一种水库水温计算方法

1.本发明涉及一种水库水温计算方法，属于水库水温研究技术领域。


背景技术：

2.气候变化会对水库水温产生影响，库区水温是影响水库水环境的重要因素之一，水的物理性质、化学性质对于水温的变化都很敏感，并且水温的变化会对水生生物的生活以及繁殖产生比较大的影响。
3.水库的水温分层使得水库中水体从不同的高程流出的水质有很大的差别。如在夏季的分层水库中，从表层下泄的水体含溶解氧较多，水温较高，水质较好，但是营养较为贫乏。而从深水层下泄的水基本是含有大量的离子成分、溶解氧含量低下的低温水，并且过多的营养物质使得下游富营养化严重，水质变差。当水体所含溶解氧量达不到水生生物所需量时，水生生物将会大量的死亡,这会导致水质发生再次恶化。所以水温过低或着过高都会严重影响到鱼类的产卵，也会影响到下游农作物的生长。库区及下游河道的水质、水生生物的生长与水温的变化也有着很大的联系，因此待研究水库水温分层的变化规律，对于改善水库水环境，发展工农业以及库区鱼类的繁衍有着重大意义。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种水库水温计算方法，能够有效提高水库水温计算结果的精确性。
5.本发明提供了一种水库水温计算方法，所述计算方法包括：
6.获取待研究水库在目标时间段的年入库总流量和水库总库容，并根据年入库总流量和水库总库容判断待研究水库是否为分层型水库；
7.若待研究水库为分层型水库，则将待研究水库分为表层、中层和底层；
8.获取待研究水库的原始模拟水温，并根据待研究水库的水深数据、实测水温和原始模拟水温获取不同水深对应的水温修正值；
9.根据待研究水库的水深数据和水温修正值计算表层、中层和底层的修正后最终水温。
10.可选的，所述根据所述待研究水库的水深数据和所述水温修正值计算所述表层、所述中层和所述底层的修正后最终水温，具体为：
11.通过第一公式计算所述表层、所述中层和所述底层的修正后最终水温，所述第一公式为：
12.t(y,τ)
′
＝tm(y)+a(y)cosω(τ-τ
0-ε)+g(τ)；
13.其中，t(y,τ)
′
为表层、中层和底层中任意水库层对应的深度y处，τ月的多年平均水温；
14.tm(y)为任意水库层对应的深度y处的年平均水温；
15.a(y)为任意水库层对应的深度y处的水温年变幅；
16.ε为任意水库层对应的深度y处的水温年周期变化过程与气温年周期变化过程的相位差；
17.τ0为气温年周期变化过程的初始相位；
18.ω为温度变化的圆频率；
19.g(τ)为任意水库层对应的深度y处的水温修正值。
20.可选的，在所述通过第一公式计算所述表层、所述中层和所述底层的修正后最终水温之前，所述计算方法还包括：
21.计算目标时间段所述表层、所述中层和所述底层的原始模拟水温；
22.获取所述待研究水库在目标时间段的所述表层、所述中层和所述底层的实测水温；
23.根据所述原始模拟水温和所述实测水温计算水温误差；
24.确定出所述水温误差满足预设条件的所述原始模拟水温对应的水库层；
25.相应的，所述通过第一公式计算所述表层、所述中层和所述底层的修正后最终水温，具体为：
26.根据第一公式计算确定出的所述水库层的修正后最终水温。
27.可选的，所述水温误差为所述原始模拟水温与所述实测水温的相对误差。
28.可选的，所述根据所述年入库总流量和所述水库总库容判断所述待研究水库是否为分层型水库，具体为：
29.计算所述年入库总流量与所述水库总库容的比值α，若所述α《10，则所述待研究水库为分层型水库。
30.可选的，所述获取待研究水库的原始模拟水温，并根据所述待研究水库的水深数据、实测水温和所述原始模拟水温获取不同水深对应的水温修正值，具体包括：
31.根据朱伯芳公式计算目标时间段内，所述表层、所述中层和所述底层水深位置每月的原始模拟水温；
32.对目标时间段内，所述表层、所述中层和所述底层每月对应的原始模拟水温与实测水温差值的总和求平均值，得到不同水深的分层对应的水温修正值。
33.可选的，所述预设条件为：水温误差》0.2％。
34.可选的，所述将所述待研究水库分为表层、中层和底层，具体包括：
35.根据所述待研究水库在所述目标时间段的水深数据和实测水温获取不同水深对应的水温变化值；
36.若水温变化值《3℃，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的底层；
37.若3℃≤水温变化值《9℃，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的中层
