濱海核電廠深水溫排放近遠區(qū)動態(tài)耦合模擬*

陳小莉，張海文，趙懿珺

(中國水利水電科學研究院，北京 100038)

?

濱海核電廠深水溫排放近遠區(qū)動態(tài)耦合模擬*

陳小莉，張海文，趙懿珺

(中國水利水電科學研究院，北京 100038)

濱?；稹⒑穗姀S溫排水引起的環(huán)境問題廣受關(guān)注，數(shù)學模型是評價溫排水影響的重要手段，而國內(nèi)現(xiàn)有溫排水數(shù)值計算模型的近區(qū)模擬失真問題尚未很好解決。我們引入近區(qū)射流模型(Corjet)與遠區(qū)數(shù)學模型(Delft3D)耦合模擬技術(shù)，采用分散匯流(DESA)方法實現(xiàn)對射流摻混卷吸效應的模擬，通過模型交叉調(diào)用實現(xiàn)近遠區(qū)動態(tài)耦合。將耦合方法應用于工程案例，并與以往常用的遠區(qū)模型直接點源方法進行了對比，結(jié)果表明近遠區(qū)分散匯流耦合方法能夠更合理地反映深水排放的浮力效應，模擬的垂向溫度分布及溫升影響范圍與物理模型趨勢更為接近，能有效提高高溫升區(qū)模擬精度，該模擬方法具有較好的推廣應用價值。

近區(qū)；遠區(qū)；溫排水；浮射流；耦合模型；深水排放

溫排水引起的局部海域水溫升高是濱海火、核電廠面臨的重要環(huán)境問題。為減少近岸海域污染，我國濱海核電廠溫排水近年來由明渠近岸排放逐漸向暗涵深水排放發(fā)展。溫排水排放水域水溫易出現(xiàn)三維分層特征[1]，相比明渠近岸排放，離岸深水排放近區(qū)呈現(xiàn)更明顯的三維浮射流特征，其垂向摻混稀釋對溫排水平面擴散范圍的影響更為顯著。以往采用的大范圍二維和分層三維數(shù)學模型側(cè)重模擬大范圍海域溫排水隨流輸移擴散過程，對近區(qū)的三維特性反映存在失真，一般需要與物理模型試驗結(jié)合使用[2]。對深水排放，垂向稀釋程度和范圍加大，近區(qū)失真對遠區(qū)模擬精度的影響相比明渠排放會更明顯，提高近區(qū)模擬精度成為迫待解決的問題。

實際工程中溫排水排放口近區(qū)和遠區(qū)由于水動力時間過程和空間尺度相差均較大，要在同一模型中同時兼顧近區(qū)和遠區(qū)模擬十分困難[3]。目前全三維k-ε模型用于單獨模擬近區(qū)浮射流[4-5]亦或河道環(huán)境流三維輸運[6-7]均已較成熟，但采用一套網(wǎng)格和模型同時模擬近區(qū)和遠區(qū)水動力還未見研究報導，目前采用多重嵌套網(wǎng)格同時模擬近區(qū)和遠區(qū)還處于探索階段[8]，其主要問題是近遠區(qū)交界面處網(wǎng)格尺度是突變的，耦合精度和穩(wěn)定性較差。目前國外實際應用中采用最多的是近區(qū)模型計算結(jié)果以源項形式和遠區(qū)耦合，以改善遠區(qū)模型的模擬精度。Zhang和Adams[3]研究了近區(qū)RSB模型和遠區(qū)ECOMsi模型的耦合，按近區(qū)射流最終高度處稀釋度給入遠區(qū)物質(zhì)通量源項，這種做法網(wǎng)格尺度的影響較大，模型未進行相關(guān)驗證及應用。Bleninger[9]提出了將Cormix計算的近區(qū)射流最終上升高度處稀釋后的射流流量和物質(zhì)通量添加到遠區(qū)Delft3D模型網(wǎng)格上實現(xiàn)耦合的方法，其缺點是水流質(zhì)量不守恒。Choik和Lee[10]提出了近遠區(qū)分散匯流方法，簡稱DESA(Distributed Entrainment Sink Approach)，該方法考慮浮射流沿程的卷吸效應，在驗證中近區(qū)采用Visjet模型，遠區(qū)采用EFDC模型，用實驗水槽資料進行了驗證。Morelissen等[11]提出了針對潮汐水域近區(qū)Cormix模型、遠區(qū)Delft3D動態(tài)耦合模擬方法，流量耦合采用DESA方法，耦合位置選在表面浮力主導區(qū)末端，過渡區(qū)采用Cormix求解，由于近區(qū)模型在觸頂后的表面擴散段精度有限，這種方法還未被廣泛采用。Botelho等[12]采用近區(qū)精細三維數(shù)學模型和遠區(qū)FV模型耦合，流量耦合在整個近區(qū)計算范圍內(nèi)進行，遠區(qū)模型中未考慮卷吸效應，計算的出流濃度偏低。目前耦合模型的研究對于耦合位置、源項耦合方法等還未形成統(tǒng)一明確認識，針對海水淡化排污水和市政污水排海工程等密度差較大的模擬研究較多，對電廠溫排水的適用性還有待實際工程應用中進一步檢驗。

