龙口北部海域温排水三维数值模拟研究

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1、龙口北部海域温排水三维数值模拟研究张莞君指导教师胡泽建研究员申请学位级别硕士学科专业名称环境工程论文提交日期2015年6月论文答辩日期2015年6月学位授子单位国家海洋局第一海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所二〇一五年六月分类号____________________密级____________________UDC______________________编号____________________学位论文龙口北部海域温排水三维数值模拟研究张莞君指导教师胡泽建专业技术职务研究员申请学位级别硕士学科专业名称环境工程论文

2、提交日期2015年6月论文答辩日期2015年6月学位授予单位国家海洋局第一海洋研究所国家海洋局第一海洋研究所二〇一五年六月龙口北部海域温排水三维数值模拟研究学位论文完成日期:lots.Lis指导教师签字：答辩委员会成赌字:，羞_龙口北部海域温排水三维数值模拟研究摘要随着国民经济的发展，电力需求量成倍增长，滨海电厂发展迅速。这些电厂通常利用海水进行机组冷却降温，其工艺的突出优点为水源充足、降温效果显著，但利用后海水以温排放形式向排水口附近海域排放热污染，所引起的海水温升扰乱水体原有的温度分布，给生态环境带来剧烈冲击，同时可

3、能影响电厂自身取水温度，进而威胁机组运行的安全与稳定。因此温排水的数值模拟预测研究具有环境保护与工程设计的双重意义。本文以正在运行的龙口电厂排水海区为例，基于非结构网格有限体积海岸和海洋模式（FVCOM）建立了三维温排水数值模式。模式水平方向采用非结构的三角形网格，能够较准确地拟合龙口北部海域众多岛屿以及曲折的不规则岸线边界；垂向上使用σ坐标，能够更好的刻画复杂地形。文中采用研究区的潮位、海流资料对水动力模式进行验证，结合多断面多站位实测资料对模式参数设置进行率定，发现数值模拟结果与实测资料相符合，说明了模式的有效性。针

4、对夏、冬、秋（春）三个季节设计工况，对水温平面分布与典型断面特征进行研究，得到了工程海区与观测资料一致性较高的、空间步长小于30m的高分辨率温度场模拟结果。将FVCOM模式结果与广泛应用的基于Mike21模式的相同研究海区二维模拟结果进行对比，结果表明二者规律基本吻合，进一步的证实模式的可靠性。本文所建立的模式在达到二维模式深度的同时又能够获得二维模式无法模拟的水文断面结构，得到了由于垂向混合不充分引起的分层现象，比较真实的反映温排水的实际情况。数值研究结果表明，温度场平面分布差异主要来自潮流场及水深地形共同作用，大潮期

5、水动力条件强，潮流携带排放口高温水团运移速度较快，高温海水沿流场方向的输移扩散范围较大，小潮期相反；排水口附近特殊地形也显著影响了温排水运移特征，水下沙脊阻碍了水体热量离岸方向的扩散，造成高温区域沿岸线走向带状分布。温排水影响范围的季节性差异显著，冬季温升影响范围大于夏、秋（春）季。就典型断面而言，由于水温对密度的直接影响，海水温升呈现出明显的垂向分布差异。同时，模式反映出了个别观测站位实测过程中出现的“温度跳跃”现象，并从机理上解释了该现象系由于特殊时刻高温海水离岸射流引起的。关键词：温排水、龙口北部海域、FVCOM、

6、三维数值模拟Three-DimensionalNumericalSimulationofCoolingWaterinLongkouNorthernWatersAbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandtheincreasingelectricpowerdemandinourcountry,coastalpowerplantshavebeenbuiltrapidly.Thesepowerplantsusuallyusetheseawatertocooltheunits,wi

7、ththeobviousadvantageofenoughwatersourceandremarkablecoolingeffect.Butdischargingthecoolingwatertotheoutfallcanalwayscausethewatertemperatureinpowerplantsarearaisingsomedegree,disrupttheoriginalwatertemperaturedistributionandbringviolentshocktoecologicalenvironme

8、nt.Meanwhile,thismethodmayaffectthecoolingwatertemperatureoftheplantitselfandthreatensafetyandstabilityofunits.Therefore,numericalpredictionandresearchofthecoo