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南瓜坪水库水温计算及其对下游河道水温的影响分析王明怀（云南省水文水资源局丽江分局，云南丽江 674100）摘要：南瓜坪水库的建设导致河流水体性质发生改变，长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化，导致水库整体的水温结构将发生变化。
本文通过对南瓜坪水库建设后水温的垂向变化和延程变化趋势进行分析，对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行了分析评价。
关键词：水库水温分析评价1 引言南瓜坪电站通过修建水库蓄水带来了发电、灌溉、防洪等综合效益，然而水库蓄水的同时，也引起了河流水文、泥沙、地貌、生态等各方面的环境影响。
水温是水质因素的一个重要变量，水温的变化会给库区及下游河道的水质、水生生物的生长及工农业生产带来一系列的影响，并且对水工坝体温度应力分析、施工温控设计、继电机组冷却等也有重要影响。
因南瓜坪水库下游的团结大沟是永胜县三川镇农业灌溉的主要水源工程，三川镇又是丽江市粮食主产区，本文通过南瓜坪水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化的预测分析。
结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况，评价水库兴建后对下游农田灌溉的影响。
2 工程概况为充分开发和利用五郎河流域水资源，根据《云南省丽江市五郎河流域规划》，拟对五郎河流域实行“三库十电站”梯级开发，南瓜坪电站是流域梯级开发中的一级，工程以发电为主要开发目的、兼顾灌溉。
电站装机容量33MW，水库正常水位2250m，总库容2668万m3，调节库容1656万m3，灌溉面积为5.16万亩，灌溉用水量4956万m3。
枢纽工程位于丽江市宁蒗县南部战河乡南瓜坪村，水库坝址处东经100°48′08″，北纬26°54′42″。
南瓜坪水库位于五郎河上段碧源河，电站下游500m为规划的干布河电站，距离宁蒗县战河乡20km，距离永胜县三川镇km。
南瓜坪水库水系图见图1。
团结大沟为流域内已经建成的较大引水工程，位于南瓜坪水库下游约25km。
团结大沟于1973年全线贯通，控制灌溉面积5.16万亩，引水渠从永胜县光华乡水井村取水，流经光华、金官、梁官，全长51.7km。
关于云南省丽江市南瓜坪水库工程环境影响报告书的批复（2021）你单位《关于请求审批〈云南省丽江市南瓜坪水库工程环境影响报告书〉的请示》（丽南水请〔2020〕8号）和《关于〈云南省丽江市南瓜坪水库工程环境影响报告书〉补正落实情况的复函》（丽南水函〔2021〕1号）收悉。
经研究，批复如下。
一、该项目位于长江流域金沙江中游左岸一级支流五郎河上游，坝址位于云南省丽江市宁蒗县西布河乡，工程任务以灌溉、城乡供水为主，兼顾发电等综合利用。
水库多年平均供水量7655万立方米，其中农业灌溉供水量5219万立方米，城乡供水量2436万立方米。
工程建设内容由水库工程和输水工程两部分组成。
水库工程主要包括大坝、发电取水建筑物、生态机组等，其中大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高126.6米，发电取水建筑物为岸塔式，坝后电站总装机0.3万千瓦；水库正常蓄水位2299米，死水位2246米，总库容1.18亿立方米，具有多年调节性能。
