三峡水库对沿岸地区室外热湿环境的影响研究

摘要

三峡水库是目前世界上最大的水利枢纽工程，三峡大坝自2003年建设至今，已经成为涉及重庆、湖北的21个县市，总库容393亿立方米，总面积达1084平方千米的巨型人工湖泊。三峡水库本身面积巨大，涉及到沿岸几百公里居民的居住环境，特别是蓄水完成后，由于水位的上升直接改变了水体本身的流态，使得水面扩大，流速减慢，从而改变了“空气-水面”边界层的原有厚度，进一步改变了水体与周边环境的热湿交换过程。另一方面，由于水面急剧扩张引发的大规模原有陆地下垫面材质的改变，通过地表粗糙度、反射率等的改变，会引起局部区域微气候环境的变化，并最终影响到库区气候的整体变化。由于水体本身蓄热能力强的优点赋予其强大的温度调节能力，城市水体在改善城市居民环境方面也起着重大的作用。因此，本文在以往研究工作的基础上，针对三峡水库蓄水完成后，由于水位上升及原有下垫面的改变对库区沿岸热湿环境的影响，进行了如下几方面的研究：　　本文首先提出了关于江体与周边环境热湿交换过程中的“数羊理论”，并基于该理论结合“空气—水体”界面热湿迁移机制的分析构成了本课题的研究基础。同时选取三峡水库重庆段的长江、嘉陵江为研究对象，以一天24h为一个完整的热湿效应测试周期，通过水体与周边环境热湿交换的源头：“空气—水体”交界面上热湿迁移机制的分析，从根源上剖析了水体与周边环境的热湿传递问题。测试数据的分析结果表明，在春、夏、冬三季的7次24h周期性测试中，水体对周边环境均表现为冷效应，随着季节的变化与温度的攀升，冷效应值逐渐增大，所有测试周期内水体对沿岸周边环境的冷效应值的波动范围为1889.4~15752.8KJ/m2?d；三峡水库蓄水完成后，相比混凝土下垫面，水面扩张导致的下垫面改变降低了原有地区的空气温度，相比泥土下垫面，则使得原有地区的空气温度略有上升；另外，就水面与空气的湿传递而言，水汽始终由水面传向空气，水体对周边环境始终表现为湿效应，其湿传递值的变化范围为10.2～322.6g/m2d。其次，基于已知的各测试周期内江体对沿岸地区的单位面积热湿传递量，结合测试期间重庆主城区的水体面积分析了主城段水体对研究区域的热湿传递总和，由此建立了一定尺度范围内城市水体对沿岸周边环境的热湿影响模型，并以此分析了水体沿岸地区的热湿变化量。分析结果表明，水体对沿岸地区的温度影响量冬季最低，夏季最高，全部测试周期内水体对沿岸2.5km范围内的空气温度影响为0.08~0.64℃，5km范围内的温度影响为0.04~0.36℃；水体对沿岸地区2.5km内空气比湿的影响为0.0007~0.021g/kg，5km范围内空气比湿的影响范围在0.0004~0.012g/kg之间。最后，针对三峡水库中下游的典型测点，在已有的“空气-水体”界面的热湿效应测试之外，本文还利用步行移动测试分析了水库对沿岸地区垂直距离上的热湿影响范围。测试结果表明，夏季时水体对周边空气具有降温加湿的效果，在测试水体的垂直距离上，热传递的方向在一定范围内指向水体，而湿传递的方向在一定范围内背离水体，在本次调研的6次测试时间段内，水体对沿岸地区一定影响范围内的温度减低率在0.16~0.45℃/100m之间，空气相对湿度增加率在0.43％~1.91%/100m之间；另外，对水体在垂直距离上热湿影响范围的分析表明，水体对沿岸地区的热湿影响主要通过空气的热运动来传递，当空气温度较高时，水体通过剧烈的空气热运动也就能影响到更广的范围。

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1绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源及研究目的

1.4 研究内容、方法及技术路线

2 “水体-空气-陆地”界面的热湿传递平衡理论与测试

2.1 热湿传递平衡理论的机理分析

2.2 热湿传递实地测试的数据分析

2.3 本章小结

3 三峡水库重庆段对城市居民环境热湿影响的估计研究

3.1 重庆主城区水体对城市居民环境热湿影响量的测试与分析

3.2 基于测试值的江体对沿岸居民环境的热湿影响量的研究

3.3 本章小结

4 三峡水库实地调研的数据分析与研究

4.1 三峡库区的热湿传递实地测试及数据分析

4.2 三峡库区步行移动测试的数据分析

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文