一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散斷面面積計(jì)算方法
【專(zhuān)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(kuò)散斷面面積計(jì)算方法，包括：分析；計(jì)算溫升分布；獲得垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)；獲得溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積；無(wú)量綱化；無(wú)量綱特征量曲線(xiàn)擬合；得到溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積公式。本發(fā)明利用影響溫排水溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散的最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積的主要參數(shù)，在寬深比和來(lái)流比在一定范圍內(nèi)擴(kuò)散的最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積，隨來(lái)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(guò)獲得的順直河道溫排水溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積的計(jì)算公式，找到了溫排水橫向擴(kuò)散最大斷面面積計(jì)算的方法，為內(nèi)陸核電溫排水排放的廠(chǎng)址選擇及環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供了實(shí)用性的參考依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散斷面面積計(jì)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(kuò)散斷面面積計(jì)算方法，是一種環(huán) 境水力學(xué)計(jì)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(kuò)散面積計(jì)算方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電廠(chǎng)溫排水的熱污染問(wèn)題是核電建設(shè)過(guò)程中面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一。電廠(chǎng)溫排 水排放會(huì)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(chǎng)址受納水域水 體容積較小、水流運(yùn)動(dòng)較緩慢、水體交換能力較弱，且廠(chǎng)址周?chē)丝诿芗?、環(huán)境敏感點(diǎn)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(wèn)題尤為凸顯。一般情況下，要求溫排水2°C 溫升線(xiàn)不超過(guò)河道橫斷面面積1/2。目前缺乏相應(yīng)的河道溫排水橫向擴(kuò)散最大斷面面積計(jì) 算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散 斷面面積計(jì)算方法。所述的方法針對(duì)矩形斷面順直河道的研究對(duì)象，建立適應(yīng)內(nèi)陸廠(chǎng)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(duì)內(nèi)陸核電環(huán) 保要求的溫升線(xiàn)最大橫斷面面積的計(jì)算。
[0004] 本發(fā)明是一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散斷面面積計(jì)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(lèi)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(chǎng)址水域的有代表性環(huán)境水體特征參數(shù)； 計(jì)算溫升分布的步驟:計(jì)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； 獲得垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)的步驟:用于獲得不同環(huán)境流條件下垂向最大和 垂向平均溫升等值線(xiàn)，針對(duì)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(xiàn)的橫 向擴(kuò)散最遠(yuǎn)點(diǎn)，得到垂向最大溫升等值線(xiàn);沿河道縱向連接水深平均溫升的等值線(xiàn)，得到垂 向平均溫升等值線(xiàn)； 獲得溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積的步驟:針對(duì)不同環(huán)境流條件，根據(jù)垂向最大 溫升等值線(xiàn)和垂向平均溫升等值線(xiàn)，分別獲得兩個(gè)溫升等值線(xiàn)最大橫向擴(kuò)散距離處橫斷面 上溫升包絡(luò)面積;并選取兩個(gè)溫升包絡(luò)面積較大的一方作為溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面 面積； 無(wú)量綱化的步驟:用于將溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積無(wú)量綱化，得到無(wú)量綱化 的橫向擴(kuò)散最大斷面面積特征量，并將環(huán)境來(lái)流條件無(wú)量綱化，得到無(wú)量綱化的來(lái)流比與 環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)； 無(wú)量綱特征量曲線(xiàn)擬合的步驟:用于獲得最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積隨來(lái)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(xiàn)； 得到溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積公式的步驟:用于進(jìn)行溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最 大斷面面積的計(jì)算，根據(jù)無(wú)量綱化最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積隨來(lái)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(xiàn)，可獲得溫升等值線(xiàn)（2°C、3°C、4°C)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積的計(jì) 算公式：
其中：況為溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積、公為河道寬度公與水深A(yù)之比，公二公/ A、r為環(huán)境來(lái)流量0 a與排放流量0 O之比，
、
[0005] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用影響溫排水溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散的最大斷 面相對(duì)包絡(luò)面積的主要參數(shù):包括來(lái)流比、寬深比、水深、環(huán)境流弗氏數(shù)等，在寬深比和來(lái)流 比在一定范圍內(nèi)擴(kuò)散的最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積，隨來(lái)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(guò)獲得的順直河道溫排水溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積的 計(jì)算公式，找到了矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散最大斷面面積計(jì)算的方法，為內(nèi)陸核 電溫排水排放的廠(chǎng)址選擇及環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供了實(shí)用性的參考依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0007] 圖Ia是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的出流方式俯視； 圖化是本發(fā)明的實(shí)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示意圖； 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一所述方法的計(jì)算流程示意圖； 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的溫排水排放最大溫升等值線(xiàn)分布示意圖； 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的的溫排水排放橫斷面溫升分布示意圖； 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的2°C等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積與來(lái) 流比關(guān)系曲線(xiàn)示意圖； 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的：TC等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積與來(lái) 流比關(guān)系曲線(xiàn)示意圖； 圖7是本發(fā)明的實(shí)施例一所述使用舉例中的4°C等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積與來(lái) 流比關(guān)系曲線(xiàn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [000引實(shí)施例一： 本實(shí)施例是一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散斷面面積計(jì)算方法。
