河流水溫研究綜述

安磊 趙軍

【摘要】水溫是水環(huán)境中重要的影響因子之一，水的物理、化學(xué)性質(zhì)以及水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水溫都很敏感，水溫的改變會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的影響。本文以河流水溫為研究線索，分析了20世紀(jì)90年代以來(lái)取得的研究進(jìn)展，包括水溫的空間差異、人類活動(dòng)對(duì)水溫的影響以及水溫的變化趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，探討今后河流水溫的研究方向。

【關(guān)鍵詞】水溫；空間差異；人類活動(dòng)；變化趨勢(shì)

引言

河流水溫的研究歷史悠久，在歐洲可以追溯到1799到1801年之間，Coutelle在尼羅河上進(jìn)行的溫度測(cè)量研究。19世紀(jì)晚期，奧地利等國(guó)家開始建立河流水溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于研究河流中冰的形成。20世紀(jì)期間，水溫的研究主要集中在北美、歐洲和日本，水溫對(duì)河流生態(tài)的影響以及工業(yè)廢水對(duì)河流水溫的影響是研究的兩大主題。在我國(guó)，河流水溫研究起步較晚。20世紀(jì)80年代，我國(guó)對(duì)魚類資源的開發(fā)和保護(hù)給予重視，才開始關(guān)注水溫對(duì)生態(tài)的影響。綜述方面，主要關(guān)注于理解河流水溫的研究進(jìn)展。Caissie在綜述中描述了與河流水溫有關(guān)的因素以及潛在的物理過(guò)程，提供了關(guān)于水溫模型的總體概述，并討論了自然和人為的影響，以及它們對(duì)水生生物棲息地的潛在影響。

在許多研究中可以發(fā)現(xiàn)，溫度是水環(huán)境中重要的影響因子，很多方面都受到了溫度的影響，它對(duì)水生生物有著巨大的意義；影響著河流的水質(zhì)，例如溶解氧和懸浮物的濃度；在經(jīng)濟(jì)方面，影響著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和娛樂(lè)方面的用水需求。在許多國(guó)家，水溫在過(guò)去受到的關(guān)注遠(yuǎn)不如水質(zhì)方面。然而，近年來(lái)人們對(duì)河流水溫的研究越來(lái)越多。本文通過(guò)回顧河流水溫的研究，理解當(dāng)前水溫研究進(jìn)展并探討未來(lái)的研究趨勢(shì)。

1、水溫空間差異

近些年，許多研究關(guān)注于空間上水溫的變化。水溫的梯度變化逐漸成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。在夏季，強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射和低流量條件下，水溫的變化往往十分顯著。Clark等在英格蘭南部的Frome河與Bere流域進(jìn)行了202個(gè)河道斷面調(diào)查，在對(duì)比橫向或縱向溫度時(shí)發(fā)現(xiàn)，78%的斷面存在溫度差異，溫差至少是0.2-0.4℃。另外，水溫的變化與水力因素有關(guān)，比如河流邊緣死水區(qū)，在這個(gè)區(qū)域里較淺和較慢的流動(dòng)水體比主河道的水體更容易升溫。Carling等在英格蘭中部的布魯斯伯里附近的大河中，觀察到死水區(qū)的溫度與主河道的溫度差異超過(guò)2℃。除此之外，水溫分層的現(xiàn)象也是人們一直研究的重點(diǎn)。

目前，潛流環(huán)境下河床與河岸沉積層間飽和間隙的溫度變化也是研究的熱點(diǎn)。很多人認(rèn)為，潛流溫度變化具有一定的復(fù)雜性，因?yàn)槠涫艿搅嗽S多因素相互作用的影響，包括水體溫度的波動(dòng)、氣候環(huán)境、河床底質(zhì)的性質(zhì)以及地表水與地下水之間的水體交換。另一方面，分析潛流溫度的時(shí)間序列變化也被認(rèn)為是一種描述地下水相互作用下溫度空間和時(shí)間變化特征的有效方法。近年來(lái)，在一些泛濫平原的河岸監(jiān)測(cè)到了較多水體出現(xiàn)局部溫度差異，比如多瑙河，其溫度變化可能在夏天的時(shí)候最大能達(dá)到16℃。除此之外，大量的研究發(fā)現(xiàn)，洪泛區(qū)主河道與支流之間的連通性對(duì)這種溫度差異存在強(qiáng)烈的影響，當(dāng)洪水引起主河道與河岸之間形成大量的水體交換時(shí)，這一趨勢(shì)會(huì)明顯減少。同時(shí)，在研究河流溫度出現(xiàn)空間差異時(shí)，平原河網(wǎng)的橫向水溫差異往往比縱向水溫差異大，這主要與水體多樣性有關(guān)。

