水库水温模拟研究综述

王雅慧，李 兰，卞俊杰

（1.武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室，湖北武汉430072；2.长江水利委员会水文局，湖北武汉430010）

大型水电工程的建设产生了发电、防洪、供水、灌溉、航运、养殖、旅游等综合效益，有效地促进了经济和社会的发展。但与此同时，水库蓄水势必会改变天然河道的水文、水力、水质等因子，从而打破了流域原有的平衡，对库区及下游的生态环境造成影响；调节性能较强的水库形成了水温分层，导致不同深度的水体环境差异显著，会改变库区水生生物结构，影响库区水质；水电站由于发电要求往往设置高程较低的单层泄水口，在水温分层情况下使夏季下泄水温较天然水温低，低温水又影响了农作物的发育及鱼类正常的生长繁殖，继而造成农渔业的减产和区域生物多样性的丧失。上述这些不利影响都成为了水电发展的重要制约因素。因此，在大型水电工程的规划设计和运行管理中，必须重视水温作为水生态环境因子的重要作用，广泛开展水库水温模拟和下泄水温研究，了解水库形成前后水温的变化和发展，预测建库后的库区水温结构和下泄水温规律。在水温研究的基础上，对水库工程建设的生态影响进行合理评价，并积极采取有效的措施缓解水温带来的不利环境影响，以实现水能资源利用与流域环境保护的协调发展。

1 国内外水库水温研究进展

由于水库水温不仅涉及到工程设计和库区环境本身，还对下游河流生态系统、农田灌溉、工业、生活用水等方面都造成影响，所以许多国家很早就开始重视水库的水温研究，最具有代表性的是美国、日本和苏联。美国的水库水温研究经历了3个发展阶段，包括20世纪30年代初的水温监测、20世纪40～50年代的水温影响因素及坝工温度场计算、20世纪60～70年代至今的水温数学模型及分层取水设计，在水库水温模拟预测理论和模型研发方面一直处于世界领先水平。日本的水库水温研究主要针对水电站低温下泄水对农业的影响，分析水库水温的分层结构、水温与作物生长的关系以及设计水电站分层取水装置。苏联的水库水温研究由防冰冻灾害引起，开展了广泛的水库水温实际观测、大坝稳定温度场计算、水库动力学及热力学研究［1］。我国的水库水温研究以工程设计和管理的需要为目的，重点集中于水库水温的实际观测与模拟计算方法：20世纪50～60年代在对一些水库的水温特性观测和分析中，得到了一些成果，并类比到其它水库；70年代根据国内外许多水库的实际水温观测数据，总结了很多适用性不同的水库水温经验估算公式；80年代以后，不断吸收国外水温数学模型的先进成果和经验，并将其发展应用于我国的许多工程实践中。目前，在我国各个水电工程的设计中都开始重视水温的模拟计算问题，并广泛开展了为避免水温带来的不利环境影响采取的工程技术和生态措施研究。

目前国内外的水库水温研究主要集中在水温实际观测与模型、大坝水温影响、水温环境影响、水温调控措施等方面：

（1）精细的水库水温数据为水库水温研究奠定了基础，而原型观测和数学模型是获得详细水温分布信息的最重要手段。尤其是近年来随着湍流理论、流体传热和数值技术的发展，以美国的EFDC为代表的一批水动力学模型正逐步成为水库水温研究最主要的技术方法。

（2）大坝水温影响［1］即分析建坝前后由各种因素导致的库区水温分布规律的演变。与水温分布相关的影响因素是多方面的，包括建坝、不同的水库调度方式、泄流变化、用水调整、气候变化等，都可以作为大坝水温影响的研究内容。

（3）水温环境影响涉及水温分层与低温下泄水两个方面。水库水温分层结构的形成改变了库区水动力条件、热力条件和水体理化特性［2］，影响了库区生物栖息地环境和水生生态系统。同时，由于分层型水库下层水体常年维持低温状态，这些低温下泄水对下游工农业及生态系统带来一定的影响：水库深层水灌溉对农作物的各生长期均有影响，如使植株光合作用减弱、吸肥能力下降［3］，导致水稻成熟减缓、结实率低、产量下降，引发冬小麦的早熟［4］等；低温下泄水使下游河道鱼类达到产卵水温所需的时间延长，影响鱼类正常的繁殖［5］；当多个梯级水库联合调度时，水温累积效应明显，低温下泄水对下游生态的影响将更为显著［6］。

