一种分层型水库垂向水温分布的计算方法

摘要

本发明涉及一种分层型水库垂向水温分布的计算方法，所述的计算方法包括垂向水温计算公式；北方水库，当坝址所在区域气温升温期或降温期，水库表层水温计算公式；南方水库，当坝址所在区域气温升温期或降温期，水库表层水温计算公式。本发明的方法已经在国内南方、北方水库工程中得到验证，准确度高。本发明的方法输入条件简单，计算方便，能够在资料缺乏的情况下，计算出分层型水库垂向水温分布，能够为水利水电工程设计提供重要的技术支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体来说是一种分层型水库垂向水温分布的计算方法技术领域。

背景技术

由于水库库容及水深、库内水体交换的频繁程度、水库运行方式，以及水文地质、气象、地理位置等因素的差异，水库水温随水深呈不同性状的变化。密度分层分布所形成的重力作用与库内水流所形成的混合作用的程度不同，垂向分层强弱的差异是很大的，一般由弱到强可分为混合型、过渡型和分层型三种结构。水利水电工程建成后，分层性的水库运行带来的低温水对于下游水生生物和灌溉作物的影响是最大的。然而在水利水电工程设计初期由于资料缺乏等原因，对于水库运行造成影响的预判往往是难以准确判断，随着水利水电工程向西部高海拔地区推进，基础资料的缺乏更加明显，导致设计难度加大。水库水温计算方面，国内也有很多经验公式和数学模型。数学模型法需要的详细的水文、气象、地形以及完整的设计成果等基础资料，而在西部高海拔地区也是由于缺少这些资料导致设计难度加大；传统的经验公式法，经过大量的水库实践发现得不到相对准确的结果，很多经验公式往往忽略了水库表层水温与气温的关系（水库表层水体温度和天然河道水体温度与气温的关系，受流速等因素影响是不同的）、水库水位变化的影响、水库调节性能不同对库底水温的影响等因素，有些经验公式以库底水库作为已知条件推算水温分布是存在问题的，水库库底水温测量难度大，而且受水库调节影响也是难以判断的。为解决缺资料地区分层型水库垂向水温计算的问题，为工程设计提供技术支撑，亟需研究一种分层型水库垂向水温分布的计算方法。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题缺陷，提供一种分层型水库垂向水温分布的计算方法。本发明的方法是以水库库表水温为计算基础（根据气温与水库表层水温的相关关系，建立了相对准确的气温与水库表层水温的计算公式），综合考虑气温、水库调度运行对垂向水温分布的影响，分别构建了气温、垂向温度梯度与垂向水温分布结构的相关关系，最后提出了水库垂向水温分布的计算公式。

本发明采用如下技术方案实现。

一种分层型水库垂向水温分布的计算方法，所述的计算方法步骤包括：

垂向水温计算公式：

公式（1）中各月水库表层水温的

北方水库，当坝址所在区域气温升温期，水库表层水温计算公式：

北方水库，当坝址所在区域气温降温期，水库表层水温计算公式：

南方水库，当坝址所在区域气温升温期，水库表层水温计算公式：

南方水库，当坝址所在区域气温降温期，水库表层水温计算公式：

公式（1）中

从已建水库的实际情况来看，分层型水库底部最低水温基本维持在12月-翌年3月份坝址水温的平均值。

当3-4月份水库逐步泄水运行期间，各月

当5-10月份水库逐步蓄水运行期间，各月

公式（1）中

其中，

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：根据水利水电工程设计成果，收集多年平均工况下水库逐月月末运行水位、12月至翌年3月的坝址平均水温、坝址附近气象站点的多年平均气温，以及水利水电工程水库取水口（发电取水口）底板高程。

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：首先判断水库属于南方还是北方，根据气温的增长和降低情况，再将气象站点的多年平均气温输入到公式（2）、公式（3）或公式（4）、公式（5）中进行计算，得到逐月的库表水温

进一步为，本发明所述的判别方法步骤包括：将12月至翌年3月的坝址平均水温，输入到公式（7）中计算T

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：3-5月和10月建议

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：根据多年平均工况下水库逐月月末运行水位，确定水库各月垂向水深

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：首先任意确定一个

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：将前面计算得到的各月

本发明的有益效果为，1）本方法与以往经验公式等相比，本方法是以能够准确计算的库表水温为基础，考虑水库调度运行水位的变化、气温变化对水库垂向温度梯度的影响，确定水库垂向水温分布。本发明克服了以往经验公式以难以确定的库底水温作为基础进行计算，没有考虑水库实际运行水位变化、气温变化对垂向水温的影响，致使计算结果误差较大的缺陷。2）该方法已经在分层型水库工程中得到验证，准确度高。3）该方法输入条件简单，计算方便，能够快速计算出分层型水库垂向水温的分布，能够为水利水电工程设计提供重要的技术支撑。

