水庫水溫模擬研究綜述

王雅慧，李 蘭，卞俊杰

（1.武漢大學水資源與水電工程國家重點實驗室，湖北武漢430072；2.長江水利委員會水文局，湖北武漢430010）

大型水電工程的建設產生了發電、防洪、供水、灌溉、航運、養殖、旅游等綜合效益，有效地促進了經濟和社會的發展。但與此同時，水庫蓄水勢必會改變天然河道的水文、水力、水質等因子，從而打破了流域原有的平衡，對庫區及下游的生態環境造成影響；調節性能較強的水庫形成了水溫分層，導致不同深度的水體環境差異顯著，會改變庫區水生生物結構，影響庫區水質；水電站由于發電要求往往設置高程較低的單層泄水口，在水溫分層情況下使夏季下泄水溫較天然水溫低，低溫水又影響了農作物的發育及魚類正常的生長繁殖，繼而造成農漁業的減產和區域生物多樣性的喪失。上述這些不利影響都成為了水電發展的重要制約因素。因此，在大型水電工程的規劃設計和運行管理中，必須重視水溫作為水生態環境因子的重要作用，廣泛開展水庫水溫模擬和下泄水溫研究，了解水庫形成前后水溫的變化和發展，預測建庫后的庫區水溫結構和下泄水溫規律。在水溫研究的基礎上，對水庫工程建設的生態影響進行合理評價，并積極采取有效的措施緩解水溫帶來的不利環境影響，以實現水能資源利用與流域環境保護的協調發展。

1 國內外水庫水溫研究進展

由于水庫水溫不僅涉及到工程設計和庫區環境本身，還對下游河流生態系統、農田灌溉、工業、生活用水等方面都造成影響，所以許多國家很早就開始重視水庫的水溫研究，最具有代表性的是美國、日本和蘇聯。美國的水庫水溫研究經歷了3個發展階段，包括20世紀30年代初的水溫監測、20世紀40～50年代的水溫影響因素及壩工溫度場計算、20世紀60～70年代至今的水溫數學模型及分層取水設計，在水庫水溫模擬預測理論和模型研發方面一直處于世界領先水平。日本的水庫水溫研究主要針對水電站低溫下泄水對農業的影響，分析水庫水溫的分層結構、水溫與作物生長的關系以及設計水電站分層取水裝置。蘇聯的水庫水溫研究由防冰凍災害引起，開展了廣泛的水庫水溫實際觀測、大壩穩定溫度場計算、水庫動力學及熱力學研究［1］。我國的水庫水溫研究以工程設計和管理的需要為目的，重點集中于水庫水溫的實際觀測與模擬計算方法：20世紀50～60年代在對一些水庫的水溫特性觀測和分析中，得到了一些成果，并類比到其它水庫；70年代根據國內外許多水庫的實際水溫觀測數據，總結了很多適用性不同的水庫水溫經驗估算公式；80年代以后，不斷吸收國外水溫數學模型的先進成果和經驗，并將其發展應用于我國的許多工程實踐中。目前，在我國各個水電工程的設計中都開始重視水溫的模擬計算問題，并廣泛開展了為避免水溫帶來的不利環境影響采取的工程技術和生態措施研究。

目前國內外的水庫水溫研究主要集中在水溫實際觀測與模型、大壩水溫影響、水溫環境影響、水溫調控措施等方面：

（1）精細的水庫水溫數據為水庫水溫研究奠定了基礎，而原型觀測和數學模型是獲得詳細水溫分布信息的最重要手段。尤其是近年來隨著湍流理論、流體傳熱和數值技術的發展，以美國的EFDC為代表的一批水動力學模型正逐步成為水庫水溫研究最主要的技術方法。

（2）大壩水溫影響［1］即分析建壩前后由各種因素導致的庫區水溫分布規律的演變。與水溫分布相關的影響因素是多方面的，包括建壩、不同的水庫調度方式、泄流變化、用水調整、氣候變化等，都可以作為大壩水溫影響的研究內容。