输水工程由灌溉供水取水建筑物、引水隧洞、输水渠（管）道等组成，其中取水建筑物为岸塔式；新建引水隧洞1条，长19.3公里；新（扩）建输水干渠1条，长79.84公里。
该项目建设总体符合云南省丽江市五郎河流域综合规划及规划环评要求，项目实施可能对生态、水环境等产生不利影响，在全面落实环境影响报告书和本批复提出的各项生态环境保护措施后，该项目所产生的不利生态环境影响可得到一定缓解和控制。
我部原则同意环境影响报告书的总体评价结论和拟采取的生态环境保护措施。
二、项目建设的主要生态环境影响（一）水资源和水文情势影响。
工程实施后，五郎河流域地表水水资源开发利用率将由现状的8.35%提高至17.4%。
坝上河段急流生境变为库区缓流生境。
受水库调蓄和供水影响，大部分月份水库下泄水量较现状有所减小，坝下水文情势发生明显改变。
（二）水环境影响。
库区干支流大部分断面现状水质达标，部分断面个别时期水质存在超标现象，不满足Ⅱ类水质标准。
前坪水库蓄水对水温的影响研究智天翼;杨安邦【期刊名称】《治淮》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】2页(P7-8)【作者】智天翼;杨安邦【作者单位】中水淮河规划设计研究有限公司 233001;中水淮河规划设计研究有限公司 233001【正文语种】中文前坪水库位于淮河流域沙颍河支流北汝河上游，坝址在汝阳县县城以西9km的前坪村附近，坝址以上北汝河干流长91.5km。
水库控制流域面积1325km2，坝址处多年平均天然径流量3.437亿m3。
水库正常蓄水位406m，死水位370m，汛限水位403m，正常蓄水位时水库面积约14.36km2，回水长度约22km。
枢纽区建筑物主要有主坝、副坝、溢洪道、输水洞、泄洪洞、电站等单项工程组成，主坝为粘土心墙砂卵砾石坝，主坝坝顶长808m，最大坝高86m，坝顶宽10m。
灌溉洞中心高程为368.6m。
水库可发展灌溉面积约31.8万亩，灌区主要种植小麦、玉米等。
一、水库水温结构判别水库水温结构判别采用《水利水电工程水文计算规范》（SL278－2002）中的α－β法判别公式，有两个判别指标：α=多年平均径流量/总库容，β＝一次洪水总量/总库容当α<10时水温结构为分层型；当α>20时水温结构为混合型。
对于分层型水库，β<0.5时，入库洪水对水库水温结构无影响，0.5<β<1时，有一定影响，但不破坏分层结构；β>1时，洪水在相应时段内破坏水温分层而呈现为临时混合层。
坝址处多年平均径流量为3.44亿m3，总库容为 6.10亿 m3，百年一遇的最大七天洪量为5.674亿m3。
经计算，α＝0.57，β＝0.93，表明水库水温结构为分层型，入库洪水不破坏水温分层结构，但有一定影响。
二、水库水温垂向分布预测前坪水库水库垂向水温预测采用东北勘测设计研究院方法，见公式（1）。
式中：Ty为水深y处的月均水温（℃）；Ta为库表月均水温（℃）；m 为月份数；Tb为库底月均水温（℃）。
滩坑水库建成后下游河道水温的预测
杨芳丽;张小峰;谈广鸣;陆俊卿
【期刊名称】《武汉大学学报：工学版》
【年(卷),期】2008(41)1
【摘要】滩坑水电站下游为国家一级保护水生动物鼋的保护区.采用剖面二维水温模型对滩坑水库下泄水温进行了模拟,然后采用一维非恒定水流水温数学模型对建库后滩坑电站下游鼋保护区内水温变化情况进行了预测,对比分析了平水年条件下,不同电站开机组数和不同电站取水口高程条件下水库下泄水温对坝下游河道鼋自然保护区鼋的影响.分析表明可抬高电站取水口高程使下泄水温与天然水温较为接近,以尽量减小由于发电而给下游河道生态造成的不利影响.
