论文部分内容阅读
随着京津冀城市群的快速发展，河北省沿海地区需要大量的电力供应，电力需求的增大导致沿海电厂行业进一步发展，电厂排放的温排水会使得周边海域海水温度上升，可能导致海洋环境退化。大唐国际王滩发电厂为城市的发展提供了电力保障，但电厂排放的温排水会造成海洋环境的改变。电厂排水口位于复杂河口区，附近有湖林新河、潟湖和京唐港等复杂地貌和工程。由于温升受到潮位、潮流、风、波浪和排水条件等多种因素的共同作用，因此在复杂河口区，对各因素单独作用时温升平面和垂向分布特征展开研究是十分必要的。
首先，本文概述了电厂附近海域气温和降雨特征，统计分析风和波浪的季节分布，并通过2017年实测资料分析潮位、潮流、电厂排水和海域水温变化过程。分析结果显示电厂附近海域年平均潮差为1.77m，最低潮差为1.52m，最高潮差为2.04m。通过资料的收集、整理与分析为电厂温排水研究提供了基础数据依据。
其次，利用MIKE3FM软件建立了三维双重嵌套模型，建立了渤海大区域以及电厂小区域水动力和温度耦合数学模型，利用实测潮位、风、波浪和温度数据进行模型验证。利用验证良好的数学模型进行不同潮流作用下的温升特征研究，选取大、小潮典型时刻分析温升平面分布和垂向结构。结果表明：温升影响主要集中在湖林新河和潟湖内部，口门外海域温升很小，基本在0.5℃以下。相比于大潮，由于小潮动力较弱，紊动作用较弱，造成温升影响范围相对略大。潟湖内部温升由于拦门沙的存在，潟湖口门向潟湖内部呈不同的分层特征。自湖林新河至口门外海域，距离排水口愈远，温升愈小，且分层现象明显，表层温升最高，底层温升低。
再次，选取常浪和强浪作为代表浪，分析波浪作用对温升的影响。结果表明：由于温排水主要温升区为湖林新河和潟湖，口门外海域温升值很小；而波浪向岸传播过程中，水深减小，阻力增大，使得波浪衰减明显，对口门附近海域以及湖林新河影响极小。因此，波浪对温升的平面分布几乎无影响(最大温升差异为0.1℃)。但由于波浪加强了紊动混合作用，减弱了温升垂向分层，且波浪作用愈强，温升垂向差异愈小。NE向风使得近岸海域水体产生SW向的风生流，增强了热量沿岸输运，相应地减弱了热量的离岸输运；同时也略增强了潟湖内水体的热量向西输运。
最后，针对不同排水条件对温升特征的影响，分别进行了现阶段正常排水条件、现阶段极限排水条件(最大排水量和最大排水温度)以及扩大规模后极限排水条件下的温升场模拟和分析。结果表明：随着排水量增加和排水温度升高，温升影响范围和影响程度均有明显提高。湖林新河内部温升增高明显，潟湖以及口门外温升影响范围均有扩大，温升程度也随之升高。
总体上，本文分别进行多种因素(潮流、波浪、风和排水条件)作用下在复杂河口区的温升特征研究，分析温升场受不同影响因素的响应特征，明确各因素对温升平面分布和垂向结构的不同影响程度。排水条件对温升起控制作用，改变排水量和排水温度可显著影响温升分布；风动力作用对于温升影响较大，风生流会对温升平面分布产生重要影响；不同潮流作用造成温升影响差异较小，主要影响温升输运范围；波浪作用对温升平面分布影响极小，但可减弱温升垂向分层。本研究可为电厂温排水排放方案的设计提供科学参考依据，并为温排水入海的研究提供借鉴经验。
首先，本文概述了电厂附近海域气温和降雨特征，统计分析风和波浪的季节分布，并通过2017年实测资料分析潮位、潮流、电厂排水和海域水温变化过程。分析结果显示电厂附近海域年平均潮差为1.77m，最低潮差为1.52m，最高潮差为2.04m。通过资料的收集、整理与分析为电厂温排水研究提供了基础数据依据。
其次，利用MIKE3FM软件建立了三维双重嵌套模型，建立了渤海大区域以及电厂小区域水动力和温度耦合数学模型，利用实测潮位、风、波浪和温度数据进行模型验证。利用验证良好的数学模型进行不同潮流作用下的温升特征研究，选取大、小潮典型时刻分析温升平面分布和垂向结构。结果表明：温升影响主要集中在湖林新河和潟湖内部，口门外海域温升很小，基本在0.5℃以下。相比于大潮，由于小潮动力较弱，紊动作用较弱，造成温升影响范围相对略大。潟湖内部温升由于拦门沙的存在，潟湖口门向潟湖内部呈不同的分层特征。自湖林新河至口门外海域，距离排水口愈远，温升愈小，且分层现象明显，表层温升最高，底层温升低。
再次，选取常浪和强浪作为代表浪，分析波浪作用对温升的影响。结果表明：由于温排水主要温升区为湖林新河和潟湖，口门外海域温升值很小；而波浪向岸传播过程中，水深减小，阻力增大，使得波浪衰减明显，对口门附近海域以及湖林新河影响极小。因此，波浪对温升的平面分布几乎无影响(最大温升差异为0.1℃)。但由于波浪加强了紊动混合作用，减弱了温升垂向分层，且波浪作用愈强，温升垂向差异愈小。NE向风使得近岸海域水体产生SW向的风生流，增强了热量沿岸输运，相应地减弱了热量的离岸输运；同时也略增强了潟湖内水体的热量向西输运。
最后，针对不同排水条件对温升特征的影响，分别进行了现阶段正常排水条件、现阶段极限排水条件(最大排水量和最大排水温度)以及扩大规模后极限排水条件下的温升场模拟和分析。结果表明：随着排水量增加和排水温度升高，温升影响范围和影响程度均有明显提高。湖林新河内部温升增高明显，潟湖以及口门外温升影响范围均有扩大，温升程度也随之升高。
总体上，本文分别进行多种因素(潮流、波浪、风和排水条件)作用下在复杂河口区的温升特征研究，分析温升场受不同影响因素的响应特征，明确各因素对温升平面分布和垂向结构的不同影响程度。排水条件对温升起控制作用，改变排水量和排水温度可显著影响温升分布；风动力作用对于温升影响较大，风生流会对温升平面分布产生重要影响；不同潮流作用造成温升影响差异较小，主要影响温升输运范围；波浪作用对温升平面分布影响极小，但可减弱温升垂向分层。本研究可为电厂温排水排放方案的设计提供科学参考依据，并为温排水入海的研究提供借鉴经验。