纵向一维水温模型研究

《纵向一维水温模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2期(第333期)吉林水利2010年2月[文章编号]1009—2846(2010)02—0014—03纵向一维水温模型研究刘中峰(四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)[摘要]根据热传导理论建立了模拟河道水温沿程变化的纵向一维数学模型，并讨论了模型参数的取值方法将模型应用于金沙江某河段的水温模拟，得出了比较准确的水温沿程分布情况。、[关键词]河道水温；沿程变化，一维模型[中图分类号]P332．6[文献标识码]B温、云量等等。此外还与水体的透明度有关，而1前言水体的透明度又随气候条件、降雨特性和水中浮游生物的种类、组成及其数量的

2、变化而变化。因水温是水环境中一个非常重要的水质因素，此该项计算起来非常复杂，但由于它对水体的温一方面水温本身与水生生态有着密切的关系，如度影响比较大，所以必须予以考虑和详细计算。水中的鱼类及其他水生生物对水温都非常敏感；水域中产生的内部热量主要来自两个方面，另一方面，水温与其他的水质要素有着密切的联一个为水的机械能通过摩擦转化为热能；另一种系L1]，如生化耗氧过程和水体的复氧都和水温有是水中物质的化学能经过生化作用转化成热能。关系。目前我国许多大型水库已建、在建或待研究计算表明，即使对流动很快且污染严重的水建，这些水库在给社会、经济带来巨大效益的同体，这种热转

3、化也是很小的，故可不予考虑。时，也不可避免地会对河道的水温产生重要影人类活动的影响，主要是废热的排放以及水响，进而影响整个水生生态系统。因此，预测成电站利用水能所产生的摩擦热，前者对某些水体库后的水温分布情况具有重要的实际意义。而确可能是很严重的，甚至造成热污染；后者影响一定建库前库区河道中的水温时空分布情况，为建般很小，常可忽略不计。库后水温影响预测提供输入条件和对比依据也就通过灵敏度分析可确定所产生误差大小的原显得十分必要。因，从而对计算结果的精确度做到有效的控制。目前国内对水温的模拟主要采用两种方法：许多学者[2都对影响天然水体水温的各种因素第一是对河道

4、水温进行实测，搜集整理水温资进行过灵敏度分析，所得的结论都基本相同，即料，然后利用水温实测资料，建立经验公式对水各种因素对水温的影响由大到小的排列顺序依次温进行模拟(即经验公式法)；第二是分析影响为上游来水水温、气温、太阳短波辐射。因此，河道水温变化的因素，建立数学模型对水温进行在建立数学模型研究河道水温时，应注意保证这模拟(即数学模型法)。比较而言，数学模型法三个参数必须有足够的可靠性。比经验公式法更为通用，预测结果也更为可靠，2．2数学模型的建立因此数学模型法是水温模拟的重要趋势。由于河道一般水深不大，可不必考虑水温分层影响，所以对于天然河道水温可按纵向一

5、维模2河道纵向一维水温模型型来研究。该模型考虑出入流、水面热交换和水体内部2．1河道水温的影响因素的移流扩散造成的热输移，由热量平衡原理建立引起水温变化的因素有水表面的热交换(太基本方程。将河道水体划分为许多微元体，如图阳辐射加热、大气辐射加热等)、水体与河床之1所示，微元体的长度为dx，侧面面积为A，间的热交换、水体内部产生的热、降水及各支流宽度为B。微元体的热量平衡分析如下：天然来水的热交换，以及人为的加热和减热等。1)移流作用。上游断面由于移流作用进入水体从水表面吸收的热量与水体所处的地理微元体的流量为Q，水温为T，则进入微元体的位置、水流特性、水文、气

6、象条件都有关系，如热量为：pCpQT，下游断面由于移流作用从微元水体所处地理纬度、水深、盛行风级和风向、气[牧稿日期]zO09—1O一29[作者简介]刘中峰(1985-)，男，汉族，河北冀州人，硕士研究生，研究方向为环境水力学与水污染控制．一14—吉林水利纵向一维水温模型研究刘中峰2010年2月[m]；h为平均水深[m]；“。为摩阻流速I-m／体带出的热量为：pC~QT+(10cQT)dx。s]，‘一，其中，g为重力加速度Ira／其中』D为水体的密度[kg／m。]，为水的比热s]，R为水力半径[m]，J为水力坡降。U／(kg·℃)]。2)单位面积的热通量2)扩

7、散作用。由于热扩散作用，从上游断水面热交换包括辐射、蒸发和传导三部分，面进入微元体的热量为：一D"~xAPC+通过水面进入水体的热通量为[5]：一+一Jlr一仇一(4)f～DlDc—dz，下游段面带ti的热量为：①■太阳短波辐射水体净吸收的太阳短波辐射能量为：D。其中为纵向弥散系数Em。／sl。‰一(1—7)(5)3)水面热交换。设为通过单位面积的热式中：识是到达地面的太阳短波辐射[W／m]；通量，则通过水面热交换进入水体内的热量为：7是水面反射率，它与太阳角度和云层覆盖率相9Bdx。关，本文取为0．03。4)微元体内部水体热量变化。由于水体温②大气长波辐射‰

8、度变化导致微元体内部热量增加：lDdx