【总页数】5页(P40-44)
【关键词】剖面二维;水温模型;下泄水温;一维模型;鼋
【作者】杨芳丽;张小峰;谈广鸣;陆俊卿
【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV697.21
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林海水库垂向水温预测及对下游冷水鱼类的影响分析王伟;杨子;邓国立【摘要】水库工程的建设不仅可以提高水资源利用效率,调节天然合理径流量的变化,而且还对水库的热量起到调节作用.水温预测是水利水电工程环境影响评价所需要的重要内容之一,准确模拟和预测水库的水温分布规律,并加以调控,对改善库区及下游河道的水生生态有着重大意义.水温预测方法大致可以分为两大类,即经验公式法和数学模拟法.经验公式法具有简单实用,并且需要的参数较少;数学模拟法在理论上比较严密,并且随着计算科学的发展,越来越成为研究的主要手段和方法;数学模拟方法预测软件昂贵,所需参数较多.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2013(041)007【总页数】3页(P15-17)【关键词】林海水库;垂向水温;经验公式;出库水温;冷水鱼类【作者】王伟;杨子;邓国立【作者单位】黑龙江省环境工程评估中心,哈尔滨150001;黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080;黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TV697.21;TV697.420 引言水库水文分布收到诸多因素影响，如太阳辐射、水库物理特性、入库水量和泥沙等，其水温垂向分布大致可分为3钟类型，即混合型(等温型)、稳定分层型和过渡型。
混合型水库大多为调节能力较低、水深较浅的水库，由于上、下层水体可进行充分的热量交换，年内不同时间和深度的水温分布都比较均匀，其水温变化与气温有显著的相关关系。
稳定分层水库是指库表水温差别明显，上下层水体不能进行充分的热量交换，一般水深＞40 m，调节能力大的水库。
其垂向水温结构可分为3层:上层，即温变层，该层水温受环境温度影响大，随气温变化明显;中层，又称温跃层或斜温层，该层水温随着水深的增加剧烈变化，温度梯度可达1.50℃/m以上;下层，也称滞温层，该层水温基本保持均匀，年内变化很小，常年处于低温状态。
过渡型水库兼有混合型和稳定分层型特征的水库，既可以呈现很强的温跃层，上、下层水体之间也能进行充分的热量交换，年底库底温差很大。
关键词：前坪水库；水文；水资源；防洪一、工程概况北汝河是淮河流域沙颍河水系的主要支流，发源于河南省洛阳市嵩县车村乡，在襄城县丁营乡岔河口处入沙颍河，全长约250km，河道坡降1/200～1/300，流域面积6080km2。
受气候、季风和地形等因素的影响，降水时空分布不均，暴雨多发，且主要集中在汛期。
因地面及河道坡降陡，洪水汇流迅速，峰高势猛，曾给中下游带来多次严重的洪涝灾害。
水文监测资料显示，北汝河丰水期径流量占全年的80.4%，枯水期径流量仅占全年的19.6%，来水年内分配不均情况较为显著。
近年，流域降雨量减少，特别是枯水期经常断流，给流域工农业生产和群众生活带来了严重影响，水生态恶化风险也随之增加。
前坪水库位于北汝河上游、河南省洛阳市汝阳县县城以西9km的前坪村，是以防洪为主，结合供水、灌溉、兼顾发电的大（2）型水库，总库容5.84亿m3，控制流域面积1325km2。
前坪水库工程可控制北汝河山丘区洪水，将北汝河防洪标准由10年一遇提高到20年一遇，同时配合已建的防洪工程，可将沙颍河的防洪标准远期提高到50年一遇。
水库灌区面积50.8万亩（1亩＝1/15hm2），每年可向下游城镇提供生活及工业供水约6300万m3，水电装机容量6000kW，多年平均发电量约1881万kWh。
2015年10月，前坪水库全面开工建设，2020年3月，正式下闸蓄水，社会效益及经济效益正逐步显现。
二、对下游河道径流量的影响1.下游河道径流量现状及断流情况前坪水库下游16.5km处有紫罗山水文站，控制面积1800km2。
紫罗山站1952—2010年实测流量系列中，洪峰流量大于3000m3/s的有5年；洪峰流量小于500m3/s的有20年。
