潮汐河流电厂温排水水温及余氯数值模拟分析

摘要

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，同时也是环境保护科技工作者研究的一个重要领域。特别是潮汐河流，由于水动力条件较为复杂，因而使得热量及污染物的对流扩散及其对环境水体的影响也变得相对复杂。本文以长江下游某感潮河段的温排水为例分别建立了平面二维潮流、温升及余氯数学模型对电厂近岸水域潮流场、温升场、余氯浓度场进行了数值模拟，分析了电厂温排水对排口水域温度及余氯的影响。 本文首先采用有限体积法在矩形交错网格上离散二维潮流运动控制方程，建立了研究水域的二维潮流数学模型，通过潮位、潮流实测资料对模型进行验证，得到了比较理想的结果，并进一步建立了与水流模型耦合的二维温升数学模型、二维余氯数学模型。作为案例，将该模型成功运用于潮汐水流条件下电厂温排水对水温、余氯的空间分布定量模拟分析，针对不同季节的运行工况和水文条件，分析了工程对环境水体水温及余氯空间分布的影响，其结果能够较好地反映潮汐水域中热量、余氯的输移扩散规律。 目前对温排水中余氯研究多限于实验研究，但同时大量的实验结果为进行余氯数值预测时参数选取及生物影响评价提供依据。本文研究结果表明，即使在不利水文条件下，随冷却水排放的余氯产生的浓度场空间分布范围较小，较高浓度的余氯分布在排水口附近的区域，余氯对水环境的影响有限。由模拟结果表明，0.2mg/L余氯浓度增量仅分布在横向宽度为200m、长度为5060m(约占受纳水域水面宽度的13％)的狭长范围内，对水生生物的影响较小。因此研究结果比较理想，可以为电厂冷却水排放口邻近水域的生态环境保护提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出和研究意义

1.2温排水数学模型研究发展概况

1.3研究案例概况

1.4研究内容

1.5研究采用的技术路线

第二章二维水动力数值模拟

2.1研究区域概况

2.1.1地理位置

2.1.2水文条件

2.2数值计算方法

2.2.1有限差分法(FDM)

2.2.2特征法(MOC)

2.2.3有限单元法(FEM)

2.2.4有限分析法

2.2.5有限体积法(FVM)

2.3数学模型

2.3.1控制方程

2.3.2数值计算

2.4控制方程的离散及求解

2.4.1网格剖分

2.4.2坐标变换与网格生成

2.4.3方程离散

2.4.4方程求解——SIMPLER压力校正法

2.5定解条件与参数取值

2.5.1初始条件

2.5.2边界条件

2.5.3动边界处理

2.6参数取值

2.7模型验证

2.7.1模拟时段及验证资料

2.7.2潮位、流速验证

2.7.3潮流场验证

2.7.4小结

第三章二维温升场研究分析

3.1二维温升数学模型

3.2控制方程的离散及求解

3.2.1方程离散

3.2.2 ADI法迭代求解

3.3定解条件与参数取值

3.3.1初始条件

3.3.2边界条件

3.3.3源强项

3.4参数取值

3.5水面综合散热系数(Ks)

3.5.1现场实测法

3.5.2公式计算法

3.5.3经验取值法

3.6模拟结果与分析

3.6.1模拟时段

3.6.2模拟工况

3.6.3模拟结果

3.6.4小结

第四章二维余氯浓度场研究分析

4.1余氯研究现状

4.2研究区域概况

4.3平面二维余氯数学模型

4.4定解条件与参数取值

4.4.1初始条件

4.4.2边界条件

4.5参数取值

4.6余氯影响结果分析

4.7余氯对水生生物影响分析

4.7.1余氯对浮游植物的影响

4.7.2余氯对鱼类的影响

4.7.3小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献：

致谢