在前人研究基礎(chǔ)上，我們建立了近區(qū)Corjet和遠區(qū)Delft3D動態(tài)耦合的模型，針對電廠溫排水初始動量大，密度差小的特點，選取射流觸頂段為耦合位置，流量耦合采用DESA方法，以某濱海核電廠址為例，開展了與使用遠區(qū)模型直接點源方法的對比模擬研究，以探究耦合方法的有效性。

1 近遠區(qū)數(shù)學模型耦合方法

1.1 近區(qū)模型

本研究在近區(qū)浮射流段采用Corjet射流積分模型，該模型通過求解無限水域內(nèi)射流積分方程得到射流軌跡以及沿程稀釋度。對單噴口出流，近區(qū)模型較容易得到沿程稀釋度分布；對多噴口出流，由于每個噴口在初始出流時有各自的軌跡線，經(jīng)過一段距離后又存在相互交叉影響，近區(qū)模擬一般有兩種處理方法：一種是忽略射流未相互交叉段，將出流等效為線源出流，適用于動量小、密度差大的情況[12-13]；另一種方法是將多噴口排放等效為互不干擾的若干單噴口出流疊加處理，保證出流流量、動量和浮力不變(Choik和Lee[10])。溫排水屬于弱浮力射流，本文采用后一種處理方法。Corjet模型是基于恒定環(huán)境流條件的積分模型，潮汐水域潮流場是隨時間變化的，在進行近區(qū)求解時需要近似處理。斯特羅哈數(shù)是反映非恒定流特性的參數(shù)，天然海域潮流的ST數(shù)一般在10-4量級。因此，可以將潮流進行分段準恒定假設(shè)，在每個時間段內(nèi)針對排放口附近環(huán)境流速、水深和密度垂向分布進行近區(qū)求解。

1.2 遠區(qū)數(shù)學模型

遠區(qū)水流及溫度場模擬采用Delft3D-Flow模型，該模型可以實現(xiàn)三維水動力(包括溫鹽)模擬。模型基于Boussinesq和垂向靜水壓力假定，浮力在重力項中反映，垂向擴散系數(shù)采用k-ε模型計算，通過水的狀態(tài)方程計算溫鹽差引起的密度差，通過表面熱通量或綜合散熱公式計算水體表面熱交換通量。Delft3D模型提供了貼體曲面四邊形網(wǎng)格生成系統(tǒng)，可以較好地擬合復雜岸線，在垂向上使用σ網(wǎng)格系統(tǒng)，模型變量布置在交錯網(wǎng)格上，數(shù)值離散采用有限差分格式，求解采用ADI方法，其模型方程及求解方法詳見Delft3D-Flow模型手冊[14]。我國在20世紀80年代引入該模型，在求解污水排放遠區(qū)大范圍影響方面取得了廣泛應用[15-18]，出流源項一般以點源輸入計算模型。