根据1999—2001年枯水月份的日平均流量资料统计，1999年2月26日—3月17日，日平均流量只有0.62m3/s。
2000年3—5月的月均流量分别为0.54、0.30、0.009m3/s，5月4日—6月1日共计断流29天。
南瓜坪水库水温计算及其对下游河道水温的影响分析
王明怀
（云南省水文水资源局丽江分局，云南丽江 674100）
摘要：南瓜坪水库的建设导致河流水体性质发生改变，长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化，导致水库整体的水温结构将发生变化。
本文通过对南瓜坪水库建设后水温的垂向变化和延程变化趋势进行分析，对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行了分析评价。
关键词：水库水温分析评价
1 引言
南瓜坪电站通过修建水库蓄水带来了发电、灌溉、防洪等综合效益，然而水库蓄水的同时，也引起了河流水文、泥沙、地貌、生态等各方面的环境影响。
水温是水质因素的一个重要变量，水温的变化会给库区及下游河道的水质、水生生物的生长及工农业生产带来一系列的影响，并且对水工坝体温度应力分析、施工温控设计、继电机组冷却等也有重要影响。
因南瓜坪水库下游的团结大沟是永胜县三川镇农业灌溉的主要水源工程，三川镇又是丽江市粮食主产区，本文通过南瓜坪水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化的预测分析。
结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况，评价水库兴建后对下游农田灌溉的影响。
2 工程概况
为充分开发和利用五郎河流域水资源，根据《云南省丽江市五郎河流域规划》，拟对五郎河流域实行“三库十电站”梯级开发，南瓜坪电站是流域梯级开发中的一级，工程以发电为主要开发目的、兼顾灌溉。
电站装机容量33MW，水库正常水位2250m，总库容2668万m3，调节库容1656万m3，灌溉面积为5.16万亩，灌溉用水量4956万m3。
枢纽工程位于丽江市宁蒗县南部战河乡南瓜坪村，水库坝址处东经100°48′08″，北纬26°54′42″。
南瓜坪水库位于五郎河上段碧源河，电站下游500m为规划的干布河电站，距离宁蒗县战河乡20km，距离永胜县三川镇km。
南瓜坪水库水系图见图1。
团结大沟为流域内已经建成的较大引水工程，位于南瓜坪水库下游约25km。
团结大沟于1973年全线贯通，控制灌溉面积5.16万亩，引水渠从永胜县光华乡水井村取水，流经光华、金官、梁官，全长51.7km。
2004年对渠道全线进行了改造，采用混凝土、浆砌块石衬砌。
改造之前只有水井至板山河段能维持通水，灌溉面积仅1.6万亩，改造后设计取水流量为5.0m3/s，灌溉面积为5.16万亩，总灌溉用水量4956万m3。
工程所在流域属低纬高原季风气候区，干湿季分明，因受高原和高山峡谷地形的影响，立体气候显著。
宁蒗气象局实测资料，多年平均气温12.6℃，最高气温31.4℃，最低气温-9.7℃，多年日照时间为2341.4小时。
水库坝址处控制流域面积512 km2，流域多年平均降水量为1087.4mm，坝址处多年平均流量7.53m3/s，多年平均径流量为2.334亿m3。
图1 南瓜坪水库水系图
3 水库水温变化分析
3.1 水温结构判断
南瓜坪水库建成蓄水后，库内流速从上游到坝址处渐渐减小，水库水域如同湖水一样，河流水体性质发生改变，长期滞留在库内的水与大气之间的热量交换引起水温变化，导致水库整体的水温结构将发生变化。
除了受气候条件影响之外，库区水温还取决于水库规模和库内水流急缓状况。
水库水温结构大致分为分层型和混合型两种类型，一般根据库水交换次数
指标a值判断库区水温结构。
根据《水文计算规范》（SL278-2002）水库水温分布类型判别的经验公式（D.1）：
a＝W/V
式中，a为判别系数，W为多年平均年径流量，V为总库容
南瓜坪水库坝址多年平均净流量为2.361亿m3，水库总库容为2668万m3，根据经验公式（D.1），计算出a＝8.8，由此可判别出南瓜坪水库水温分布类型为分层型。
即水库蓄水后，将导致水库水体水温与天然水体水温发生变化，水温垂向分布发生较大变化，主要表现为水体表面和库底水温的差异。
