程帅 左新宇 黄蕙 兰峰

摘要：为研究库区及坝下水温分布情况，以溪洛渡、向家坝水库为研究对象，从2016年8月至2017年7月对其进行连续性的水温监测，分析了其表层水温和垂向水温的变化特性及成因。初步研究结果表明：各断面表层水温的特征值主要体现在年内的变化，水温和气温具有较好的正相关性;坝体附近断面，坝下断面表层水温要明显低于坝上断面;两库区近坝段的溪洛渡坝上和向家坝坝上两断面水温分层现象最为显著，通常表现为春、夏季分层显著，秋季分层较弱，冬季基本呈等温分布。该研究可为梯级电站的分层取水和生态调度提供重要依据。

关键词：水温分布特性;水温分层;水温监测;梯级水库;溪洛渡水库;向家坝水库

中图法分类号：TV697.21

文献标志码：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.008

溪洛渡和向家坝水库是金沙江下游江段两座重要的梯级水库。溪洛渡水库上接白鹤滩电站尾水，下接向家坝水库，控制流域面积45.44万km2，水库总库容126.7亿m3，正常蓄水位600 m;向家坝水库控制流域面积45.88万km2，水库总库容51.63亿m3，正常蓄水位为380 m。水库运行不仅会改变库区及坝下水体水温的时空分布，而且对下游江段的生态系统也会产生较大影响[1-2]。

基于已有研究，许多学者采用叠梁门的运行和水质模型预测等方式对溪洛渡和向家坝水库近坝段水体的水温作了大量研究[3-6]。但对库区内表层水温和垂向水温的分布情况研究较少。本文基于溪洛渡、向家坝库区及坝下2016年8月至2017年7月连续性水温监测数据，对水温变化规律进行了初步分析，对梯级电站分层取水和生态调度运行具有一定的现实意义。

1 监测方案

1.1 断面布设

为监测梯级水库表层水温，在溪洛渡、向家坝库区至坝下江段共布设金阳河汇口下游（距溪洛渡坝址约-132 km）、美姑河汇口下游（距溪洛渡坝址约-35 km）、溪洛渡坝上（距溪洛渡坝址约-6 km）、溪洛渡坝下（距溪洛渡坝址约4 km）、绥江县城（距溪洛渡坝址约98 km）、向家坝坝上（距溪洛渡坝址约148 km）和向家坝坝下（距溪洛渡坝址约152 km）共7处监测断面，各监测断面在水面下0.5 m处布设1个监测点。

为研究溪洛渡和向家坝库区垂向水温的分布情况，分别在牛栏江支库库中（距牛栏江汇口下游约2 km）、金阳河支库库中（距金阳河汇口下游约2km）、金阳河汇口下游、美姑河支库库中、美姑河汇口下游、溪洛渡坝上、绥江县城和向家坝坝上布设8处断面监测点，监测垂线设置在断面中泓处。

梯级水库和水温监测断面分布见图1。

1.2 监测方法

表层水温采用水温计进行人工监测，全年每日08：00监测1次表层水温，并同步记录气温。

垂向水温采用HY1200B型声速剖面仪进行巡测。由于库表水温仅在小范围内存在一定差异，库底水温变化幅度较小，故为研究垂向温度梯度变化情况，在监测垂线上按0.5，1，2，3，4m和5m水深布置测点，5m水深以下按5m间隔布置测点至库底。相关仪器设备主要技术指标见表1。

2 表层水温分布特性

2.1 年内变化特征

为反映溪洛渡、向家坝库区及坝下各断面表层水温的变化，通过统计2016年8月1日至2017年7月31日监测时段表层水温和气温的数据，得到各断面的水温和气温特征值，见表2～3。总体上看，各断面特征值不尽相同，实测范围主要体现在年内的变化，年最低值主要出现在1～3月，最高值出现在7～9月。

为了研究气温和水温的变化关系，采用了线性相关分析。虽然气温和水温年最低值、年最高值出现的时间有所不同，但从相关性分析结果可以发现，气温和水温具有较好的正相关性。溪洛渡、向家坝坝上与坝下相关性系数差别较大，这主要是由于坝上水体水温受气温、太阳辐射以及蒸发量等因素的影响较大，坝下水体水温受水库低温下泄水的影响较大[7]。

2.2 表层水温、气温的沿程变化特征

干流沿程各断面表层水温和气温的月均值变化见图2和图3。

总体来看，该江段表层水温的沿程变化在各月份呈小幅波动趋势。从水温的沿程变化来看，2017年6月，金阳河汇口下游至溪洛渡坝上江段上下游的水温温差最大，差值为4.2 ℃;该江段上下游气温温差也最大，差值为3.7℃。

（1）溪洛渡坝上至坝下断面表层水温变化趋势基本一致，均为坝上温度明显高于坝下温度，坝上坝下最大温差为4.1℃，最小为0.2℃，分别出现在升温期（2017年7月）和降温期（2017年2月）。这主要是由于溪洛渡水库夏季分层明显，冬季基本呈等温分层状态，而坝下库表水温受下泄低温水的影响较大。

（2）溪洛渡坝下至绥江县城断面，水温有小幅升高，为0.2 cC～1.9℃，这主要是由于气温要素对坝下水体的影响，坝下温度较低的水体在流经下游断面的过程中，水温又呈现回升的趋势，说明水温和气温具有较好的正相关性。