（3）水溫環境影響涉及水溫分層與低溫下泄水兩個方面。水庫水溫分層結構的形成改變了庫區水動力條件、熱力條件和水體理化特性［2］，影響了庫區生物棲息地環境和水生生態系統。同時，由于分層型水庫下層水體常年維持低溫狀態，這些低溫下泄水對下游工農業及生態系統帶來一定的影響：水庫深層水灌溉對農作物的各生長期均有影響，如使植株光合作用減弱、吸肥能力下降［3］，導致水稻成熟減緩、結實率低、產量下降，引發冬小麥的早熟［4］等；低溫下泄水使下游河道魚類達到產卵水溫所需的時間延長，影響魚類正常的繁殖［5］；當多個梯級水庫聯合調度時，水溫累積效應明顯，低溫下泄水對下游生態的影響將更為顯著［6］。

（4）水溫調控措施是針對水溫對庫區及下游的環境影響采取的一系列具體措施，可以貫穿在工程設計、建設、運行管理的各個環節。如：為防止低溫下泄水對農作物“冷害”，采取多層疊梁門取水設計［7］和制定適宜作物生長溫度的灌溉計劃［8］；在庫區通過動力方式破壞水溫分層，從而避免由此產生的水庫水質惡化和富營養化問題；用生態調度、生態補償等方式緩解水溫對區域生態環境的不利影響；合理利用水溫分層、低溫下泄水發展漁業及工業，等等。

隨著近年來水溫研究深度和廣度的不斷擴展，水溫已經開始作為一個重要的水質指標，被納入國內外先進的流域綜合管理（IRBM）體系中。

2 水庫水溫結構判別

水庫修建后形成了巨大的停滯水域環境，由于水深不同的區域接受太陽輻射的程度不同，加之風力、入流和垂向水流交換的作用，水庫會沿水深方向出現一定的水溫分層現象。根據水溫分層強弱的不同，可以將水庫水溫結構劃分為穩定分層型、過渡型、混合型。穩定分層型水庫多為調節性能較好的大水庫，垂向溫度分為3個層次：表層溫度較高的是溫變層，水溫的增暖和變冷多發生在這一層；底層是溫度較低、熱量交換較少的滯溫層；中間是溫度梯度較大的溫躍層。混合型水庫一般為庫內流速較大的中小型水庫，垂向溫度差異較小。過渡型水庫的水溫分布特點則介于兩者之間。

通過一定的方法對水庫水溫結構進行初步判別，可以為進一步的水溫研究奠定基礎。目前國內外常用的水庫水溫結構判別方法有庫水交換次數的α和β指標法、水庫寬深比判別法、密度佛汝德數法、熱平衡因子法。我國現行的水庫環境影響評價中普遍采用α指標法和密度佛汝德數法來初步判別水庫的水溫分層結構。

庫水交換次數法是《水利水電工程水文計算規范》推薦使用的方法，判別指標是：

式中，w為多年平均入庫徑流量（m3），v為水庫總庫容（m3），α為判別指標。當α≤10時，為水溫穩定分層型；α≥20時，為混合型；10＜α＜20時，為過渡型。

密度佛汝德數法是1968年美國Norton等提出的，判別指標是：

式中，u為斷面平均流速（m／s），H為平均水深（m），Δρ為水深H上的最大密度差（kg／m3），ρ0為參考密度（（kg／m3），g為重力加速度（m／s2），Fr為判別指標。

由于上述的指標判別方法對水溫分層的物理機制描述不夠準確，同時鑒于有限的實驗資料和經驗難以定量水溫分層特性與某些內在因素的關系，因此有時會得不到合理的結果。近年來有學者提出了模式判別思想，采用感知器算法、人工神經網絡、模糊回歸、高斯過程機器學習方法等來判別水庫水溫結構［1］，取得了一定的成果。

