北方某濱海核電溫排水分布規(guī)律計(jì)算分析

付斌 吳修鋒

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.044

摘 要：感潮河段水流受上游徑流和外海潮汐的雙重影響，電廠溫排水模擬具有較大的難度。一般而言，河口地區(qū)受潮汐影響較大，徑流作用相對較弱。該文采用平面二維水流溫升場數(shù)學(xué)模型對位于河口地區(qū)的北方某核電廠溫排水進(jìn)行了計(jì)算分析。在驗(yàn)證計(jì)算的基礎(chǔ)上，對不同季節(jié)、不同機(jī)組容量下的溫排水分布規(guī)律進(jìn)行了預(yù)測分析，為核電廠取、排水工程布置及環(huán)境影響評價(jià)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：潮汐 徑流 溫排水 數(shù)學(xué)模型

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0044-04

以位于我國渤海灣近岸海域的某核電廠為例（見圖1），選用沿水深平均的二維水流溫升場數(shù)學(xué)模型進(jìn)行潮流場和溫升場的計(jì)算，研究潮汐與徑流共同作用下電廠溫排水的分布規(guī)律，為電廠取排水工程布置及環(huán)境影響評價(jià)提供依據(jù)。

核電廠位于河北省海興縣，電廠通過管道從黃驊港港區(qū)取水，取水管線長約28 km；通過長約10 km的溝渠將溫排水排入宣惠河，再通過該河道進(jìn)入渤海灣。

核電廠規(guī)劃容量6臺機(jī)組，夏季最大排水流量為5.08 m3/s，排水溫升5.63 ℃；冬季最大排水流量為3.27 m3/s，排水溫升9.70 ℃。

1 數(shù)學(xué)模型

針對電廠所在海灣的形狀及潮流特征，選用沿水深平均的平面二維潮流溫度場數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算時(shí)，河道給以流量邊界，外海給以潮位過程條件。

該數(shù)學(xué)模型控制方程屬混合型算子方程，可采用剖開算子法求解。由于避開了人工濾波方法，該方法具有良好的計(jì)算穩(wěn)定性和較高的計(jì)算精度[1-3]。

2 計(jì)算條件

2.1 水文條件

利用原型觀測水文資料（2014年6月14日～2014年6月15日大潮過程）作為水流數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證的水文條件。

根據(jù)黃驊港潮位站的潮位統(tǒng)計(jì)資料，典型潮型分別選取典型半月潮水文條件。

2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)計(jì)算海域的實(shí)際情況，海床糙率選取0.016～0.020；水面綜合散熱系數(shù)按照《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的公式確定，為安全起見，在計(jì)算該參數(shù)時(shí)不考慮風(fēng)速的影響；擴(kuò)散系數(shù)選用Ex=10.0 m2/s，Ey=5.0 m2/s。

在實(shí)際計(jì)算時(shí)，上述參數(shù)根據(jù)模型驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 模型驗(yàn)證

結(jié)合原型水文觀測資料，對上述建立的平面二維水流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算。圖2、3分別為實(shí)測大潮水文條件下的潮位和流速驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。在流速驗(yàn)證中，不失一般性，以漲潮流為正、落潮流為負(fù)。由圖可見，在實(shí)測水文條件下，3個臨時(shí)潮位站的潮位計(jì)算值與實(shí)測值吻合較好，9條測速垂線的垂向平均速度變化過程的計(jì)算值與實(shí)測值也較為一致，表明建立的平面二維水流數(shù)學(xué)模型較好地模擬了電廠附近海域的水流變化情況，其計(jì)算結(jié)果是可信的，選取的計(jì)算參數(shù)是合理的。

圖4為計(jì)算海域典型時(shí)刻潮流場。由圖可見，計(jì)算海域漲落潮流變化較為明顯；此外，由于淺灘較多，在低潮位時(shí)常有邊灘露出，灘槽流速差異較為明顯。由于在計(jì)算中采用了動邊界處理技術(shù)，隨潮位變化而產(chǎn)生的灘體出露現(xiàn)象得到了較好地體現(xiàn)。

4 溫排水成果分析

圖5為核電廠不同季節(jié)、不同機(jī)組容量時(shí)的全潮最大溫升包絡(luò)線，由圖5可見。

（1）核電廠在宣惠河上游河道排水，雖然機(jī)組排水量很小，不過由于宣惠河上游受閘壩控制，基本沒有來流，只能依靠外海漲、落潮流對溫排水進(jìn)行摻混、稀釋，計(jì)算水文條件下電廠溫排水在漲潮時(shí)段被漲潮流帶向排水口上游河道，在落潮時(shí)段被落潮流帶向排水口下游河道。

（2）電廠廠址到宣惠河河道之間的陸域明渠長約10 km，考慮該部分水面對溫排水的溫降作用后，核電溫排水對宣惠河的影響程度有所降低，且溫升越高，降低程度越明顯。不同季節(jié)、不同運(yùn)行工況平均來看，4.0 ℃溫升面積降低了約50 %，3.0 ℃溫升面積降低了約58 %，2.0 ℃溫升面積降低了約70 %，1.0 ℃溫升面積降低了約75 %，0.5 ℃溫升面積降低了約84%。

（3）考慮陸域明渠的溫降作用后，核電在宣惠河河道內(nèi)的溫升影響長度有所降低：以1.0 ℃全潮最大包絡(luò)線為例，其最遠(yuǎn)擴(kuò)散直線距離約為10.0 km，距河口直線距離約1.8 km；最遠(yuǎn)擴(kuò)散河道距離11.5 km，距河口河道距離約3.7 km。

（4）核電溫排水主要集中在宣惠河河道內(nèi)，0.5 ℃溫升最大影響范圍尚未到達(dá)河口區(qū)，對外部渤海海域及河口外濕地保護(hù)區(qū)的溫升影響小于0.5 ℃。

5 結(jié)語

感潮河段水流受上游徑流和外海潮汐的雙重影響，電廠溫排水模擬具有較大的難度。一般而言，河口地區(qū)受潮汐影響較大，徑流作用相對較弱。該文所研究的核電廠所處河道上游有閘門控制，基本無下泄水流，下游在河口處斷面縮窄，并與漳衛(wèi)新河交匯，因此溫排水受既受外海潮汐影響，也受其他河道徑流影響，溫排水分布規(guī)律有一定的特殊性。

參考文獻(xiàn)

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