半封闭海湾内电厂温排水影响计算分析研究

赵芬++李颖茹++徐海奔++吴修锋

摘 要：采用平面二维潮流温度场模型对位于半封闭型海湾内的某电厂温排水分布情况进行分析研究，主要预测不同典型水文条件下的温排水影响范围是否满足世行标准（排放口半径100 m处温升不得超过3 ℃），从而为电厂取、排水口设计方案（位置及型式等）提供依据。

关键词：半封闭海湾 温排水 数值模拟 世行标准

中图分类号：TV131 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0024-03

半封闭海湾一般三面是陆地，只有一面的全部或局部与外部海域相连，因此其潮流动力较弱，对温排水的掺混、稀释效果较差，导致电厂取、排水布置具有较大的难度。

以位于马尔代夫群岛海域的某柴油发电厂为例（见图1），该电厂位于海湾内，三面封闭，仅靠西侧的航道深槽和珊瑚礁与外海相连。选用沿水深平均的二维潮流温度场模型进行潮流场和温度场的计算分析，研究低潮流动力条件下电厂温排水的分布规律，特别是其3 ℃温升包络线是否能够满足不超过排水口半径100 m的世界银行环保要求，从而为电厂取、排水工程布置提供技术依据。

电厂位于马尔代夫群岛的机场岛胡尔马累市，电厂通过2条自流引水管从港池取水，取水头位于厂区西侧，深入港池内部，距离取水泵房约为53 m；排水口位于厂区南侧近岸，采用开敞式表层排水方式。

电厂规划建设6台8 924 kW柴油发电机组，最大排水流量为1.10 m3/s，排水温升8.52 ℃。

1 数学模型

针对电厂所在海湾的形状及潮流特征，选用沿水深平均的平面二维潮流温度场数学模型。在计算时，外海开边界给定逐时潮位过程线。

该数学模型控制方程属混合型算子方程，可采用剖开算子法求解。由于避开了人工滤波方法，该方法具有良好的计算稳定性和较高的计算精度。

2 计算条件

2.1 水文条件

根据电厂附近全球潮位预报站的潮位统计资料，典型潮型分别选取典型大、中、小潮水文条件。

2.2 计算参数

根据计算海域的实际情况，海床糙率选取0.016～0.020；水面综合散热系数按照我国《工业循环水冷却设计规范》推荐的公式确定，为安全起见，在计算该参数时不考虑风速的影响；扩散系数选用Ex=5.0 m2/s，Ey=0.5 m2/s。

3 潮流场计算成果分析

图3为计算海域典型时刻潮流场。由图3可知，电厂所在港池三面封闭，西部虽然与外海相通，但大部分为水下潜礁，过水能力较弱，主要通过西部的南侧航道口门和北侧小口门与外海进行潮流交换。电厂工程近岸岸线较为平顺，潮流为基本呈东西方向的往复流，但工程海域潮流动力很弱，对温排水的稀释和扩散较差。此外，由于水下潜礁较多，在低潮位时常会露出水面，滩槽流速差异较为明显。由于在计算中采用了动边界处理技术，随潮位变化而产生的滩槽差异得到了较好的体现。

4 温排水计算成果分析

图4为电厂在不同典型水文条件下的全潮最大温升包络线，由图4可知以下几点。

（1）电厂附近近岸海域潮流主流方向为东西向的往复流，由于厂址位于港区深处，距离航道口门较远，近岸潮流动力较弱，全潮大部分时段的涨、落潮流速小于5 cm/s。

（2）电厂采用近岸排水方式，在涨潮时，温排水被近岸水流带向厂址东侧海域；在落潮时，温排水被近岸水流带向厂址西侧海域。

计算水文条件下，电厂近岸水域潮流为往复流，温排水主要影响排水口东、西两侧近岸水域，0.5 ℃和1.0 ℃温升区呈较为明显的扁长状分布形态，2.0 ℃以上高温升区主要集中在排水口附近，呈近似椭圆状的分布形态。

（3）电厂所在海域潮差变化较小，不同水文条件下的潮流动力差别不明显，相应的温排水影响面积也差别不大，其中0.5 ℃和1.0 ℃等温升分布范围稍大，2.0 ℃及其以上高温升分布范围较小，仅局限于排水口附近水域。

（4）电厂3.0 ℃等温升值全潮包络线的最大影响长度为70 m，最大宽度50 m，没有超出以排水口为中心、半径100 m的圆形海域。

5 结语

半封闭海湾三面为陆地，只有一面的全部或局部与外海联通，潮流动力较弱，電厂温排水难以被潮流输运、稀释至外海海域，其取、排水布置具有较大的难度。该文所研究的电厂由于机组容量较小，温排水水量较少，虽然布置在半封闭海湾内，但由于排出的热量有限，可以被水体掺混、散发，其温升影响范围满足世行标准。但该工程具有一定的特殊性，一般而言，电厂排水口尽量不要布置在潮流动力较弱的水域，如库区、湖泊及半封闭海湾等水体。

参考文献

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