3.2 水温变化预测
3.2.1 水温垂相变化分析
水库水温分布包括横向水温分布和纵向水温分布。
国内水库实测成果表明，瞬时水温等值线的走向基本上是水平的，只是在库岸、浅滩附近或有洪水入库扰动时个别情况例外，即使有波动，仅仅是局部的和临时的，且温差很小；年、月平均水温等值线，几乎完全是水平的。
故本次只预测水库水温的垂向分布情况。
根据东北勘测设计研究院公式：
式中：
T b＝T b，－K，N
式中Ｔｙ———从库水面计水深为ｙ处的月平均水温（℃）；
Ｔ０———库表面月平均水温（℃），可根据设计水库库区的气温并利用气候条件相似同类水库的气温～库表水温关系求得，也可用已建水库库表水温与纬度的关系插补；ｍ———月份，１、２、３、…、１２月；
ｎ、ｘ———与ｍ有关的参数；
Ｔｂ———库底月平均水温（℃）；对于分层型水库，各月库底水温与其年值差别甚小，可用年值代替；对于过渡型和混合型水库，各月库底水温可用式（D.2-4）计算，该式适用于23°～44°Ｎ地区：
Ｎ———大坝所在纬度；
Ｔｂ′、Ｋ′———参数，其值见表Ｄ（参见《水文计算规范》（SL278-2002））。
因南瓜坪水库坝址处无气温和水温实测资料，采用纬度和高程相近、且属于同一气候区的宁蒗县庄房水文站实测水温资料来代表南瓜坪坝址处天然水温资料，坝底水温根据式（D.2-4）和南瓜坪水库坝址纬度进行推算。
根据推求的水库表面水温和库底水温，利用中国水利水电科学院经验公式计算坝前水温的垂直分布情况，见表1、图2：
表1 南瓜坪水库坝前水温垂向分布计算结果表单位：℃
图2 南瓜坪水库水温垂向分布图
从该水库坝前水温计算结果来看，水库水表温度随气温的变化而变化，随着气温的逐渐增加，水库水面水温逐渐增加，库表水温在7.5℃～19.7℃之间变化。
在垂向分布上，冬季1、2、12月水库水温出现逆温，即随着坝前水深的增加，水库水温逐渐增加，3月和11月，气温和水体温度差异不大，水温随水深的增加而降低，但温度梯度变幅不大，其余月份，水库水温沿水深的增加，水温逐渐下降，且延着水深的增加，梯度逐渐减小。
在水深0～30m之间水库水温梯度较大，在30m水深以下，水温梯度较小。
南瓜坪水电站取水口底板高程2230m，取水口最大水深20m，按照其他水库经验，水库下泄水量水温以水深为18～20m处水体水温为下泄流量的水温。
由垂向水温分析结果可以得出，
坝前20m水深处水体（即南瓜坪水库下泄水量）年平均水温较天然水温下降1.7℃。
3.2.2 水库下游水温延程变化分析
南瓜坪电站为坝后式电站，水库下泄流量水温即为电站尾水水温。
电站尾水口与下游团结大沟（主要是农田灌溉）取水口之间的距离约25km，区间入流较多，其中流量较大的主要有清水河、西布河和沙力河等。
其中，清水河在南瓜坪水库下游1.4km汇入，西布河在水库下游7.8km处汇入，沙力河交汇口局南瓜坪水库9.2km。
根据支流汇入口的位置和汇口以上流域面积，利用下游总管田水文站径流资料，可以分别计算出各支流多年平均流量分别为2.18m3/s、3.88 m3/s和2.68 m3/s。
与南瓜坪水库坝址处多年平均流量为7.61 m3/s相比，各支流来水量较大，从南瓜坪水库下泄的低温水（比天然水温低1.7℃）通过河道长距离的自然增温（按每公里增温0.04℃计算，25km河道增温达1.0℃）和支流来水量天然水温的平衡作用，到团结大沟取水口时，通过南瓜坪水库下泄的低温水与原天然河道的水温差异已经很小。
4 对下游农田灌溉的影响分析
通过对南瓜坪水库水温的垂向变化和延程变化趋势分析，南瓜坪水库的建设改变了河道水体的水力学性质，导致水库整体的水温结构发生了变化，水库水温分布形成分层型，从水库下泄的水体水温较天然水温下降了1.7℃。
由于水库（或电站）尾水至下游农田灌溉沟渠――团结大沟取水口距离长达25km，且区间有较大支流加入，对低温水起到自然增温和平衡水温的作用，因此，南瓜坪水库建成后形成的低温水对下游通过团结大沟的农田灌溉用水水温基本上不会造成影响。
参考文献：
［1］中华人民共和国水利行业标准，《水文计算规范》（SL278-2002）。
［2］朱伯芳.库水温度估算.水利学报,1985 年第2 期。
［3］中南勘测设计研究院《水工建筑设计规范》编辑组,水库水温的统计分析。
作者简介：王明怀（1971－），男（汉族），工程师，主要从事水文水资源勘测和水文情报、预报工作。
