Page 61 - 2024年第55卷第2期

云层遮挡系数和水体表面反照率有关，而太阳高度角与经纬度和时间有关，云层遮挡系数受天气状况
和空气颗粒物含量的影响，表面反照率与水质条件有关。水体向外发射的长波辐射与大气发射率和云
层遮挡系数有关，如雾霾对长波辐射的影响较大。热传导与风速和水温有关。降雪失热主要与降雪量
有关，因中线干渠冬 季整 体降 雪 较 小，且 进 入 渠 池 的 雪 量 少，目 前 中 线 干 渠 降 雪 对 水 温 的 影 响 可
忽略。
表 １ 水气热交换模型实用公式选择

热交换通量 计算公式 典型参数
１２
－
－
＝ ＩＥ ０ ｛（ ω １ ω ２ ）ｓｉｎ δ ｓｉｎＬ ＋ ［ｓｉｎ ω １ ｓｉｎ ω ２ ］ｃｏｓ δ ｃｏｓＬ｝?（ｔ － ｔ） 太阳高度角
φ ｓ０ ０ ２ １
π
２
＝
太阳辐射 φ ｒｉ （１ － ０．００６５Ｃ ） φ ｃｌ 云层遮挡系数
＝ 表面反照率
φ ｓｗ （１ － ｅ ｒ ） φ ｒｉ
４
４
２
＝
－
长波辐射 φ ｂ ０．９７ σ ［Ｔ ｗ ε ａ （１ ＋ ｅ ｋ Ｃ ）Ｔ ａ ］ 云层遮挡系数
＋
＝
－
蒸散发失热 φ ｅ ０ ．４８４４（１．５６Ｋ ｎ ６ ．０８ｖ ａ ）（ｅ ｔ ｅ ａ ） 风速、蒸汽压
＋
＝
－
热传导 φ ｈ ０．４８４４（Ｋ ｎ ３．９ｖ ａ ）（Ｔ ｓ Ｔ ａ ） 风速、水温
＝
－
＋
降雪失热 φ ｓ Ａ ｓ ［Ｌ ｉ Ｃ ｐ （Ｔ ｗ Ｔ ａ ）］ 单位面积降雪量
３ 南水北调中线干渠热交换实例
３．１ 中线干渠概况 南水北调中线干渠全长 １４３２ｋｍ，由丹江口水库向河南、河北、天津和北京等省
市输水。全线建有 ６４座节制闸、１０２座倒虹吸、２７个渡槽、１个泵站、９７个分水口门、５４个退水闸、
３
３
１２３８座公路桥梁，并横穿 ５１条铁路线。陶岔渠首设计流量 ３５０ｍ ?ｓ，加大流量 ４２０ｍ ?ｓ。中线干渠高
度落差约 １００ｍ，全线自流。
中国南水北调集团中线有限公司等单位从 ２０１１年至 ２０２２年连续开展了 １１个冬季中线干渠的冰情
原型观测，累计获取水文数据 ８２．５万余条。中线冰情观测一般始于 １２月 １日，止于次年 ２月 ２８日，
主要观测典型渠池的气象、水力和冰情资料。研究选取 ２０１７—２０１８年中线干渠典型渠池为代表案例，
重点分析了全线通水后水体热交换通量随时间的变化规律。
３．２ 中线工程典型渠池冬季水体热交换 针对南水北调中线干渠冬季水体失热的特征，选取北拒马
河、漕河渡槽和安阳河倒虹吸作为典型测站，分析了 ２０１７—２０１８年冬季 ３个月的水体失热通量。
３．２．１ 太阳辐射 图 ２显示了北拒马河站 ２０１７年 １２月、２０１８年 １月、２月及冬季 ３个月模拟的太阳辐
２
射与实测值。结果显示，北拒马河日间最大太阳辐射在 ３００～８００Ｗ?ｍ 间波动，极值出现在每天 １１∶００—
２
１３∶００之间，计算值与实测资料吻合良好。１２月 １—２９日平均太阳辐射（２４ｈ平均）为 １１５．３Ｗ?ｍ ，晴
２
２
朗天气峰值辐射约 ６００Ｗ?ｍ 。图 ２（ｂ）中 １月 １—２９日平均太阳辐射为 １０７．５Ｗ?ｍ ，较 １２月份下降约
２
２
７％，且太阳辐射峰值下降约 ２００Ｗ?ｍ 。图 ２（ｃ）中 ２月 １—２９日平均太阳辐射为 １４７．７Ｗ?ｍ ，较 １月
份太阳辐射回升约 ４０％。１月气温最低时太阳辐射最小，对应的水温下降到最低，冰厚达到最大。
图 ３给出了漕河渡槽 ２０１７—２０１８年冬季三个月模拟的太阳辐射与实测值的对比，计算结果与实测
２
２
值总体吻合。最大太阳辐射为 ４００～５００Ｗ?ｍ ，１２月日平均太阳辐射为 ７９．６Ｗ?ｍ ，１月日平均太阳辐
２
２
射为 ７５．８Ｗ?ｍ ，２月日平均太阳辐射为 １０８．３Ｗ?ｍ 。北拒马河测站与漕河渡槽纬度相差仅 ０．４８°，但
后者的日平均太阳辐射较前者小 ３０％，这与两测站所处的地理环境、气象条件有关。
图 ４进一步分析了 ２０１７—２０１８年冬季安阳河倒虹吸模拟的太阳辐射与实测资料。结果显示，该测
２
２
站日间最大太阳辐射为 ２００～７００Ｗ?ｍ ，其中 １２月日平均太阳辐射为 １０８．２Ｗ?ｍ ，１月日平均太阳辐
２
２
射为 ８７．６Ｗ?ｍ ，２月平均太阳辐射为 １４３．６Ｗ?ｍ 。安阳河倒虹吸日平均太阳辐射与北拒马站相近，
但该站点纬度偏南 ３．５°。对比图 ２—４可知，三个测站中漕河渡槽冬季平均太阳辐射最小，但漕河渡槽
太阳辐射的日间波动也更小，平均太阳辐射时间均为 ９ｈ。

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