水庫水溫

水庫水體在水文、氣象、地形、地理位置、出水口位置、調度運行方式等因素的影響下，形成不同的水溫結構。水庫水溫結構可分為分層型和混合型兩類。分層型水庫隨季節變化，上下層水溫發生不同的變化；而混合型水庫全年水庫上下層水溫沒有明顯區別，基本保持天然河流狀態。

分層型水溫結構年周期性變化：初春，溫帶水庫水溫常保持在4℃左右，整個水體是不穩定的，易受風的作用而使上下層完全混合。夏季，氣溫上升，太陽輻射增強，水庫表層水體受熱升溫，密度減小，停留在其下面的溫度較低、密度較大的水層之上；但初夏時，溫差較小，受風的作用能完全混合。當某一時刻，由於溫差較大，風的作用不足以混合整個水體時，就形成了穩定的三層式溫度分層：水庫上部水溫呈均勻分佈，稱為庫面溫水層；在此以下的溫度突變區，稱為溫躍層，一般水深增加1m，水溫可下降1℃以上，溫躍層的深度很大程度上取決於作用在水面上的風力；溫躍層以下，水溫很低且較均勻，為停滯靜水，稱為庫下冷水層。由於水體密度分層，敵水庫的進、出水將產生異重流運動。秋季，氣溫下降，太陽輻射變弱，表層水溫下降，密度增加，庫面溫水層與其下層水由於重力和風的作用產生對流，厚度逐漸加大，溫躍層向下層擴展，最後因混合作用擴展至不同水深，形成等溫狀態，稱為秋季對流。入冬，水溫繼續下降，若表層水溫低於4℃，則在無風和有冰層的情況下，將出現底層水溫比表層水溫高的逆分層。春天來臨，冰層開始融化，逆分層將混合消失，稱為春季對流。隨後，水庫水體再一次出現溫度分層。庫面溫水層水溫在分層季節變化較大，與河流水溫差不多或略高。庫下冷水層溫度變化較小，變化程度取決於分層前的水溫，與冬春河流水溫差不多。一般分層型水溫結構多出現在蓄水水庫；徑流式水庫不發生典型的三層式溫度分層現象。

20世紀20年代，美國開始對水庫水溫進行系統的觀測。40年代后，許多國家對水庫水溫的變化規律、水溫對環境的影響、水溫的控制和利用等方面進行了深入的研究。中國於60年代開始開展這項研究工作。

通常採用實測法、指數法和水溫模型法。中國、日本常採用指數法，即用入庫年水量與庫容的比值和一次洪水量與庫容的比值進行判斷。分析和預測水庫水溫變化，一般採用經驗公式和水溫模型。水溫模型比經驗公式準確，能進行較短時段的預測。

影響的大小主要取決於水溫的分層溫度高低的變化、出水口高程和環境對水溫的敏感性。影響範圍包括庫區和出水口下游。混合型水溫結構對環境的影響比分層型小。

庫面溫水層通過水麵通氣和水生植物的光合作用保持較高的溶解氧含量；而庫下冷水層溶解氧含量較低，當由浮游生物死後的殘體和沉澱物產生的生化需氧量較大時，將出現缺氧現象，變成或接近於厭氧微生物層。溶解氧的分佈特性與水庫的生產力有關。由於庫面溫水層的生物作用和庫下冷水層的缺氧，使pH值、二氧化碳、硝酸鹽、氨、二氧化硅、鉀、鎂、鈣、鐵、錳、硫化氫等產生分層現象。營養物多積累在冷水層，庫面溫水層的營養量低於最大浮游植物產量所需的營養量水平，從而影響動物的數量。溫度、水質的分層常使水生生物的種類呈垂直分佈，在缺氧的冷水層中只能生長適宜於低溫和低溶解氧的生物種類。秋季對流時，冷水層的營養物呈均勻分佈，若含量較大，則將使水庫水體和下游藻類急劇生長。水面較大的水庫，表層水溫的變化會引起蒸發和水面長波輻射等的較大變化，影響局地氣候。水溫分層還會影響水庫大壩（特別是混凝土壩）的應力分佈。

影響程度與出水口的高程有關。採用底層出水口將使含有大量離子成分的、溶解氧較低的冷水層捧出，使下游水質變差和營養化程度提高，水庫生產能力降低。採用較高的出水口，下泄水溫度較高，具有高溶解氧、低含量的懸浮固體和鐵、錳等，水質較好；但水溫較高又可能使下游生化需氧量增加，使水質變差。水庫放水對下游水溫的影響，一般是推遲下游春季水溫上升和秋季水溫下降，使水生生物群落髮生變化。採用底孔泄水的分層水庫，將使下游水溫偏低，對水生生物的生長和繁殖產生不利影響。使灌溉農作物減產，這種現象稱為水庫冷害。當河流上建有梯級水庫時，上游水庫泄放的冷水還會使下游水庫冷水層貧氧情況繼續存在，甚至加劇。

水庫下泄水的溫度在一定程度上可通過水庫調度和多層出水口配合放流的方式，按供水水量、水質和水溫的要求予以控制，以滿足下游農作物、魚類、生活、娛樂和冷卻用水的需要。