（4）水温调控措施是针对水温对库区及下游的环境影响采取的一系列具体措施，可以贯穿在工程设计、建设、运行管理的各个环节。如：为防止低温下泄水对农作物“冷害”，采取多层叠梁门取水设计［7］和制定适宜作物生长温度的灌溉计划［8］；在库区通过动力方式破坏水温分层，从而避免由此产生的水库水质恶化和富营养化问题；用生态调度、生态补偿等方式缓解水温对区域生态环境的不利影响；合理利用水温分层、低温下泄水发展渔业及工业，等等。

随着近年来水温研究深度和广度的不断扩展，水温已经开始作为一个重要的水质指标，被纳入国内外先进的流域综合管理（IRBM）体系中。

2 水库水温结构判别

水库修建后形成了巨大的停滞水域环境，由于水深不同的区域接受太阳辐射的程度不同，加之风力、入流和垂向水流交换的作用，水库会沿水深方向出现一定的水温分层现象。根据水温分层强弱的不同，可以将水库水温结构划分为稳定分层型、过渡型、混合型。稳定分层型水库多为调节性能较好的大水库，垂向温度分为3个层次：表层温度较高的是温变层，水温的增暖和变冷多发生在这一层；底层是温度较低、热量交换较少的滞温层；中间是温度梯度较大的温跃层。混合型水库一般为库内流速较大的中小型水库，垂向温度差异较小。过渡型水库的水温分布特点则介于两者之间。

通过一定的方法对水库水温结构进行初步判别，可以为进一步的水温研究奠定基础。目前国内外常用的水库水温结构判别方法有库水交换次数的α和β指标法、水库宽深比判别法、密度佛汝德数法、热平衡因子法。我国现行的水库环境影响评价中普遍采用α指标法和密度佛汝德数法来初步判别水库的水温分层结构。

库水交换次数法是《水利水电工程水文计算规范》推荐使用的方法，判别指标是：

式中，w为多年平均入库径流量（m3），v为水库总库容（m3），α为判别指标。当α≤10时，为水温稳定分层型；α≥20时，为混合型；10＜α＜20时，为过渡型。

密度佛汝德数法是1968年美国Norton等提出的，判别指标是：

式中，u为断面平均流速（m／s），H为平均水深（m），Δρ为水深H上的最大密度差（kg／m3），ρ0为参考密度（（kg／m3），g为重力加速度（m／s2），Fr为判别指标。

由于上述的指标判别方法对水温分层的物理机制描述不够准确，同时鉴于有限的实验资料和经验难以定量水温分层特性与某些内在因素的关系，因此有时会得不到合理的结果。近年来有学者提出了模式判别思想，采用感知器算法、人工神经网络、模糊回归、高斯过程机器学习方法等来判别水库水温结构［1］，取得了一定的成果。

3 水库水温及生态环境影响

3.1 水库水温分层与水生态环境

水温是水库生态系统中的一个重要水质要素，也是水库水环境变化的重要驱动因子，水的所有物理化学特性几乎都与水温有关［9］。水温分层现象会导致库区水动力特性和不同水深范围内溶解氧、化学物质、水生生物的变化：表层水体由于浮游植物光合作用释放大量氧气，溶解氧处于饱和状态；滞温层水体处于缺氧状态，加速底泥中N，P等营养物质以及Fe，Mn等盐类分解，使水体混浊、发臭，同时CO2释放增加、pH下降，加剧水质恶化。在水库表层光照充足、水温适宜、营养盐丰富时，可能引起藻类等水生生物的爆发性生长，甚至导致“水华”现象。即使水库分层较弱，底泥释放的营养物质也会逐渐上升到表层，加之春秋季节的翻库作用，水体富营养化的危险大大增加。水温与藻类的生长速率密切相关，一般认为15℃～30℃的水温有利于藻类的生长，而不适宜的水温则会抑制藻类的生长。在日本的Shimajigawa水库［10］氧环境下底泥P元素大量释放并通过翻库作用被带到表层，引起了浮游植物的大量繁殖；黄廷林等［11］在研究库内源污染特征时发现，水体温度分层是影响水库水质分布的主要因素之一，水体pH和溶解氧在温跃层之下随水深增大而急剧降低；侯伟等［12］分析了广东省3座中型水库的浮游植物群落特征，指出水温对浮游植物的影响主要体现在种群分布的季节性差异，叶绿素a质量浓度与水温存在一定的相关关系。

3.2 水库低温下泄水

与天然河道不同，调节性能较强的水库库区水深大、流速缓，在热季易出现明显的水温分层，导致水库深层下泄水温较天然水温低。一方面，低温水在温度、组成成分方面的差异会对敏感的下游农作物及鱼类产生不利影响，另一方面，低温水又是很好的工业中水冷却水源，合理利用可以增加企业的利润。因此，为了趋利避害，低温下泄水对下游的生态环境影响成为了水库水温研究中一项重要的课题。

