水布埡水庫及壩下河道水溫觀測分析

周鵬，李翔，張德見，趙心暢，劉黃誠

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙　410014)

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水布埡水庫及壩下河道水溫觀測分析

周鵬，李翔，張德見，趙心暢，劉黃誠

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410014)

通過采用溫鹽深儀對水布埡水庫庫區、壩前、壩下水溫進行觀測，結果表明：水布埡水庫壩前水體常年處于溫度分層狀態，夏季表層與底層溫差較大，冬季溫差很??；壩下觀測斷面比壩前斷面取水口底板高程處水溫高約0～8.0℃；大部分月份壩下斷面水溫相當于壩前取水口高度以上10～20 m處水溫；壩前700 m斷面與庫中斷面分層趨勢基本一致；表層水溫變化與氣溫具有較大相關性。

水布埡水庫；水庫水溫；壩下水溫；水溫觀測

水電站在促進當地經濟發展的同時，其形成的高壩大庫改變了水體的水文情勢和水溫時空分布[1-3]，對庫區及下游河段的水溫產生長期影響[4]，也對水環境和水生生態形成較大影響[5]。水工建筑物在設計、建設及運行過程中需確定壩前水溫變化及其影響[6-8]，而影響庫區水溫分布、壩下河段水溫沿程恢復的因子較多，因此在水庫及下游河段開展水溫觀測對水庫水溫結構及其變化規律、下泄低溫水沿程恢復規律分析，具有重要意義[4-5]。

水布埡水庫位于清江中游湖北巴東縣，自2007年4月起下閘蓄水，至今已近10年。水布埡電站裝機容量1 840 MW，多年平均徑流量93.4億m3，正常蓄水位庫容43.12億m3，水庫具有多年調節性能，水位在正常蓄水位400 m至死水位350 m之間變化。一年中水庫水位在6月降至最低，10月升至最高，隨后又開始下降，直至次年6月。對水布埡水庫及下游河段開展水溫觀測，對其水溫結構及下游河道水溫沿程恢復規律進行研究，具有重要意義。

1　觀測方法和儀器

河流水溫數據來源主要包括水文站水溫觀測和河流水質監測，目前大部分水文站日常水溫觀測和水質監測采用SWL1-1型表層水溫表，水深40 m以內采用深水溫度計，水深超過40 m采用顛倒溫度計，通常河流水溫觀測未同步記錄觀測深度。

水布埡水庫壩前正常蓄水位對應的水深約185 m。為滿足本次觀測要求，參照《地表水和污水監測技術規范》(HJ/T 91—2002)和《水質 水溫的測定 溫度計或顛倒溫度計測定法》(GB 13195—91)中相關規定，采用溫鹽深儀進行觀測。該儀器液位精度為0.05%測量深度，溫度精度0.003℃，深度量程0～7 000 dbar，溫度量程-5～35℃。

2　觀測方案及測量方法

觀測范圍從上游水布埡水庫庫尾紅旗大橋處至下游桃山斷面，河道全長約157.5 km，共設置6個觀測斷面，包括8個觀測點，分別為庫尾恩施州紅旗大橋斷面(距壩址約119.3 km)、庫中景陽大橋斷面(距壩址約39.5 m)、壩前700 m斷面(左、中、右3條垂線)、壩下1.27 km斷面、壩下漁峽口鎮斷面(距壩址約17.7 km)和壩下桃山斷面(距壩址約38.2 km)。觀測時間為2013年7月至2015年6月。

(1)庫區水溫觀測：在壩前斷面左、中和右布設3根垂線，在庫中斷面中部布設1根垂線。選擇溫鹽深儀的連續模式進行觀測，儀器緩慢下沉過程中每隔200～1 000 ms獲取一次讀數，觀測完成后可從數據列表中選取不同深度的溫度數據。在庫尾選擇不受水庫回水影響的斷面，僅觀測表層0.5 m處水溫。

