水體熱分層

水體出現(xiàn)熱分層現(xiàn)象時，水中的水化成分也發(fā)生垂直分層現(xiàn)象，水體扭轉(zhuǎn)時，水中的水化成分也在垂直分布上趨于統(tǒng)一。

因?yàn)樗臏囟群痛髿獾臏囟扔胁町?，水的密度比空氣大，所以水的傳熱散熱都比大氣慢，加之水有上、中、下三個層次，這三個水層的溫度也有差異，水越深，差異越大。據(jù)科技工作者測量，當(dāng)水的上層溫度為21.2℃時，1米深的水溫為18.3℃，2米深的水溫為17℃。在冬季，水的表層溫度為4.3℃時，水深1米的溫度為4.5℃，水深2米的溫度為4.9℃。

水上熱下涼的狀況，學(xué)術(shù)界稱為水的“正分層”。冬天，深水區(qū)溫度較高，而水的上層由于受冷空氣的影響，水溫相對較低；這種水層為“逆分層”。造成水溫度分層的原因是水的溫度高，水的密度就小，水的溫度低相對密度就大，水的密度大就相對較重。再就是水的導(dǎo)熱性差。如某個時段的氣溫是20℃時，附近的水溫往往滯后2小時才會達(dá)到20℃，氣溫下降時道理也一樣，水溫在2小時后才會降到與氣溫近似的溫度。2100433B

1、鹽度對冰點(diǎn)和最大密度時的溫度的影響：

（1）在3.98℃時，純水的密度最大，為1；

（2）當(dāng)鹽度<24.7‰時，密度最大時的溫度都在冰點(diǎn)之上（即從表面開始結(jié)冰，這對越冬有利）。

（3）當(dāng)鹽度>24.7‰時，密度最大時的溫度都在冰點(diǎn)之下，對越冬不利。

（4）最大密度時的溫度隨鹽度的增加急劇下降，而冰點(diǎn)則緩慢下降，兩線交于 鹽度24.7‰，溫度是-1.332℃(鹽度24.7‰的水，最大密度時的溫度=結(jié)冰點(diǎn)=-1.332℃)。

2、水體熱分層

（1） 由0℃及其以下向4℃升溫，這時水的密度增加，由于熱的傳遞，表層水較重，開始下沉，下層水輕，上浮，表層水和底層水發(fā)生垂直扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，直到整個水體都達(dá)到4℃為止，這個時期稱全同溫扭轉(zhuǎn)期。

（2）水由4℃繼續(xù)升溫，表層水密度下降，底層水相對較重，不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。由于熱傳導(dǎo)，在表層和底層之間常產(chǎn)生一個躍溫層，其特點(diǎn)是：溫度的梯度很大，這時水呈停滯狀態(tài)，這種狀態(tài)成為正分層，一般出現(xiàn)在春夏季節(jié)。

當(dāng)氣候變化（大風(fēng)、雨、氣壓低）時，也可以發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使底層的缺氧水及其有毒物質(zhì)（H2S、氨氣）帶到表層，造成表層水缺氧，產(chǎn)生泛塘現(xiàn)象。

（3）高溫向4℃降溫時，表層水密度增加，開始下沉，與次表層水扭轉(zhuǎn)混合，最后與底層水扭轉(zhuǎn)混合，出現(xiàn)全同溫扭轉(zhuǎn)（夏秋季節(jié)），也可以造成泛塘。

（4）從4℃繼續(xù)降溫，表層水密度下降，停在表層，比下層水水溫低，這種狀態(tài)稱為逆分層。

釋文：水體熱污染是指受人工排放熱量進(jìn)入水體所導(dǎo)致的水體升溫。大量熱能排入水體，使水中溶解氧減少，并促使水生植物繁殖，魚類的生存條件變壞。熱污染主要來源于發(fā)電廠和其他工業(yè)的冷卻水。如發(fā)電廠燃料中只有三分之一熱能轉(zhuǎn)化為電能，其余三分之二則流失于大氣或冷卻水中。水溫高還會使氰化物、重金屬離子等污染物的毒性增強(qiáng)。

解析分層亦稱解析譜系。按照量詞復(fù)雜性對解析關(guān)系所作的遞歸論分層。與算術(shù)分層類似，任何解析關(guān)系可以用算術(shù)關(guān)系加上有窮個交替出現(xiàn)的二階函數(shù)量詞?′與?′表示，依照量詞個數(shù)，可以將該解析關(guān)系納入具體的解析分層Σ¹_n或π¹_n中。形式地，具體的解析分層Σ¹_n，π¹_n，Δ¹_n可遞歸定義如下：

1.Σ¹₀=π¹₀={R：R為算術(shù)關(guān)系}。

2.Σ¹_{n 1}={(?′f)R(f，f₁，f₂，…，f_k，x₁，x₂，…，x_m)：R∈π¹_n}.

