北方某濱海核電溫排水分布規律計算分析

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學模型對位于河口地區的北方某核電廠溫排水進行了計算分析。在驗證計算的基礎上，對不同季節、不同機組容量下的溫排水分布規律進行了預測分析，為核電廠取、排水工程布置及環境影響評價提供了依據。

關鍵詞：潮汐 徑流 溫排水 數學模型

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：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學模型進行潮流場和溫升場的計算，研究潮汐與徑流共同作用下電廠溫排水的分布規律，為電廠取排水工程布置及環境影響評價提供依據。

核電廠位于河北省海興縣，電廠通過管道從黃驊港港區取水，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，再通過該河道進入渤海灣。

核電廠規劃容量6臺機組，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 數學模型

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學模型。在計算時，河道給以流量邊界，外海給以潮位過程條件。

該數學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算穩定性和較高的計算精度[1-3]。

2 計算條件

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）作為水流數學模型驗證的水文條件。

根據黃驊港潮位站的潮位統計資料，典型潮型分別選取典型半月潮水文條件。

2.2 計算參數

根據計算海域的實際情況，海床糙率選取0.016～0.020；水面綜合散熱系數按照《工業循環水冷卻設計規范》推薦的公式確定，為安全起見，在計算該參數時不考慮風速的影響；擴散系數選用Ex=10.0 m2/s，Ey=5.0 m2/s。

在實際計算時，上述參數根據模型驗證計算結果可進行適當調整。

3 模型驗證

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

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

4 溫排水成果分析

圖5為核電廠不同季節、不同機組容量時的全潮最大溫升包絡線，由圖5可見。

（1）核電廠在宣惠河上游河道排水，雖然機組排水量很小，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、落潮流對溫排水進行摻混、稀釋，計算水文條件下電廠溫排水在漲潮時段被漲潮流帶向排水口上游河道，在落潮時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、不同運行工況平均來看，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的溫升影響長度有所降低：以1.0 ℃全潮最大包絡線為例，其最遠擴散直線距離約為10.0 km，距河口直線距離約1.8 km；最遠擴散河道距離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，0.5 ℃溫升最大影響范圍尚未到達河口區，對外部渤海海域及河口外濕地保護區的溫升影響小于0.5 ℃。

5 結語

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，溫排水分布規律有一定的特殊性。

參考文獻

[1] Daoyang Ding， Philip L-F Liu.An operator-splitting algorithm for two-dimensional convection dispersion reaction problems[J].Int.Methods Eng，1989，28（5）：1101-1108.

[2] 吳時強，丁道揚.剖開算子法解具有自由表面的平面紊流速度場[J].水利水運工程學報，1992（1）：39-48.

[3] 時強，丁道揚，吳碧君，等，平面二維動態水質數學模型[J].水動力學研究與進展，1996（6）：653-660.