指數函數法主要參數敏感性與水庫適用性研究

董連，張德見，李璜，顏劍波

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙　410116)

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指數函數法主要參數敏感性與水庫適用性研究

董連，張德見，李璜，顏劍波

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410116)

指數函數法是目前常用的水庫水溫計算方法。選取不同水溫結構的典型代表性水庫，結合實測資料分析探討主要參數變化對計算結果的影響，在此基礎上進行指數函數法主要參數敏感性以及與水庫適用性分析。研究發現，在進行擬建水庫水溫預測時，如有庫容、調節性能、地理位置等相似度高的類比水庫，且實測水溫結構為穩定分層型時，建議采用指數函數法。

水庫水溫計算；指數函數法；主要參數；敏感性分析

水庫水溫經驗公式法是基于統計學理論建立的方法，雖然數值模型法計算精度較高，但經驗公式法應用更為方便。指數函數法是水電水利工程設計實踐中常用的經驗公式法之一，通過類比相關法或經驗公式法求得各月庫表和庫底的多年平均水溫，然后采用指數函數進行空間插值。本文選擇兩類不同水溫結構的典型代表性水庫，并采用兩種不同的方法給出庫表、庫底水溫，得出整個水庫的水溫分布情況，結合實測水溫資料進行對比分析，探討主要參數變化對計算結果的影響，在此基礎上進行指數函數法主要參數敏感性以及與水庫適用性分析。

1　指數函數法簡介

指數函數法計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

表1　庫底水溫計算公式中的、k′值

2　水庫水溫案例分析

表2　研究選擇的代表性水庫所在區域氣溫

注：區域氣溫來自實測或壩面溫度計觀測資料。

2.1湖南鎮水庫

方法一：類比水庫為響洪甸水庫。湖南鎮水庫建于1983年，大壩所在緯度為28°N，水庫壩前正常水深117 m；響洪甸水庫建于1958年，大壩所在緯度為31°N，水庫壩前正常水深72 m。湖南鎮水庫和響洪甸水庫均位于華東區域，調節性能均為多年調節，實測水溫結構均為穩定分層型。根據響洪甸水庫氣溫和庫表、庫底水溫的相關關系，計算湖南鎮水庫壩前水溫分布：

T0(t)=0.8693Ta+4.7012

(5)

Tb(t)=-0.0205Ta+7.6975

(6)

式中，Ta為氣溫，℃。根據公式(5)、(6)計算出湖南鎮水庫壩前水溫分布，并與實測值對比，不同月份分布曲線差異如圖1所示。

方法二：采用實測平均值，不同月份分布曲線差異如圖1所示。

2.2鳳灘水庫

方法一：類比水庫為丹江口水庫。鳳灘水庫建于1979年，大壩所在緯度為28°N，水庫壩前正常水深106 m，調節性能為不完全年調節；丹江口水庫建于1973年，大壩所在緯度為32°N，水庫壩前正常水深92 m，調節性能為年調節。鳳灘水庫和丹江口水庫均位于華南區域，實測水溫結構均為過渡型。

根據丹江口水庫氣溫和庫表水溫的相關關系，計算鳳灘水庫壩前水溫分布：

T0(t)=0.7738Ta+5.953

(7)

方法二：采用實測平均值，不同月份分布曲線差異如圖2所示。

3　水溫計算結果比較分析

依據圖1、圖2中的水庫水溫計算結果，計算湖南鎮、鳳灘兩種不同類型水庫分別按照方法一、方法二得出的壩前水溫計算值與實測值的誤差范圍，計算結果如表3所示。

湖南鎮水庫為穩定分層型水庫，在方法一和方法二中，1—3月計算值與實測值誤差較小；4—5月、12月計算值與實測值誤差較大；6—11月計算值與實測值誤差最大。整體來看，該水庫水溫計算值均比實測值偏小。

鳳灘水庫為過渡型水庫，方法一中，1月計算值與實測值誤差較小；7—11月，計算值與實測值誤差較大；2—6月、12月計算值與實測值誤差最大。方法二中，1—4月、10—12月計算值與實測值誤差較小；5—9月計算值與實測值誤差較大。

圖1　不同計算方法下湖南鎮水庫壩前水溫分布結構Fig.1　Water temperature distribution by different calculation methods in the front of the dam of Hunan Town Reservoir

圖2　不同計算方法下鳳灘水庫壩前水溫分布結構Fig.2　Water temperature distribution by different calculation methods in the front of the dam of Fengtan Reservoir

水庫不同計算方法1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月湖南鎮方法一-3.1～-2.4-2.8～-0.1-2.2～2.2-2.4～4.2-4.1～1.9-6.8～1.0-8.7～1.0-6.4～-1.1-9.2～-2.2-9.4～-2.9-9.3～-3.4-5.4～-1.6方法二-0.7～0.1-0.3～0.4-0.6～0.6-1.1～0-2.1～0-4.6～0-4.0～0-3.2～0-4.5～0-5.9～0.1-6.0～0-3.5～0鳳灘方法一-2.6～-1.20.5～14.03.9～14.72.5～13.82.0～12.90.7～12.30.7～5.4-1.5～4.4-3.7～5.5-4.5～3.6-4.3～7.9-3.9～17.5方法二-0.2～0.2-0.1～0.1-0.1～0.2-2.5～0-4.9～0.2-9.7～0-4.1～0-4.9～0.1-5.2～0.1-1.1～0.2-2.3～0-1.2～0

4　結論

在應用指數函數法進行擬建水庫水溫預測時，如有較好的類比水庫(庫容、調節性能、地理位置等相似度高的水庫)且實測水溫結構為穩定分層型時，建議采用指數函數法。

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[6]水利部. SL 282—2003 混凝土拱壩設計規范[S]. 北京: 中國水利水電出版社, 2003.

Analysis on the Sensitivity of Main Parameters in Exponential Function Method and the Applicability of Reservoirs

DONG Lian, ZHANG De-jian, LI Huang, YAN Jian-bo

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410116, China)

Exponential function method is commonly used to predict water temperature in reservoirs at present. Based on field data, different types of reservoirs were selected typically in this paper in order to study the influence of main parameters on calculation results, and analyze the sensitivity of main parameters and the applicability of reservoirs. This study showed that exponential function method could be used to predict water temperature of the proposed reservoir when its temperature structure was stably stratified and had high similarity in capacity, regulation performance and geographical position.

water temperature calculation of reservoirs; exponential function method; main parameters; sensitivity analysis

2016-02-27

董連(1987—)，女，江蘇鹽城人，助理工程師，碩士，主要從事環境影響評價與環境保護工程設計，E-mail：384693044@qq.com

10.14068/j.ceia.2016.03.016

X143

A

2095-6444(2016)03-0062-04