电厂温排水对水环境影响的数值模拟

摘
要 ：电厂冷却水的合理排放和排放 水体 的温 度预测能 为水体环境影 响评价提供科学依据 。文 中建立平面二维温
度 场 数 学模 型 ，分 别 在 冬 季 保 证率 为 ９ ％ 的枯 水 流 量 、夏 季 最 枯 流 量 两 种 水 文 条 件 下 对 鄂 州 电厂 温 排水 一 、二 、三 ０
鄂 州 电厂 三 期 工 程 拟 按 照 规 划 扩 建 ２×１Ｏ ０ ，０ ＭＷ 超 临 界 燃 煤 机 组 ，主 厂 区位 于 二 期 工 程 西 北 面 、 规 划 的 扩 建 场 地
上 ， 电厂 本 期 扩 建 工程 从 长 江 叶 家 洲 河 段 南 岸 黄 家 矾 取 水 ， 温 水 排 放 口断 面 有 一 深 潭 （ 于 河 槽 北侧 ） 常 水 位 下 水 深 达 位 ， ５ 余 米 ；排 放 口所 在 河 段 曲率 较 大 、水 下地 形 复 杂 、 水 深 变 ０ 化 较 大 ，水 流 结 构 相 对 复 杂 。
安 全 性 ，风速 取 为 ０ ；Ｔ 各 网格 计 算 温 升 加 上环 境 水 温 。 ） 一
５ 模 拟 工况
汪家铺 王范高蒋
肖 家 洲
图 ３ 冬 季 （ 水 ）设 计 水 情 （ ＝ ０ ）温 升 场 枯 ｐ９％
鄂 州 电厂 三 期 工 程 建 成 投 入 运 行 后 ， 三期 工 程 温 排 水 将
表 １ 工程 温 水 排放 情 况
长 江
，
汪 家太山
０ ２５ ＝ ００ｍ ／０
黄家 矶 ＝ 口
６ 数 值 模拟 结 果 及 分 析 ．
图 ４ 夏 季 最 枯 设 计 流 量 下 温 升 场
利 用 该 平 面 二 维 水 流 温 度 场 数 学 模 型 ，采 用冬 季 保 证 率
三 、结 语
了预测 。其 中 ：冬季保证率 ９ ％枯水 流量 及夏季最枯流量两 ０
种 情 况 下 温 排 水 温 度 增 量 相 应 的 包络 线 如 图 ２和 图 ３所 示 ； 温 升 影 响 范 围 统 计 特 征 值 如 表 ２所示 。
表 ２ 温 升 分 布 特 征 值
温度 Ｉ 况 水 文条 件
Ｅ
＝
ｘ
程
ｈ ｕ
Ｅ
，
： ｈｕ
，
ｈ为摩阻流速， ＝ ， 及 ｉ ． √
夏 ＆
长江
为经 验 参 数 ，分 别 取 为 ４ ． 。 ，０ ５ 水 面 综 合 散 热 系 数 按 照 Ｆ． ｎ— ｅ ｅ ｇ公 式 确 定 ｉ。 Ｇｕ ｎ ｂ ｒ ７ ］
Ｋ ＝２ ２ （１ ７ ） ＋（ ． ０ ＋００ ２ ） ． ×１ ０ ７ 十２ ３ Ｉ 。 Ｏ０ １ ５ ５ ．０１ Ｘ １
与 一 期 、 二 期 工 程 温 排 水 共 同对 环 境 水 体 产 生 影 响 。 因此 ，
９ ７ １ ３ ８
魏 家滴 下杨 林湾 叶家 洲 杨林畜 牧场
水环境 影响预测必须 同时考 虑一、二期工程 的温排水影响 。
一
忭
刚
、
二 、 三 期 工 程 温 水 排放 情 况 见表 １ 。
一
王 范高蒋
、
工 程 概 况
鄂 州 电厂 位 于 长 江 中 游 牧鹅 洲 河 段 右 岸 的 黄 家 矶 上 游 ， 所 在 长 江 河 段 水 流 流 向 单一 （ 自西 向东 ） 排 放 口下 游 附 近 范 ， 围无 支 流 汇 入 ， 电厂取 水 口、排 放 口具 体 位 置 见 图 １ 。
影 响 ，确 定 温 排 水 对 水 环境 影 响 的研 究 范 围 为 ：温 水 排 放 口 上 游 约 ２Ｏ ０ 断面 至 下 游 约 ５７ ０ 断 面 之 间 的 河段 ， 究 ，０ ｍ ，０ ｍ 研 河 段 总长 约 ７７ ０ 。采 用 曲线 网格 布 置 以拟 合 天 然 岸 边 线 ，０ ｍ 及 不 规 则 边 界 。布 置 曲线 网格 时 ，根 据 实 际 问 题 需 要 ，在 电 厂 取 排 水 附近 水 域 加密 网格 ，以 提 高 计 算 精 度 。计 算 区域 共 布 置 １ ７ （ 向 ） × １ ０ （ 向） 个 节 点 （ ８ 纵 Ｏ 横 网格 ） 。计 算 区域 网格 布 置 如 图 ２ 示 。 所