低温水造成的农作物及渔业减产问题在日本、美国、中国等许多国家都有实例。日本的星野等人做了大量的实验研究，认为低温水会降低植株的光合作用，抑制根系吸水，影响矿物质的吸收，从而打破农作物的发育规律，造成粮食减产。Philpott水电站［13］一项关于水库水流对下游鱼类影响的调查表明，库区水动力环境和水温的改变会减缓鱼类的生长，破坏生殖期鱼类的产卵条件，影响鱼类的正常行为。

河流水电梯级开发在一定程度上会累积单一电站的低温水影响，引起流域内一系列群体性、系统性和累积性的环境影响［14］。刘兰芬等［6］结合现场观测与数学模型分析了河流梯级开发下泄水温的累积影响，结果表明高坝大库、多梯级的开发方式对河流水温的累积影响最大；邓云等［15］用数学模型预测了梯级电站单独和联合运行时库区水温分布及下泄水温过程，证明梯级电站的环境累积效应显著；李兰［16］构造了“三层人工神经网络模型—统计法—朱伯芳法—东勘院法”综合模型，预测河段末端的梯级水温累积影响；许多学者还针对澜沧江、金沙江、雅砻江等我国水电重点开发河段，运用多种模型开展了河流梯级开发的水温累积影响专题研究。

4 水库水温模拟计算方法及软件

20世纪50年代中期以来，国内开始对水库水温进行观测，随后逐步发展了水库水温模拟的各种计算方法，其中最主要的是经验公式法和数学模型法。

4.1 经验公式法

20世纪50年代以来，国内开始对水库水温进行观测。70年代中期之后，出现了水库水温模拟的经验公式法并得到了广泛的应用。经验公式法主要是以实测水温、气象等资料为基础，总结水库水温分布的影响因素及变化规律，提出适合同类型水库的经验公式。在我国应用较多的有东勘院公式、朱伯芳公式、统计公式、李怀恩公式等。

经验公式法具有资料要求低、应用简单、效率高、可操作性强等优点，但过分偏重实测资料的综合统计而忽略了水库形状、运行方式、泥沙异重流等工程实际情况对水库水环境的影响，且不同公式适用范围不同，模拟的时空精度较低，无法获得详细的水温时空变化。

4.2 数学模型法

最早的水库水温数学模型是20世纪60年代初美国为解决湖泊和水库的富营养化问题提出的一维数学模型，后来随着数值技术和计算机水平的发展，又出现了平面二维模型、立面二维模型和三维模型。数学模型法在一定程度上弥补了经验公式法的不足，是水库水温研究必不可少的手段。

（1）一维模型

1961年Raphael［17］首次提出了基于水动力学的水库热量平衡计算方法，并应用于哥伦比亚河某些混合型水库。美国水资源工程公司Orlob［18］和Selna以及麻省理工的Hubert［19］和Harleman基于水库水温均匀混合等温薄层假设，分别提出了WRE和MIT两个典型的一维垂向水温模型。20世纪70年代，为解决WRE模型和MIT模型对表层风力混合描述不足的问题，Minnesota大学的Stefan［20］建立了一维Stefan－Ford模型，以紊流动能和热能的转化来计算水温变化，并成功预测了两个温带小型湖泊的水温分布，1977年Harleman也将类似理论引入MIT模型改善其效果。1978年Imberger［21］提出了适宜于描述中小水库温度和盐度分布的混合模型DYRESM，初步解决了风力混合问题，自20世纪80年代起广泛应用于大洋洲、欧洲的许多湖泊和水库，但因参数分析复杂而缺乏通用性。

（2）二维模型

水库水温主要沿深度有分层现象，因此应用更多的是沿纵向或垂向剖分水库的立面二维模型。1975年Edinger最早提出了立面二维LARM水温模型，Johnson［22］在某水库通过多模型对比计算，最终推荐LARM模型。美国陆军工程师团水道实验站在LARM模型基础上加入水质计算模块开发出了现今最为成熟的二维CE－QUAL－W2模型的第1个版本，Kuo等［23］在Te－Chi水库的研究中验证了该模型的有效性。后来丹麦于1996年提出的MIKE21模型也实现了水库水温的较好模拟。此外其他的一些研究者也开发了自己的二维模型，如Huang等［24］二维风力混合水库水温模型LA－WATERS，Farrell［25］则将k－ξ模型成功应用于1个100m长的水库的下潜流过程模拟和温度分层研究。

