潮汐對電廠取排水影響及溫排水熱污染研究

涂春民 王鵬剛 謝筱萌 謝文霞 董婷婷

（1陜西清水川能源股份有限公司 陜西榆林 719400 2西安高新第一中學 陜西西安 710000）

潮汐對電廠取排水影響及溫排水熱污染研究

涂春民1王鵬剛1謝筱萌2謝文霞1董婷婷1

（1陜西清水川能源股份有限公司 陜西榆林 719400 2西安高新第一中學 陜西西安 710000）

以Fluent為平臺，編譯UDF程序，建立三維數(shù)值模型，選取典型工況，對受潮汐影響下的電廠差位式布置方式取排水特性進行數(shù)值模擬，以探討潮汐對電廠取水溫度及溫排水對受納水域環(huán)境的影響。通過分析數(shù)值模擬結果，得到典型工況最大溫度在潮汐影響下的變化特性。對電廠取排水布置方式的選擇具有一定的指導意義。

潮汐；取排水布置；溫排水；熱污染；三維數(shù)值模擬

沿海水域由于受潮汐作用，水流呈現(xiàn)非恒定狀態(tài)，因此該水域的火/核電廠冷卻水工程受潮汐作用明顯。國家海洋局李燕初等[1]用二維淺水方程，采用交替方向隱式差分(ADI)方法，對廣東海港港潮汐潮流及污染物擴散進行了數(shù)值模擬；郝瑞霞等[2]應用浮力修正的k-ε湍流模型及相關控制體積法，對沿海潮汐和該水域電廠取排水特性進行了三維數(shù)值模擬研究；馬健等[3]對建在潮汐彎道段電廠的冷卻水工程模型進行模型簡化設計與制作，并對該水域電廠的溫排水熱擴散范圍進行了概測；崔丹等[4]對近海水域潮汐作用下電廠溫排水特性進行了數(shù)值模擬研究。於凡，張永興[5]總結了溫排水對海洋生態(tài)系統(tǒng)中水體理化性質的影響，并指明了該問題的研究方向。

沿海水域電廠溫排水排入收納水域后與海水劇烈摻混，紊動特性和溫度變化很大，加之潮汐作用，在排水口附近形成回蕩溫度帶和多個回流區(qū)。且沿海電廠冷卻水工程布置多采用差位式，因此，準確建立該水域取排水工程的數(shù)值模型，研究受潮汐影響下的溫排水特性，可為在該類水域電廠取排水工程的選址及建設提供參考和借鑒。

1 模型建立及邊界條件設置

本文以近海電廠取排水工程和水文地理條件為依托，建立取排水工程的三維數(shù)值模型，依此對該水域電廠取排水的流動特性及熱擴散特性進行數(shù)值模擬研究。

2 數(shù)值模擬結果及分析

本文選取典型的潮汐工況，即最大潮差時，以漲潮過程為例，分別研究彎曲水域地形條件下潮汐對電廠溫排水熱擴散特性及流動特性的影響。

圖1為最大潮差時電廠取排水特性的數(shù)值模擬結果。比較圖1-a和圖1-d：海水對溫排水熱擴散的影響逐漸增加，溫排水在整個收納水域的熱擴散加劇。隨著潮汐潮速的增加和海水在縱向的流動加強，海水對射入受納水體溫排水的近區(qū)浮射特性及遠區(qū)的擴散特性影響增強，當潮汐流速0.0157m/min時溫排水對取水的影響消失且對水體環(huán)境影響最小，同時水域表面的熱擴散增強。

圖1 取排水截面溫度分布圖

根據上述數(shù)值模擬結果，為研究觀測不同時刻溫排水對沿海受納水域生態(tài)環(huán)境及海洋生物的影響，截取典型截面，選取隨時間變化的最大溫度值隨潮汐流速變化工況，隨著潮汐潮速的增加，截面最大溫度值呈現(xiàn)先增大后減小的特性。

隨著潮汐潮速的升高，溫排水在縱向的熱擴散逐漸減弱，而在橫向的熱擴散特性呈現(xiàn)先增大后減弱的過程，分析找出取排水截面最大溫度值在潮汐影響下隨時間的變化規(guī)律，合理的利用潮汐有利的一面，對不利的一面進行預防或者改進，為沿海水域電廠安全經濟運行及海洋生態(tài)環(huán)境保護提供參考。

[1]李燕初,蔡文理.ADI潮汐模型的活動邊界方法及其效應[J].海洋學報,1993,15(2):115-120.

[2]郝瑞霞,韓新生.潮汐水域電廠溫排水的水流和熱傳輸準三維數(shù)值模擬[J].水利學報,2004,8:66-70.

[3]馬健,孫東坡,張土喬,等.潮汐彎道段取排水口溫度場研究[J].水力發(fā)電學報,2006，25(6):119-124.

[4]崔丹，姜治兵.近岸海域電廠溫排水數(shù)值模擬[J].長江科學院院報,2008,25(2):13-15.

[5]於凡，張永興.濱海核電站溫排水對海洋生態(tài)系統(tǒng)影響的研究[J].輻射防護通訊,2008,28(1):1-7.

[6]王能家.河道排取水問題的k-ε方法數(shù)值模擬.北京：水利水電科學研究院科學研究論文集,1987,(26):254-265.