半封閉海灣內(nèi)電廠溫排水影響計(jì)算分析研究

趙芬++李穎茹++徐海奔++吳修鋒

摘 要：采用平面二維潮流溫度場(chǎng)模型對(duì)位于半封閉型海灣內(nèi)的某電廠溫排水分布情況進(jìn)行分析研究，主要預(yù)測(cè)不同典型水文條件下的溫排水影響范圍是否滿足世行標(biāo)準(zhǔn)（排放口半徑100 m處溫升不得超過(guò)3 ℃），從而為電廠取、排水口設(shè)計(jì)方案（位置及型式等）提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：半封閉海灣 溫排水 數(shù)值模擬 世行標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：TV131 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0024-03

半封閉海灣一般三面是陸地，只有一面的全部或局部與外部海域相連，因此其潮流動(dòng)力較弱，對(duì)溫排水的摻混、稀釋效果較差，導(dǎo)致電廠取、排水布置具有較大的難度。

以位于馬爾代夫群島海域的某柴油發(fā)電廠為例（見圖1），該電廠位于海灣內(nèi)，三面封閉，僅靠西側(cè)的航道深槽和珊瑚礁與外海相連。選用沿水深平均的二維潮流溫度場(chǎng)模型進(jìn)行潮流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的計(jì)算分析，研究低潮流動(dòng)力條件下電廠溫排水的分布規(guī)律，特別是其3 ℃溫升包絡(luò)線是否能夠滿足不超過(guò)排水口半徑100 m的世界銀行環(huán)保要求，從而為電廠取、排水工程布置提供技術(shù)依據(jù)。

電廠位于馬爾代夫群島的機(jī)場(chǎng)島胡爾馬累市，電廠通過(guò)2條自流引水管從港池取水，取水頭位于廠區(qū)西側(cè)，深入港池內(nèi)部，距離取水泵房約為53 m；排水口位于廠區(qū)南側(cè)近岸，采用開敞式表層排水方式。

電廠規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)8 924 kW柴油發(fā)電機(jī)組，最大排水流量為1.10 m3/s，排水溫升8.52 ℃。

1 數(shù)學(xué)模型

針對(duì)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(chǎng)數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算時(shí)，外海開邊界給定逐時(shí)潮位過(guò)程線。

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。

2 計(jì)算條件

2.1 水文條件

根據(jù)電廠附近全球潮位預(yù)報(bào)站的潮位統(tǒng)計(jì)資料，典型潮型分別選取典型大、中、小潮水文條件。

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)按照我國(guó)《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=5.0 m2/s，Ey=0.5 m2/s。

3 潮流場(chǎng)計(jì)算成果分析

圖3為計(jì)算海域典型時(shí)刻潮流場(chǎng)。由圖3可知，電廠所在港池三面封閉，西部雖然與外海相通，但大部分為水下潛礁，過(guò)水能力較弱，主要通過(guò)西部的南側(cè)航道口門和北側(cè)小口門與外海進(jìn)行潮流交換。電廠工程近岸岸線較為平順，潮流為基本呈東西方向的往復(fù)流，但工程海域潮流動(dòng)力很弱，對(duì)溫排水的稀釋和擴(kuò)散較差。此外，由于水下潛礁較多，在低潮位時(shí)常會(huì)露出水面，灘槽流速差異較為明顯。由于在計(jì)算中采用了動(dòng)邊界處理技術(shù)，隨潮位變化而產(chǎn)生的灘槽差異得到了較好的體現(xiàn)。

4 溫排水計(jì)算成果分析

圖4為電廠在不同典型水文條件下的全潮最大溫升包絡(luò)線，由圖4可知以下幾點(diǎn)。

（1）電廠附近近岸海域潮流主流方向?yàn)闁|西向的往復(fù)流，由于廠址位于港區(qū)深處，距離航道口門較遠(yuǎn)，近岸潮流動(dòng)力較弱，全潮大部分時(shí)段的漲、落潮流速小于5 cm/s。

（2）電廠采用近岸排水方式，在漲潮時(shí)，溫排水被近岸水流帶向廠址東側(cè)海域；在落潮時(shí)，溫排水被近岸水流帶向廠址西側(cè)海域。

計(jì)算水文條件下，電廠近岸水域潮流為往復(fù)流，溫排水主要影響排水口東、西兩側(cè)近岸水域，0.5 ℃和1.0 ℃溫升區(qū)呈較為明顯的扁長(zhǎng)狀分布形態(tài)，2.0 ℃以上高溫升區(qū)主要集中在排水口附近，呈近似橢圓狀的分布形態(tài)。

（3）電廠所在海域潮差變化較小，不同水文條件下的潮流動(dòng)力差別不明顯，相應(yīng)的溫排水影響面積也差別不大，其中0.5 ℃和1.0 ℃等溫升分布范圍稍大，2.0 ℃及其以上高溫升分布范圍較小，僅局限于排水口附近水域。

（4）電廠3.0 ℃等溫升值全潮包絡(luò)線的最大影響長(zhǎng)度為70 m，最大寬度50 m，沒(méi)有超出以排水口為中心、半徑100 m的圓形海域。

5 結(jié)語(yǔ)

半封閉海灣三面為陸地，只有一面的全部或局部與外海聯(lián)通，潮流動(dòng)力較弱，電廠溫排水難以被潮流輸運(yùn)、稀釋至外海海域，其取、排水布置具有較大的難度。該文所研究的電廠由于機(jī)組容量較小，溫排水水量較少，雖然布置在半封閉海灣內(nèi)，但由于排出的熱量有限，可以被水體摻混、散發(fā)，其溫升影響范圍滿足世行標(biāo)準(zhǔn)。但該工程具有一定的特殊性，一般而言，電廠排水口盡量不要布置在潮流動(dòng)力較弱的水域，如庫(kù)區(qū)、湖泊及半封閉海灣等水體。

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