（3）三维模型

随着数值技术和计算机水平的发展，近年来国内外学者致力于开发能同时考虑温度垂向、纵向、横向变化的三维水温模型，耦合求解流场和温度场。国外开发的模型有美国弗吉尼亚海洋研究所的EFDC模型、丹麦水动力研究所的MIKE3模型、荷兰Delft水力研究所的DELFT3D模型等，在大型水体的流场、泥沙、温度、污染物研究中广泛应用。我国的一些学者也做了许多工作：如李冰冻［26］用剪切应力输运紊流模型模拟了水库的温度分层流动；李兰等［27］用三维模型较精确地模拟了漫湾水库的水温分布；马方凯［28］基于三维不可压缩的N－S方程建立水温模型，采用大涡模拟计算紊动扩散系数，并考虑水面散热及太阳辐射对水温的影响，对三峡水库近坝区三维温度场进行了预测。

4.3 其它方法（解析解、综合类比法等）

其它典型的水库水温模拟方法主要是解析解法和综合类比法。

解析解法是在水库水温数学模型的基础上，经过模型结构、边界和参数的合理简化而推导出模型公式的解析解。解析解法可以大大减小数值计算的工作量，但是推导的难度较大，需要较精确的实际验证。李怀恩等［29］推导出了分层型水库定解问题在不同情况下的解析解，并证明了其适定性。李兰等［30］在Huber和Harleman建立的垂向一维水库水温模型的基础上推导出解析解，并在二滩水库进行了验证，模拟的最大相对误差小于10%。

综合类比方法避免了一般类比方法需要对比水库的形状、蓄泄水情况、水文气象及运行条件高度相似的缺点。这种方法不仅对相近的多个水库的实测水温、参数资料进行经验总结，而且结合包络数值计算分析来类比需要模拟水库的水温分布。胡平［31］参照二滩水库对锦屏一级水库水温分布进行综合类比分析，得到了平均条件下库区的水温分布规律。

4.4 水库水温模拟模型与软件

（1）ELCOM

ELCOM是西澳大学水研究中心开发的三维水动力模型，可用于湖泊水库温度与盐度的时空模拟，结合其它模型还可进行三维水流物理及生化过程模拟。模型在多方面得到了应用：验证了Burragorang湖由气候变化引起的水位降低可能导致区域流体动力环境的改变和藻华［32］，准确模拟了Boulder流域温度、电导率、生化参数等的时空变化［33］，在Swan河口证明了水温和盐度是控制微囊藻生长的主要因素［34］，等等。

（2）EFDC

EFDC是美国弗吉尼亚海洋科学研究所研发的开放式软件，可以实现包括水库在内的各种地表水系统的流场与温度场模拟，目前已成为水环境模拟与评价的主流工具，在美国及众多欧洲国家都有实例。近年来我国开始广泛应用该模型，如云南滇池的水质模拟［35］、胶州湾三维潮流模拟［36］、漫湾水库水流水温耦合预测［37］、梯级水库水温累积影响研究［38］等。

（3）NAPRWT

20世纪80年代初，丁宝瑛等［39］运用水温一维数值分析方法开发了《水库水温数值分析软件》（NAPRWT）［40］，之后在东风、漫湾、二滩、向家坝、小湾、溪洛渡、锦屏一级等工程中得到了广泛的应用和检验，并获得了中华人民共和国国家版权局著作权登记［41］。

（4）Fluent

应用定制商用软件Fluent建立的通用水温多维模型，在水库水温研究方面也有一定的实用性和可靠性。唐笑等［42］讨论了浮力传热湍流模型、水面热交换模型和变区域动网格的Fluent实现方法，用实验资料验证了模型的正确性，并对某水库水温结构进行了分析。

5 缓解水温环境影响的措施

5.1 分层取水

在水电工程设计和实施过程中，分层取水是削减水温分层对生态环境不利影响的有效措施。通过不同取水措施下的水库水温模拟，结果表明分层取水可以显著提高下泄水温，从而满足下游正常的用水和生态环境需求。

20世纪40～50年代，美国和日本就开展了分层取水研究。1956年，日本主要通过不同形式的表层取水结构解决水库低温下泄水对水稻生长的冷害问题。美国在20世纪60～70年代建造的水库中广泛采用了以多层取水口装置为主的分层取水结构和设施。Bentonh等［43］利用水力学模型研究了分层取水对下泄水质的改善效果；SmithGore等［44］从水温、溶解氧浓度、浊度等方面论证了分层取水相比单层取水的优点；在老挝Nam Ngum水库［45］和纽约Schoharie水库［46］，学者也通过相关的模型研究证明了分层取水在减免下泄水体对河道的负面影响和满足特定用水需求方面的重大意义。总体上说，国外的水库取水方式研究经历了深层取水－消灭分层或利用分层取表底层水－表底层取水和分层取水工程交替出现3个阶段［3］。