（3）绥江县城至向家坝坝上断面的表层水温呈小幅波动状态，波动幅度在0.5 ℃以内。

（4）向家坝坝上与坝下断面表层水温变化与溪洛渡水库水温变化特点一致，即坝下水温明显低于坝上断面，温差为0.1℃～2.0℃。

由于溪洛渡、向家坝库区及坝下江段空间跨度大，影响因素多且复杂，因而表层的水温整体规律尚不明显，但在局部具有一定规律性，主要体现在溪洛渡坝上至向家坝坝下江段。

3 垂向水溫分布特性

3.1 干流

干流各断面全年垂向水温分布见图4。

（1）金阳河汇口下游断面全年上下层水温分布较均匀，温度差异小，未监测到分层现象。

（2）美姑河汇口下游在升温季节（2017年5～8月）出现了显著的分层现象，水体表底层温差在5 ℃～7 ℃。2017年4月出现明显的分层现象;2016年9月和12月出现弱的分层现象;2016年10月、11月以及2017年1～3月，表底层水温温差较小，未观测到分层现象。

（3）溪洛渡坝上的垂向水温分层情况在la内有周期性的循环变化趋势，且1～12月表层水温始终高于底层水温。1～3月未出现分层现象，且表、底层水温相差不大（小于1℃）。进入4月后，表、底层温差迅速增加，表层水温由14.50C上升至17.4℃，但底层水温维持在14℃左右。4～8月，表层水温总体呈上升趋势，8月升至最大值，约23 ℃，底层水温变化不大，依然在14.5℃左右。8～10月的表层水温总体呈下降趋势，从23℃降至21℃，但垂向掺混加剧，底层水温迅速上升，温跃层不断下移。11月，温跃层继续下移。进入12月后，溪洛渡坝上水温沿垂向基本呈等温混合分布。

（4）绥江县城断面在2017年5月和6月有明显的分层现象出现，温跃层的深度在70～ 90 m;其他月份未观测到明显的分层现象。整体而言，春夏季出现了明显的分层现象，其他季节和月份未出现明显的分层现象。

（5）向家坝坝上断面在2017年5～7月出现显著的分层现象，最大表底层温差达6.9℃。2017年4月有较明显的分层现象出现，其他月份未观测到分层现象。4～7月，温跃层有逐渐下移的趋势。

（6）从干流各断面垂向水温的沿程分布上来看，金阳河汇口下游断面距两坝最远，全年未监测到分层现象。随着距坝里程的逐步减少，美姑河汇口下游断面和绥江县城断面则出现一定的水温分层现象，其中以溪洛渡坝上断面和向家坝坝上为代表的近坝水体水温分层现象最为显著。

3.2 支流

支流各断面全年的垂向水温.监测结果如图5所示。

（1）牛栏江支库库中在2016年12月以及2017年4月和5月有弱分层现象出现，表底层温差分别为1.0 ℃、1.9℃、1.2 ℃，温跃层分别为25～35 m、5-20 m、5～10 m，其他月份未监测到明显分层现象。

（2）金阳河支库库中断面各月上下层水温分布均比较均匀，上下层温度差异较小，均小于1.0 ℃，未监测到明显的分层现象。整体上，水温随季节变化，水体上下层未出现明显分层现象。

（3）美姑河支库库中在2017年4～6月有明显的分层现象，水体表底层温差分别达到4.8℃、5.7 ℃、6.5℃。2016年9月有较明显的分层现象出现，2016年8，10，11月和12月，以及2017年7月有弱分层现象出现，2017年1～3月未监测到明显分层现象。总体上看，4～6月温跃层较浅，均处于70 m以上;8～ 12月，温跃层基本上处于100 m以下;春夏季节水温分层较明显，冬季水温分层现象不明显。

3.3 成因分析

通过分析溪洛渡、向家坝库区垂向水温分布规律可知，两库区近坝段水体在垂向水温的分布上易产生分层现象，而坝前水体水温分层现象最为显著。具体表现为：春、夏季易产生分层现象，特别是夏季，在风力、热对流等因素的共同影响下，随着库表温度的升高，热量从库表逐渐传至库中或库底，水体易形成稳定的分层结构;秋季库表水温随气温下降而逐渐降低，其温跃层在一定范围内也不断下移;冬季由于库表温度再度降低，水库水温在垂向上基本呈等温混合状态[8-10]。溪洛渡水库自蓄水以后，影响其水温结构的因素主要有来流水温、气象因素、人流和出流条件、水库调度等[11-12]。然而向家坝水库受上游溪洛渡水库调度的影响，其上游来水流量和水温影响着库区内水温结构的形成。总之，水库水温结构的形成是外部热量的输入和库区流态共同作用的结果[13]。

4 结论

根据溪洛渡、向家坝库区及坝下的水温监测结果，对表层水温及垂向水温年内分布特性进行分析，得出以下结论。

（1）各断面表層水温的特征值各有差异，但时间变化规律相似;水温与气温具有较好的正相关性。

（2）在表层水温的沿程分布上，整体规律尚不明显，但坝上断面的表层水温明显高于坝下;随着与大坝距离的增加，水温又逐渐回升;气温对表层水温的变化有较大影响。

（3）库区内干流和支流各断面全年的垂向水温监测结果表明，溪洛渡坝上和向家坝坝上2个断面有较为显著的水温分层现象出现。

（4）库区垂向水温的分布和监测断面的水深、监测时间以及距大坝的距离等因素有关。水深越深，表底层温差越大;距坝段越近，垂向水温分布特征越显著。

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