3 水庫水溫及生態環境影響

3.1 水庫水溫分層與水生態環境

水溫是水庫生態系統中的一個重要水質要素，也是水庫水環境變化的重要驅動因子，水的所有物理化學特性幾乎都與水溫有關［9］。水溫分層現象會導致庫區水動力特性和不同水深范圍內溶解氧、化學物質、水生生物的變化：表層水體由于浮游植物光合作用釋放大量氧氣，溶解氧處于飽和狀態；滯溫層水體處于缺氧狀態，加速底泥中N，P等營養物質以及Fe，Mn等鹽類分解，使水體混濁、發臭，同時CO2釋放增加、pH下降，加劇水質惡化。在水庫表層光照充足、水溫適宜、營養鹽豐富時，可能引起藻類等水生生物的爆發性生長，甚至導致“水華”現象。即使水庫分層較弱，底泥釋放的營養物質也會逐漸上升到表層，加之春秋季節的翻庫作用，水體富營養化的危險大大增加。水溫與藻類的生長速率密切相關，一般認為15℃～30℃的水溫有利于藻類的生長，而不適宜的水溫則會抑制藻類的生長。在日本的Shimajigawa水庫［10］氧環境下底泥P元素大量釋放并通過翻庫作用被帶到表層，引起了浮游植物的大量繁殖；黃廷林等［11］在研究庫內源污染特征時發現，水體溫度分層是影響水庫水質分布的主要因素之一，水體pH和溶解氧在溫躍層之下隨水深增大而急劇降低；侯偉等［12］分析了廣東省3座中型水庫的浮游植物群落特征，指出水溫對浮游植物的影響主要體現在種群分布的季節性差異，葉綠素a質量濃度與水溫存在一定的相關關系。

3.2 水庫低溫下泄水

與天然河道不同，調節性能較強的水庫庫區水深大、流速緩，在熱季易出現明顯的水溫分層，導致水庫深層下泄水溫較天然水溫低。一方面，低溫水在溫度、組成成分方面的差異會對敏感的下游農作物及魚類產生不利影響，另一方面，低溫水又是很好的工業中水冷卻水源，合理利用可以增加企業的利潤。因此，為了趨利避害，低溫下泄水對下游的生態環境影響成為了水庫水溫研究中一項重要的課題。

低溫水造成的農作物及漁業減產問題在日本、美國、中國等許多國家都有實例。日本的星野等人做了大量的實驗研究，認為低溫水會降低植株的光合作用，抑制根系吸水，影響礦物質的吸收，從而打破農作物的發育規律，造成糧食減產。Philpott水電站［13］一項關于水庫水流對下游魚類影響的調查表明，庫區水動力環境和水溫的改變會減緩魚類的生長，破壞生殖期魚類的產卵條件，影響魚類的正常行為。

河流水電梯級開發在一定程度上會累積單一電站的低溫水影響，引起流域內一系列群體性、系統性和累積性的環境影響［14］。劉蘭芬等［6］結合現場觀測與數學模型分析了河流梯級開發下泄水溫的累積影響，結果表明高壩大庫、多梯級的開發方式對河流水溫的累積影響最大；鄧云等［15］用數學模型預測了梯級電站單獨和聯合運行時庫區水溫分布及下泄水溫過程，證明梯級電站的環境累積效應顯著；李蘭［16］構造了“三層人工神經網絡模型—統計法—朱伯芳法—東勘院法”綜合模型，預測河段末端的梯級水溫累積影響；許多學者還針對瀾滄江、金沙江、雅礱江等我國水電重點開發河段，運用多種模型開展了河流梯級開發的水溫累積影響專題研究。

4 水庫水溫模擬計算方法及軟件

20世紀50年代中期以來，國內開始對水庫水溫進行觀測，隨后逐步發展了水庫水溫模擬的各種計算方法，其中最主要的是經驗公式法和數學模型法。

4.1 經驗公式法

20世紀50年代以來，國內開始對水庫水溫進行觀測。70年代中期之后，出現了水庫水溫模擬的經驗公式法并得到了廣泛的應用。經驗公式法主要是以實測水溫、氣象等資料為基礎，總結水庫水溫分布的影響因素及變化規律，提出適合同類型水庫的經驗公式。在我國應用較多的有東勘院公式、朱伯芳公式、統計公式、李懷恩公式等。