1.3 近遠區(qū)源項耦合方法

采用近遠區(qū)源項耦合方法，遠區(qū)模型的模擬范圍與單獨使用遠區(qū)模型是一致的，為整個計算域，近區(qū)模型通過局部射流計算得到濃度沿射流軌跡分布，根據(jù)此分布得到經(jīng)過初始稀釋后的射流流量和污染物濃度，在射流最大上升高度處以源項形式代入遠區(qū)數(shù)學模型中進行計算。電廠溫排水與環(huán)境水體的相對密度差一般僅約0.002，排水流量為10～100 m3/s量級，相對密度差比海水淡化和市政排海工程小1～2個量級，排水流量則高出1～2個量級，出流動量的影響比浮力更顯著，耦合位置主要考慮出流動量和環(huán)境流主要影響的分界，選在浮射流觸頂段，如圖1所示。源項耦合采用DESA方法(Choik和Lee[10])，該方法除了將浮射流按照稀釋后的濃度在最大上升高度處以源項形式代入遠區(qū)模型外，還利用“源匯對”巧妙反映了浮射流的沿程卷吸效應。具體做法是，根據(jù)浮射流在上升過程中以匯的形式卷吸周圍環(huán)境水體，在上升至環(huán)境水體表面時以源的形式向四周擴散的特性，將浮射流分為n段，其中n-1個“卷吸匯”單元和最終高度稀釋出流端一個“擴散源”單元(圖1)。該方法采用“匯”模擬射流各分段上的卷吸水量，沿程經(jīng)卷吸進入射流內(nèi)的環(huán)境流均匯集到最終上升高度，與排放流量疊加后作為源項進入環(huán)境水體。具體計算公式：

圖1 DESA方法源匯項示意圖Fig.1 Schematic diagram of sink and source DESA method

單元i(i=1，2，…，n-1)上流量源項為

(1)

單元i上濃度源項為

(2)

最終上升高度出流單元n上流量源項為

(3)

最終上升高度出流單元n上濃度源項為

(4)

式中，Q0為射流排放流量；Si為單元i的稀釋度，通過Corjet計算獲得；Ca為環(huán)境濃度；C0為射流排放濃度。DESA方法的優(yōu)點是合理給出了最終上升高度處濃度值和源強，同時保證了水量守恒。相比Botelho等[12]將出流量按比例分配到射流沿程相比，DESA方法避免了由于遠區(qū)模型對浮力垂向作用求解不準確而導致分配到射流沿程的大部分熱水上升不到最大高度。

1.4 動態(tài)耦合實現(xiàn)

在潮汐水域，環(huán)境流是隨時間變化的，溫排水在潮流周期作用下往返反復，易在排水區(qū)域附近堆積，亦會造成排水環(huán)境水溫分層的變化。在變化的環(huán)境流動和水溫分層條件下，近區(qū)浮射流出流軌跡及沿程稀釋是實時變化的，因此模擬過程中需要將近區(qū)模型Corjet與遠區(qū)模型Delft3D進行動態(tài)交替耦合。耦合過程按以下步驟實現(xiàn)：

1)啟動遠區(qū)模型。計算環(huán)境水動力和溫度場，提取排放口處的水深、流速及垂向水溫分布，生成近區(qū)模型的輸入文件；

2)啟動近區(qū)模型。計算浮射流軌跡及沿程稀釋度，計算分散匯流，計算結(jié)果輸出生成遠區(qū)模型源項輸入文件，結(jié)束近區(qū)求解；

3)啟動遠區(qū)模型。將步驟2)得到的源項輸入遠區(qū)模型，計算環(huán)境水動力和溫度場，提取排放口處的水深、流速及垂向水溫分布，生成近區(qū)模型的輸入文件；

