高濃熱鹽水排海輸移擴(kuò)散規(guī)律研究.pdf

1、海水淡化在有效解決缺水問題的同時(shí)，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了一些不利影響，其中淡化過程中產(chǎn)生的高濃熱鹽水直接排海對(duì)海洋環(huán)境的影響已經(jīng)引起了環(huán)境專家和漁業(yè)界的關(guān)注。但是我國目前還沒有完善的制度來規(guī)范限制高濃熱鹽水的不當(dāng)排放，因此十分有必要探索研究其直接排放對(duì)環(huán)境的影響程度，以便采取合理的技術(shù)來保護(hù)環(huán)境，這就提出了用何種模型才能較準(zhǔn)確地模擬高濃熱鹽水排入大水體中的輸移擴(kuò)散情況。 現(xiàn)有的國內(nèi)外關(guān)于流體排海問題的研究主要涉及污染物排放以及熱電站或

2、核電站的冷卻水排放，而溫度差和濃度差同時(shí)存在的廢水排海問題的研究還不多見。對(duì)高濃熱鹽水排放而言，能量和物質(zhì)的傳遞與單獨(dú)由溫差或者鹽度差驅(qū)動(dòng)的自然對(duì)流會(huì)有很大的不同，必須同時(shí)考慮溫度、濃度和速度場(chǎng)之間的耦合相互作用以及溫度梯度和濃度梯度產(chǎn)生的浮升力對(duì)其對(duì)流擴(kuò)散過程的影響。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，建立了波流聯(lián)合作用下的高濃熱鹽水輸移擴(kuò)散三維數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)實(shí)際海灣的潮流場(chǎng)和高濃熱鹽水進(jìn)入海洋水體后經(jīng)湍動(dòng)混合與輸移擴(kuò)散后的時(shí)空分布特性進(jìn)行數(shù)值

3、模擬，揭示了高濃熱鹽水在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動(dòng)及演變規(guī)律，研究各種海洋環(huán)境特征對(duì)它的作用機(jī)理和規(guī)律，進(jìn)而對(duì)排放影響作出分析判斷。準(zhǔn)確掌握近岸海域高濃熱鹽水的輸移擴(kuò)散規(guī)律，特別是潮流和波浪在其中的作用，不僅為合理布置水電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備的取水口和排放口位置、盡量減小濃鹽水排放對(duì)海洋環(huán)境造成的負(fù)面影響提供了有效途徑，而且對(duì)提高電廠運(yùn)行效率、海水淡化效率、以及排放設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際意義和理論價(jià)值。 本文的研究工作及主要研究成果： 1.在

4、陸架區(qū)三維多功能水動(dòng)力學(xué)模型COHERENS和波浪模型SWAN的基礎(chǔ)上，針對(duì)研究問題的具體需要，建立了波流聯(lián)合作用下的高濃熱鹽水輸移擴(kuò)散三維數(shù)學(xué)模型，該模型在流溫鹽的垂向混合系數(shù)的計(jì)算中考慮波浪的影響，將COHERENS模式的垂向湍流混合計(jì)算方案與波浪產(chǎn)生的垂向湍流混合相結(jié)合，建立了直接含波浪影響的垂向混合作用計(jì)算方案。 2.針對(duì)膠州灣近岸海域的地形特征以及重點(diǎn)研究區(qū)域內(nèi)計(jì)算精度的要求，潮流數(shù)值模擬中采用網(wǎng)格嵌套技術(shù)，分成渤、黃

5、海大尺度、膠州灣及其周圍海域中尺度以及膠州灣近岸海域小尺度三重網(wǎng)格嵌套方式進(jìn)行，模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)資料基本相符，單站潮位、垂向平均的流速和流向模擬結(jié)果令人滿意，水動(dòng)力模式結(jié)果基本反映了膠州灣的水動(dòng)力特征。 3.以膠州灣西岸的某電廠高濃熱鹽水排放為例，在水動(dòng)力特性研究的基礎(chǔ)上研究了高濃熱鹽水自排放口流出后分別在單純潮流以及波流共同作用下的流動(dòng)速度分布和相應(yīng)的溫、鹽時(shí)空分布特性，分析了潮周期平均的溫度場(chǎng)和鹽度場(chǎng)、深度平均的溫度

6、場(chǎng)和鹽度場(chǎng)、潮周期平均的溫度和鹽度垂向分布等。結(jié)果表明：規(guī)則半日潮流對(duì)高濃熱鹽水的輸移擴(kuò)散起著決定性作用，同時(shí)波浪對(duì)近岸緩坡區(qū)域物質(zhì)輸運(yùn)也起著重要影響；等溫線和等鹽度線的分布基本相似，高濃熱鹽水輸移擴(kuò)散過程中受溫度和鹽度的分子擴(kuò)散速率差異的影響很小，沒有出現(xiàn)因分子擴(kuò)散速率差異而形成的雙擴(kuò)散流動(dòng)特征和異質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象。 4.對(duì)溫度和鹽度之間的非線性耦合關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，鹽度增加IPSU使海水密度的增加值比溫度增加1℃使海水密度的減小值要大