(2)河道水溫觀測：壩下大橋、漁峽口鎮和桃山斷面，觀測表層0.5 m處的水溫。由于桃山觀測斷面于下游水庫隔河巖庫區，水深較大，設置1根垂線。

3　水溫變化特征分析

3.1庫區水溫分布

根據水溫觀測數據，水布埡水庫壩前700 m斷面垂向水溫觀測結果見圖1。水庫建成蓄水后，庫區水溫結構呈穩定分層型，特別是夏季6—8月，表層和深層水溫差11.0～18.8℃，水溫垂直分層明顯，且逐漸呈現出顯著的雙溫躍層結構；9月和10月，表底溫差8.6～11.1℃，隨著氣溫降低，雖仍呈現雙溫躍層，但表層溫度梯度較夏季明顯減?。?1月至次年2月，表層溫度梯度不明顯，呈現單溫躍層分布特征，表底溫差1.6～8.6℃；3月表底溫差1.7℃，基本認為無溫躍層；5月隨著氣溫升高，表層水溫迅速提升，溫度梯度主要出現在40 m以上水體，表底層溫差7.6℃。

圖1　水布埡水庫壩前水溫隨水位的變化Fig.1　The water temperature change in front of Shuibuya Dam

壩前斷面與庫中斷面水溫季度代表月份垂向實測結果如圖2所示。壩前斷面與庫中斷面垂向水溫結構大致相近，表層水溫溫差1.5～3.2℃；9月60～70 m溫躍層深度溫差0.3～0.8℃，12月55～75 m溫躍層深度溫差0.3～1.7℃，其余月份對應不同深度溫差基本不超過0.2℃，差別相對較小。由此可知，壩前700 m與庫中斷面雖然水平距離相差38.8 km，但是水溫趨勢走向基本一致，可見庫區庫中與壩前呈現相似的穩定水溫分層現象。

圖2　水布埡水庫壩前、庫中斷面垂向水溫變化Fig.2　The vertical water temperature change in front of Shuibuya Dam and in the middle of the reservoir

3.2壩前斷面橫向溫度分布

通過比對代表月份3月、6月、9月、12月壩前斷面左、中、右溫度垂線得知，橫向水溫差別較小，表層水溫差值在0～0.5℃，深層水溫基本無差別。

3.3壩下斷面水溫變化

根據壩前垂向水溫觀測數據，結合觀測時段壩前水位高程，確定水布埡電站取水口底板高程330 m處的水溫情況，見圖1。取水口處，2013年7月至2015年5月水溫11.0～14.7℃，其中5—10月水溫11.0～14.1℃，11月至次年3月水溫12.2～14.7℃。

壩下斷面水溫比取水口處水溫差異較大，大部分月份壩下斷面水溫相當于壩前取水口高度以上10～20 m處水溫，3月和7月分別對應于取水口以上30 m和35 m高度處水溫；5—10月漁峽口斷面表層水溫比壩下斷面水溫高0.3～11.5℃，桃山斷面表層水溫比壩下斷面水溫高4.5～12.3℃，表明此間水布埡水電站發電尾水流至隔河巖庫區后，經過一段時間的熱交換和太陽輻射，水溫得到一定恢復。

通過與天然河道水溫比較得知，5—9月實測壩下斷面水溫比天然河道水溫低0.6～4.4℃，10月實測壩下水溫比天然河道水溫高3.0℃；通過比較壩下與壩前表層水溫得知，5—10月實測壩下水溫比實測壩前表層水溫低4.2～11.6℃，11月至次年3月實測壩下水溫比實測壩前表層水溫低0.1～0.8℃。

3.4表層水溫沿程變化

2013年7月至2015年5月各斷面實測表層水溫如圖3所示。由圖可知，5—9月庫尾至景陽斷面水溫提升速率0.04～0.13℃/km；下泄低溫水至漁峽口斷面，表層水溫基本能夠恢復至較高水平，水溫提升速率0.02～0.70℃/km，桃山斷面表層處水溫基本呈現隔河巖水庫水溫分布特征。

圖3　水布埡水庫及壩下河段表層水溫變化Fig.3　The surface water temperature change of Shuibuya Reservoir and the river under the dam

