基于大量实测数据的长江水温变化规律的研究

基于大量实测数据的长江水温变化规律的研究摘要：江水温度的分布规律直接影响到以江水为冷热源的空调系统的设计和运行，而已有文献多数是选取某几个时间点进行测量与分析。本文借助运行多年的江水源热泵项目的数据监测系统，获取了2018年1月-2019年10月间逐日逐时的长江（南京段）水温数据，在此大量实测数据的基础上，对长江（南京段）水温在该时间段的变化进行分析,得出了较为准确的规律，为江水源热泵空调系统的应用提供了一定的基础数据，具有较好的工程应用价值。关键词：长江水温实测变化规律南京引言在国家重点支持的可再生能源建筑应用技术中，江水源热泵是一种利用江水为冷热源的水源热泵技术，具有运行效率高、节能环保等优势，越来越受沿江城市青睐，国内如重庆江北CBD、南京江北新区中心区/隧道片区、南京国际服务外包产业园、上海世博园、上海十六铺等工程都采用了该技术，取得了良好的节能减排效果。江水源热泵系统能否最终实现节能，除了与系统的设计，设备的配置以及控制调节有关外，很大程度上取决于江水的温度特性。然而，在江水水温监测方面，尤其是符合江水源热泵系统取水规律的水温监测方面，数据匮乏。目前大部分系统在设计时，参照的都是当地水文部门提供的水温数据，但是这些数据的取源点位置、测试方法与江水源热泵系统所需的不符，且为非连续监测，导致这些数据参考价值有限，甚至会导致完全背离的结果。因此，需要对长江水温进行符合江水源热泵取水点规律的连续实测，以便积累可靠的数据，进而客观地分析江水水温全年变化规律。本文依据运行多年的江水源热泵项目，获取了2018.1-2019.10间，长江（南京段）水温逐日逐时的连续监测数据，并基于大量数据作出了相应的分析总结。1、水温监测点位置本文相关数据的获取来自于已运行多年的江水源热泵能源站工程，该项目以长江水作为换热水源，为周边若干栋办公写字楼等公共建筑提供冷热负荷。能源站内配备智能监测和自动控制系统，可以对江水的取退水温度、流量、空气干湿球温度进行连续监测。该项目取水点即为水温监测地点，位于南京江心洲与主城区间的夹江段，由于长江存在汛期与枯水期情况，取水点深度夏季约为江面下3m,冬季约为江面下1.5m，即水温监测点深度在江面下1.5-3m。同时，江水流速较大，处于紊流状态,在0.5~9m范围内，温度变化甚小，可以认为在0.5m~9m深度范围内江水不会存在明显的温度分层［1］，进而可以认为该测点所测得的温度在南京段内具有普遍适用性。本次数据读取时间段为2018.1-2019.10间，对江水温度及室外空气干、湿球温度等进行连续同步监测。数据监测系统的读取间隔可精确到1分钟。空气干球温度测点布置在附近通风良好且阴凉处，避免阳光直射。2、主要监测结果及分析2.1水温与气温的关系江水与空气直接接触，因此两者间存在热质交换，气温的变化，以及空气的湿度情况，会在一定程度上影响江水温度。但是由于江水水体面积大、流量大，所以江水不会像静止水体一样在足够长的时间后达到空气的湿球温度。同时还由于水的热容量比空气大的多，因此江水水体温度的波动，远不如气温变化那样剧烈，存在着明显的温度衰减现象。为分析江水温度与气温之间的关联，本节从实际工程的监测系统提取2018.12-2019.10近1年间每日的逐时室外气温与江水温度，并制成如下图表1。

