密云水库垂向水温模型研究

《密云水库垂向水温模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、密云水库垂向水温模型硏究陈永灿张宝旭李玉梁(清华大学水利水电系)摘要本文根据密云水库自身的特点，采用垂向一维水温模型对密云水库水温进行预测.模型中充分考虑水面热交换、入流、出流、热扩散、热对流等影响因素，利用1991年实测资料对模型参数Dz、n进行校定，根据校定的水质模型对1992年的水温进行预测，得出全年水温随水深分层变化并得到相应实测分层资料的良好验证.此模型可作为库区其它水质参数分析预测的基础.关键词水库，水温模型，水质参数密云水库位于北京的东北方向，是一个山谷型的半封闭型的水库，全库最大蓄水量43.75亿m3，

2、和应水面面积188km2，最大水深43.5m,有明显的热分层现象.水库热分层现象是水库水质模型的重要特征之一.大多数水库都有热分层现象，只是有强有弱.根据水库水温分层情况的强弱，可分三种类型，即：1、混合型，2、稳定分层型，3、介于两者之间的过渡型.稳定分层型分层情况最强，而混合型分层情况最差.判断水库水温分层类型一般釆用a指标法[1]:a=入库总库容/总库容当a<10时，为稳定分层型；当a〉20时，为完全混合型.此处可用u指标法判断密云水库的分层状况.己知密云水库1991年入库总流量为8.3499亿m3，总库容为25

3、.0亿m3，计算得：a=8.3499/25.0=0.334<10由此可知，密云水库属于稳定的分层型水库.除用a指标法外，还可利用实测资料对密云水库的分层情况进行判断.密云水库管理处1991年、1992年对密云水库部分月份进行了温度分层的观测，这些资料基本上反映了水库水温的分布特性.就整个水库而言，水温的变化主要反映在垂向，尤其在夏季可达10°C以上，而水平向水温相差不大.可以认为，密云水库库区水温主要随吋间和深度变化.因此可选择垂向一维水温模型对水库水温进行预测.利用数学模型来研宄水库水温分层是60年代末从美国开始的.

4、美国水资源工程公司(WRE,Inc)的Orlob和Selna及MIT的Huber和Harlemen分别独立地提出了WRE模型和MIT模型[1,2],实现了水库的垂向温度分层模拟.这两种模型都得到过实测资料的良好验证，现在应用仍很广泛.在我国，水库水温模型正处于发展阶段.工程屮大多采用经验公式法，这种方法虽具有简单实用的优点，但不能反映短时段的变化，并缺乏理论依据.本文将利用垂向一维模型对密云水库水温进行预测.1密云水库水温数学模型1.1模型的建立垂向一维模型的基本思想是把水体划分为如阁1所示的一系列水平薄层，忽略水平薄

5、层中的温度变化，假设热交换只沿垂向进行，水平面温度均匀分布，可对水平薄层写出其质量和能量守恒方程.1.1.1质量守恨方程在水体中任取一单元，其质量守恒方程可表示为:心=Qv,j-1-Qv,J+Qi,j-1-QO,j+Qa(1)式中Vj为第j层的体积，除表层外其它各层的~=;Qa为表面降雨及蒸发的浄值，除表层外其它各层Qa=0;Qv,j及Qv,j-1为第j层及第j-1层的垂向流量；Qi,j及QO,j为第j层水平向的进流和出流流量.1.1.2热平衡方程对水体内各单元，其热平衡必须考虑水平向进、出流的热量，亟向移流的热量和离

6、散的热量，太阳短波辐射热量以及由这些因素引起的单元体内热量的变化.对第j单元其平衡方程为：-QqTc)j+J•Axdz)j-(QVTV(Q.T)/+(D3誃)卜，•(D3If),水库垂向分层示意图式屮Cp为比热；P为密度；llsz=Ils*e-nz是水深z处的太阳短波辐射热量.f]为短波在水中的衰减系数，一般为0.lm-1到0.2m-2之间；A为垂向的过流而积;Dz为垂向混合系数.式(2)适用于除表面单元外的其他单元，即J

7、部的太阳短波辐射热量之差来代替.即表层应按下式计算:a(vnton)It=(QJtQo^O)N+-(QvT)^,+(QyT)N+(D^Ai-(/M吳)N(3)1.2密云水库水面热交换热通量的计算要得出水库的水温结构，必须先计算水面热交换热通量.一般来说，水面热交换包拈辐射、蒸发、传导三个方面，具体地，通过水面而进入水体的热通量为：小n=小sn+小an-小br-小e-小c(4)式屮ctsn—一太阳短波辐射与水面对短波辐射的反射；

8、传导.(1)太阳短波辐射与水面对短波辐射的反射<1)sn4>sn一般可引用现场或邻近主要气象台站所测得的太阳辐射量值，扣除水而反射部分后求得.(I)sn=(I)s*(l—丫s)，(5)式中：4)s总辐射量；丫s代表反射率，参考其它水库［6,7］，密云水库取0.1.(=)照总辐射4>sn经过水面反射后，部分进入水库水体，其中一半左右