經驗公式法具有資料要求低、應用簡單、效率高、可操作性強等優點，但過分偏重實測資料的綜合統計而忽略了水庫形狀、運行方式、泥沙異重流等工程實際情況對水庫水環境的影響，且不同公式適用范圍不同，模擬的時空精度較低，無法獲得詳細的水溫時空變化。

4.2 數學模型法

最早的水庫水溫數學模型是20世紀60年代初美國為解決湖泊和水庫的富營養化問題提出的一維數學模型，后來隨著數值技術和計算機水平的發展，又出現了平面二維模型、立面二維模型和三維模型。數學模型法在一定程度上彌補了經驗公式法的不足，是水庫水溫研究必不可少的手段。

（1）一維模型

1961年Raphael［17］首次提出了基于水動力學的水庫熱量平衡計算方法，并應用于哥倫比亞河某些混合型水庫。美國水資源工程公司Orlob［18］和Selna以及麻省理工的Hubert［19］和Harleman基于水庫水溫均勻混合等溫薄層假設，分別提出了WRE和MIT兩個典型的一維垂向水溫模型。20世紀70年代，為解決WRE模型和MIT模型對表層風力混合描述不足的問題，Minnesota大學的Stefan［20］建立了一維Stefan－Ford模型，以紊流動能和熱能的轉化來計算水溫變化，并成功預測了兩個溫帶小型湖泊的水溫分布，1977年Harleman也將類似理論引入MIT模型改善其效果。1978年Imberger［21］提出了適宜于描述中小水庫溫度和鹽度分布的混合模型DYRESM，初步解決了風力混合問題，自20世紀80年代起廣泛應用于大洋洲、歐洲的許多湖泊和水庫，但因參數分析復雜而缺乏通用性。

（2）二維模型

水庫水溫主要沿深度有分層現象，因此應用更多的是沿縱向或垂向剖分水庫的立面二維模型。1975年Edinger最早提出了立面二維LARM水溫模型，Johnson［22］在某水庫通過多模型對比計算，最終推薦LARM模型。美國陸軍工程師團水道實驗站在LARM模型基礎上加入水質計算模塊開發出了現今最為成熟的二維CE－QUAL－W2模型的第1個版本，Kuo等［23］在Te－Chi水庫的研究中驗證了該模型的有效性。后來丹麥于1996年提出的MIKE21模型也實現了水庫水溫的較好模擬。此外其他的一些研究者也開發了自己的二維模型，如Huang等［24］二維風力混合水庫水溫模型LA－WATERS，Farrell［25］則將k－ξ模型成功應用于1個100m長的水庫的下潛流過程模擬和溫度分層研究。

（3）三維模型

隨著數值技術和計算機水平的發展，近年來國內外學者致力于開發能同時考慮溫度垂向、縱向、橫向變化的三維水溫模型，耦合求解流場和溫度場。國外開發的模型有美國弗吉尼亞海洋研究所的EFDC模型、丹麥水動力研究所的MIKE3模型、荷蘭Delft水力研究所的DELFT3D模型等，在大型水體的流場、泥沙、溫度、污染物研究中廣泛應用。我國的一些學者也做了許多工作：如李冰凍［26］用剪切應力輸運紊流模型模擬了水庫的溫度分層流動；李蘭等［27］用三維模型較精確地模擬了漫灣水庫的水溫分布；馬方凱［28］基于三維不可壓縮的N－S方程建立水溫模型，采用大渦模擬計算紊動擴散系數，并考慮水面散熱及太陽輻射對水溫的影響，對三峽水庫近壩區三維溫度場進行了預測。

