一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法技术

本发明专利技术涉及一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法，包括：确定排水明渠宽度；量化海岸线；量化海域地形；确定直堤段大致方向；确定直堤段准确长度；确定折弯段方向和角度；确定主涨落潮流法线方向；确定出流角度；确定折弯段长度；构建流场数学模型；排水海域流场模拟；构建温升场数学模型；排水明渠热影响计算。本发明专利技术在不提高建造成本的前提下，利用排水海域潮流、地形和明渠构型特征，增强环境水体对温排水的掺混稀释能力，以预防温排水的高温升区贴岸，减少其影响范围，提高排水对生态环境的友好性。本发明专利技术提出设计方法既能够应用于新建或在建工程中，为降低滨海贴岸热污染，保障电厂生态、经济运行提供了科学有效的支持。效的支持。效的支持。

【技术实现步骤摘要】
一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法


[0001]本专利技术涉及一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法，是一种环境友好的水工设计方法，是一种位于河口、海岸的电厂采用明渠排放温排水时，为避免温排水造成热污染贴岸的环境友好型明渠设计方法。

技术介绍

[0002]位于河口、海岸的电厂(包括常规热电厂和核电厂)通常采用明渠排放冷却水，以便使用廉价的冷海水通过热交换冷却电厂中循环的高质量循环冷却水。这种能够排放的廉价冷却水由于在热交换中进行了严格的隔离措施，因此通常不会携带任何污染物(包括放射性污染物)，但由于其本身的水温高于周围海域的水温，并且排水量较大，长期源源不断的排放积累会造成近岸区域的水温显著升高，称之为贴岸热污染。
[0003]传统排水明渠的设计主要考虑的是通过明渠导流堤将温排水引导至远离取水口的海域，以减少温排水对取水温升的影响，进而保障电厂运行的经济性。因为从天然水体中抽取的冷却水温度直接关系到机组的发电效率和燃料消耗率，炎热季节冷却水温度每升高2℃，机组效率降低1％，当水温超过一定限度时，发电机组将强迫降低负荷，还会形成水循环短路，影响发电机组的安全和满发。因此，传统的电厂排水以近岸等长度的直堤明渠为主。此类明渠具有构型简单、易于施工等优点。但传统的排水明渠设计较多考虑的是对电厂本身成本的影响因素，而没有考虑或甚少考虑所排出的温排水对周围生态环境的影响，特别是对近岸生物物种较为丰富的区域所造成的负面影响。在全球海洋环境变化、环保呼声日益强烈以及国家生态文明建设蓬勃发展，水生态环境保护监管日趋严格的背景下，如何改进排水明渠的设计方案，尽力降低贴岸热污染的风险，是一个亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法。所述的方法充分利用工程海域潮流、地形特点及排水明渠构型特征，设计对环境较为友好的排水明渠，使可能形成的热污染分布区域尽量远离海岸线，且热影响面积控制在较小区域。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法，所述设计方法所设计的排水明渠，为折弯形，包括：与电厂的拟设计排水口连接的直堤段和连接离岸出水口和直堤段的折弯段，所述的折弯段两侧导流堤长度不同，距离淹没岸线较近的一侧定义为折弯段外侧，距离淹没岸线较远侧定义为折弯段内侧，所述方法的步骤如下：
[0006]步骤1，确定排水明渠宽度：根据机组的总排水量Q、排水最大流速限制v、排水明渠水深H，计算出排水明渠的宽度B；
[0007]步骤2，量化排水工程所在海域的岸线：以电厂机组的拟设计排水口的中心点O为圆心，以数倍渠道宽度B为半径，绘制设计圆，在设计圆内绘制当地理论最高潮位所对应的
淹没岸线；
[0008]步骤3，量化排水明渠所在附近海域地形：在设计圆内以原点O为基点，以1米为间距绘制海域地形等深线；
[0009]步骤4，确定直堤段向外海延伸的大致方向：根据拟设计排水口的位置和排水大致方向，以及便于将温排水引导至与海水混合的水深条件相对较好的区域为条件，综合确定直堤段向外海延伸的大致方向；
[0010]步骤5，确定直堤段的准确方向和长度：在直堤段向外海延伸的大致方向，选择在量化地形急剧加深的边缘的一条地形等深线上的一点J，J点的曲率半径指向O点，连接J、O绘制出法线N，并以J、O两点之间的距离为明渠直堤段长度；在O点两侧分别取1/2的渠道宽度B，沿N方向作长度为OJ的两条平行线，作为直堤段两侧导流堤的位置，直堤段出口端两侧导流堤顶端分别为A和A
’
；
[0011]步骤6，确定折弯段的折弯方向：确定直堤段端点的局部地形等深线梯度，以相邻等深线水平间距平均值最小的连线确定等深线梯度方向N
’
，并以此方向选择折弯段的折弯方向；
[0012]步骤7，确定折弯角度α：在直堤段的设计终点J，以正北方向为基准，逆时针旋转至等深线梯度方向N
’
，得到在J的折弯段的折弯角度α；
