核电厂温排水数学模型计算方法及实践

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【摘 要】本文通过建立二位水流温升场数学模型，模拟了水流变化规律，以某核电厂为例，选取典型水文条件，分析计算温排水的影响范围与程度，希望能为类似核电项目温排水计算的提供依据。

【关键词】核电厂；温排水；数学模型

0 前言

国家“十三五”能源规划将大力发展核电，核电厂址将会日趋集中，核电厂温排水对环境的影响日益显现。为此，研究核电厂温排水数学模型的计算方法具有重要意义。本文采用平面二位水流温升场数学模型，以某核电厂温排水为例，重点阐述了数学模型[1]的建立方法、计算条件的选取、数学模型的验证等内容。

1 平面二维水流温升场数学模型

1.1 水流数学模型

2）边界条件：水流数学模型的计算边界为开边界，计算时给以潮位边界条件；固定边界采用可滑动边界条件，即？坠U/？坠n=0（U为边界水流合速度，n为固定边界法向单位向量）；对于两岸边滩，则采用动边界方法处理。电厂取、排水口均给以恒定流量边界条件，其进、出口流速随潮位涨落而变化，由程序自动计算得到。

1.2 温升场数学模型

1.3 数值计算方法

平面二维水流温升场数学模型中含有非线性混合算子，可以采用剖开算子法进行离散求解。这一数值方法根据方程所含算子的不同特性，将其剖分为几个不同的子算子方程，各子算子方程采用与之相适应的数值方法求解。剖开算子法能有效地解决方程的非线性和自由表面问题，具有良好的计算稳定性和较高的计算精度[2]。

2 计算条件的选取

2.1 计算区域及网格布置

某核电工程所在渤海湾海域岸线较为复杂，包括莱州湾、渤海湾和辽东湾等三个大海湾，既有小清河口、黄河口、海河口、滦河口等河口地区，也有岛、葫芦岛等几十个大小岛屿，潮流受水下地形、陆域岸线及u屿等的影响较大，在黄河口和秦皇岛附近水域还存在M2分潮的两个无潮点。

为较好地复演厂址附近海域的潮流运动，兼顾海洋站点的设置情况，应采用大、小区域嵌套方式进行计算分析，由大区域模型为小区域模型提供水流（潮位）边界条件。

2.2 计算水文条件

利用原型观测水文资料作为水流数学模型验证的水文条件，根据全潮水文原型测验，选取大潮和小潮2个冬季典型实测水文条件。

典型水文条件主要是温排水影响预测所需的不利水文条件。根据国家相关规范规程及本专题技术任务书的要求，根据厂址附近黄骅港海洋站2010年～2014年预报逐时潮位资料，统计出该站的日均潮差（每天1个潮差值）值，得到黄骅港海洋站日均潮差统计频率曲线。根据上述潮差特征值，反查潮汐报表，得到不同潮差的发生日期，由此得到计算采用的典型水文条件。

2.3 计算组次安排

根据核电项目六台机组的取水量和排水量，2种设计工况，得到温排水数模计算组次：6（六种典型水文条件）×2（两种设计工况）=12。因此，温排水排放数值模拟研究的计算组次共计12组。

3 数学模型验证计算

结合冬季原型水文观测资料，对上述建立的平面二维水流数学模型进行了验证计算。综合分析计算结果，可见：

1）潮位验证结果良好：高、低平潮的潮位误差基本小于5cm，潮时误差基本小于10min；表明计算得到的潮波运动与实际潮波吻合良好，本数学模型较好地反映了工程所在海域的实际潮波运动情况。

2）流速（向）验证结果较好：实测潮型下各点流速误差基本小于0.05m/s，流向误差基本小于15°，涨、落潮发生时刻误差基本小于10min；表明模型较好地反映了厂址附近海域潮流主要为往复流、流向基本与岸线垂直的水流特性。

3）流量验证结果良好：实测潮型下断面流量计算值与实测变化规律基本一致，各点流量误差基本小于5%；表明模型较好地反映了附近河道的水流变化特性。

4 结论

综上所述，通过建立平面二维水流数学模型，能够较好地模拟核电所在海域及主要入海河流的水（潮）流变化规律，可以满足《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》（JTS/231-2010）的要求，其计算结果是可信的，水流计算参数是合理的，可以利用该数学模型进行核电温排水排放的计算分析研究，希望能够为同类核电项目温排水计算提供参考依据。

【参考文献】

[1]孙艳涛，等.长江水域电厂温排水数值模拟[J].南水北调与水利科技，2013（6）：163-166.

[2]吴时强，等.液化天然气接收站取排水工程冷排水影响预测与分析[J].水利水运工程学报，2007（3）：38-43.