水庫下泄低溫水影響及減緩措施

孟健婷 王森建

【摘要】高壩大庫的修建形成了大面積的停滯水域，加之太陽輻射以及其他理化作用，水庫內水溫沿水深呈明顯的季節性分層分布。傳統底層取水的下泄水溫較低，會對下游水生生物的生長和繁殖造成危害，并產生水庫放流濁水長期化等問題。因此，如何有效的提高水庫下泄水溫，減免下泄低溫水帶來的生態環境影響已經成為人們日益關注的問題和學者研究的焦點。分層取水措施可以提高下泄水溫，進而有效緩解低溫水對下游生態環境帶來的負面影響，因此被越來越多的應用于大型水利工程中。

【關鍵詞】水庫；溫度；分層取水；下泄水溫

概述

在天然河流中水體溫差相對較小，水體紊流摻混作用較強，單位水體自由表面大，溫度隨氣溫變化較為明顯。由于許多高壩大庫的建成，特別是一些調節性能好的深水水庫，下泄的低溫水極大地改變了天然河道的水溫分布。而許多水質要素都與水溫變化有密切的相關性。

1、水庫水溫分層現象

水庫由于地理位置、管理方式的不同，加之入流水溫、氣象條件等影響，在垂直方向上呈現出有規律的水溫分層現象，并且以年為周期循環變化。初春前，水溫低，庫區內水體由于前期的冰凍、冷卻作用，上下對流混合，故上下層水溫基本一致，有這種水溫狀態的水庫稱為混合型水庫。入春以后，由于日照增強，氣溫升高，表面水體吸收了大量的熱量之后溫度上升，而水庫深層的水體，溫升較慢，仍然保持較低的水溫，形成了明顯的溫度分層結構。根據水的物理特性，表層水溫高，所以密度小，如無外力擾動，只留在上層；而4℃以上的水體，水溫越低，密度越大，越是沉在下層，所以雖然表層水溫已經達到20-30℃，但底層水溫依舊保持冬天的溫度，上下層最大溫差可以達到20℃。進入秋季，日照和氣溫都有所降低，水庫水溫由表層依次冷卻下來。由于上層水冷卻后下沉與下層水體不斷摻混，使下層水溫升高。加之下層水長期的熱傳導、輻射和對流，本身溫度已經有所上升。從而使上下層水溫逐漸趨于一致，并隨著氣溫的下降而冷卻，恢復到初春前的狀態，完成一個循環。

2、低溫水影響

2.1 對水生生物的影響

水生生物生長要求有一定的水溫、較充足的氧氣、養料以及一定量的游離CO2。在水溫分層型水庫內，表層水體溫度較高，溶解氧含量、浮游生物較多，為水生生物生存生長提供了較好的環境。底層水體溫度較低，溶解氧含量較少，浮游植物產生對于魚類有害的CO2、H2S 等也較多，底層有機物還會在無氧狀態分解出有害物質。采用傳統底層取水方式，不僅所取水體水溫較低，并且水質較差，對魚類生長非常不利。大多數溫水魚類，生長適宜溫度通常在15-30℃。水溫超出這個范圍，魚類會出現新陳代謝緩慢，食欲降低等現象，不利于魚類生長繁殖，水溫較低除了會影響魚類新陳代謝之外，還會使魚類產卵期推遲，魚卵孵化程度減小，水溫過低甚至造成魚類不產卵。下泄低溫水還會導致魚類產卵場所向下游水溫較高的區域遷移。總體上講，下泄低溫水會造成魚類數量減小，產卵場所遷移，繁殖量減小，某些物種受到威脅。

2.2 對農作物的影響

水庫傳統底層取水產生的下泄低溫水會對下游農作物造成一定的影響。在水庫低溫水下泄的4-8 月期間，我國種植的主要糧食作物為水稻和小麥，其中小麥由于其耐寒耐旱性較強，灌溉水溫低對其影響不大，對于喜溫喜濕的水稻來說，低溫灌溉水對其影響較大。水溫過低會使地溫降低，肥料不易分解，稻根生長不良，植株矮，發育遲，谷穗短，產量降低。

2.3 造成下游濁水長期化

所謂濁水長期化，就是在洪水期由上游帶來的細微粒子以濁水形式長期滯留在庫區內，不沉淀，當水庫采用底層方式取水時，進入下游河道，延長下游河道出現濁水的時間。河道濁水長期化給下游居民的生產生活用水、景觀用水和旅游業漁業等帶來了很大影響，而且水流濁度增大，還會降低水中生物群落的光合作用，阻礙水體的自凈，降低水體透光吸熱的性能，從而間接影響作物生長和魚類養殖。重金屬元素很容易吸附在水中的顆粒物上，因此水庫下泄的底層渾濁水含有的重金屬含量要高于上層。重金屬往往對人體有害，因此需要增加成本來去除水體中的重金屬。同時，高濁度的水體中存在硫化氫，對水輪機等金屬水工結構也會產生嚴重的腐蝕。

3、水溫影響減緩措施

在水庫中采用分層取水措施是解決下泄低溫水的一種有效方法，分層取水措施指的是在水溫分層型水庫中，水體由于溫度分層存在一定的密度梯度，此時在一定高度取水時，其流速分布以及取水范圍與溫度均一水庫取水有很大的區別。對于溫度分層取水，取水層厚度限定在以取水口為中心的上下一定范圍內，水庫內的水體也因此被分為層狀流動區以及停滯區兩部分。這種只取一定厚度內水體的方式稱為分離取水，被抽取的水層稱為取水層。通過設置在不同高程處的取水口，可以抽取到不同取水層內的水體，這種取水形式就是分層取水。表征分層取水的參數主要有取水層的位置和厚度，影響這兩者的因素有很多，如取水口的形式、尺寸、取水量的大小等。分層取水措施雖然投資較大，但是效果較好，同時能夠較好的滿足大型水庫的取水需求，所以近年來被越來越多的工程采用。

國內外已建和在建的分層取水建筑物多種多樣，分類方法也不盡相同。總結國內外的取水工程，根據水流特點我們將其分為四種：多層取水口、溢流式取水口、管型取水口和控制幕取水。其中多層取水口和溢流式取水口多應用于大型水利工程；管型取水口和控制幕取水多應用于中小型水利工程。

結束語：

水溫是水質的一項重要指標。水溫分層是大型水庫的重要特征之一，它可以進一步引起水庫的水質分層、生態分層以及下游生態環境的變化，通過采取分層取水等措施，可有效減緩下泄低溫水的不利影響，因此被越來越多的應用于大型水利工程中。

參考文獻：

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