[0013]步骤8，确定排水海域主涨落潮流法线方向：根据当地潮汐和潮流水文测验资料，确定等深线的梯度方向N
’
上，十倍排水明渠宽度B范围的潮流过程，以最大涨潮流3小时内的平均流向和最大落潮流3小时内的平均流向，定义为主涨落潮的流向，进而确定排水海域主涨落潮流法线方向；
[0014]步骤9，确定折弯段的出流角度β：以正北方向为基准，逆时针旋转至主涨落潮流向的法线方向所得角度为折弯段的出流角度β；
[0015]步骤10，确定折弯段内外两侧导流堤长度：折弯段内外两侧导流堤长度公式：
[0016]折弯段外侧堤长度L
外
：
[0017]L
外
＝Q
×
(ΔT
‑
4)/4u
‑
D
[0018]折弯段内侧堤长度L
内
：
[0019]L
内
＝L
外
+cos(α
‑
γ)
×
W+sin(α
‑
γ)
×
tan(α
‑
β)
×
W
[0020]其中；Q为最不利温升情况下的总排水；ΔT为排水温升；u为当地海域平均潮流流速；D为直堤段外侧堤出口端A到淹没岸线的垂直距离；γ为直堤段出口端两侧导流堤顶端连线A
‑
A
’
与正北方向的锐角夹角；W为直堤段两侧导流堤正北方向上的连线长度，W＝B
×
cosγ；
[0021]步骤11，构建排水明渠二维流场数学模型：二维流场数学模型的构建按照电厂排水工程周围环境条件设置模型模拟范围、划分计算网格、环境流场边界条件及初始条件、滨海岸线、海底地形、海底糙率系数，排水明渠位置、尺寸、深度，根据流场模拟结果获取排水工程海域及排水明渠附近的整体及局部流场；
[0022]步骤12，排水海域流场模拟：获取电厂排水海域的涨潮、落潮时潮流流向、流速的潮流特征数据，验证流场数学模型模拟结果，确定排水海域流场特征；
[0023]步骤13，构建排水明渠二维温升场数学模型：在二维流场数学模型的基础上，构建二维温升场数学模型，根据现阶段排水明渠特征及排放参数设置排水明渠的位置、尺寸及
深度，排水流量及温升、温升场边界条件及初始条件、工程海域表面散热系数、粘滞系数及扩散系数，根据温升场模拟结果获取现状排水明渠对排水海域的热影响；
[0024]步骤14，排水明渠热影响计算：在温升模型中调整排水明渠特征参数设置，分析温升场模拟结果及其对取水温升方面的综合影响，确保各项参数均在环保要求范围内，如果出现严重偏差则回到步骤4，重新对明渠各项参数进行优化，直至获得满意结果。
[0025]本专利技术的优点和有益效果是：本专利技术针对电厂排水明渠结构，在尽力不提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预防贴岸热污染的电厂近岸折弯式排水明渠设计方法，所述设计方法所设计的排水明渠，为折弯形，包括：与电厂的拟设计排水口连接的直堤段和连接离岸出水口和直堤段的折弯段，所述的折弯段两侧导流堤长度不同，距离淹没岸线较近的一侧定义为折弯段外侧，距离淹没岸线较远侧定义为折弯段内侧，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，确定排水明渠宽度：根据机组的总排水量Q、排水最大流速限制v、排水明渠水深H，计算出排水明渠的宽度B；步骤2，量化排水工程所在海域的岸线：以电厂机组的拟设计排水口的中心点O为圆心，以数倍渠道宽度B为半径，绘制设计圆，在设计圆内绘制当地理论最高潮位所对应的淹没岸线；步骤3，量化排水明渠所在附近海域地形：在设计圆内以原点O为基点，以1米为间距绘制海域地形等深线；步骤4，确定直堤段向外海延伸的大致方向：根据拟设计排水口的位置和排水大致方向，以及便于将温排水引导至与海水混合的水深条件相对较好的区域为条件，综合确定直堤段向外海延伸的大致方向；步骤5，确定直堤段的准确方向和长度：在直堤段向外海延伸的大致方向，选择在量化地形急剧加深的边缘的一条地形等深线上的一点J，J点的曲率半径指向O点，连接J、O绘制出法线N，并以J、O两点之间的距离为明渠直堤段长度；在O点两侧分别取1/2的渠道宽度B，沿N方向作长度为OJ的两条平行线，作为直堤段两侧导流堤的位置，直堤段出口端两侧导流堤顶端分别为A和A
’
；步骤6，确定折弯段的折弯方向：确定直堤段端点的局部地形等深线梯度，以相邻等深线水平间距平均值最小的连线确定等深线梯度方向N
’
，并以此方向选择折弯段的折弯方向；步骤7，确定折弯角度α：在直堤段的设计终点J，以正北方向为基准，逆时针旋转至等深线梯度方向N
’
，得到在J的折弯段的折弯角度α；步骤8，确定排水海域主涨落潮流法线方向：根据当地潮汐和潮流水文测验资料，确定等深线的梯度方向N
’
上，十倍排水明渠宽度B范围的潮流过程，以最大涨潮流3小时内的平均流向和最大落潮流3小时内的平均流向，定义为主涨落潮的流向，进而确定排水海域主涨落潮流法线方向；步骤9，确定折弯段的出流角度β：以正北方向为基准，逆时针旋转至主涨落潮流向的法线...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑞，赵懿珺，纪平，高宁，李延军，段亚飞，汪海丰，周若凡，康占山，杨红义，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：