我国水库分层取水研究主要针对提高灌溉水温，同时减免低温下泄水对下游水生生物的影响。李娟、刘仲贵等［47］通过分析水库水温特性、下泄水温与农作物生长的关系，研究了分层取水对提高灌溉水温的作用；任华堂等［48］采用三维水温模型模拟了不同取水方式对阿海水库水温分布的影响，为水库的设计和生态调度提供了参考；黄永坚［49］对水库深层取水的多方面环境影响进行了综合分析，指出分层取水的必要性，并对国内外分层取水的研究成果和设施进行了总结。近年来在我国许多水库的设计施工过程中都加入了分层取水的研究：如滩坑水库的叠梁门方案和三孔闸门方案［50］、三板溪水电站的分层取水建筑物设计［51］、两河口水电站的多层门取水方案研究［7］、锦屏一级水电站的分层取水水动力学特性研究［52］等。

5.2 破坏水温分层

美国和英国曾经采用主动破坏温跃层的方式来缓解水温分层，取得了一定的效果。具体的做法是：在坝前一定范围内，通过向水底注空气或氧气、循环向深层灌水、用水泵取表层低密度水或其它水源向下输送等动力方式，促进水库的上下层对流，破坏水温结构。同时由于表层水温降低，水体吸收太阳能和氧气的能力增强，蒸发减弱，生态环境得到改善。爱尔兰的恩尼斯加水库采用了6台气压水枪形成水体上下层对流，有效减轻了库区水质分层和低温下泄水对下游珍贵鱼类的影响［53］。

5.3 水利生态调度

合理的流量调度能在一定程度上减弱大型水电工程对库区和下游包括水温变化在内的不利生态影响。对于具有溢洪道、表孔、中孔、深孔等多种泄流方式和不同泄流量的已建工程，在保证经济效益的前提下，进行合理的水利生态调度，如适当改变夏季的泄流量或多利用表层建筑物泄流，可以有效提高水库的下泄水温。

5.4 合理利用低温下泄水

近年来，一些学者在研究如何防治水库生态环境影响的同时，开始发展低温下泄水的新用途。史为良［54］认为在贫营养水库、高纬度及高海拔地区的水库都有适宜于各种冷水鱼的生存条件，可以利用不同温度的水层发展冷水渔业。林于廉等［55］通过系统测试和模型模拟，从水温、水质、水容量3方面论证了安康水库作为库区热泵中央空调系统水源的可行性。石敬贤［56］设计了以调压室尾水为天然冷源的锦屏一级水电站通风空调系统，认为其符合国家节能环保的产业政策，具有很大的现实意义。王煜等［57］则提出，对下游有灌溉要求的水库可采用农业补救措施缓解低温水效应，如制定合理的种植计划、补充塘堰水、浅水层调节等。

6 水库水温的重要研究问题与发展趋势

6.1 实际水温观测资料库的建立

掌握详尽的实际观测资料是水库水温时空分布规律研究和数值模拟的重要基础，因此需要对天然河道和已建水库的水温进行长期的原型观测。目前我国已在金沙江、雅砻江等一些水电建设的重点河段以及三峡水库等地开展了大量的水温监测，得到了一系列重要的成果和数据，但监测的时间和空间尺度都有限。

6.2 水温冰情耦合模拟

寒带或寒温带地区的水库在冬季会出现季节性冰封现象，水面被冰盖阻隔后，表层的传热机制变化，库区的热损失减少。现行的水温模型大多针对温带、亚热带和热带水库建立，并未考虑冰层覆盖对水体与大气热交换产生的影响。国外的Carlson，Ashton，Gosink等曾提出过几个考虑冰盖的模型，但效果都不理想或者未经过验证。国内对于冰盖水库的研究多停留在原型观测阶段，具有突破性的研究成果较少。肖建民［58］通过对水库多年冰期水温实测资料的分析，得出了部分冰盖形成与消解的经验公式；王璐［59］等用数字分析法研究水库冬季的结冰过程，建立了库区冰盖形成的热力学方程；四川大学的蒲灵［60］分析冰盖的消融机理，建立了包含冰情的水库垂向一维水温模型并应用于下尔呷水电站。