38.若9℃≤水温变化值，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的表层。
39.本发明能产生的有益效果包括：
40.本发明水库的水深数据计算分层水库每一个水库层的原始模拟水温，通过水温修正值对原始模拟水温进行修正得到修正后最终水温，从而有效提高水库水温计算结果的精确性；
41.本发明通过原始模拟水温与实测水温得到水温误差，通过水温误差确定出需要原
始模拟水温需要修正的水库层，并根据水温修正值对确定出的水库层进行修正，得到修正后最终水温，进一步提高水库水温计算结果的精确性。
附图说明
42.图1为本发明实施例提供的一种水库水温计算方法的方法流程图；
43.图2为本发明实施例提供的龙羊峡水库表层在2585m处的原始模拟水温与实测水温；
44.图3(a)-(c)分别为本发明实施例提供的龙羊峡水库中层在2550m、2538m和2495m处的原始模拟水温与实测水温；
45.图4为本发明实施例提供的龙羊峡水库底层在2457m处的原始模拟水温与实测水温；
46.图5(a)-(c)分别为本发明实施例提供的龙羊峡水库中层在2550m、2538m和2495m处的修正后最终水温与实测水温；
47.图6为本发明实施例提供的龙羊峡水库底层在2457m处的修正后最终水温与实测水温。
具体实施方式
48.下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
49.本发明实施例提供了一种水库水温计算方法，如图1所示，计算方法包括：
50.s1、获取待研究水库在目标时间段的年入库总流量和水库总库容，并根据年入库总流量和水库总库容判断待研究水库是否为分层型水库。
51.s2、若待研究水库为分层型水库，则将待研究水库分为表层、中层和底层。
52.s3、获取待研究水库的原始模拟水温，并根据待研究水库的水深数据、实测水温和原始模拟水温获取不同水深对应的水温修正值。
53.s4、根据待研究水库的水深数据和水温修正值计算表层、中层和底层的修正后最终水温。
54.其中，s1中根据年入库总流量和水库总库容判断待研究水库是否为分层型水库，具体为：
55.计算年入库总流量与水库总库容的比值α，若α《10，则待研究水库为分层型水库。
56.本实施例中，待研究水库为龙羊峡水库。龙羊峡水库总库容247亿m3，坝址以上流域面积13.142万平方千米，多年平均流量650m3/s，可知年入库总水量为204.98亿m3，则α＝204.98/247＝0.83《10，故龙羊峡水库属于典型的分层型水库。
57.其中，s2中，将待研究水库分为表层、中层和底层，具体包括：
58.根据所述待研究水库在所述目标时间段的水深数据和实测水温获取不同水深对应的水温变化值；
59.若水温变化值《3℃，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的底层；
60.若3℃≤水温变化值《9℃，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的中层
61.若9℃≤水温变化值，则所述水温变化值对应的水深为所述待研究水库的表层。
62.其中，水温变化值在计算时，需要在目标时间段内，对同一深度的一个或多个温度检测点在不同时间点进行多次检测，得到多组温度检测值；并根据多组温度检测值统计出该深度的温度检测值的变化范围。
63.其中，s3、获取待研究水库的原始模拟水温，并根据待研究水库的水深数据、实测水温和原始模拟水温获取不同水深对应的水温修正值，具体包括：
64.根据朱伯芳公式计算目标时间段内，所述表层、所述中层和所述底层水深位置每月的原始模拟水温；本实施例中目标时间段为一年。
65.对目标时间段内，所述表层、所述中层和所述底层每月对应的原始模拟水温与实测水温差值的总和求平均值，得到不同水深的分层对应的水温修正值。
66.其中，s4、根据待研究水库的水深数据和水温修正值计算表层、中层和底层的修正后最终水温，具体为：
67.通过第一公式计算表层、中层和底层的修正后最终水温，第一公式为：
68.t(y,τ)
′
＝tm(y)+a(y)cosω(τ-τ
0-ε)+g(τ)；
69.其中，t(y,τ)
′
为表层、中层和底层中任意水库层对应的深度y处，τ月的多年平均水温，单位为℃。
70.tm(y)为任意水库层对应的深度y处的年平均水温，单位为℃。
71.a(y)为任意水库层对应的深度y处的水温年变幅，单位为℃。
72.ε为任意水库层对应的深度y处的水温年周期变化过程与气温年周期变化过程的相位差，单位为月。本实施例中，ε＝2.15-1.30exp(-0.085y)。
