一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法，所述方法的步驟如下：總結(jié)分析；計算溫升分布；獲得最大溫升等值線；獲得溫升等值線最大橫向擴散距離；無量綱化；無量綱特征量曲線擬合；得到溫升等值線最大橫向擴散距離公式。本發(fā)明利用現(xiàn)影響溫排水最大橫向擴散距離的主要參數(shù)包括來流比、寬深比、水深、環(huán)境流弗氏數(shù)等，寬深比和來流比在一定范圍內(nèi)無量綱的橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)的特征參數(shù)的變化規(guī)律基本相同的原理，通過獲得的順直河道溫排水溫升等值線最大橫向擴散距離的計算公式，找到了矩形斷面順直河道溫排水最大橫向擴散距離計算方法，為內(nèi)陸核電溫排水排放的廠址選擇及環(huán)境影響評價提供了實用性的參考依據(jù)。
【專利說明】
-種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法，是一種環(huán)境水 力學(xué)計算方法，是一種適用于內(nèi)陸核電溫排水排放的河道內(nèi)最大橫向擴散距離計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電廠溫排水的熱污染問題是核電建設(shè)過程中面臨的主要環(huán)境問題之一。電廠溫排 水排放會造成局部水域溫度升高，危害水生生物，影響生態(tài)環(huán)境。由于內(nèi)陸廠址受納水域水 體容積較小、水流運動較緩慢、水體交換能力較弱，且廠址周圍人口密集、環(huán)境敏感點多，審U 約因素更加復(fù)雜，因此，內(nèi)陸核電的水資源安全問題尤為凸顯。一般情況下，要求溫排水rc 溫升線離岸最遠距離不超過河寬2/3。目前缺乏相應(yīng)的河道溫排水最大橫向擴散距離計算 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散 距離計算方法。所述的方法針對矩形斷面順直河道的研究對象，建立適應(yīng)內(nèi)陸廠址水域的 =維數(shù)學(xué)模型，研究溫排水在不同環(huán)境水域的滲混稀釋規(guī)律，解決了針對內(nèi)陸核電環(huán)保要 求的溫升線離岸最遠距離的計算。
[0004] 本發(fā)明是一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法，所述方法的步驟 如下： 總結(jié)分析的步驟:總結(jié)內(nèi)陸不同類型河道的水力彌散特征及溫排水?dāng)U散規(guī)律;提出適 應(yīng)內(nèi)陸核電廠址水域的有代表性環(huán)境水體特征參數(shù)； 計算溫升分布的步驟:計算溫排水在不同環(huán)境水域中的分布形態(tài)；用于獲得不同環(huán)境 流條件下溫升分布特性； 獲得最大溫升等值線的步驟:用于獲得不同環(huán)境流條件下最大溫升等值線，針對不同 環(huán)境流條件，沿河道縱向連接不同深度上溫升等值線的橫向擴散最遠點，得到垂向最大溫 升等值線； 獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的步驟:針對不同環(huán)境流條件，根據(jù)垂向最大溫升 等值線，獲得溫升等值線最大橫向擴散距離； 無量綱化的步驟:用于將溫升等值線最大橫向擴散距離無量綱化，得到無量綱化的橫 向擴散距離特征量，并將環(huán)境來流條件無量綱化，得到無量綱化的來流比與環(huán)境流弗氏數(shù) 相關(guān)的特征參數(shù)； 無量綱特征量曲線擬合的步驟:用于獲得無量綱的橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán) 境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變化的關(guān)系曲線； 得到溫升等值線最大橫向擴散距離公式的步驟:用于進行溫升等值線最大橫向擴散距 離的計算，根據(jù)無量綱化橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變 化的擬合曲線，可獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的計算公式： TC等溫升線最大橫向擴散距離:
其中：7 1為rc等溫升線最大橫向擴散距離、A為河道深度、公為河道寬度5和深度A 比，
、/為弗如德數(shù)、r為環(huán)境來流比，是環(huán)境來流0 3與排放流 量00之比，
2 °C、3 °C、4 °C等溫升線最大橫向擴散距離：
其中：3，&，(^，^/，6為常數(shù)。