研 究 的一 个重 要 方 向。 从２ 世 纪８ 年 代 初 ，我 国专 家 开 始 发 ０ ０
二 、 温 升 场 数 值 模 拟
１ ．计 算 区域 及 网格 布 置 根 据 该 河 段 的河 势 变 化 、水 流特 征 、 温 排 水 可 能 产 生 的
表 与 电厂 热 排 水 有 关 的研 究 成 果 ｌ Ｊ 却水 的排 水 温 度 比进 １ 。冷 。 水 温 度 有 所上 升 ， 般温 升 为 ｌ ￣左 右 ，故 称温 排水 １。 报 一 ＯＣ ４ 预 ］
影 响评 价提 供科 学依 据 。
关 键 词 ： 电 厂 ；温 排 放 ；数 值 模 拟
中图 分 类 号 ：Ｔ １ １ Ｖ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ — ９ ３ （０ ２ ９ ０ ３ － ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — １ ２０
发 电厂 的 废 热 通 过 温 排 水 的形 式排 入 自然 水体 所 造 成 的 影 响 是近 年来 人 们 十 分 关注 的环 境 问 题 ， 同时 也 是科 技 工 作 者
示 ：在 两 种 水 文 条 件 下 ，无 论 是 在 离 岸 还 是 在 沿岸 方 向 的 温
、
＝
、
三 期 Ｉ程
（ ＝ ％） Ｐ 州）
同时运 行
夏季 最枯 流
量
升分布都很有 限，温升 的影响范 围较小 ，排水温升 不会 对该
处 水 域 造 成 明显 的热 污 染 ，对 长 江 水 生珍 稀 动 物 的 生 态 环 境 几乎没有影响 。
第 ９期
张
舒 ：电厂 温排水对 水环境影响的数值模拟 一
二 三 期 总
Ｌ
１３ ３
排 放 河 段 糙 率 根 据 有 关 技 术 文 件 ，经 验 取 值 为 ０ ０ ５ ．２ 。 紊 动 粘性 系 数 为 不 很 灵 敏 的参 数 ，采 用 ｋ —ｇ模 式 得 到 。热 输 运 的 纵 、 横 向弥 散 系 数 （ 散 效 应 ＋ 散 效 应 ）分 别 取 为 ： 扩 分
温 升 单位 ：度 汪家 大山 １ 度
｝ 口
［２ ０ ． －２ ３ ６ ） （ ５ １７ ．６ Ｔ
×ｌ Ｔ ＋Ｉ ２ （ ７６ 】２ ５ ６ １ ］
臻
８ １ ｍｓ ＝ ３ ６ ０／ ８
１ １ ３ ¨ ０ ¨
… ３ ８
弱
％
乃
式 中 ：Ｖ 一 水 面 以 上 ２ 处 的 风 速 （ 虑 到 计 算 结 果 的 ｍ 考
３ 定 解 条件 ．
一水面综
合 散 热 系 数 ， ＬＰ 水 的定 压 比热 （ １Ｏ ０ ａ ／ ｇＣ） Ｐ 一 ＝ ， ０ ｃ ｌｋ ￣ ，
一
初 始 条 件 ：Ｔ （ Ｘ，Ｙ，０ ＝ ） ０
边界条件 ：ａ 、入流边界Ｔ Ｏ；ｂ ＝ 、出流边界 ａ ／ｎ ０ ｎ ｔａ ＝
为 出流 边 界 法 向单 位 矢 量 。
（ 上接 第 １ ｌ页） 的公共政策，是优化配置城市空 间资源的 ３ 重要手段。本文 分析 了中小城市规划信息化存在 问题 ，并利用
Ａ ｔ Ｃ Ｄ 提 供 二 次开 发 工 具 Ｏｂｅ ｔ ｒ ，设 计 出 中小 城 市规 ｕｏ Ａ ｊｃＡ ｘ
３ ２－３ ３． ７ ７
【 ３ 】黄 厚 ． 力 管 网数 据 数 字化 采 集 入 库 技 术 研 究． 据 城 市 电 数 的 理 论 与 实 践 ［】 北 京 ： 中 国 城 市 出 版 社 ， ２ （ ｃ． ０） ７，
图 １ 鄂 州 电厂 各 期 取 、排 水 口位 置 示 意 图 收 稿 日期 ：２ ２ ０ — ５ ０Ｉ — ６０