4)重復2)、3)步實現(xiàn)動態(tài)耦合循環(huán)，直至模擬結(jié)束。

圖2中給出了動態(tài)耦合流程，計算溫排水時遠區(qū)模型求解時間步長一般較小，根據(jù)以往試算經(jīng)驗一般取為15 s[18]，而近區(qū)模型求解所需要的環(huán)境流變化時間步長可以更大一些，本研究中選取近區(qū)模型調(diào)用時間間隔為5 min。

圖2 Delft3D與Corjet動態(tài)耦合流程圖Fig.2 Flow chart of dynamical coupling between Delft3D and Corjet

2 模型應用

2.1 計算條件及遠區(qū)模型驗證

選取某濱海核電廠址海域開展近遠區(qū)耦合模型應用。設(shè)計的排放口布置見圖3，溫排水排放口離岸距離約3.5 km，排放點處水深21 m，排放口中心離底高度5 m，采用方形暗涵排水，總排水寬度為120 m，設(shè)計總排水量455 m3/s，取排水溫差7.8 ℃，設(shè)計排放出流流速2.5 m/s。遠區(qū)數(shù)學模型模擬范圍沿岸線長約140 km，離岸約45 km，計算域面積約8 000 km2。采用的水平網(wǎng)格最小分辨率為50 m，垂向采用σ網(wǎng)格，分10層。

圖3 排放口位置圖Fig.3 Location of outfall

計算域開邊界采用水位邊界，水表面散熱根據(jù)海區(qū)氣象條件取表面綜合散熱系數(shù)Ks=47 W/(m2·℃)，水平擴散系數(shù)取值與水深及流速關(guān)聯(lián)，取值范圍1～100 m2/s，排水口附近約為20 m2/s。

采用廠址海域?qū)崪y水文資料對遠區(qū)數(shù)學模型進行流場驗證，排放口附近區(qū)域流速測點V1和V2及水位測點W1見圖3。計算的W1測點潮位與實測潮位對比見圖4，計算的逐小時潮位與實測值最大偏差0.13 m，平均偏差0.02 m，相位基本吻合。本工程海域表底流速分層不顯著，選取V1和V2站垂向平均的流速流向計算結(jié)果與實測值進行對比(圖5)，計算的漲潮和落潮時段平均流速和流向統(tǒng)計結(jié)果見表1。計算的潮段平均流速偏差均在0.04 m/s以內(nèi)，潮段平均流向最大偏差19°，計算的流速相位過程與實測值吻合良好。上述對比結(jié)果表明，遠區(qū)模型能夠正確反映工程區(qū)域潮流運動規(guī)律。

表1 漲落潮時段平均流速、流向統(tǒng)計Table 1 Averaged current speed and direction during flood tide and ebb tide

圖4 W1站潮位驗證圖Fig.4 Comparison of calculated and measured water level at Station W1

圖5 流速流向驗證Fig.5 Comparison of calculated and measured current speed and direction

2.2 排放口附近流場分析

為了比較近遠區(qū)耦合模型的效果，將Corjet+Delft3D近遠區(qū)耦合模型與單獨使用Delft3D遠區(qū)模型、排放按排水位置以直接點源給出的方法進行了比較。圖6和圖7給出了2種源項處理方式計算的排放口附近流場分布，圖示為漲急時段xz斷面和yz斷面流速(x方向為環(huán)境流漲潮方向，y方向為射流出流方向，z方向為垂直向上方向)。圖6中xz斷面所反映是環(huán)境流作用下浮射流/羽流向潮流方向的偏轉(zhuǎn)，可以看出，與遠區(qū)模型直接點源方法相比，耦合模型計算的浮射流能較快上升到表層，受浮力橫向展開影響，表層x向流速有一定弱化，直接點源方法則主要是初始出流和環(huán)境流摻混，浮力作用下上升較慢，表層遠區(qū)未出現(xiàn)熱水在浮力下的快速運移。圖7中yz斷面所示為射流出流縱斷面流速，可以看出，耦合模型計算的排放口下游近區(qū)出現(xiàn)整個垂向斷面的回流區(qū)，反映了出流近區(qū)沿垂向的卷吸過程，同時也能看出表層流速增大延續(xù)到下游較遠區(qū)域，反映了浮力作用下溫升水集中在表層擴展到較遠位置，而采用遠區(qū)模型直接點源方法則不能反映浮力作用下溫排水在表層擴散到較遠，近區(qū)出流與環(huán)境流的摻混主要集中在中下層顯現(xiàn)。

