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水 利 学 报

2025 年 5 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 5 期

文章编号：0559-9350（2025）05-0672-11 第二十七届中国科协年会学术论文

南水北调中线工程源头水库冬季输热潜力分析

刘礼锦 ，脱友才 ，邓 云 ，康静伟 ，张 旭 1
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（1. 四川大学 山区河流保护与治理全国重点实验室，四川 成都 610065；
2. 中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司，河南 南阳 473000）
摘要：丹江口水库是南水北调中线工程的源头水库，其热状态演变特性及冬季对中线干渠的输热能力是研究提升
中线干渠冬季输水能力方案中亟需探索的关键问题之一。本文通过分析 2006—2022 年库周水文站的水温监测数
据，研究了大坝加高前后水库的热状态特征变化，初步厘清了水库热量输移轨迹，并探讨了水库冬季对中线干渠
的输热潜力。研究表明：（1）丹江口水库为分层型水库，大坝加高后分层效应加重，坝前垂向温差范围自 0.3 ~
4.9 ℃扩大至 0.2 ~ 12.0 ℃，滞温蓄热能力增强，春夏季对下游河道的低温水影响最大加剧 8.0 ℃，冬季渠首取水温
度最大提升 2.1 ℃。（2）水库大坝加高后，陶岔渠首冬季取水温度与多个影响要素的响应关系改变：①取水温度同
气温的相关性系数由 0.85 降至 0.78；②冬季取水温度变化趋势在 2013 年后产生突变，M-K 趋势性检验指标 tau 值
由-0.11 转变为 0.16，在保持高水位运行下，有逐步上升的趋势；③冬季取水温度同流量较大的汉江入库水温的相
位偏差角基本为 0°，二者更加相关。（3）冬季可通过抬高运行水位或加大渠首取水流量，利用温度分布的空间差异
及热量输移轨迹，补充渠首区域热量，有利于挖掘水库对中线干渠的输热潜力。研究结果可为南水北调中线工程
冬季输水能力提升方案的制定提供技术支撑。
关键词：丹江口水库；南水北调中线工程；热量输移；输热潜力；输水能力
中图分类号：TV213 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240784

1 研究背景

南水北调中线工程是构成国家水网的战略性设施，源头为丹江口水库。工程由陶岔渠首自水库取
水，跨越 8 个纬度后到达北京，极大缓解了我国水资源南北分配不均的问题。在冬季，南北显著的气
象条件差异使得中线干渠需采用分段式冰盖下小流量 ［1-3］ 的方式进行输水以保证运行安全，严重限制
［4］
［1］
了其输水能力 ，难以保障北方冬季的用水需求，提升中线干渠冬季输水能力迫在眉睫 。丹江口水
库在 2013 年完成大坝加高后，运行水位抬升，水库热状态发生了显著变化 ，陶岔渠首自水库中取得
［4］
的水体热量也随之发生改变。渠首水体热源的变化势必影响中线干渠冬季水温的时空演变 ［1，5-6］ ，进而
影响到渠道的结冰范围与结冰时段。认识和辨析丹江口水库的热量分布特征、温度演变特性及渠首冬
季取水温度的变化规律，是南水北调中线干渠冬季输水能力提升亟需解决的关键问题之一。
原型观测和数学模型作为研究者们揭示水库热状态演变规律及取水温度变化规律的主要手段被广
泛应用。现阶段基于明确物理过程的垂向一维、立面二维和三维数值模型可以实现对水库大尺度、长
［9］
时间序列的水温时空演变计算 ［7-8］ ，在国内的多处大型水库中得到了良好的应用，揭示了溪洛渡 、二
滩 ［10］ 、糯扎渡 ［11］ 等水库在特定边界条件下热流在库区中的输运机制，以及热量分布不均带来的消极影

收稿日期：2024-12-04；网络首发日期：2025-05-26
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网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250523.1652.003
基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3202500）
作者简介：刘礼锦（1998-），博士生，主要从事环境水力学研究。E-mail：liulijin1031670406@163.com
通信作者：脱友才（1981-），博士，副研究员，主要从事环境水力学研究。E-mail：tuoyoucai@scu.edu.cn
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