李超

【摘 要】本文通過建立二位水流溫升場數(shù)學(xué)模型，模擬了水流變化規(guī)律，以某核電廠為例，選取典型水文條件，分析計(jì)算溫排水的影響范圍與程度，希望能為類似核電項(xiàng)目溫排水計(jì)算的提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】核電廠；溫排水；數(shù)學(xué)模型

0 前言

國家“十三五”能源規(guī)劃將大力發(fā)展核電，核電廠址將會(huì)日趨集中，核電廠溫排水對(duì)環(huán)境的影響日益顯現(xiàn)。為此，研究核電廠溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型的計(jì)算方法具有重要意義。本文采用平面二位水流溫升場數(shù)學(xué)模型，以某核電廠溫排水為例，重點(diǎn)闡述了數(shù)學(xué)模型[1]的建立方法、計(jì)算條件的選取、數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證等內(nèi)容。

1 平面二維水流溫升場數(shù)學(xué)模型

1.1 水流數(shù)學(xué)模型

2）邊界條件：水流數(shù)學(xué)模型的計(jì)算邊界為開邊界，計(jì)算時(shí)給以潮位邊界條件；固定邊界采用可滑動(dòng)邊界條件，即？墜U/？墜n=0（U為邊界水流合速度，n為固定邊界法向單位向量）；對(duì)于兩岸邊灘，則采用動(dòng)邊界方法處理。電廠取、排水口均給以恒定流量邊界條件，其進(jìn)、出口流速隨潮位漲落而變化，由程序自動(dòng)計(jì)算得到。

1.2 溫升場數(shù)學(xué)模型

1.3 數(shù)值計(jì)算方法

平面二維水流溫升場數(shù)學(xué)模型中含有非線性混合算子，可以采用剖開算子法進(jìn)行離散求解。這一數(shù)值方法根據(jù)方程所含算子的不同特性，將其剖分為幾個(gè)不同的子算子方程，各子算子方程采用與之相適應(yīng)的數(shù)值方法求解。剖開算子法能有效地解決方程的非線性和自由表面問題，具有良好的計(jì)算穩(wěn)定性和較高的計(jì)算精度[2]。

2 計(jì)算條件的選取

2.1 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格布置

某核電工程所在渤海灣海域岸線較為復(fù)雜，包括萊州灣、渤海灣和遼東灣等三個(gè)大海灣，既有小清河口、黃河口、海河口、灤河口等河口地區(qū)，也有菊花島、葫蘆島等幾十個(gè)大小島嶼，潮流受水下地形、陸域岸線及島嶼等的影響較大，在黃河口和秦皇島附近水域還存在M2分潮的兩個(gè)無潮點(diǎn)。

為較好地復(fù)演廠址附近海域的潮流運(yùn)動(dòng)，兼顧海洋站點(diǎn)的設(shè)置情況，應(yīng)采用大、小區(qū)域嵌套方式進(jìn)行計(jì)算分析，由大區(qū)域模型為小區(qū)域模型提供水流（潮位）邊界條件。

2.2 計(jì)算水文條件

利用原型觀測水文資料作為水流數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證的水文條件，根據(jù)全潮水文原型測驗(yàn)，選取大潮和小潮2個(gè)冬季典型實(shí)測水文條件。

典型水文條件主要是溫排水影響預(yù)測所需的不利水文條件。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范規(guī)程及本專題技術(shù)任務(wù)書的要求，根據(jù)廠址附近黃驊港海洋站2010年～2014年預(yù)報(bào)逐時(shí)潮位資料，統(tǒng)計(jì)出該站的日均潮差（每天1個(gè)潮差值）值，得到黃驊港海洋站日均潮差統(tǒng)計(jì)頻率曲線。根據(jù)上述潮差特征值，反查潮汐報(bào)表，得到不同潮差的發(fā)生日期，由此得到計(jì)算采用的典型水文條件。

2.3 計(jì)算組次安排

根據(jù)核電項(xiàng)目六臺(tái)機(jī)組的取水量和排水量，2種設(shè)計(jì)工況，得到溫排水?dāng)?shù)模計(jì)算組次：6（六種典型水文條件）×2（兩種設(shè)計(jì)工況）=12。因此，溫排水排放數(shù)值模擬研究的計(jì)算組次共計(jì)12組。

3 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證計(jì)算

結(jié)合冬季原型水文觀測資料，對(duì)上述建立的平面二維水流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算。綜合分析計(jì)算結(jié)果，可見：

1）潮位驗(yàn)證結(jié)果良好：高、低平潮的潮位誤差基本小于5cm，潮時(shí)誤差基本小于10min；表明計(jì)算得到的潮波運(yùn)動(dòng)與實(shí)際潮波吻合良好，本數(shù)學(xué)模型較好地反映了工程所在海域的實(shí)際潮波運(yùn)動(dòng)情況。

2）流速（向）驗(yàn)證結(jié)果較好：實(shí)測潮型下各點(diǎn)流速誤差基本小于0.05m/s，流向誤差基本小于15°，漲、落潮發(fā)生時(shí)刻誤差基本小于10min；表明模型較好地反映了廠址附近海域潮流主要為往復(fù)流、流向基本與岸線垂直的水流特性。

3）流量驗(yàn)證結(jié)果良好：實(shí)測潮型下斷面流量計(jì)算值與實(shí)測變化規(guī)律基本一致，各點(diǎn)流量誤差基本小于5%；表明模型較好地反映了附近河道的水流變化特性。

4 結(jié)論

綜上所述，通過建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型，能夠較好地模擬核電所在海域及主要入海河流的水（潮）流變化規(guī)律，可以滿足《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JTS/231-2010）的要求，其計(jì)算結(jié)果是可信的，水流計(jì)算參數(shù)是合理的，可以利用該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行核電溫排水排放的計(jì)算分析研究，希望能夠?yàn)橥惡穗婍?xiàng)目溫排水計(jì)算提供參考依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫艷濤，等.長江水域電廠溫排水?dāng)?shù)值模擬[J].南水北調(diào)與水利科技，2013（6）：163-166.

[2]吳時(shí)強(qiáng)，等.液化天然氣接收站取排水工程冷排水影響預(yù)測與分析[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2007（3）：38-43.

[責(zé)任編輯：田吉捷]