圖6 漲急時刻排放口附近xz斷面流場Fig.6 x-z distribution of the flow near outfall during flood tide

圖7 漲急時刻排放口附近yz斷面流場Fig.7 y-z distribution of the flow near outfall during flood tide

2.3 溫度場計算結(jié)果分析

溫排水計算了20個潮周以消除初始條件影響，選取最后一個潮周進行結(jié)果統(tǒng)計。圖8和圖9中比較了排水口附近3個位置上不同源項處理方法數(shù)模計算的垂向溫升分布與物理模型測量結(jié)果(測點位置見圖3)。圖8所示為漲急時刻，熱水向漲潮流方向偏轉(zhuǎn)，2#、3#測點表底水溫分層現(xiàn)象明顯，從0～5 m水深范圍看：采用耦合模型得到的表層水溫結(jié)果與物模模型更接近；采用遠區(qū)模型直接點源方法計算的表層溫升值偏低。圖9中落急時刻，主流方向朝向x軸反方向，1#、2#測點表底水溫分層明顯，耦合模型計算的中上層高溫升區(qū)與物理模型試驗更接近。由于近區(qū)浮射流初始稀釋對遠區(qū)溫升結(jié)果影響最主要體現(xiàn)在最終上升高度、以及該處的濃度值和源強，采用耦合模型能夠合理反映此結(jié)果，故而此種方法更適宜反映近區(qū)對遠區(qū)溫度場計算的影響。

圖8 漲急時刻溫升分布Fig.8 Vertical distribution of temperature increase during flood tide

圖9 落急時刻溫升分布Fig.9 Vertical distribution of temperature increase during ebb tide

采用2種方法計算的大范圍表層溫升影響范圍(熱水團主要分布在0～5 m水深范圍，數(shù)模采用表層和次表層平均)與物理模型結(jié)果的比較見圖10和表2，從1 ℃溫升分布形態(tài)和面積看，耦合模型計算的溫升分布形態(tài)及影響面積與物模更為接近，遠區(qū)模型直接點源方法計算結(jié)果則與物模形態(tài)差異較明顯。2 ℃以上溫升范圍耦合模型計算結(jié)果與物理模型試驗接近，采用Delft3D遠區(qū)模型直接點源方法計算的2和3 ℃溫升范圍均未統(tǒng)計到。表3列出了不同模型計算的溫升影響幾何尺度與物理模型的比值，耦合模型計算的大部分結(jié)果與物理模型更為接近，遠區(qū)模型直接點源方法計算的高溫升影響范圍計算偏小，2 ℃以上影響范圍未能統(tǒng)計到。上述結(jié)果表明，采用耦合模型對1 ℃以上表層溫升影響范圍計算精度確有提高。

圖10 不同模型計算的潮周表層溫升影響范圍Fig.10 Influenced area of temperature increase simulated by different models after a tide circle

表2 不同模型計算的表層溫升影響面積(km2)比較Table 2 Comparison of influenced area due to temperature increase simulated by different models

表3 不同模型計算的溫升影響范圍無量綱幾何尺度比較Table 3 Comparison of no-dimensional scale of the influenced area due to temperature increase simulated by different models