2、人類活動(dòng)對(duì)河流水溫的影響

近年來(lái)，關(guān)于人類活動(dòng)如何影響河流水溫的研究一直受到人們的關(guān)注。林業(yè)、農(nóng)業(yè)和水利建設(shè)對(duì)河流水溫的影響一直是研究的熱點(diǎn)。林業(yè)方面，砍伐活動(dòng)對(duì)河流水溫影響較大。Moore等全面回顧了森林砍伐對(duì)河流溫度造成的影響，并指出有關(guān)森林熱影響的爭(zhēng)論仍然存在。然而，在北美等地區(qū)進(jìn)行的調(diào)查已經(jīng)證實(shí)了早期研究的結(jié)果，即在溫帶集雨區(qū)，砍伐岸邊的森林可以顯著增加夏季的水溫，尤其是水溫最大值和日照時(shí)間長(zhǎng)短。

農(nóng)業(yè)活動(dòng)，特別是畜牧業(yè)，對(duì)河流水溫的影響也是最近研究的課題。農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，通過(guò)移除植被、拓寬河流等，可以使河流溫度的顯著升高。在日本北部的Toikanbetsu河，由于農(nóng)業(yè)用地和河流渠道化的發(fā)展，水溫持續(xù)上升，導(dǎo)致河岸地區(qū)持續(xù)受到破壞，據(jù)估計(jì)夏季最高溫度從1947年到1989年的22℃增加到了的28℃。河岸植被的破壞是人為因素之一，在城市化過(guò)程中，被認(rèn)為是改變水溫的因素，這可能會(huì)導(dǎo)致冷水棲息地的退化。

水利建設(shè)對(duì)河流水溫的影響受到了多年的關(guān)注，其中研究較多的是大壩攔蓄對(duì)河流水溫的影響。長(zhǎng)期研究表明水庫(kù)蓄水會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)和下游河道[8-9]產(chǎn)生復(fù)雜的影響，水庫(kù)蓄水以后，它不僅可以調(diào)節(jié)天然河流徑流量的變化，而且對(duì)庫(kù)區(qū)熱量起到調(diào)節(jié)作用，水庫(kù)下泄水溫與原天然水溫存在差異，進(jìn)而不同程度影響到下游河道水溫。Ryan等對(duì)Burrendong大壩下的Macquarie河進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，該河流溫度較建壩前河流溫度低8-12℃，并且有1-3個(gè)月水溫延遲現(xiàn)象。

3、河流水溫變化趨勢(shì)

近年來(lái)，河流水溫的變化趨勢(shì)以及影響其變化的主要因素是研究的熱點(diǎn)。長(zhǎng)期研究調(diào)查積累的數(shù)據(jù)，促進(jìn)了水溫變化趨勢(shì)方向的研究。大量的研究報(bào)告認(rèn)為，在10到100年的時(shí)間里河流水溫存在升高現(xiàn)象。除此之外，人們認(rèn)為河流的水溫變化趨勢(shì)是受氣候和水文相互作用的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，不僅包括大壩建設(shè)，還包括城市化和廢水的熱排放。1978-1998年?yáng)|京市中心及其郊區(qū)的一些河段，在春季和冬季溫度上升為0.11-0.21℃/年，主要原因與城市廢水排放有關(guān)。Petersen分析了美國(guó)哥倫比亞的Snake河自1930年以來(lái)的7月平均水溫變化，不僅反映了氣候變化對(duì)河流水溫的影響，還反應(yīng)出水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水溫的影響。

目前，水溫的研究主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)和模型方法預(yù)測(cè)未來(lái)水溫的變化趨勢(shì)。在未來(lái)的氣候變化中，不同地區(qū)的河流可能不會(huì)受到相同程度的影響。Mohseni等在一項(xiàng)研究報(bào)告中，預(yù)測(cè)美國(guó)764個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水溫的變化趨勢(shì)，結(jié)果中顯示，除了1月份寒冷地區(qū)的幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和秋季幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，大多數(shù)河流將會(huì)在2050年春季達(dá)到最高溫度。另外，在預(yù)測(cè)未來(lái)河流水溫時(shí)，也需要考慮到氣候變化對(duì)河流水溫的直接影響。這些變化包括沿岸植被的改變，以及不同水文條件的出現(xiàn)，進(jìn)而可能改變河道的輻射熱交換。在加拿大Rogue河流的水溫研究中，Meisner 指出地下水的變化對(duì)河流水溫變化的重要性，

4、結(jié)論

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外近30年對(duì)河流水溫的研究，發(fā)現(xiàn)水溫是影響水環(huán)境中的一個(gè)重要因素。水的理化性質(zhì)及水生生物的對(duì)水溫非常敏感，水溫的變化將會(huì)對(duì)其造成很大的影響。然而，（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）

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我國(guó)對(duì)河流水溫的研究起步較晚，因此河流水溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)十分匱缺。鑒于此，在今后的河流水溫研究上，需要開展大量的監(jiān)測(cè)工作，為河流水溫的研究創(chuàng)造更有利的條件。另一方面，水溫與水生態(tài)相結(jié)合是今后河流水溫的研究的關(guān)鍵，通過(guò)人工調(diào)節(jié)河流水溫，以滿足水生生物對(duì)水溫的需求。

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