratory of Hydrology鄄Water Resource and Hydraulic Engineering, Nanjing
Hydraulic Research Insitute, Nanjing 210029, China)
Abstract: The one鄄dimensional and three鄄dimensional hydrodynamic and water temperature numerical models for a
reservoir of the cascade hydropower station with different temperature types were established to study the influences of the
cascade hydropower station construction on the water temperature. The results show that after the construction of the
stations, the vertical distribution of water temperature in the reservoir changes; the difference between the bottom and
surface water temperatures increases; the spatial and temporal distributions of water temperature in the lower reaches of the
river change; the variation range of water temperature in the lower reaches of the river decreases; and the annual average
water temperature of the discharged flow decreases.
Key words: cascade power stations; water temperature forecast;thermal stratification;numerical models
摇 摇 我国山区河流落差大,水量充沛,具备建设梯级
水电站的自然条件。 开发梯级水电站不但可以充分
利用河流的水资源,而且还可以调节水量、提高防洪
和航运能力以及增加旅游资源等。 然而,梯级水电
站的建设改变了河道的蓄水量、流量过程、水域面
积、水温分布和泥沙运动,所带来的生态环境问题也
越来越受到关注。 近年来国内外学者针对梯级水电
站建设 带 来 的 河 流 水 温 变 化 进 行 了 研 究, Huber
等
[1鄄2]
建立了垂向一维水动力和水温数学模型、平面
二维水动力和水温数学模型和三维水动力和水温数
学模型,并已在湖泊型水库的水温研究中应用;刘兰
芬等
[3鄄8]
通过经验公式法和数学模型对水库水温进
行了研究。 梯级水电站水库对河流的水温影响较单
一水库的影响更为复杂,本文针对某河流梯级水电
站开发中不同水库的水温结构类型,采用一维水动力
和水温数学模型和三维水动力和水温数学模型相结
合的方法,对水库水温分布、下泄水流水温以及对干
流水温的影响进行预测,为进一步研究梯级水电站建
设对整个河流鱼类和水生物生长影响提供理论依据。
1摇 水动力和水温数学模型
1. 1摇 一维水动力和水温数学模型
为研究梯级水电站建设对整个干流水温的影
响,首先将干流、大坝及其主要支流作为整体考虑,
采用一维水动力和水温数学模型进行模拟研究。
一维天然河道水流运动计算可归结为求解一维
非恒定流圣维南方程组:
鄣A
鄣t
+
鄣Q
鄣x
- q = 0
鄣Q
鄣t
+
鄣
鄣x
Q
2
( )
A
+ gA
鄣h
鄣x
+ S
f
+ S
( )
e
=
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
0
(1)
式中:Q 为流量,m
3
/ s;h 为水位,m;A 为过水断面面
积,m
2
;x 为沿主流向的纵向距离,m;t 为时间,s;q
为侧向出、入流,m
2
/ s; S
f
为河道的阻力坡降;S
e
为河
道突扩或收缩引起的坡降。 式(1)采用四点加权隐式
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