3 結(jié) 論

對深水排放而言，排放近區(qū)的垂向摻混是稀釋過程的重要部分，對遠區(qū)影響范圍計算精度影響較大。由于排放近區(qū)和遠區(qū)稀釋擴散時空尺度差異巨大，在同一模型中實現(xiàn)近區(qū)和遠區(qū)不同尺度的兼顧模擬十分困難。本文采用近區(qū)射流積分模型(Corjet)模擬近區(qū)浮射流稀釋過程，通過DESA分散匯流方法將近區(qū)模型與遠區(qū)數(shù)學模型(Delft3D)進行動態(tài)耦合以反映近區(qū)對遠區(qū)的影響。與遠區(qū)模型直接點源處理方法相比，近遠區(qū)耦合模型能夠更合理反映熱水上升過程中以及最終上升高度處的稀釋度及源項，同時能保證水流質(zhì)量守恒。從與物理模型的比較看，耦合模型法對表層高溫升影響范圍模擬精度有明顯的提高，值得在溫排水模擬中進一步推廣應用。

[1] ZHU Z C, HU Z J, ZHANG Y Q, et al. Numerical simulation and observations of vertical non-uniform of water temperature in the Meizhou Bay influenced by warm water discharge[J].Advances in Marine Science,2014, 32(2)：230-238.朱子晨，胡澤建，張永強，等. 湄洲灣溫排水海區(qū)水溫垂向不均勻特征的數(shù)值模擬與觀測研究[J].海洋科學進展，2014，32(2)：230-238.

[2] GE X L, ZHAO Y J, YUAN J, et al. Experimental study on thermal effluent of a coastal nuclear power plant with outlet-outside-intake project layout[J]. Advances in Marine Science,2015，33(4)：512-519. 葛小玲，趙懿珺，袁玨，等. 差位式取排水布置下濱海核電溫排水試驗研究[J].海洋科學進展，2015，33(4)：512-519.

[3] ZHANG X Y, ADAMS E E. Prediction of near field plume characteristics using far field model[J].Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 1999, 125(3):233-241.

[4] HUAI W X, FANG S G. Research on the behavior of obstructed round buoyant vertical jets in static ambient,1,verification of mathematical model and numerical method[J].Advances in Water Science, 2004, 15(5):549-554.槐文信, 方神光.靜止環(huán)境中有阻力圓盤浮力射流特性的研究——(Ⅰ)數(shù)學模型及計算方法的驗證[J].水科學進展, 2004, 15(5):549-554.

[5] GUO Y H, YAN Z M, ZHAO B. Numerical modeling of multiport diffuser with risers[J].Advances in Science and Technology of Water Resources，1998，18(3):39-41.國延恒，嚴忠民，趙斌.豎管式擴散器排放近區(qū)數(shù)值模擬研究[J].水利水電科技進展，1998，18(3):39-41.

[6] HAO R X, ZHOU L X, CHEN H Q. Numerical simulation of turbulent buoyancy flow in natural open channel Part Ⅱ: Mathematical model and its application in cooling water engineering[J].Journal of Hydraulics, 1999,30(6):31-38.郝瑞霞，周力行，陳惠泉. 天然河道湍浮力流動的數(shù)值模擬Ⅱ:數(shù)學模型及其在冷卻水工程中的應用實例[J].水利學報，1999，30(6):31-38.

[7] DENG Y, LI J, LUO L, et al. Temperature prediction model for reservoirs[J].Journal of Hydraulics, 2003,34(7):7-11.鄧云, 李嘉, 羅麟，等. 水庫溫差異重流模型的研究[J].水利學報，2003，34(7):7-11.

[8] TANG H S, PAIK J,SOTIROPOULOS F, et al. Three-dimensional numerical modeling of initial mixing of thermal discharges at real-life configurations[J].Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 2008, 134(9):1210-1224.

[9] BLENINGER T. Coupled 3D hydrodynamic models for submarine outfalls: environmental hydraulic design and control of multiport diffusers[D].Karlsruhe: Institute for Hydromechanics, University of Karlsruhe, 2006.

[10] CHOIK W, LEE J H. Distributed entrainment sink approach for modeling mixing and transport in the intermediate field[J].Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 2007, 133(7):804-815.