[0005] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用現(xiàn)影響溫排水橫向擴散距離的主要參數(shù)包 括來流比、寬深比、水深、環(huán)境流弗氏數(shù)等，寬深比和來流比在一定范圍內(nèi)無量綱的橫向擴 散距離特征量隨來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)的特征參數(shù)的變化規(guī)律基本相同的原理，通過獲得 的順直河道溫排水溫升等值線最大橫向擴散距離的計算公式，找到了矩形斷面順直河道溫 排水最大橫向擴散距離計算方法，為內(nèi)陸核電溫排水排放的廠址選擇及環(huán)境影響評價提供 了實用性的參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0006] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0007] 圖Ia是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的出流方式俯視示意圖； 圖Ib是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的出流方式與水流方向垂直的斷面意圖； 圖2是本發(fā)明的實施例一所述方法的計算流程示意圖； 圖3是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的溫排水排放最大溫升等值線分布示意圖； 圖4是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的rc等溫升線最大橫向擴散距離與來流比 關(guān)系曲線示意圖； 圖5是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的2°C等溫升線最大橫向擴散距離與來流比 關(guān)系曲線示意圖； 圖6是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的：TC等溫升線最大橫向擴散距離與來流比 關(guān)系曲線示意圖； 圖7是本發(fā)明的實施例一所述使用舉例中的4°C等溫升線最大橫向擴散距離與來流比 關(guān)系曲線示意圖。
【具體實施方式】 [000引 實施例一； 本實施例是一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法。
[0009]針對矩形斷面順直河道中溫排水在水體底層水平出流且與環(huán)境流呈90°夾角的情 況，如圖la、圖化所示，通過S維數(shù)學(xué)模型，模擬研究不同河道寬度公和深度A比（公=公/ A)和環(huán)境來流比（環(huán)境來流0 a與排放流量0 0之比：
條件下溫排水在環(huán)境水域的分 布形態(tài)及其變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當(dāng)寬深比公和來流比r在一定范圍內(nèi)時，無量綱的橫向擴散距 離特征量I
旨來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)的特征參數(shù)I
巧變化規(guī)律基 本相同。根據(jù)運一發(fā)現(xiàn)，本實施例提出了矩形斷面順直河道溫排水最大橫向擴散距離計算 方法。
[0010] 本實施例所述方法的具體如下，計算流程如圖2所示： 計算溫升分布的步驟:建立適應(yīng)內(nèi)陸廠址水域的=維水動力和熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，計算 溫排水在不同河道寬深比公和來流比r的分布形態(tài)；用于獲得不同環(huán)境流條件下溫升分布 特性。本實施例中河道寬深比公和來流比r的范圍為:6.7《40,2.566.7。
[0011] 獲得最大溫升等值線的步驟:用于獲得不同河道寬深比公和來流比r的環(huán)境流條 件下最大溫升等值線，針對不同環(huán)境流條件，沿河道縱向連接不同深度上溫升等值線的橫 向擴散最遠點，得到垂向最大溫升等值線分布。
[0012] 獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的步驟:針對不同河道寬深比公和來流比r的 環(huán)境流條件，根據(jù)最大溫升等值線分布，得到河道上1°(：、2°(：、3°(：、4°(：溫升等值線最大的橫 向擴散距離； 無量綱化的步驟:用于將溫升（1°(：、2°(：、3°(：、4°(：)等值線最大橫向擴散距離和環(huán)境來 流條件無量綱化。溫升等值線最大橫向擴散距離無量綱化為與水深A(yù)和寬深比公相關(guān)的橫
向擴散距離特征量 巧境來流條件無量綱化為與來流比r和環(huán)境流弗氏數(shù)戶 r相關(guān)的特征參數(shù) 無量綱特征量曲線擬合的步驟:用于獲得無量綱的橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán) 境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變化的關(guān)系曲線;橫坐標為來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征 參數(shù)扣，縱坐標為橫向擴散距離特征量指:。
[0013] 得到溫升等值線最大橫向擴散距離公式的步驟：用于進行1°(：、2°(：、3°(：、4°(：溫升 等值線最大橫向擴散距離的計算。根據(jù)無量綱化橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán)境流弗 氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變化的擬合曲線的表達式，可獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的計 算公式： rc等溫升線最大橫向擴散距離:..1 ..
