水溫模型

根據(jù)水體類型，水溫模型分為水庫水溫模型、河流水溫模型、海洋水溫模型等（一般把湖泊水溫模型歸于水庫水溫模型一類）：根據(jù)考慮空間變量的個(gè)數(shù)，可分為零維模型、一維模型、二維模型、三維模型。

水溫模型的建立是以熱力學(xué)、流體力學(xué)、氣象學(xué)等為基礎(chǔ)的，其核心是熱量平衡方程。熱在水中通過傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射傳遞而轉(zhuǎn)移。傳導(dǎo)取決于水的分子運(yùn)動(dòng)，對(duì)流取決于水的流動(dòng)，輻射依賴于水的吸熱特性。

水溫模型是指描述水體溫度場(chǎng)變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

水溫模型主要研究水體溫度場(chǎng)的變化特征，預(yù)報(bào)水體水溫或取水水溫；應(yīng)用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)、水庫水溫研究、熱污染防治、水體水質(zhì)分析以及大壩設(shè)計(jì)、施工、管理等方面 。

是最復(fù)雜、最重要的邊界條件之一，包括太陽輻射、大氣長(zhǎng)波輻射、水面長(zhǎng)波輻射、蒸發(fā)、傳導(dǎo)、降水等；除太陽輻射能進(jìn)入水體較深處以外，其余都在水面附近發(fā)生。水體與巖土之間的熱交換在水較深、非封閉的情況下，與水面的熱交換相比可忽略不計(jì)。水力特性、風(fēng)、環(huán)流等是影響水溫變化規(guī)律的重要因素 。2100433B

通常采用實(shí)測(cè)法、指數(shù)法和水溫模型法。中國(guó)、日本常采用指數(shù)法，即用入庫年水量與庫容的比值和一次洪水量與庫容的比值進(jìn)行判斷。分析和預(yù)測(cè)水庫水溫變化，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式和水溫模型。水溫模型比經(jīng)驗(yàn)公式準(zhǔn)確，能進(jìn)行較短時(shí)段的預(yù)測(cè)。

近年來，隨著對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，水電站進(jìn)水口分層取水方式正逐漸被采用。我國(guó)目前擬采用分層取水方式的工程均處于研究和在建階段。目前缺乏分層取水方式下泄水溫效果的研究，尤其試驗(yàn)研究是一空白。.本項(xiàng)目針對(duì)水溫成層型水庫進(jìn)水口分層取水下泄水溫進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討水庫分層取水水溫模型的相似理論和試驗(yàn)方法。水電站進(jìn)水口取水將改變附近庫內(nèi)水溫分布，目前的模型相似理論沒有考慮流場(chǎng)變化對(duì)分層結(jié)構(gòu)的影響，不能直接應(yīng)用于水庫水溫分層取水試驗(yàn)，本研究將針對(duì)水庫水溫分層以及分層取水的特點(diǎn)，探討水溫模型試驗(yàn)的相似條件，提出模型與原型的水溫相似關(guān)系。以往分層流動(dòng)試驗(yàn)，通常以鹽淡水為介質(zhì)形成兩層密度分布，很難模擬實(shí)際的水庫水溫分布規(guī)律，本研究將直接模擬水溫，形成多層水溫分層，直接測(cè)量進(jìn)水口的下泄水溫。

水庫水體在水文、氣象、地形、地理位置、出水口位置、調(diào)度運(yùn)行方式等因素的影響下，形成不同的水溫結(jié)構(gòu)。水庫水溫結(jié)構(gòu)可分為分層型和混合型兩類。分層型水庫隨季節(jié)變化，上下層水溫發(fā)生不同的變化；而混合型水庫全年水庫上下層水溫沒有明顯區(qū)別，基本保持天然河流狀態(tài)。

分層型水溫結(jié)構(gòu)年周期性變化：初春，溫帶水庫水溫常保持在4℃左右，整個(gè)水體是不穩(wěn)定的，易受風(fēng)的作用而使上下層完全混合。夏季，氣溫上升，太陽輻射增強(qiáng)，水庫表層水體受熱升溫，密度減小，停留在其下面的溫度較低、密度較大的水層之上；但初夏時(shí)，溫差較小，受風(fēng)的作用能完全混合。當(dāng)某一時(shí)刻，由于溫差較大，風(fēng)的作用不足以混合整個(gè)水體時(shí)，就形成了穩(wěn)定的三層式溫度分層：水庫上部水溫呈均勻分布，稱為庫面溫水層；在此以下的溫度突變區(qū)，稱為溫躍層，一般水深增加1m，水溫可下降1℃以上，溫躍層的深度很大程度上取決于作用在水面上的風(fēng)力；溫躍層以下，水溫很低且較均勻，為停滯靜水，稱為庫下冷水層。由于水體密度分層，敵水庫的進(jìn)、出水將產(chǎn)生異重流運(yùn)動(dòng)。秋季，氣溫下降，太陽輻射變?nèi)酰韺铀疁叵陆?，密度增加，庫面溫水層與其下層水由于重力和風(fēng)的作用產(chǎn)生對(duì)流，厚度逐漸加大，溫躍層向下層擴(kuò)展，最后因混合作用擴(kuò)展至不同水深，形成等溫狀態(tài)，稱為秋季對(duì)流。入冬，水溫繼續(xù)下降，若表層水溫低于4℃，則在無風(fēng)和有冰層的情況下，將出現(xiàn)底層水溫比表層水溫高的逆分層。春天來臨，冰層開始融化，逆分層將混合消失，稱為春季對(duì)流。隨后，水庫水體再一次出現(xiàn)溫度分層。庫面溫水層水溫在分層季節(jié)變化較大，與河流水溫差不多或略高。庫下冷水層溫度變化較小，變化程度取決于分層前的水溫，與冬春河流水溫差不多。一般分層型水溫結(jié)構(gòu)多出現(xiàn)在蓄水水庫；徑流式水庫不發(fā)生典型的三層式溫度分層現(xiàn)象。