４ 参数 取 值 ．
作 者 简 介 ：张
舒 （９ ２ ） １ ８ 一 ，女 ，硕 士 ，上 海 市 青 浦 区水 文 勘 测 队 ，研 究 方 向为 水 环 境 监 测 与 评价 。
图２ 计 算 区域 网格 布 置 图
２ 二 维 温 升数 学模 型 ．
一
ａ ＋ ｔ
＋
＝ ｃ
（
） ‘ 点
一 方
’
式 水 超 温 值 ；ｔ 一 纵 向弥 散 系 数 ， 一 横 向 弥 散 系 数 ， 水 的密 度 （ １Ｏ ０ ｇ ｍ。 。 ＝ ，０ ｋ ／ ）
汪 家铺 肖家洲
魏 家 滴
流体的流场和温度场 ， 最常用的两种方法是物理模型ｌ ６ ５ ｌ ， 和数
学模 型 。进 行物 理 模 型 试 验 花 费人 力 、物 力较 多 ，而数 学 模 型 不 受 物 理 试验 模 型 规 律 的 限制 ， 以 缩短 工 作 周 期 ， 省 人 力 、 可 节 物 力 ， 有 明 显 的 经济 性 和 时效 性 ， 着 数值 模 拟 的快 速 发 展 ， 具 随 数值 解 的 可靠 性 不 断 增 强 ， 文 正是 运 用 平 面 二 维 水流 温 度 场 本 数 学 模 型 ， 鄂 州 电厂 一 、二 、三 期 工程 同时 运 行 的温 排 水 温 对 度 场 进行 了数 值 模 拟 ，从而 为 长 江 环 境 管理 提 供 决 策 依据 。
增 量 冬季 枯 水流 量
一
沿岸 方向 最大 扩
散 距 离／ ｔ ｋ１ １
离岸方 向最 大扩 包络
散 距 离／ ｉ ｋ ｎ ／】 ｋｎ
本 文 通 过 对 鄂 州 电 厂一 、 二 、 三 期 工 程 同 时运 行 情 况 采
用平面二 维水流温 度场 数学模型方法进行计算 的结果分析显
第１ ２卷 第 ９期
２０１ ２在
中 国
水
运
Ｖｏ１ ２ ．１ Ｓｅ ｅｍ ｐｔ ｂｅｒ
Ｎｏ． ９ ２Ｏ１ ２
９月
Ｃｈｉ ａ ｎ Ｗａ ｅｒ ｔ Ｔｒ ｓ ａｎ ｐｏｒ ｔ
电厂温排水对水环境影 响的数值模拟
张 舒
（ 海 市 青 浦 区水 文勘 测 队 ，上 海 ２ １ ０ ） 上 ０ ０ ７
期工程 同时运行 情况下的温度场进行数值模拟 。分析 结果显示 ：在 两种水文条件下 ，排水温升 的影响范 围较小 ，不
会 对 该 处 水 域造 成 明 显 的 热污 染 ，对 长 江水 生珍 稀 动 物 的 生态 环 境 几 乎 没 有 影 响 ，预 测 结 果 可 以为 电厂 设 计 和 环 境
２９ ２－２ ３＋ ９
划一张图系统，为合理利用中小城市空间信息，提高中小城市
规 划 管 理部 门水 平 ，加快 信 息 化 进 程 有着 重 要 现 实 意义 。
参 考 文 献
９ ％枯水 流量 、夏季最枯流量作为温排水对水 环境 影响预测 ０
的 水 文 设 计 条 件 ，对 鄂 州 电厂 温 排 水 对 水 体 环 境 的 影 响 进 行
从 温 升 包 络 线 的 分 布 来 看 ，各 水 文条 件 下 各 温 升 影 响 范 围较 小 。相 比 较 而 言 ，夏 季 水 文 条 件 下 ，水位 较 高 、 流 量 较 大 、 温 排 水 掺 混作 用 较 强 ，其 影 响范 围相 对 较 小 。 冬 季 水 文 条 件 下 水 位 较 低 、 流 量 较 小 、 温 排 水 掺 混 作 用 比 较 弱 ，其 温 升 场 向下 游扩 散 的 距 离 较 远 ，但 因横 向扩 散 宽 度 较 小 ，包 络 线 面 积 较 小 ， 形 状 呈 狭 长 状 ，对 周 围水 环 境 的 影 响 较 小 。冬 季水文 条件下 的 １ ℃温 升 包 络 线 面 积 为 ０ １ ｍ ２ 温 升 包 ．ｋ ， ℃ 络 线 面 积 仅 为 ０ ０ ２ ｍ。 ￣温 升 包 络 线 面 积 更 小 。 ．３ ｋ ，３Ｃ