4.3 其它方法（解析解、綜合類比法等）

其它典型的水庫水溫模擬方法主要是解析解法和綜合類比法。

解析解法是在水庫水溫數學模型的基礎上，經過模型結構、邊界和參數的合理簡化而推導出模型公式的解析解。解析解法可以大大減小數值計算的工作量，但是推導的難度較大，需要較精確的實際驗證。李懷恩等［29］推導出了分層型水庫定解問題在不同情況下的解析解，并證明了其適定性。李蘭等［30］在Huber和Harleman建立的垂向一維水庫水溫模型的基礎上推導出解析解，并在二灘水庫進行了驗證，模擬的最大相對誤差小于10%。

綜合類比方法避免了一般類比方法需要對比水庫的形狀、蓄泄水情況、水文氣象及運行條件高度相似的缺點。這種方法不僅對相近的多個水庫的實測水溫、參數資料進行經驗總結，而且結合包絡數值計算分析來類比需要模擬水庫的水溫分布。胡平［31］參照二灘水庫對錦屏一級水庫水溫分布進行綜合類比分析，得到了平均條件下庫區的水溫分布規律。

4.4 水庫水溫模擬模型與軟件

（1）ELCOM

ELCOM是西澳大學水研究中心開發的三維水動力模型，可用于湖泊水庫溫度與鹽度的時空模擬，結合其它模型還可進行三維水流物理及生化過程模擬。模型在多方面得到了應用：驗證了Burragorang湖由氣候變化引起的水位降低可能導致區域流體動力環境的改變和藻華［32］，準確模擬了Boulder流域溫度、電導率、生化參數等的時空變化［33］，在Swan河口證明了水溫和鹽度是控制微囊藻生長的主要因素［34］，等等。

（2）EFDC

EFDC是美國弗吉尼亞海洋科學研究所研發的開放式軟件，可以實現包括水庫在內的各種地表水系統的流場與溫度場模擬，目前已成為水環境模擬與評價的主流工具，在美國及眾多歐洲國家都有實例。近年來我國開始廣泛應用該模型，如云南滇池的水質模擬［35］、膠州灣三維潮流模擬［36］、漫灣水庫水流水溫耦合預測［37］、梯級水庫水溫累積影響研究［38］等。

（3）NAPRWT

20世紀80年代初，丁寶瑛等［39］運用水溫一維數值分析方法開發了《水庫水溫數值分析軟件》（NAPRWT）［40］，之后在東風、漫灣、二灘、向家壩、小灣、溪洛渡、錦屏一級等工程中得到了廣泛的應用和檢驗，并獲得了中華人民共和國國家版權局著作權登記［41］。

（4）Fluent

應用定制商用軟件Fluent建立的通用水溫多維模型，在水庫水溫研究方面也有一定的實用性和可靠性。唐笑等［42］討論了浮力傳熱湍流模型、水面熱交換模型和變區域動網格的Fluent實現方法，用實驗資料驗證了模型的正確性，并對某水庫水溫結構進行了分析。

5 緩解水溫環境影響的措施

5.1 分層取水

在水電工程設計和實施過程中，分層取水是削減水溫分層對生態環境不利影響的有效措施。通過不同取水措施下的水庫水溫模擬，結果表明分層取水可以顯著提高下泄水溫，從而滿足下游正常的用水和生態環境需求。

20世紀40～50年代，美國和日本就開展了分層取水研究。1956年，日本主要通過不同形式的表層取水結構解決水庫低溫下泄水對水稻生長的冷害問題。美國在20世紀60～70年代建造的水庫中廣泛采用了以多層取水口裝置為主的分層取水結構和設施。Bentonh等［43］利用水力學模型研究了分層取水對下泄水質的改善效果；SmithGore等［44］從水溫、溶解氧濃度、濁度等方面論證了分層取水相比單層取水的優點；在老撾Nam Ngum水庫［45］和紐約Schoharie水庫［46］，學者也通過相關的模型研究證明了分層取水在減免下泄水體對河道的負面影響和滿足特定用水需求方面的重大意義。總體上說，國外的水庫取水方式研究經歷了深層取水－消滅分層或利用分層取表底層水－表底層取水和分層取水工程交替出現3個階段［3］。

