丹江口水庫大壩加高后壩下游水溫時空變化規(guī)律研究

夏志培 張洪霞 張海波

摘 要：南水北調(diào)中線工程水源地位于丹江口水庫，丹江口水庫大壩大壩加高，改變了原有的平衡模式，大壩下游丹江口—宜城河段水溫發(fā)生了顯著變化，水溫變化直接影響河流生態(tài)系統(tǒng)。本文選用大壩加高前后典型水文站水溫資料，采用對比分析，研究該河段水溫變異特性及沿程分布。結(jié)果表明，丹江口水庫大壩加高工程的運(yùn)用對壩下游水溫產(chǎn)生了一定的影響，黃家港水文站受大壩加高工程影響較大，年均水溫呈現(xiàn)下降趨勢，襄陽和余家湖水文站影響較小，黃家港水文站春、夏、秋三季平均水溫有所下降，下降幅度最大的季節(jié)為夏季，下降值為4.9 ℃;下降幅度最大的月份是8月，下降值為5.5 ℃。

關(guān)鍵詞：丹江口水庫;大壩加高;水溫;時空變異

中圖分類號：TV697.21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）20-0110-04

Abstract： The water source of the Middle Route Project of South to north water diversion is located in Danjiangkou reservoir. After the dam of Danjiangkou reservoir is increased， the original balance mode has been changed. The water temperature of Danjiangkou Yicheng reach downstream the dam has changed significantly， which directly affects the river ecosystem. In this paper， the water temperature data of typical hydrological stations before and after dam heightening were used to study the water temperature variation characteristics and its distribution along the river. The results show that the application of the dam heightening project of Danjiangkou reservoir has a certain impact on the water temperature at the downstream of the dam. Huangjiagang hydrological station is greatly affected by the dam heightening project， and the annual average water temperature shows a downward trend. Xiangyang and yujiahu hydrological stations have less impact. The average water temperature of huangjiagang hydrological station in spring， summer and autumn has declined， and the season with the largest decline is summer， with a drop of 4.9 ℃; the month with the largest drop is August， with a drop of 5.5 ℃.

Keywords： Danjiangkou reservoir;dam heightening;water temperature;temporal and spatial variation

水溫是水環(huán)境中最重要的影響因子之一，水的物理、化學(xué)性質(zhì)及水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等都不同程度地受到水溫變化的影響。水溫的變化對庫區(qū)及下游河段水生生物及水電站運(yùn)行的影響問題日益凸顯[1-3]。

丹江口水庫大壩加高后壩頂高程由初期的162 m（吳淞高程，下同）提高到176.6 m，正常蓄水位由157 m提高至17m，壩前蓄水位的提升使得水深增加，壩上深層水溫增加，對壩下游水溫勢必產(chǎn)生影響。分析河流水溫在復(fù)雜因素影響下的變化特征，對健全生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制、維護(hù)河流生態(tài)健康狀況、指導(dǎo)電站運(yùn)行調(diào)度具有十分重要的意義。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

丹江口水庫壩下游丹江口至宜城河段，總長159 km。該段位于漢江中游，建有丹江口、王甫洲、新集、崔家營四級水利樞紐，其中新集樞紐2019年開工建設(shè)。南水北調(diào)中線工程水源地位于丹江口水庫，丹江口水庫大壩加高工程于2013年8月正式通過蓄水試驗(yàn)，2014年壩前最高水位達(dá)160.73 m，2017年最高水位達(dá)167.00 m。

分析河段內(nèi)有3個控制性水文站開展水溫觀測，即黃家港水文站、襄陽水文站和余家湖水文站，各測站位置如圖1所示。

分析時段為丹江口水庫大壩加高工程運(yùn)行前的2005年至運(yùn)行后的2017年，2005—2013年為丹江口水庫大壩加高工程運(yùn)行前時段，2014—2017年為丹江口水庫大壩加高運(yùn)行后時段，余家湖水文站從2010年進(jìn)行水文數(shù)據(jù)觀測，因此，余家湖水文站水溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)起始年為2010年。

1.2 分析方法

水溫變化受氣溫、水文和人類活動等多因素的影響，本次主要分析丹江口水庫二期工程運(yùn)行前后壩下游典型測站春、夏、秋、冬四季的水溫變化情況，主要采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水溫年內(nèi)分布特征

