水庫下泄低溫水影響及減緩措施

孟健婷 王森建

【摘要】高壩大庫的修建形成了大面積的停滯水域，加之太陽輻射以及其他理化作用，水庫內(nèi)水溫沿水深呈明顯的季節(jié)性分層分布。傳統(tǒng)底層取水的下泄水溫較低，會對下游水生生物的生長和繁殖造成危害，并產(chǎn)生水庫放流濁水長期化等問題。因此，如何有效的提高水庫下泄水溫，減免下泄低溫水帶來的生態(tài)環(huán)境影響已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題和學(xué)者研究的焦點。分層取水措施可以提高下泄水溫，進(jìn)而有效緩解低溫水對下游生態(tài)環(huán)境帶來的負(fù)面影響，因此被越來越多的應(yīng)用于大型水利工程中。

【關(guān)鍵詞】水庫；溫度；分層取水；下泄水溫

概述

在天然河流中水體溫差相對較小，水體紊流摻混作用較強(qiáng)，單位水體自由表面大，溫度隨氣溫變化較為明顯。由于許多高壩大庫的建成，特別是一些調(diào)節(jié)性能好的深水水庫，下泄的低溫水極大地改變了天然河道的水溫分布。而許多水質(zhì)要素都與水溫變化有密切的相關(guān)性。

1、水庫水溫分層現(xiàn)象

水庫由于地理位置、管理方式的不同，加之入流水溫、氣象條件等影響，在垂直方向上呈現(xiàn)出有規(guī)律的水溫分層現(xiàn)象，并且以年為周期循環(huán)變化。初春前，水溫低，庫區(qū)內(nèi)水體由于前期的冰凍、冷卻作用，上下對流混合，故上下層水溫基本一致，有這種水溫狀態(tài)的水庫稱為混合型水庫。入春以后，由于日照增強(qiáng)，氣溫升高，表面水體吸收了大量的熱量之后溫度上升，而水庫深層的水體，溫升較慢，仍然保持較低的水溫，形成了明顯的溫度分層結(jié)構(gòu)。根據(jù)水的物理特性，表層水溫高，所以密度小，如無外力擾動，只留在上層；而4℃以上的水體，水溫越低，密度越大，越是沉在下層，所以雖然表層水溫已經(jīng)達(dá)到20-30℃，但底層水溫依舊保持冬天的溫度，上下層最大溫差可以達(dá)到20℃。進(jìn)入秋季，日照和氣溫都有所降低，水庫水溫由表層依次冷卻下來。由于上層水冷卻后下沉與下層水體不斷摻混，使下層水溫升高。加之下層水長期的熱傳導(dǎo)、輻射和對流，本身溫度已經(jīng)有所上升。從而使上下層水溫逐漸趨于一致，并隨著氣溫的下降而冷卻，恢復(fù)到初春前的狀態(tài)，完成一個循環(huán)。

2、低溫水影響

2.1 對水生生物的影響

水生生物生長要求有一定的水溫、較充足的氧氣、養(yǎng)料以及一定量的游離CO2。在水溫分層型水庫內(nèi)，表層水體溫度較高，溶解氧含量、浮游生物較多，為水生生物生存生長提供了較好的環(huán)境。底層水體溫度較低，溶解氧含量較少，浮游植物產(chǎn)生對于魚類有害的CO2、H2S 等也較多，底層有機(jī)物還會在無氧狀態(tài)分解出有害物質(zhì)。采用傳統(tǒng)底層取水方式，不僅所取水體水溫較低，并且水質(zhì)較差，對魚類生長非常不利。大多數(shù)溫水魚類，生長適宜溫度通常在15-30℃。水溫超出這個范圍，魚類會出現(xiàn)新陳代謝緩慢，食欲降低等現(xiàn)象，不利于魚類生長繁殖，水溫較低除了會影響魚類新陳代謝之外，還會使魚類產(chǎn)卵期推遲，魚卵孵化程度減小，水溫過低甚至造成魚類不產(chǎn)卵。下泄低溫水還會導(dǎo)致魚類產(chǎn)卵場所向下游水溫較高的區(qū)域遷移。總體上講，下泄低溫水會造成魚類數(shù)量減小，產(chǎn)卵場所遷移，繁殖量減小，某些物種受到威脅。

