基于数据同化的深水湖库水温中短期预报

孙博闻，杨晰淯，暴 柱，刘晓波，刘 畅，高学平

(1.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2.水利部海河水利委员会引滦工程管理局 海河流域滦河水质监测中心，河北 唐山 064309；3.中国水利水电科学研究院 水生态环境研究所，北京 100038)

1 研究背景

深水湖库通常存在季节性温度分层现象，水温不仅影响水体的运动规律，也影响着水体中生化反应以及水生生物的新陈代谢过程，包括溶解氧饱和度[1]、微生物和藻类生长[2]、沉积物向水体释放化学成分[3-5]以及鱼类对栖息地适宜性[2，6]；由温度分层引起溶解氧等环境指标的分层还会诱发水环境水生态问题[7-8]，进而威胁供水安全及下游生态系统健康。在气候变化与水库调控的共同影响下，上述变化更加趋于复杂[9-10]，因此研究水温变化对湖库水质管理与生态安全十分必要。

当前对水库水温的研究大多关注其长期演变规律[11-13]，中短期预报方面的研究相对较少。事实上，在未来10天这一时间尺度上预报湖库水温变化对管理者具有重要意义[14]，如Weber等[15]利用水温-深度变化数据动态确定Grosse Dhuenn水库取水深度，在优化下泄水温同时还抑制了水库缺氧的发展；Baracchini等[16]在日内瓦湖的观测发现，强风驱动产生的剧烈涌升流使部分湖区的上层水温在2天内骤降10 ℃，直接影响下游的供水与河流生态。此外水温垂向分布还决定了湖库热分层强度，进而决定湖库的分层或混合状态[17]。秋季湖库由分层状态过渡到混合状态时，库底积累的营养物质和重金属在整个水体混合，此时冷雨等气象条件诱发的翻库过程则会使垂向混合在短时间内发生[18]，这类由剖面水温骤变引发的水动力过程也会对湖库生态安全产生较大冲击。……