2 °C、3 °C、4 °C等溫升線最大橫向擴散距離：
其中：為rc等溫升線最大橫向擴散距離、A為河道深度、公為河道寬度5和深度A 比，
、/為弗如德數(shù)、r為環(huán)境來流比，是環(huán)境來流03與排放流量
;a，6，c，式e為常數(shù)，通過曲線擬合的方法得到。
[0014] 使用舉例： 1.計算溫排水在23種不同河道寬深比公和來流比T條件下的溫升分布形態(tài)，并統(tǒng)計 得到垂向最大溫升等值線分布，如圖3所示。河道寬深比公和來流比r的范圍為:6.7《公 《40,2.5《66.7。
[0015] 2.根據(jù)上述不同河道寬深比公和來流比r條件下的垂向最大溫升等值線分布， 分別得到1°(：、2°(：、3°(：、4°(：溫升等值線最大的橫向擴散距離7。由此計算無量綱化的溫升 等值線最大橫向擴散距離特征量
曼其對應(yīng)的無量綱化環(huán)境來流條件特征參 數(shù)
[0016] 3.分別擬合1°(：、2°(：、3°(：、4°(：溫升等值線最大的橫向擴散距離無量綱特征量少。 隨無量綱化環(huán)境來流條件特征參數(shù)ra變化的關(guān)系曲線，橫坐標為ra，縱坐標為橫向擴散距 離特征量7 3。圖4至圖7所示分別為1°(：、2°(：、3°(：、4°(：等溫升線最大橫向擴散距離與來流比 關(guān)系曲線示意圖。根據(jù)擬合曲線的表達式，可獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的計算公 式：
[0017] 其中，寬深比范圍：6.7《公《40;來流比范圍：2.5《66.7,1.5《 27。
[0018] 最后應(yīng)說明的是，W上僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布 置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W對本發(fā)明的技術(shù) 方案（比如擬合的方式、步驟的先后順序等)進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù) 方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴散距離計算方法，其特征在于，所述方法的步 驟如下： 總結(jié)分析的步驟:總結(jié)我國內(nèi)陸不同類型河道的水力彌散特征及溫排水?dāng)U散規(guī)律;提 出適應(yīng)內(nèi)陸核電廠址水域的有代表性環(huán)境水體特征參數(shù)； 計算溫升分布的步驟:計算溫排水在不同環(huán)境水域中的分布形態(tài)；用于獲得不同環(huán)境 流條件下溫升分布特性； 獲得最大溫升等值線的步驟：用于獲得不同環(huán)境流條件下最大溫升等值線，針對不同 環(huán)境流條件，沿河道縱向連接不同深度上溫升等值線的橫向擴散最遠點，得到垂向最大溫 升等值線； 獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的步驟:針對不同環(huán)境流條件，根據(jù)垂向最大溫升 等值線，獲得溫升等值線最大橫向擴散距離； 無量綱化的步驟：用于將溫升等值線最大橫向擴散距離無量綱化，得到無量綱化的橫 向擴散距離特征量，并將環(huán)境來流條件無量綱化，得到無量綱化的來流比與環(huán)境流弗氏數(shù) 相關(guān)的特征參數(shù)； 無量綱特征量曲線擬合的步驟:用于獲得無量綱的橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán) 境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變化的關(guān)系曲線； 得到溫升等值線最大橫向擴散距離公式的步驟:用于進行溫升等值線最大橫向擴散距 離的計算，根據(jù)無量綱化橫向擴散距離特征量隨來流比與環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)變 化的擬合曲線，可獲得溫升等值線最大橫向擴散距離的計算公式： rc等溫升線最大橫向擴散距離其中：7 1為rc等溫升線最大橫向擴散距離、A為河道深度、盧為河道寬度和深度力 比，盧=5 / A為弗如德數(shù)、r為環(huán)境來流比，是環(huán)境來流Pa與排放流量 (60之2 °C、3 °C、4 °C等溫升線最大橫向擴散距離其中：a，/?，c，c/，e為常數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK106021951SQ201610385698
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張海文, 紀平, 趙懿珺, 曾利, 袁玨, 張強, 段亞飛
【申請人】中國水利水電科學(xué)研究院