2.2 對農(nóng)作物的影響

水庫傳統(tǒng)底層取水產(chǎn)生的下泄低溫水會對下游農(nóng)作物造成一定的影響。在水庫低溫水下泄的4-8 月期間，我國種植的主要糧食作物為水稻和小麥，其中小麥由于其耐寒耐旱性較強(qiáng)，灌溉水溫低對其影響不大，對于喜溫喜濕的水稻來說，低溫灌溉水對其影響較大。水溫過低會使地溫降低，肥料不易分解，稻根生長不良，植株矮，發(fā)育遲，谷穗短，產(chǎn)量降低。

2.3 造成下游濁水長期化

所謂濁水長期化，就是在洪水期由上游帶來的細(xì)微粒子以濁水形式長期滯留在庫區(qū)內(nèi)，不沉淀，當(dāng)水庫采用底層方式取水時，進(jìn)入下游河道，延長下游河道出現(xiàn)濁水的時間。河道濁水長期化給下游居民的生產(chǎn)生活用水、景觀用水和旅游業(yè)漁業(yè)等帶來了很大影響，而且水流濁度增大，還會降低水中生物群落的光合作用，阻礙水體的自凈，降低水體透光吸熱的性能，從而間接影響作物生長和魚類養(yǎng)殖。重金屬元素很容易吸附在水中的顆粒物上，因此水庫下泄的底層渾濁水含有的重金屬含量要高于上層。重金屬往往對人體有害，因此需要增加成本來去除水體中的重金屬。同時，高濁度的水體中存在硫化氫，對水輪機(jī)等金屬水工結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。

3、水溫影響減緩措施

在水庫中采用分層取水措施是解決下泄低溫水的一種有效方法，分層取水措施指的是在水溫分層型水庫中，水體由于溫度分層存在一定的密度梯度，此時在一定高度取水時，其流速分布以及取水范圍與溫度均一水庫取水有很大的區(qū)別。對于溫度分層取水，取水層厚度限定在以取水口為中心的上下一定范圍內(nèi)，水庫內(nèi)的水體也因此被分為層狀流動區(qū)以及停滯區(qū)兩部分。這種只取一定厚度內(nèi)水體的方式稱為分離取水，被抽取的水層稱為取水層。通過設(shè)置在不同高程處的取水口，可以抽取到不同取水層內(nèi)的水體，這種取水形式就是分層取水。表征分層取水的參數(shù)主要有取水層的位置和厚度，影響這兩者的因素有很多，如取水口的形式、尺寸、取水量的大小等。分層取水措施雖然投資較大，但是效果較好，同時能夠較好的滿足大型水庫的取水需求，所以近年來被越來越多的工程采用。

國內(nèi)外已建和在建的分層取水建筑物多種多樣，分類方法也不盡相同。總結(jié)國內(nèi)外的取水工程，根據(jù)水流特點我們將其分為四種：多層取水口、溢流式取水口、管型取水口和控制幕取水。其中多層取水口和溢流式取水口多應(yīng)用于大型水利工程；管型取水口和控制幕取水多應(yīng)用于中小型水利工程。

結(jié)束語：

水溫是水質(zhì)的一項重要指標(biāo)。水溫分層是大型水庫的重要特征之一，它可以進(jìn)一步引起水庫的水質(zhì)分層、生態(tài)分層以及下游生態(tài)環(huán)境的變化，通過采取分層取水等措施，可有效減緩下泄低溫水的不利影響，因此被越來越多的應(yīng)用于大型水利工程中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王冠. 淺談水庫水溫計算方法[J]. 吉林水利， 2007年（01期）

[2]黃水堅.水庫分層取水[M].北京：水利電力出版社，1985

[3]吳莉莉，王惠民，吳時強(qiáng).水庫的水溫分層及其改善措施[J]. 水電站設(shè)計.2007，23（3）