水溫實測時段對應氣溫如圖4所示，通過對比可知，表層水溫變化與氣溫有較大相關性。夏季庫尾至庫中景陽斷面、壩下至漁峽口斷面河段表層水溫恢復較快，在桃山斷面恢復至庫區相當水平，表明經過一定距離，壩下水溫得到很大程度恢復；冬季漁峽口至桃山斷面表層水溫受氣溫影響略有下降。

圖4　水溫實測時段對應氣溫Fig.4　The air temperature in water temperature monitoring period

4　相關結論

根據水布埡水庫水溫觀測資料，對庫區、壩下水溫及年內分布特性進行分析，其分布規律如下：

(1)水布埡庫區水溫全年保持溫度分層結構；表層水溫年內溫差大，庫底水溫年內溫差較小。水溫結構呈穩定分層型，夏季6—8月水溫垂直分層明顯，呈現雙溫躍層結構；9月、10月逐漸向單溫躍層過渡；11月至次年2月，水庫呈現單溫躍層分布特征；3月基本無溫躍層；5月隨氣溫升高，表層水溫迅速提升。

(2)壩前700 m與庫中斷面水溫分層趨勢基本一致，而其水溫在橫向上基本沒有變化。

(3)在大部分月份，壩下斷面水溫相當于壩前取水口高度以上10～20 m處水溫，表明在下泄水體中，取水口底板高程以上部分的水體多于以下部分；5—10月，電站發電尾水流至隔河巖庫區后，水溫得到一定恢復。

(4)表層水溫變化與氣溫具有較大相關性。

[1]李冰凍, 李嘉, 李克鋒, 等. 二灘水庫壩前及下泄水體水溫分布現場觀測與分析[J]. 水利水電科技進展, 2009(4): 21-23.

[2]葉閩, 陳惠敏. 一維垂向水溫分布模型在隔河巖水庫中的應用與檢驗[J]. 水資源保護, 2001, 17(2): 19-22.

[3]鄧云. 大型深水庫的水溫預測研究[D]. 成都: 四川大學, 2003.

[4]薛聯芳. 東江水電站對環境影響的研究[J]. 水電站設計, 1997, 13(3): 79-83.

[5]薛聯芳. 東江水庫水溫預測模型回顧評價[C]//水電2006國際研討會論文集，2006.

[6]吳中如, 吉肇泰. 壩前水庫水溫的變化規律和預測研究[J]. 水力發電, 1984(4): 33-41.

[7]朱伯芳. 庫水溫度估算[J]. 水利學報, 1985(2): 12-21.

[8]蘭仁烈. 庫水溫度估算方法探討[J]. 四川水力發電, 1989(4): 51-56.

Observation and Analysis on Water Temperature of Shuibuya Reservoir and Channel under Dam

ZHOU Peng, LI Xiang, ZHANG De-jian, ZHAO Xin-chang, LIU Huang-cheng

(PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410014, China)

A CTD was adopted to observe water temperature of Shuibuya Reservoir, as well as in front of and under the dam. The result showed that water temperature stratification existed in front of Shuibuya Dam for most of the time within a year, the temperature difference between surface and bottom was greater in summer and smaller in winter; the outflow water temperature at observation point under the dam was higher by 0～8.0℃ than that of the intake in front of the dam; during most months within a year, outflow water temperature under the dam was the same as that of the location 10～20 meters above the intake in front of the dam; water temperature stratification of the section 700 meters front of the dam was similar to that of the section in the middle of the reservoir; and the water temperature change of surface layer was considerably correlated with air temperature.

Shuibuya Reservoir; reservoir water temperature; water temperature after the dam; water temperature observation

2016-02-22

周鵬(1987—)，男，河南開封人，助理工程師，碩士，主要研究方向為環境影響評價，E-mail：512307789@qq.com

李翔(1979—)，男，湖南常德人，高級工程師，主要研究方向為環境影響評價，E-mail：13145967@qq.com

10.14068/j.ceia.2016.03.009

X820.3；TV697.2

A

2095-6444(2016)03-0032-03