[11] MORELISSEN R, VLIJM R, HWANG I, et al. Hydrodynamic modelling of large-scale cooling water outfalls with a dynamically coupled near-field far-field modelling system[J].Journal of Applied Water Engineering and Research, 2015: 1-14.

[12] BOTELHO D A, TEAKLE I L, BARNES M, et al. Linking nearfield CFD models of buoyant discharges to far field dispersion models[C]∥Proceedings of International Symposium on Outfall Systems. Ottawa, Canada：University of Ottawa,2016.

[13] DONEKER R L, JIRKA G H. Cormix User Manual, A hydrodynamic mixing zone model and decision support system for pollutant discharges into surface waters[M].Washington D.C.: U.S. Environmental Protection Agency, 2007.

[14] WL|Delft Hydraulics. Delft3D-Flow simulation of multi-dimensional hydrodynamic flows and transport phenomena, including sediments—User Manual, Version3.14[M].Delft, The Netherlands: Deltares，2009.

[15] ZHANG J M, ZHANG X Z, TANG H L, et al. Numerical simulating of thermal discharge from power plant in the bay using Delft3D[J].YangtzeRiver,2009,40(1):59-62.張繼民，張新周，湯紅亮，等. Delft3D在海灣電廠溫排水數(shù)值模擬中的應用[J].人民長江, 2009，40(1)：59-62.

[16] LIU C, LI X W, WEI H P, et al. Numerical simulation of the hydrodynamics and sewage diffusion in the Changjiang River Estuary[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica,2003,34(5):474-483. 劉成，李行偉，韋鶴平，等. 長江口水動力及污水稀釋擴散模擬[J].海洋與湖沼，2003，34(5)：474-483.

[17] LI S W,LI H Y,XIA J X. Dapeng Bay water environment capacity analysis on the base of Delft3D model[J].Research of Environmental Sciences,2005,18(5):91-95.栗蘇文，李紅艷，夏建新. 基于Delft 3D模型的大鵬灣水環(huán)境容量分析[J].環(huán)境科學研究, 2005，18(5)：91-95.

[18] ZHAO Y J, WANG J Y, CHEN X L. Numerical simulation of accumulated effect of thermal discharge from power plants in Tieshan Bay[J].Advances in Science and Technology of Water Resources, 2015,35(2):47-51.趙懿珺，王靖宇，陳小莉. 鐵山灣內(nèi)電廠溫排水累積熱影響數(shù)值模擬[J].水利水電科技進展，2015，35(2)：47-51.

Received: May 26,2016

Near and Far Field Dynamically Coupled Simulation of Underwater Thermal Discharge From a Coastal Nuclear Power Plants

CHEN Xiao-li, ZHANG Hai-wen, ZHAO Yi-jun

(ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch, Beijing 100038, China)

Thermal waste water discharge from coastal thermal plants and nuclear power plants brings great environmental concern. Numerical model is an important approach to evaluate the impact of the thermal discharge. However, the models usually used in China are not able to reflect the mixing in near field correctly. In this paper, a coupled method of near field model, Corjet, and far field model, Delft3D, is introduced. The distributed entrainment sink approach (DESA) is adopted to simulate the entrainment process of buoyant jet. Dynamical coupling of near field and far field is realized by cross-calling of the two models. Based on a case study, the coupled model is compared with the far field model with a direct single source, and the result shows that the former can reflect buoyant effect better and get temperature vertical distribution and temperature rising range more closer to the result of physical model. This suggests that the coupled method can improve the skill of the far field model in temperature high-rising area. This method is promising for thermal water dispersion simulation in practice.

near field; far field; thermal waste water; buoyant jet; coupled model; underwater discharge

2016-05-26

國家自然科學青年基金項目——基于非恒定流的內(nèi)陸核電低放廢液排放控制優(yōu)化(51209228)

陳小莉(1980-)，女，湖北天門人，高級工程師，博士，主要從事溫排水模擬方面研究. E-mail:chenxl_iwhr@126.com

X143;P731

A

1671-6647(2016)04-0497-10

10.3969/j.issn.1671-6647.2016.04.005