下面结合附图和具体实施方式本发明做进一步解释。

附图说明

图1为本发明

图2为南方水库3-5月份水库垂向水温分布图；

图3为南方水库6-8月份水库垂向水温分布图；

图4为南方水库9-10月份水库垂向水温分布图；

图5为北方水库4-6月份水库垂向水温分布图；

图6为北方水库7-9月份水库垂向水温分布图；

图7为北方水库10月份水库垂向水温分布图。

具体实施方式

一种分层型水库垂向水温分布的计算方法，所述的计算方法步骤包括：

垂向水温计算公式：

公式（1）中各月水库表层水温的

北方水库，当坝址所在区域气温升温期，水库表层水温计算公式：

北方水库，当坝址所在区域气温降温期，水库表层水温计算公式：

南方水库，当坝址所在区域气温升温期，水库表层水温计算公式：

南方水库，当坝址所在区域气温降温期，水库表层水温计算公式：

公式（1）中

从已建水库的实际情况来看，分层型水库底部最低水温基本维持在12月-翌年3月份坝址水温的平均值。

当3-4月份水库逐步泄水运行期间，各月

当5-10月份水库逐步蓄水运行期间，各月

公式（1）中

其中，

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：根据水利水电工程设计成果，收集多年平均工况下水库逐月月末运行水位、12月至翌年3月的坝址平均水温、坝址附近气象站点的多年平均气温，以及水利水电工程水库取水口（发电取水口）底板高程。

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：首先判断水库属于南方还是北方，根据气温的增长和降低情况，再将气象站点的多年平均气温输入到公式（2）、公式（3）或公式（4）、公式（5）中进行计算，得到逐月的库表水温

进一步为，本发明所述的判别方法步骤包括：将12月至翌年3月的坝址平均水温，输入到公式（7）中计算

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：3-5月和10月建议

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：根据多年平均工况下水库逐月月末运行水位，确定水库各月垂向水深

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：首先任意确定一个

进一步为，本发明所述的计算方法步骤包括：将前面计算得到的各月

实施例：

一种分层型水库垂向水温分布的计算方法，包括以下步骤：

（1）根据水利水电工程设计成果，收集多年平均工况下水库逐月月末运行水位、12月至翌年3月的坝址平均水温、坝址附近气象站点的多年平均气温，以及水利水电工程水库取水口（发电取水口）底板高程。选取西南典型水库A水库逐月运行水位见附表1、逐月气温见附表2，坝址处12月至翌年3月的逐月水温见附表3，发电取水口底板高程为1134m。

（2）将南方A水库3月-10月的气温，根据气温的增长和降低情况，将气温数据输入到公式（4）、公式（5）中进行计算，得到A水库逐月的库表水温

（3）将A水库12月至翌年3月的坝址平均水温，分别输入到公式（7）中计算

（4）A水库，3月-5月、10月，

（5）根据多年平均工况下水库逐月月末运行水位，确定水库各月垂向水深

（6）首先任意确定一个

（7）将前面计算得到的逐月

（8）为进一步验证该方法的准确性，以北方B水库为例进行计算。B水库逐月运行水位见附表9、逐月气温见附表10，坝址处12月至翌年3月的逐月水温见附表11，发电取水口底板高程为1733m。

北方水库在冬季12月-翌年3月处于水库表层降温或结冰状态（大多数处于低于4℃的情况），从对水温对下游水生生物和农作物影响来看冬季影响较小，本水库初始月为4月份，作为计算起点。将北方B水库4月-10月的气温，根据气温的增长和降低情况，将气温数据输入到公式（2）、公式（3）中进行计算，得到B水库逐月的库表水温

将B水库由于冬季气温比较低，冬季水体温度要低于4℃，而水库水体在4℃时密度最大位于水库底部，此种情况，B水库的库底平均水温就不能再使用公式（7）来计算，应该具实际情况判断，

B水库，4月-5月、10月

根据多年平均工况下水库逐月月末运行水位，确定水库各月垂向水深

首先任意确定一个

将前面计算得到的逐月

以上所述的仅是本发明的部分具体实施例（由于本发明应用的河流数据较多，故实施例不能穷举，本发明所记载的保护范围以本发明公开的技术要点内容为准），方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。