我國水庫分層取水研究主要針對提高灌溉水溫，同時減免低溫下泄水對下游水生生物的影響。李娟、劉仲貴等［47］通過分析水庫水溫特性、下泄水溫與農作物生長的關系，研究了分層取水對提高灌溉水溫的作用；任華堂等［48］采用三維水溫模型模擬了不同取水方式對阿海水庫水溫分布的影響，為水庫的設計和生態調度提供了參考；黃永堅［49］對水庫深層取水的多方面環境影響進行了綜合分析，指出分層取水的必要性，并對國內外分層取水的研究成果和設施進行了總結。近年來在我國許多水庫的設計施工過程中都加入了分層取水的研究：如灘坑水庫的疊梁門方案和三孔閘門方案［50］、三板溪水電站的分層取水建筑物設計［51］、兩河口水電站的多層門取水方案研究［7］、錦屏一級水電站的分層取水水動力學特性研究［52］等。

5.2 破壞水溫分層

美國和英國曾經采用主動破壞溫躍層的方式來緩解水溫分層，取得了一定的效果。具體的做法是：在壩前一定范圍內，通過向水底注空氣或氧氣、循環向深層灌水、用水泵取表層低密度水或其它水源向下輸送等動力方式，促進水庫的上下層對流，破壞水溫結構。同時由于表層水溫降低，水體吸收太陽能和氧氣的能力增強，蒸發減弱，生態環境得到改善。愛爾蘭的恩尼斯加水庫采用了6臺氣壓水槍形成水體上下層對流，有效減輕了庫區水質分層和低溫下泄水對下游珍貴魚類的影響［53］。

5.3 水利生態調度

合理的流量調度能在一定程度上減弱大型水電工程對庫區和下游包括水溫變化在內的不利生態影響。對于具有溢洪道、表孔、中孔、深孔等多種泄流方式和不同泄流量的已建工程，在保證經濟效益的前提下，進行合理的水利生態調度，如適當改變夏季的泄流量或多利用表層建筑物泄流，可以有效提高水庫的下泄水溫。

5.4 合理利用低溫下泄水

近年來，一些學者在研究如何防治水庫生態環境影響的同時，開始發展低溫下泄水的新用途。史為良［54］認為在貧營養水庫、高緯度及高海拔地區的水庫都有適宜于各種冷水魚的生存條件，可以利用不同溫度的水層發展冷水漁業。林于廉等［55］通過系統測試和模型模擬，從水溫、水質、水容量3方面論證了安康水庫作為庫區熱泵中央空調系統水源的可行性。石敬賢［56］設計了以調壓室尾水為天然冷源的錦屏一級水電站通風空調系統，認為其符合國家節能環保的產業政策，具有很大的現實意義。王煜等［57］則提出，對下游有灌溉要求的水庫可采用農業補救措施緩解低溫水效應，如制定合理的種植計劃、補充塘堰水、淺水層調節等。

6 水庫水溫的重要研究問題與發展趨勢

6.1 實際水溫觀測資料庫的建立

掌握詳盡的實際觀測資料是水庫水溫時空分布規律研究和數值模擬的重要基礎，因此需要對天然河道和已建水庫的水溫進行長期的原型觀測。目前我國已在金沙江、雅礱江等一些水電建設的重點河段以及三峽水庫等地開展了大量的水溫監測，得到了一系列重要的成果和數據，但監測的時間和空間尺度都有限。

6.2 水溫冰情耦合模擬

寒帶或寒溫帶地區的水庫在冬季會出現季節性冰封現象，水面被冰蓋阻隔后，表層的傳熱機制變化，庫區的熱損失減少。現行的水溫模型大多針對溫帶、亞熱帶和熱帶水庫建立，并未考慮冰層覆蓋對水體與大氣熱交換產生的影響。國外的Carlson，Ashton，Gosink等曾提出過幾個考慮冰蓋的模型，但效果都不理想或者未經過驗證。國內對于冰蓋水庫的研究多停留在原型觀測階段，具有突破性的研究成果較少。肖建民［58］通過對水庫多年冰期水溫實測資料的分析，得出了部分冰蓋形成與消解的經驗公式；王璐［59］等用數字分析法研究水庫冬季的結冰過程，建立了庫區冰蓋形成的熱力學方程；四川大學的蒲靈［60］分析冰蓋的消融機理，建立了包含冰情的水庫垂向一維水溫模型并應用于下爾呷水電站。

