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［摘 要］ 水利水电工程水文计算规范sl278-2002中引入了一套具有一定物理意义的经验公式，来计算38°n以北、高程较低的河道水体与周边环境的各种热量交换量，以此计算水库下游零温断面位置或一个时段某河段所能形成的冰量。本文通过90年代前后美国、俄罗斯等学者介绍的同类方法进行比较，并利用我国北方地区多站点水文、气象资料进行对比计算。结果表明，在一些主要交换量上，各方法计算结果相近。故在原《水文计算规范》中所用水流热交换因素计算公式基础上，补充太阳总辐射的经验公式后，可将方法推广至我国30°n以北平原和较高山区及28°n以北青藏高原地区。

 

［关键词］ 河道水流 热交换因素 计算方法

 

1 前言

 

当河道中水体支出热量大于收入热量，且水温降到0℃后，才能形成冰凌。目前，我国长期进行多项冰期观测的水文测站不多，特别是涉及有关冰塞、冰坝等特殊冰情方面有关资料比较缺少。因此，在实际工程设计中，除通过实地冰凌调查外，还可以通过热平衡交换计算的途经，来对设计条件下河道水温变化过程及形成冰塞、冰坝的冰凌数量做出定量估计，特别是在严寒地区、长距离输水明渠中的水温变化及冰塞、冰坝形成条件分析，更离不开水流热交换因素计算应用。

 

河道（或明渠）中水体与周边环境的热交换因素主要包括太阳总辐射（s1+s2）与水面对太阳辐射的反射辐射s3、水面有效辐射s4、水面蒸发热损失s5、对流热损失s6、河段旁侧入流热量交换s7、河床与水流热交换s8、水流动力加热s9等项内容。目前河道防凌与水利工程的冰凌分析计算中，有关河道水流与周边环境的热交换因素计算，主要采用《水利水电工程水文计算规范》（sl278-2002）中6.4.4条文说明所提出的方法（简称规范法）［1］。在上世纪九十年代前后我国与美国、俄罗斯等学术交流中，收集到美籍华人沈洪道教授来华讲学［2］及原苏联Р.В.多钦科在1987年所著《苏联河流冰情》中介绍的水流在热平衡交换因素计算的方法［3］（分别简称“沈法”、“多钦科法”）。现在对这些方法进行分析、比较基础上，就我国目前采用的“规范法”加以补充、完善。

 

2 “规范法”特点及存在问题

 

特点：①原公式有一定分析论证基础。“规范法”是取自《水利水电工程水文计算规范》（sdj214-83）中附录六内容，系原苏联在二十世纪八十年代以前的研究成果。Р.В.多钦科在1987年所著《苏联河流冰情》中，对原苏联在二十世纪八十年代以前对水流热交换因素计算方法作了总结性评述，认为这些方法是经过系统研究，包括对于热平衡各分量的测量、主要计算公式的严格分析和论证，还有热量损失的直接测量资料；这些公式在原苏联得到广泛的实际计算运用。故“规范法”具有一定的可靠基础。②计算方法是具有一定物理概念的经验公式，计算简便。这套公式均系从热力学角度来定量描述各热交换因素的经验关系式。其中太阳总辐射、太阳反