6.3 水温模型的深度研究

自20世纪60年代起，水温模型从最初的对流扩散模型发展到混合模型，从一维、二维模型发展到三维模型，已经成为水库水温研究的重要工具和手段。但由于水库水动力问题、热力学问题及其生态系统的复杂性，要更真实精确地模拟水库水温及水环境，未来的模型还需要不断发展：扩展时空尺度，在整个流域范围内研究精确到日的水温变化，全面掌握水温的时空特征；统筹考虑影响水温的不可忽略因素（泥沙输运、冰冻等），使模拟结果更符合实际，在设计阶段为水库安全设计提供准确的水温信息，如刘杏红等［61］模拟二滩水库淤沙条件下的水温分布，获得了安全裕度更大的水库水温边界条件，同时在运行管理阶段提供详实的水温分布预测，保证水库运行的稳定性；利用不断发展的数值方法、计算机及3S技术，建立能反映水温真实变化的三维模型，为河湖水质预警预报及其气候响应研究提供准确的水温数据，在这一研究领域，已有陆俊卿等［62］在汉江某河段以高精度水温模拟格式为水质模型提供了准确的水温预测；开展水温模拟的不确定性研究，甄别不确定性因子及其在模拟中产生的不确定性成分，在此基础上修正模拟结果，并尽量克服随机性的影响，提高水库水温模拟结果的可靠性。

6.4 水动力学模拟软件的开发

目前，国内水库水温模型的发展主要是吸收和改进国外成果，一些高校和科研机构自主开发的应用程序与国外成熟的环境水动力学商业软件相比，还有很大的差距。且由于国内众多科研设计机构主要依托国外成熟的环境水力学商业软件（如EFDC，Fluent等），使得国内模型缺乏工程应用实践，计算精度难以得到检验，极大地限制了国内模型的深入研究和技术创新。因此，除学习和借鉴国外经验，还必须重视水库水温的基础理论研究、实测数据库构建、模型方法完善，发展不同维数、功能丰富、界面友好、开放共享的模型集成软件平台，增强国内水温模型的竞争力，为我国的水温研究提供更好的技术支持。

6.5 综合多因子的水库生态模拟与调度

水电工程的建设和运行造成了多方面不利的环境影响。库区水位抬高导致上游水文水力学条件及地貌地形的变化，继而造成泥沙淤积并影响水体的性质，急流生物也因失去生境而逐渐退化直至消亡。水库蓄水使下游洪峰减小，下泄水温的变化会破坏下游原有的生态平衡，进而影响水生生物的多样性。目前，对分层取水措施在改善河道生态条件方面作用的研究已相对深入，但在水库水温结构变化对其它水文、环境及生态要素的影响及应对措施方面的研究还较少。国内许可等［63］研究水温分层对三峡库区生境的综合影响，并以生物资源保护为目标提出了相应的生态调度方案；唐萍等［64］综合考虑泥沙淤积、水温分层对水污染、富营养化等问题的驱动作用和相互影响，初步探讨了三峡库区的水环境保护及生态修复措施。已有研究成果均表明能在一定程度上改善库区、河道的生态条件，但依然无法完全消除上述负面影响。因此，结合水文、水温、水体需氧量、水体氮磷营养物质等因子建立耦合度高的数学模型，进行水电建设综合生态影响分析，从工程设计和调度两方面着手，开展结合经济效益与生态效益的流域综合管理，是未来重要的发展方向。

［1］ 张士杰，刘昌明，王红瑞，等.水库水温研究现状及发展趋势［J］.北京师范大学学报，2001，47（3）：316－319.

［2］ 戴凌全，李 华，陈小燕.水库水温结构及其对库区水质影响研究［J］.红水河，2010，29（5）：30－35.

［3］ 李 娟.水库农作物生态系统的影响与对策研究［D］.武汉：武汉大学，2011.

［4］ 鲍其钢，乔光建.水库水温分层对农业灌溉影响机理分析［J］.南水北调与水利科技，2011，9（2）：69－72.

［5］ 张陆良，孙大东.高坝大水库下泄水水温影响及减缓措施初探［J］.水电站设计，2009，25（1）：76－81.

［6］ 刘兰芬，陈凯麒，张士杰，等.河流水电梯级开发水温累积影响研究［J］.中国水利水电科学研究院学报，2007，5（3）：173－180.

［7］ 甘衍军.水库水温预测与分层取水研究［D］.武汉：武汉大学，2010.

［8］ 陈秀铜.改进低温下泄水不利影响的水库生态调度方法及影响研究［D］.武汉：武汉大学，2010.

