潮汐水域电厂温排水数值模拟及热环境容量计算

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1、潮汐水域电厂温排水数值模拟及热环境容量计算第一章绪论1.1研究的背景和意义21世纪是海洋的世纪，这一概念自提出之后，就得到世界各国的广泛认可。我国是一个临海大国，拥有长达1.8万公里海岛岸线，海洋资源极为丰富。海洋开始逐渐成为国家经济可持续发展的重要领地。随着我国国民经济的高速发展，对资源的迫切需求使得人们不断大规模、高强度的开发海洋资源，尤其是近岸海域，首先遭到越来越严重的污染损害，海洋生态环境也面临严重威胁。经济发展必须依托于电力系统，沿海经济的飞速发展更是需要充足的电力，大批火/核电厂兴建于沿海地区。然而，电厂的循环冷却系统多采用直流冷却，冷却

2、水多数直接源源不断的排放到周围的海域，直接影响周围水体的温度，电厂温排水的温度一般比受纳水体高7～10℃[1]，大量的热废水会造成局部水域发生严重的热污染问题。水温升高会降低水中饱和溶解氧，使水体理化性质发生巨大变化，直接影响水生生物的生长发育，对当地的海洋气候造成负面影响，破坏生态结构的完整性[2]。我国海洋资源虽然丰富，但是过度的不合理开发使用也会造成海洋资源的极速匮乏，尤其是沿岸海域的电厂群，集中注入同一个工程水域，有可能使受纳水域温度严重升高。随着我国核、火电的不断建设，电厂温排水所带来的环境影响是一个必须直面的问题，要解决这一问题，就需要全

3、面准确的了解温排水受纳水域的潮流场和温排水的扩散范围，预测该水域允许排放的热环境容量。综上所述，必须以近岸海域的环境保护为出发点和着眼点，对温排放引起的热污染以及海域的热环境容量进行分析，定量的预测由于电厂废热水引起的水温变化以及对工程附近的生态环境的影响。..1.2国内外研究现状目前，电厂温排水对环境影响的研究主要方法有实地观测法、遥感观测法、物理模型法和数值计算法，其中物理模型和数值计算在预测电厂温排放的影响有着广泛的应用。物理模型试验发展较早，至今已有100多年的实践经验历史了，因此无论是在模拟技术或科学研究上都较为成熟，江洧[4]等以新会电厂

4、为例，详细说明了潮汐河口冷却水工程的试验研究方法，并对多种取排水口布置方式进行组合试验及优化；但是模型制作需要耗费大量的人力、物力与财力，且持续时间长，有时受试验范围的限制需考虑变态模型，多种相似准则不能同时满足，只能模拟在物理运动过程中起主导作用的力，使主要作用力满足相似准则，忽略了其他次要作用力。上世纪80年代，计算机技术得到快速发展，计算机容量、速度和性能的大幅度提高在一定程度上也推动了数值模拟技术；数模以高速、灵活、经济等优点被广泛应用于工程实际与研究中。水流运动具有三维流动特性，在理论上运用三维数学模型更符合实际。但三维数值模拟存在一定的复

5、杂性，计算方法及边界处理上都有相当大的难度，特别是对于潮汐水流，目前尚未发展成熟。深度平均的平面二维模型可以很好的模拟各类潮流场，华秀菁[5]基于ADI-QUICK格式数值计算了大连湾海域的潮流运动规律；汤军健等[6]利用拉格朗日法建立二维浅水波数学方程成功模拟了海坛海峡的潮波特征；曾小辉等采用有限体积法，基于正交曲线网格建立深度平均的二维潮流模型，引入Simple算法结合露滩冻结动边界技术成功模拟了江阴水道的潮流场[7]；陈明杰等将人工遗传神经网络引入二维潮流模型计算深圳湾潮流，提高了计算速率[8]。现阶段在工程应用中，多采用对运动方程做过适当简化

6、处理的二维数学模型，模拟效果也能较好的满足实际需求。..第二章罗源湾水域特性2.1研究水域主要特性罗源湾位于福建省东北部沿海，闽江口以北约50km，北纬26o19′~26o31′，东经119o34′~119o50′，北岸属罗源县，南岸属连江县，湾口朝向东北，口外与三沙湾紧邻，是全国少有的天然深水港湾。罗源湾海湾曲折，整个海湾被罗源半岛环抱，口窄腹大，形似葫芦，属半封闭型深水海湾。海域总面积为179.56km2，湾内纵深较大，约25km，平均宽度7km，与外海相连的湾口宽度约1.3km。湾内港阔水深，可门

7、口水道和北侧航道水深均大于10m。湾口最大水深达74m，且有大小西洋岛和洛岛为屏障，防止外海波浪涌入湾内对岸线造成冲刷破坏。由于周边汇入湾内的溪流年径流总量仅3.8亿m3，所以水体交换主要由潮汐运动完成。湾内有二条较深的涨落潮通道，一条向西北方向延伸，另一条向西南方向延伸，其它水域地形较为平坦。其水下地形见图2-1。围绕可门电厂工程建设，国家海洋局第三海洋研究所分别于2012年11-12月（可门电厂一二期运行期间）[37]和2003年8-9月（可门电厂建设前）[38]进行了两次水文观测。其中2012年12月除了潮位和流速的观测，还针对电厂运行情况，进

8、行了取排水附近的水温观测。工程区的水动力特性主要由上述资料获得，并以2012年观测资料为准，进行数值模拟计算