人工湖对环境温度的调节.doc
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人工湖对环境温度的调节问题
摘要：
一问题重述：
人工湖中由于水的比热容比较大，因此能吸收更多的能量歼敌温度，除此之外，还能进行光合作用吸收，减缓温室效应。
人工湖能通过息后太阳的热量，在通过水面的蒸发，水面的长波辐射和与大气的逆辐射和下层水的对流而失去热量。
利用平衡方程可以表达和计算热量的输送和交换。
在平时，太阳的辐射之能事的表层水吸收热量，而湖水下层的水主要使湖水和紊动混合造成的。
湖水的温度不同也会造成水的密度不同，所以在每处水的密度是均匀分布的。
在湖水向外的辐射特性不仅与水的密度，比热有关，并且与湖水中的各种生物的繁殖﹑生长和发展有密切关系。
当太阳光进入水体时，在湖水表面产生反射，只吸收其中一部分，而光在水中的透射度也是有限的，射入湖水中的太阳光极大部分为水的最上层所吸收，只有1～30％达到1米深处的水层，透入5米深处的只有0～5％，而进入10米深处的不足1％。
湖水吸收太阳光和使太阳光散射的能力与水中的各种悬浮质的数量和颗粒大小有关，悬浮质越多、颗粒越大，对光的吸收和散射能力越强，同时散射到水面的分量也越小。
光线透入水中的深度，随湖水的混浊度增加而减少（参见湖水光学现象），例如：
在浑浊不清的湖水中光线只能深入数米。
根据这些信息，推导出人工湖的导热的规律和水温随水深的变化函数。
并且结合生态环境的知识，分析人工湖对环境温度的温室效应的影响和调节作用。
二模型假设：
三符号说明：
三问题分析：
问题一：
要研究人工湖的导热规律，运用热量平衡时，我们必须调查人工湖中热量的输出量和流出的量。
1,影响热量的流入量主要有:
其其他支流的流入所带来的热量，太阳光辐射的热量，降雨给表层带来的热量以及垂直的扩散热量。
（1）支流带来热量：
当外界的水流入该人工湖时，其所带来的热量可以用其热量的计算公式来衡量。
（2）太阳光辐射的热量:
太阳光辐射到人工湖水表面，其有一部分被吸收，一部分被反射，而湖水的吸收受到水中的悬浮颗粒的影响。
并且光的辐射会随水温有所改变。
建立它们之间的函数关系式。
（3）垂直的扩散热量：
主要发生在下表层以下各层水之间的热量的相互交换。
2，影响流出的热量主要有：
蒸发，湖水表面的长波辐射。
（1）蒸发：
水热量的流失的重要途径。
湖水蒸发会损失大量的热量，我们根据湖水的蒸发潜热、湖水的蒸发率、水面饱和蒸汽压、空气蒸汽压等因素再根据传质理论建立湖水蒸发从水面失去的热流的关系式。
（2）湖水的长波辐射：
考虑来自空气的向下长波辐射在水体表面几乎被完全吸收,而水层表面则按stefan-Boltzmann规律向上发出长波辐射，根据大气逆辐射通量、水温的平衡温度、湖面水温等因素得出湖水在单位时间接受太阳辐射的线性方程。
考虑这些因素，运用热量平衡得到湖水的导热规律。
并且运用曲线拟合的方法得到水温和水深之间的函数关系。
问题二:
要了解人工湖对环境温度的温室效应的影响，在问题一的基础上增加水中生和植物的呼吸和光合作用，以及大气逆辐射所交换的热量。
联立得到方程组。
四模型准备：
（1）热量平衡：
湖泊热量平衡是指在一定时段内，湖水收入的热量与支出热量之差等于湖水蓄热变化量。
（2）Stefan-Boltzmann定律（第二个定律）：
σ=5.67×10-8w/（m2×K4），是Stefan-Boltzmann常数。
（2）如表1给出了某日不同时刻表层水（0-50cm）和深层水（50-100cm）光学衰减系数值。
时间
5：
00
7：
00
9：
00
11：
00
13：
00
15：
00
17：
00
19：
00
2.281
3.753
2.31
2.758
2.521
3.228
2.44
1.538
0.729
1.902
1.84
1.293
2.671
1.992
1.287
0.752
（3）
五模型的建立与求解：
模型一：
（1）流入热量：
单位时间内流入该微元的热量包括三部分，即入流带入的热量,垂向扩散带入的热量和短波辐射热和长波辐射和降雨量带来的热量。
设每天的流入湖中的水量为一定的，流入水的温度为，谁的密度是关于水温的函数用表示：
则热量
其中：
—水体的比热容；
太阳辐射的热量：
太阳光的辐射随着水深是变化的，可用它的衰减系数来衡量，即衰减系数是关于水深的函数用表示
其中：
—湖水对太阳光的吸收系数；—太阳在一天内的照射在单位面积上总的辐射量；
垂直扩散量：
其中：
比热容，-扩散系数，-表示温度对水深的梯度。
（2）流出的热量：
蒸发损失的热量：
式中：
是蒸发潜热，可用以下公式计算：
式中：
为蒸发率，又传质理论计算
式中：
为水面饱和蒸汽压，为空气蒸汽压。
湖面的长波辐射：
根据热平衡方程：
是关于湖水面积合水深的函数关系。
（3）衰减系数与水深的函数关系：
根据调查数据，如模型准备中，利用曲线拟合的方法
湖水在单位时间接受太阳辐射的线性方程：
（k=0.58）
湖水导热系数，平衡温度，湖面水温，湖面单位面积。
六结果分析：
七模型优缺点：
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