［9］ 隋 欣，杨志峰.龙羊峡水库蓄水对水温的净影响［J］.水土保持学报，2004，18（4）：154－157.

［10］ EIJI K，TAKEHIKO F，HIDEO H.A modeling approach to forecast the effect of long—term climate change on lake water quality［J］.Eco1Model，2007，209（2／3／4）：351－366.

［11］ 黄廷林，章武首，柴蓓蓓.大水深水库内源污染特征及控制技术［J］.环境污染与防治，2010，32（3）：1－4.

［12］ 侯 伟，黄 成，江启明，等.粤北三座典型中型水库富营养化与浮游植物群落特征［J］.生态环境学报，2011，20（5）：913－919.

［13］ 祝东亮.基于水库大坝建设的河流生态水文研究［D］.武汉：武汉大学，2010.

［14］ 陈凯麒，王东胜，刘兰芬，等.水电梯级规划环境影响评价的特征及研究方向［J］.中国水利水电科学研究院学报，2005，3（2）：79－84.

［15］ 邓 云，李 嘉，李克锋，等.梯级电站水温累积影响研究［J］.水科学进展，2008，19（2）：273－279.

［16］ 李 兰，李允鲁.水温综合模型在漫湾水库水温计算中的应用［J］.人民长江，2008，39（16）：25－26.

［17］ Raphael J M.Prediction of Temperatures in Rivers and Reservoirs［J］.ASCE Journal of the Power Division，1962，88（2）：157－181.

［18］ Orlob G T，Selna L G.Temperature Variation in Deep Reservoirs［J］.Journal of Hydr Div，ASCE，1983，HY3（108）：301－325.

［19］ Huber W C，Harleman D R F，Ryan P J.Temperature prediction in stratified reservoirs［J］.Journal of the Hydraulics Division，1972，98（4）：645－666.

［20］ Stefan H G，Ford D E.Temperature dynamics in dimictic lakes［J］.Journal of the Hydraulics Division，1975，101（1）：97－114.

［21］ Imberger J，Loh I，Hebbert B，et al.Dynamics of reservoir of medium size［J］.Journal of the Hydraulics Division，1978，104（5）：725－743.

［22］ Buchak E M，Edinger J E.User guide for LARM2：A longitudinal－vertical time－varying hydrodynamic reservoir model［R］.Vicksburg：U.S.Army Corps of Engineerings，Waterways Experiment Station，1982.

［23］ Kuo J T，J H Wu，W S Chu.Water quality simulation of Te－Chi Reservior using two－dimensional models［J］.Water Sci Tech，1994，30（2）：63－72.

［24］ Huang P，DiLorenzo J L，Najarian T O.Mixed layer hydrothermal reservoir model［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1994，120（7）：846－862.

［25］ Farrell G J，Stefan H G.Mathematical modeling of plunging reservoir flows［J］.Journal of Hydraulic Research，1988，26（5）：525－537.

［26］ 李冰冻，李克锋，李 嘉，等.水库温度分层流动的三维数值模拟［J］.四川大学学报：工程科学版，2007，39（1）：23－24.

［27］ 李 兰，武 见，王 欣.三维环境流体动力学模型在漫湾水库水温中的应用研究［A］.黄河国际论坛论文集［C］.济南：黄河水利出版社，2007：34－42.

［28］ 马方凯，江春波，李 凯.三峡水库近坝区三维流场及温度场的数值模拟［J］.水利水电科技进展，2007，27（3）：17－20.

［29］ 李怀恩，沈 冰.分层型湖泊水库垂向水温分布的解析解［J］.西北水电，1994（1）：34－38.

［30］ 祝东亮，李 兰，杨梦斐.分层型水库垂向水温分布模型解析解研究［J］.人民长江，2010，41（15）：67－70.

［31］ 胡 平，刘 毅，唐忠敏，等.水库水温数值预测方法［J］.水利学报，2010，41（9）：1 045－1 052.

［32］ Vilhena LC，Hillme I，Imberger J.The role of climate change in the occurrence of algal blooms：Lake Burragorang， Australia［J］.Limnology and oceanography，2010，55（3）：1 188－1 200.

［33］ Hannoun I，List E J，Kavanagh KB，et al.Use of Elcom and Caedym for Water Quality Simulation in Boulder Basin［C］.Proceedings of the Water Environment Federation.WEFTEC，2000：3 943－3 970.

［34］ Robson B J，Hamilton D P.Three－dimensional modeling of a Microcystis bloom event in the Swan River estuary，Western Australia［J］.Ecological Modelling，2004（174）：203－222.

［35］ 陈异晖.基于EFDC模型的滇池水质模拟［J］.云南环境科学，2005，24（4）：28－30.