河段3個控制站2010年水溫的年內(nèi)變化如圖2所示。從圖2可知，最高水溫出現(xiàn)在7月和8月，最低溫出現(xiàn)在1月和2月。年變化主要分為兩段，一般以7—8月為分界，2—7月為升溫期，9—12月及12月—次年2月為降溫期。黃家港水文站最大溫差為20.8 ℃，出現(xiàn)在2006年;襄陽水文站最大溫差為23.5 ℃，出現(xiàn)在2014年;余家湖水文站最大溫差為24.1 ℃，出現(xiàn)在2014年。

2.2 年均水溫變化特征

以2014年為分割點(diǎn)，將分析時段分為丹江口水庫大壩加高工程運(yùn)行前和運(yùn)行后兩段，以此分析各水文站水溫年均變化，結(jié)果如表1和圖3、圖4所示。

由表1可知，大壩加高工程運(yùn)行前黃家港水文站多年平均水溫值為16.0 ℃，大壩加高工程運(yùn)行后多年平均水溫值為14.6 ℃，下降了1.4 ℃。由圖4可直觀看出，2014年后，黃家港站斷面處水溫年均值呈下降趨勢，襄陽水文站和余家湖水文站則末發(fā)生較大變化，但月水溫有所變化，即丹江口水庫大壩加高工程的運(yùn)行對襄陽水文站和余家湖水文站斷面處的水溫影響較小。

2.3 各季節(jié)水溫變化特征

年均水溫變化是各月水溫變化綜合的結(jié)果，若按季節(jié)劃分，月均水溫的差異更加清晰。為了更準(zhǔn)確地分析丹江口水庫大壩加高工程對黃家港水文站的水溫序列影響，把一年分為四季，即春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—次年2月），將四季的平均水溫序列的年際變化分離出來，仍以2014年為分割點(diǎn)進(jìn)行大壩加高工程前后水溫變化分析。黃家港水文站逐年春夏秋冬四季水溫變化趨勢和黃家港水文站月均水溫差值統(tǒng)計(jì)如圖5和表2所示。

由圖5可知，一年四季黃家港水文站水溫在大壩加高工程運(yùn)用前后并非全部下降，只有春季、夏季和秋季的水溫有所下降，下降幅度最大的是夏季，均值下降了4.9 ℃，春季和秋季分別下降了0.9 ℃和1.5 ℃，冬季未降反升高了1.6 ℃。

由表3可以看出，大壩加高工程運(yùn)行前后黃家港水文站水溫下降最大的是8月份，水溫下降了5.5 ℃，7—8月份是一年當(dāng)中大氣溫度較高的月份。

2014年丹江口水庫正式蓄水后，壩前水位升高，發(fā)電出流時為高水頭，進(jìn)水洞水溫較大壩加高前低，發(fā)電的冷水出庫后與丹江口大壩下游熱空氣相遇相成了獨(dú)特的江霧，主要集中在傍晚和早上，時間主要從4月份到9月份，如圖6、圖7所示。由表2也可發(fā)現(xiàn)，4月份到9月份，大壩加高工程運(yùn)行前后黃家港水文站水溫?cái)?shù)據(jù)有所下降。

3 結(jié)語

本文選取丹江口水庫壩下游丹江口-宜城河段3個水文站的序列水溫監(jiān)測數(shù)據(jù)，從水溫序列多尺度變化特征、極值水溫變化特征以及水溫沿程變化特征等多個角度，分析了丹江口水庫大壩加高工程運(yùn)用對丹江口水庫壩下游水溫的影響。結(jié)果表明，丹江口水庫大壩加高工程的運(yùn)用對壩下游水溫產(chǎn)生了一定的影響，黃家港水文站受大壩加高工程影響較大，年均水溫呈現(xiàn)下降趨勢，襄陽和余家湖水文站影響較小，黃家港水文站受大壩加高工程影響，春、夏、秋三季平均水溫有所下降，下降幅度最大的季節(jié)為夏季，下降值為4.9 ℃;下降幅度最大的月份是8月，下降值為5.5 ℃，冬季水溫顯著升高，升高幅度最大的是1月份，升高值為1.3 ℃。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉守澤，夏軍，郭生練，等.水庫水環(huán)境模擬預(yù)測和評價[M].北京：水利電力出版社，1998.

[2]戴松晨.寶珠寺水庫蓄水前后水溫、水質(zhì)變化回顧分析[J].水電站設(shè)計(jì)，2001（4）：58-60.

[3]王欣.漫灣水庫水溫水質(zhì)的回顧評價[J].水電站設(shè)計(jì)，1999（3）：71-75.