i描1i描1室外逗.贾辽扎供水迟皿图12018.12-2019.10气温与江水温度逐时值从图1中可以看出，江水温度与气温在变化趋势上保持一致，但无论是从全年，还是从某一天的变化值来看，江水温度远比气温稳定，江水最大日波动值为1.86°C，而气温最大日波动值为17.53°C。同时，江水温度值更为适中，在该时间段内，最高气温最早出现在8月7日，为44.38C，最低气温出现在12月29日，为-2.82C；江水最高温出现在8月27日，为30.30C，最低温出现在2月24日，为6.97C。可见，江水峰值与谷值的时间均滞后于气温。为提高气温与江水水温的周期性变化分析的完整性，笔者认为参与分析的数据持续时间宜为一年以上，本文通过读取2018.1-2019.10近两年间的监测数据并对以上大量数据进行汇总处理，得到江水和气温的月平均温度，并绘制成图表2，试图对两者之间的关系进行对比分析。丘平沟江水沮度—月卒均气济01;色闻Do出嵩■76丘平沟江水沮度—月卒均气济01;色闻Do出嵩■761—I窝gErawffiL舄LECQriCIIN^d图22018.1-2019.10月平均气温与月平均江水温度变化图上图2为2018.1-2019.10近两年间，月平均气温与月平均江水温度的变化趋势，从图中可以看出，夏季江水水温月平均值略低于气温的月平均值，冬季反之，其他季节基本持平。江水温度峰值出现的时间滞后于气温的变化，但两者的趋势是基本一致的，这说明，由于江水的热容量大，其温度的变化相较空气，有明显的衰减作用，这一点也可从图1上得到印证。2.2水温逐时变化本节主要对江水水温每日的逐时变化情况进行分析，由于基础数据量庞大，在对逐时水温进行分析时，如果将2018.1-2019.10近两年内每日的间隔为1秒的所有数据全部展示，不仅篇幅过长，而且数据密集，很难找出水温在一日内的变化规律。因此本节选取2018.11-2019.10间若干个典型日，对这几日的逐时水温变化进行分析。为使数据尽可能的涵盖各个时期，本文在选取数据时，使日期尽可能的分散下图3为该时间段内各月中旬的江水温度逐日变化趋势图。30.1610Edocs甜<3总寸円崗凸餐倉匸OCCE弓30.1610Edocs甜<3总寸円崗凸餐倉匸OCCE弓凸応騒■寸0富7;寸883888S8S888S8SS8■»盏畐P9T-I百身-1-19怕E-I-I旳寸Rr-IgE1-lr!m2D18A1/152&19/3/1S^—2519/7/152D13A7/152D18A1/152&19/3/1S^—2519/7/152D13A7/152D19/4/1SZDH/8i/152019/1/152O19/S/1S^—2019/^/152019/2/15■^—2019/6/152Q19/1CCI5图32018.11-2019.10间各月中旬江水温度逐时变化图从上图3可以看出，全年各月中，江水每日温度都较稳定，仅从本节所选取的12个典型日来看，同一日江水水温波动值在1°C范围内。另外，从上图还可以看出，除1、2月江水温度几乎持平外，其他各月之间有明显的温差。2.3水温逐日变化为分析江水温度的逐日变化趋势，本节将选取2018.1-2019.10这一区间段江水温度的逐日平均值，绘制成图4。图42018.1-2019.10江水温度逐日平均值变化曲线由上图4可以看出，2018年与2019年，江水的温度的变化趋势是相同的，峰值与谷值出现的时间基本接近，最高温度出现在8月初到8月底，最低温度出现在2月初至2月底。经过对该时间段内每日的江水平均温度分析，得到相邻两日间江水平均温差变化值最大为1.5C，再一次证明相较于空气温度，江水温度是非常稳定的。2.4水温逐月变化本节将对江水水温的逐月变化情况进行分析，同样由于数据过多，在分析水温逐月变化情况时，有必要对数据进行适当的处理，使其能尽可能全面客观的反映实际情况，同时也有助于清晰快速的找出变化规律。本节将选取2018.1-2019.10近两年间，每月平均江水温度，对江水水温在全年的变化进行分析，每月平均值的计算基础数据记录时间间隔为1分钟。绘制成图表如下图5：

上图为2018.1-2019.10近两年间，江水月平均水温分布图，从上图5可分析出，这两年中江水最高平均水温均出现在8月，月平均值约为30°C,9月次之,约为28C，而1、2月水温几乎一致且为最低，约为8C。相邻两月月平均水温差，最大为8.64C，最小为0.02C，全年平均变化值为3.47C。35.0029,92■-*-2019址日图62018.1-2019.10间同期江水水温变化趋势对比上图6对2018及2019年同期江水水温进行对比，可以发现，不同年份，江水温度趋势几乎一致，同期水温数值上最大差值出现在5月，为2.24C，最小差值出现在6月，为0.11C。该两年间最高水温均出现在8月，最低水温出现在1、2月。3、结论通过以上对2018.1-2019.10间长江水温的研究，可以看出以下规律：.江水温度与气温在变化趋势上保持一致，但江水温度的波动幅度远小于气温，即江水温度更为稳定，且江水峰值与谷值的时间均滞后于气温。.夏季江水水温月平均值略低于气温的月平均值，冬季反之，其他季节基本持平。江水温度相较于气温，无论是波动范围，还是时间上，都有明显的衰减。.全年各月中，江水每日温度都较稳定，同一日江水水温波动值在1°C范围内，相邻两日江水温差不超过1.5C。另外，除1、2月江水温度几乎一致外，其他各月之间有明显的温差。.不同年份，江水的温度的变化趋势是相同的，峰值与谷值出现的时间基本接近，最高温度出现在8月初到8月底，最低温度出现在2月初至2月底。同期水温数