6.3 水溫模型的深度研究

自20世紀60年代起，水溫模型從最初的對流擴散模型發展到混合模型，從一維、二維模型發展到三維模型，已經成為水庫水溫研究的重要工具和手段。但由于水庫水動力問題、熱力學問題及其生態系統的復雜性，要更真實精確地模擬水庫水溫及水環境，未來的模型還需要不斷發展：擴展時空尺度，在整個流域范圍內研究精確到日的水溫變化，全面掌握水溫的時空特征；統籌考慮影響水溫的不可忽略因素（泥沙輸運、冰凍等），使模擬結果更符合實際，在設計階段為水庫安全設計提供準確的水溫信息，如劉杏紅等［61］模擬二灘水庫淤沙條件下的水溫分布，獲得了安全裕度更大的水庫水溫邊界條件，同時在運行管理階段提供詳實的水溫分布預測，保證水庫運行的穩定性；利用不斷發展的數值方法、計算機及3S技術，建立能反映水溫真實變化的三維模型，為河湖水質預警預報及其氣候響應研究提供準確的水溫數據，在這一研究領域，已有陸俊卿等［62］在漢江某河段以高精度水溫模擬格式為水質模型提供了準確的水溫預測；開展水溫模擬的不確定性研究，甄別不確定性因子及其在模擬中產生的不確定性成分，在此基礎上修正模擬結果，并盡量克服隨機性的影響，提高水庫水溫模擬結果的可靠性。

6.4 水動力學模擬軟件的開發

目前，國內水庫水溫模型的發展主要是吸收和改進國外成果，一些高校和科研機構自主開發的應用程序與國外成熟的環境水動力學商業軟件相比，還有很大的差距。且由于國內眾多科研設計機構主要依托國外成熟的環境水力學商業軟件（如EFDC，Fluent等），使得國內模型缺乏工程應用實踐，計算精度難以得到檢驗，極大地限制了國內模型的深入研究和技術創新。因此，除學習和借鑒國外經驗，還必須重視水庫水溫的基礎理論研究、實測數據庫構建、模型方法完善，發展不同維數、功能豐富、界面友好、開放共享的模型集成軟件平臺，增強國內水溫模型的競爭力，為我國的水溫研究提供更好的技術支持。

6.5 綜合多因子的水庫生態模擬與調度

水電工程的建設和運行造成了多方面不利的環境影響。庫區水位抬高導致上游水文水力學條件及地貌地形的變化，繼而造成泥沙淤積并影響水體的性質，急流生物也因失去生境而逐漸退化直至消亡。水庫蓄水使下游洪峰減小，下泄水溫的變化會破壞下游原有的生態平衡，進而影響水生生物的多樣性。目前，對分層取水措施在改善河道生態條件方面作用的研究已相對深入，但在水庫水溫結構變化對其它水文、環境及生態要素的影響及應對措施方面的研究還較少。國內許可等［63］研究水溫分層對三峽庫區生境的綜合影響，并以生物資源保護為目標提出了相應的生態調度方案；唐萍等［64］綜合考慮泥沙淤積、水溫分層對水污染、富營養化等問題的驅動作用和相互影響，初步探討了三峽庫區的水環境保護及生態修復措施。已有研究成果均表明能在一定程度上改善庫區、河道的生態條件，但依然無法完全消除上述負面影響。因此，結合水文、水溫、水體需氧量、水體氮磷營養物質等因子建立耦合度高的數學模型，進行水電建設綜合生態影響分析，從工程設計和調度兩方面著手，開展結合經濟效益與生態效益的流域綜合管理，是未來重要的發展方向。

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