影响水库水体混合的主要因素

陈惠清，刘福波

(1.七台河市水务局，黑龙江七台河 154600;2.龙煤集团七台河分公司新铁煤矿，黑龙江七台河 154600)

影响水库水体混合的主要因素

陈惠清1，刘福波2

(1.七台河市水务局，黑龙江七台河 154600;2.龙煤集团七台河分公司新铁煤矿，黑龙江七台河 154600)

气候循环会引起水库内温度分层现象，温度分层导致的热交换导致水库混合过程，文章介绍了水库水体混合的几个因素。

水库;水体混合;风力;热交换;入流;出流

由于气候循环会引起水库内温度分层的现象，水库内温度结构形成于年内的变化过程就是热交换而引起的混合过程。热交换引起的混合主要在深度方向发展。水库受风力作用，河流加入水库或水库泄水都会促使水库不仅沿深度方向，同时也沿水平方向发生混合。风的作用尤其是强风的作用所产生的混合(所谓“搅动”)尤为突出。如果水库或湖泊尺寸很大，特别当宽度很大时，地球自转产生的柯氏力也会对水库内水体运动产生影响。现分别就主要影响因素简述如下。

1 风力作用

风力作用首先施加于水面，给水面以拖曳力，使表层原来处于静止的水体发生运动，表层运动后逐渐再把风力的能量传递给水库内部，使水体内部诱发紊动。弱风的影响主要局限在表层，强风的影响可直达库底静水层。水库的表面温水层内之所以温度分布较均匀，主要是由于风力搅动加快了热量交换和混合的缘故。

风给予水面的拖曳力大小，主要取决于风的强度(即风速)、大气边界层的稳定性、吹程、波的发展及波能量在湖岸消散的情况等，起主导作用的是风速。

风作用于单位面积水面的拖曳力τ可以用下式表达:

式中:u为水面以上10 m高处的风速;ρA为空气密度;CD为综合其他影响因素的系数。

许多研究表明，水库尺寸对CD的影响很小，在湖面所取得的CD值和海面上所获得的结果几乎相同。

2 表面热交换

水库水体与外部的热交换主要通过水面。水面热交换包括太阳辐射热，大气辐射热，水面传导至空中的热，水面蒸发所损失的热，水面辐射所损失的热，其关系如下式:

式中:hn为水面与大气热交换获得的热量;hsn为从太阳辐射所获得的净热量;ha为从大气辐射所获得的净热量;hws为从水面辐射儿损失的净热量;he为蒸发失去的热量;hc为水传导至空气的热量。

3 外来入流

河流进入水库后可能有3种方式向库内移动。当入流水温比库面水温高时，进库后演水库表面流动，并保持在水库的表层。若入流的水温比库底水温低，则河水进入水库后沿库底流动而后停留于底层。弱河流水温介于二者之间，即低于表层水温而高于库底水温，则入库后首先沿库底流动，当流动到某一高程，库水水温与河水水温温度相同时，转向水平方向流动。

入库水流将把它所持有的动能带入水库，所带进的动能为:

式中:ρ1为进入水库前原河流密度;A为入库前河流过水面积;u为过水断面上任意点流速。

河流加入水库也会增加(相对于水库原有势能)势能。就以河流进入库面情况来说，所增加的水体重量与该部分体积形心距某一参考平面高度的乘积，则是增加的势能值。若入流沉入库底，是相同体积的另一部分水体升至原库水位以上，从而使势能增大。

有外流加入水库是，其中一部分能量将消耗于水体的混合，例如入流流速较高时，将发生明显的紊动卷吸作用。

4 出流

水库泄流将引起库内水体的流动。泄水孔平面位置或高程的不同将给库内不同位置的水体流向和流速有不同的影响。

在水库分层情况下，若泄水流量很小，浮力作用将抑制水体垂直方向流动，泄水仅仅来自与泄水孔高程相同的水平薄层。若泄水流量较大，被泄水层可能扩大而穿过斜温层。当流量很大时，浮力影响将被冲破，流动形态和不分层水体情况类似。

［1］ 赵文谦.环境水力学［M］.成都:四川大学出版社，2004.

Q17

B

1007－7596(2011)05－0209－01

2011－01－15

陈惠清(1972－)，女，山东阳谷人，工程师;刘福波(1965－)，男，黑龙江勃利人，工程师。