3.π¹_{n 1}={(?′f)R(f，f₁，f₂，…，f_k，x₁，x₂，…，x_m)：R∈Σ¹_n}。

4.Δ¹_n=Σ¹_n∩π¹_n.

Σ¹_n，π¹_n與Δ¹_n中的關(guān)系分別稱為Σ¹_n關(guān)系、π¹_n關(guān)系與Δ¹_n關(guān)系，此外，Δ¹_w定義為：∪{Σ¹_n∪π¹_n：n∈ω}，即所有解析關(guān)系的集合。此外，對n≥1，Σ¹_n關(guān)系可表示成下形范式：

(?′f₁)(?′f₂)…(Q_nf_n)(Qx)

R(f₁，…，f_n，f_{n 1}，…，f_{n p}，x，x₁，…，x_q)，

其中若n為偶數(shù)，Q¹_n為?′，Q⁰為?⁰；若n為奇數(shù)，Q¹_n為?′，Q⁰為?⁰；而R為遞歸關(guān)系。π¹_n關(guān)系也可表示成以?′開頭的類似表達(dá)式.解析分層還具有如下封閉性：

1.Σ¹_n，π¹_n，Δ¹_n對合取、析取運(yùn)算與一階量詞封閉。

2.Δ¹_n對否定運(yùn)算封閉。

3.R∈Σ¹_n，當(dāng)且僅當(dāng)?R∈π¹_n；

R∈π¹_n，當(dāng)且僅當(dāng)?R∈Σ¹_n。

4.對n≥1，Σ¹_n對二階量詞?′封閉，π_n對二階量詞?′封閉。

關(guān)于解析分層的其他性質(zhì)，參見“解析枚舉定理”。此外，與算術(shù)分層不同，Δ¹₁≠Σ¹₀=π¹₀=Δ¹₀，Δ¹₁的關(guān)系稱為超算術(shù)關(guān)系。

根據(jù)水溫結(jié)構(gòu)，水庫可分為分層型和混合型兩類水庫。在夏季，分層型水庫的水溫可分為，庫面溫水層(溫變層)，水庫大多數(shù)增暖和冷卻都在溫水層進(jìn)行；溫水層以下是溫度變化較迅速的斜溫層(溫躍層)；斜溫層以下是熱量難以交換的冷水層(滯溫層)。庫面溫水層和庫下冷水層的溫度差可超過15℃ ～ 20℃ 。夏季水溫分層后，形成穩(wěn)定的斜溫層。水溫在水平方向上保持不變，僅垂直方向變化。而且由于水溫引起的垂直方向的密度梯度，上下很難產(chǎn)生滲混，往往形成入流和出流的水平層流。而在秋季以后，表層水溫度降低，密度增加，庫面水下沉，產(chǎn)生對流現(xiàn)象，進(jìn)入對流期。這樣入流和出流的流動，再加上上庫來水的均勻滲混，使庫水溫達(dá)到了均勻分布。冬季則可能形成表面冰蓋，而冰蓋下面是4℃的水，形成冬季逆溫分層。春季來臨，湖泊上層熱量的輸入大于支出，使表面溫度升高，接近4℃時，會發(fā)生上下水層之間的水量交換，如遇有強(qiáng)風(fēng)，則全深度的水達(dá)到均勻的密度分布，水庫水溫達(dá)到了均勻的分布。隨著夏季的來臨，水庫表面溫度升高，由于外力影響，熱量向較深層傳遞在表面形成暖而輕的水層，冷而重的水分布在庫底。如果混合不能充分補(bǔ)償這種溫度和密度的垂直分布，則形成夏季水庫水溫分層結(jié)構(gòu)。這種分層型水庫多在規(guī)模較大，并且水流較慢的大型水庫出現(xiàn)?；旌闲退畮?，一般在庫內(nèi)水流湍急，交換迅速的中、小型水庫出現(xiàn)。一年四季，這類水庫的水溫垂向分布大致相同 。