73.τ0为气温年周期变化过程的初始相位，单位为月。纬度高于30
°
的地区，τ0＝6.5月；纬度低于30
°
的地区，τ0＝6.7月。
74.ω为温度变化的圆频率，ω＝2π/12＝0.524。
75.g(τ)为任意水库层对应的深度y处的水温修正值。
76.其中，
77.tm(y)＝c+(b-c)exp(-0.04y)；
78.a(y)＝a0exp(-0.018y)；
[0079][0080]
式中，b为库表水温，单位为℃。
[0081]
h为水库深度，单位为m。
[0082]
td为库底水温，单位为℃，本实施例中td＝6.5℃。
[0083]
a0为表面水温年变幅。
[0084]
具体的，在通过第一公式计算表层、中层和底层的修正后最终水温之前，计算方法还包括：
[0085]
根据朱伯芳公式计算目标时间段表层、中层和底层的原始模拟水温。
[0086]
获取待研究水库在目标时间段的表层、中层和底层的实测水温。
[0087]
根据原始模拟水温和实测水温计算水温误差。
[0088]
确定出水温误差》0.2％的原始模拟水温对应的水库层。
[0089]
相应的，通过第一公式计算表层、中层和底层的修正后最终水温，具体为：
[0090]
根据第一公式计算确定出的水库层的修正后最终水温。
[0091]
其中，水温误差为原始模拟水温与实测水温的相对误差。
[0092]
本实施例中，如图2所示，对龙羊峡水库表层的水温进行研究时，以2585m处的水温作为研究对象，得到龙羊峡水库在2585米处的多年的月平均水温的实测水温和根据朱伯芳公式计算得到的原始模拟水温。
[0093]
由图2可知，龙羊峡水库表层的实测水温与原始模拟水温的变化趋势基本相同，水温误差在1-4℃之间，可见朱伯芳公式对龙羊峡水库的表层水温的模拟精度较高，不需要进行进一步修正。
[0094]
如图3(a)-(c)所示，对龙羊峡水库中层的水温进行研究时，分别以2550m、2538m和2495m处的水温作为研究对象，分别得到龙羊峡水库在2550m、2538m和2495m处的多年的月平均水温的实测水温和根据朱伯芳公式计算得到的原始模拟水温。
[0095]
由图3(a)-(c)可知，龙羊峡水库中层的实测水温与原始模拟水温的变化趋势基本一致，但是水温误差太大，说明朱伯芳公式对龙羊峡水库的中层水温的模拟精度不高。
[0096]
如图4所示，对龙羊峡水库底层的水温进行研究时，以2457m处的水温作为研究对象，得到龙羊峡水库在2457m处的多年的月平均水温的实测水温和根据朱伯芳公式计算得到的原始模拟水温。
[0097]
由图4可知，龙羊峡水库表层的实测水温与原始模拟水温的变化趋势基本一致，水温误差比较大，说明朱伯芳公式对龙羊峡水库的底层水温的模拟精度比较低。
[0098]
根据水温误差确定出中层和底层，并应用第一公式中的水温修正值对中层和底层的原始模拟水温进行修正，得到修正后中层和底层的修正后最终水温。
[0099]
本实施例中，表1为中层和底层不同深度下的水温修正值表。
[0100]
表1水温修正值表
[0101][0102]
由表1可知，底层在2457m处的修正值为2.37，中层在2550m、2538m和2495m处的修正值分别为3.17、3.69和0.49。
[0103]
根据第一公式分别对中层在2550m、2538m和2495m处的原始模拟水温进行修正后，得到的修正后最终水温与实测水温如图5(a)-(c)所示。
[0104]
根据第一公式对底层2457m处的原始模拟水温进行处理后，得到的修正后最终水温与实测水温如图6所示。
[0105]
计算底层2457m处的和中层在2550m、2538m和2495m处的修正后最终水温与实测水温的相对误差，根据修正后最终水温与实测水温的相对误差和原始模拟水温与实测水温的相对误差得到表2相对误差分析表。
[0106]
表2相对误差分析表单位：％
[0107][0108]
由表2可知，经第一公式中的水温修正值对原始模拟水温进行修正后，模拟的水库水温与实测水温的相对误差更小，因此，得到的修正后最终水温更加精确。
[0109]
本发明水库的水深数据计算分层水库每一个水库层的原始模拟水温，通过水温修正值对原始模拟水温进行修正得到修正后最终水温，从而有效提高水库水温计算结果的精确性；
[0110]
本发明通过原始模拟水温与实测水温得到水温误差，通过水温误差确定出需要原始模拟水温需要修正的水库层，并根据水温修正值对确定出的水库层进行修正，得到修正后最终水温，进一步提高水库水温计算结果的精确性。
[0111]
以上，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。