基于數據同化的深水湖庫水溫中短期預報

孫博聞，楊晰淯，暴 柱，劉曉波，劉 暢，高學平

(1.天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300350；2.水利部海河水利委員會引灤工程管理局 海河流域灤河水質監測中心，河北 唐山 064309；3.中國水利水電科學研究院 水生態環境研究所，北京 100038)

1 研究背景

深水湖庫通常存在季節性溫度分層現象，水溫不僅影響水體的運動規律，也影響著水體中生化反應以及水生生物的新陳代謝過程，包括溶解氧飽和度[1]、微生物和藻類生長[2]、沉積物向水體釋放化學成分[3-5]以及魚類對棲息地適宜性[2，6]；由溫度分層引起溶解氧等環境指標的分層還會誘發水環境水生態問題[7-8]，進而威脅供水安全及下游生態系統健康。在氣候變化與水庫調控的共同影響下，上述變化更加趨于復雜[9-10]，因此研究水溫變化對湖庫水質管理與生態安全十分必要。

當前對水庫水溫的研究大多關注其長期演變規律[11-13]，中短期預報方面的研究相對較少。事實上，在未來10天這一時間尺度上預報湖庫水溫變化對管理者具有重要意義[14]，如Weber等[15]利用水溫-深度變化數據動態確定Grosse Dhuenn水庫取水深度，在優化下泄水溫同時還抑制了水庫缺氧的發展；Baracchini等[16]在日內瓦湖的觀測發現，強風驅動產生的劇烈涌升流使部分湖區的上層水溫在2天內驟降10 ℃，直接影響下游的供水與河流生態。此外水溫垂向分布還決定了湖庫熱分層強度，進而決定湖庫的分層或混合狀態[17]。秋季湖庫由分層狀態過渡到混合狀態時，庫底積累的營養物質和重金屬在整個水體混合，此時冷雨等氣象條件誘發的翻庫過程則會使垂向混合在短時間內發生[18]，這類由剖面水溫驟變引發的水動力過程也會對湖庫生態安全產生較大沖擊。……