Page 34 - 2022年第53卷第1期

（a） 不同热交换模型临界长度 x pc随气温 T a的变化 （b） 不同热交换模型 x pc的计算偏差相对值
图 3 非线性和线性热交换模型的比较

6 结论

综上所述，明渠水温的变化取决于水体与大气和渠床的热交换，包括太阳辐射、长波辐射、蒸
发和对流、渠床衬砌结构的导热性和下垫层地温等因素。对于水体与大气的热交换，当水温和气温

|T a - T w |差别不大时，例如|T a - T w |<10℃，可以采用线性化热交换模型，否则，应当采用非线性热交
换模型。研究表明，衬砌表面的温度 T 约等于水温 T ，当气温 T 的绝对值与渠床下垫层等效地温 T be
w
a
c
差别不大时，应考虑水体与渠床的热交换。
根据水体与周围环境的热交换公式，由于太阳辐射和渠床热交换的影响，即使气温为负且持续
时间足够长，水温也不一定下降到 0℃以下。基于水温变化的临界气温判据可知，即使夜间气温比水
温高得多，水温也可能下降；当白昼太阳辐射足够大时，即使气温为负，水温也可能开始升高。水
温模型的解析式表明水温的变化规律是随着离开进口距离的增加呈指数规律变化，逐渐趋近于一个
常数。分析证明：水温由正转负的临界长度 x 不仅与流量 Q 成正比，而且随气温 T 、进口水温 T 、
pc
a
w0
等效地温 T 和太阳辐射ϕ sn 的增加而增加。此外，水温随时间变化的大小与热交换系数 h （风速）和
sa
be
h wbe 成正比。
典型算例计算结果表明，（1）传统线性热交换模型仅适用于气候比较严寒地区封河期，例如我国
东 北 ， 但 不 适 用 于 我 国 华 北 地 区 ， 包 括 南 水 北 调 中 线 ， 因 为 这 些 地 区 冬 季 日 平 均 气 温 常 常 大
于-10 ℃；（2）本文线性热交换模型在|T a - T w |<10 ℃时与非线性热交换模型计算结果非常接近，偏差
相对值δ <10%。

参 考 文 献：

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