［36］ 王 翠，孙英兰，张学庆.基于EFDC模型的胶州湾三维潮流数值模拟［J］.中国海洋大学报，2008，38（5）：833－840.

［37］ 武 见.梯级水电工程水温累积影响研究［D］.武汉：武汉大学，2008.

［38］ 李 兰，武 见.梯级水库三维环境流体动力学数值预测和水温分层与累积影响规律研究［J］.水动力学研究与进展，2010，2（2）：155－164.

［39］ 丁宝瑛，胡 平，黄淑萍.水库水温的近似分析［J］.水力发电学报，1987（19）：17－33.

［40］ 中国水利水电科学研究院.水库水温数值分析软件（NAPRWT）［CP］.北京：中华人民共和国国家版权局，2004.

［41］ 丁宝瑛，胡 平.水工大体积混凝土温度场的边界条件［A］.大体积混凝土结构的温度应力与温度控制论文集［C］.北京：兵器工业出版社，1991：34－55.

［42］ 唐 笑，程永光.基于FLUENT的水库水温多维预测［J］.武汉大学学报，2010，43（1）：59－63.

［43］ Walter B Benton，Shelton R McKeever.Select reservoir withdrawal by multi－level intakes［J］.Journal of the Power Division，1970，96（1）：109－115.

［44］ James A Gore，Geoffrey E Petts.Alternatives in regulated river management［M］.Boca Raton：CRC Press，1989：333.

［45］ Roel Schouten.Effects of dams on downstream reservoir fisheries，cases of Nam Ngum［J］.Mekong Fish Catch and Cultere，1998，4（2）：1－9.

［46］ Rakesh K Gelda，Steven W Effler.Simulation of operations and water quality performance of reservoir multi－lever intake configurations［J］.Journal of Water Resources Planning and Management，2007，133（1）：78－86.

［47］ 刘仲贵.水库水温与水稻丰产灌溉［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［48］ 任华堂，陶 亚，夏建新.不同取水口高程对阿海水库水温分布的影响［J］.应用基础与工程科学学报，2010，18（S）：84－91.

［49］ 黄永坚.水库分层取水［M］.北京：水利电力出版社，1986.

［50］ 芮建良，吴旭敏.滩坑水电站低温水影响及分层取水方案研究［A］.祝兴祥，吴 波.水利水电开发项目生态环境保护研究与实践［M］.北京：中国环境科学出版社，2006：221－229.

［51］ 薛联芳.基于下泄水温控制考虑的水库分层取水建筑物设计［J］.中国水利，2007（6）：45－46.

［52］ 章晋雄，张 东，吴一红，等.锦屏一级水电站分层取水叠梁门进水口水力特性研究［J］.水力发电学报，2010，29（2）：1－6.

［53］ 吴莉莉，王惠民，吴时强.水库的水文分层及其改善措施［J］.水电站设计，2007，23（3）：97－100.

［54］ 史为良.水库修建和冷水鱼渔业［J］.水利渔业，2007，27（5）：43－45.

［55］ 林于廉，张 成，张 元.水库水作为水源热泵空调系统取水水源的研究［J］.中国给水排水，2008，24（21）：99－101.

［56］ 石敬贤.天然冷源在锦屏一级水电站通风空调系统中的应用［J］.水电站计，2008，24（1）：10－13.

［57］ 王 煜，戴会超.大型水库水温分层影响及防治措施［J］.三峡大学学报，2009，31（6）：11－14.

［58］ 肖建民，金龙海，谢永刚，等.寒区水库冰盖形成与消融机理分析［J］.水利学报，2004（6）：80－85.

［59］ 王 璐，李 蓓，谢能刚，等.小型调节水库冬季水温分析研究［J］.水利科技与经济，2003，9（4）：281－283.

［60］ 蒲 灵.季节性冰封水库垂向水温分布研究［D］.成都：四川大学，2005.

［61］ 刘杏红，韩云童，常晓林，等.考虑淤沙影响的高拱坝水库水温数值分析［J］.水利学报，2010，41（3）：348－354.

［62］ 陆俊卿，张小峰，袁 晶，等.高精度格式在河道水温模拟中的应用［J］.安全与环境学报，2006，6（2）：42－44.

［63］ 许 可，周建中，顾 然，等.基于流域生物资源保护的水库生态调度［J］.水生态杂志，2009，2（2）：134－137.

［64］ 唐 萍，翟红娟，邹家祥.三峡库区水环境保护与生态修复初步研究［J］.水资源保护，2011，27（5）：43－46.