[0009]針對(duì)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(guò)=維數(shù)學(xué)模型，模擬研究不同河道寬深比（公=公刀0和環(huán)境來(lái)流 比（環(huán)境來(lái)流量0 3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(lái)流比r在一定范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)量綱的溫排水橫向擴(kuò)散最大 斷面面積特征量
）隨來(lái)流比與環(huán)境流弗氏數(shù)的特征參數(shù)I
的變化 規(guī)律基本相同。根據(jù)運(yùn)一發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例提出了矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散最大斷 面面積計(jì)算方法。
[0010] 本實(shí)施例所述方法的具體如下，計(jì)算流程如圖2所示： 計(jì)算溫升分布的步驟:建立適應(yīng)內(nèi)陸廠(chǎng)址水域的=維水動(dòng)力和熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算 溫排水在不同河道寬深比公和來(lái)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(shí)施例中河道寬深比公和來(lái)流比r的范圍為:6.7《40,2.5《r《 66.7。
[0011] 獲得垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)的步驟:用于獲得不同河道寬深比公和來(lái)流 比r的環(huán)境流條件下垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)。針對(duì)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(xiàn)的橫向擴(kuò)散最遠(yuǎn)點(diǎn)，得到垂向最大溫升等值線(xiàn)分布;沿河道縱 向連接水深平均溫升的等值線(xiàn)，得到垂向平均溫升等值線(xiàn)。
[0012] 獲得溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積的步驟:針對(duì)不同河道寬深比公和來(lái)流比 r的環(huán)境流條件，根據(jù)垂向最大溫升等值線(xiàn)和垂向平均溫升等值線(xiàn)，分別得到河道上2°c、 3°C、4°C溫升等值線(xiàn)最大橫向擴(kuò)散距離處橫斷面上溫升包絡(luò)面積;并選取兩種溫升包絡(luò)面 積較大的一方作為河道上2°C、3°C、4°C溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積。
[0013] 無(wú)量綱化的步驟：用于將溫升等值線(xiàn)（2°C、3°C、4°C)橫向擴(kuò)散最大斷面面積無(wú)量 綱化(最大斷面面積特征量)和環(huán)境來(lái)流條件無(wú)量綱化(來(lái)流比與環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征 參數(shù)）。橫向擴(kuò)散最大斷面面積無(wú)量綱化為與最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積St及寬深比公相關(guān)的
橫向擴(kuò)散斷面面積特征量 ；環(huán)境來(lái)流條件無(wú)量綱化為與來(lái)流比r和環(huán)境流 弗氏數(shù)r相關(guān)的特征參邀
[0014] 無(wú)量綱特征量曲線(xiàn)擬合的步驟:用于獲得無(wú)量綱的最大斷面面積特征量隨來(lái)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(xiàn)。橫坐標(biāo)為來(lái)流比與環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的 特征參數(shù)r a，縱坐標(biāo)為最大斷面面積特征量S t 3。
[0015] 得到溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積公式的步驟：用于進(jìn)行2°C、3°C、4°C溫升 等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積的計(jì)算。根據(jù)無(wú)量綱化最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積隨來(lái)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(xiàn)，可獲得溫升等值線(xiàn)（2°C、3°C、4°C)最大斷面 相對(duì)包絡(luò)面積的計(jì)算公式：
其中：況為溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積、公為河道寬度與水公深^之比，公二公/ A、r為環(huán)境來(lái)流量化與排放流量餅之比
、化為弗如德數(shù)、a，6，c為常數(shù)，通過(guò)曲線(xiàn)擬合的方法得到。
[0016] 使用舉例： 1.計(jì)算溫排水在23種不同河道寬深比公和來(lái)流比r條件下的溫升分布形態(tài)，并統(tǒng)計(jì) 得到垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)分布(如圖3所示為垂向最大溫升等值線(xiàn)分布）。河道 寬深比公和來(lái)流比r的范圍為:6.7《公《40,2.5《r《66.7,1.527。
[0017] 2.根據(jù)上述不同河道寬深比公和來(lái)流比r條件下的垂向最大和垂向平均溫升 等值線(xiàn)分布，分別得到對(duì)應(yīng)2°C、3°C、4°C溫升等值線(xiàn)最大橫向擴(kuò)散距離處橫斷面的溫升分 布(如圖4所示)并計(jì)算橫斷面上溫升包絡(luò)面積;選取根據(jù)垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn) 計(jì)算的兩種溫升包絡(luò)面積中較大的一方作為河道上對(duì)應(yīng)2°C、3°C、4°C溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散 最大斷面面積。
[0018] 3.分別計(jì)算對(duì)應(yīng)2°C、3°C、4°C溫升的無(wú)量綱化的溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面 面積特征量
I及其無(wú)量綱化環(huán)境來(lái)流條件特征參數(shù)
[0019] 4.分別擬合2°C、3°C、4°C溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積特征量化隨無(wú)量 綱化環(huán)境來(lái)流條件特征參數(shù)變化的關(guān)系曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為，縱坐標(biāo)為橫向擴(kuò)散最大斷 面面積特征量Sta。圖5至圖7所示分別為2°C、3°C、4°C等溫升線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積特征 量與來(lái)流比關(guān)系曲線(xiàn)示意圖。根據(jù)擬合曲線(xiàn)的表達(dá)式，可獲得溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包 絡(luò)面積St的計(jì)算公式：
其中：
；a，6，C為常數(shù)。
[0020] 2°C等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積:a >-0.0501,6 >-0.4431 ,C >-1.9167; 3°C等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積:a >-0.0622,6 >-0.3572，c >-2.2343; 4°C等溫升線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積:a >-0.0709,6 >-0.3511，C >-2.3602。
[0021] 其中，寬深比范圍：6.7《公《40;來(lái)流比范圍：2.5《r《66.7，1《ra《 27。
[0022] 最后應(yīng)說(shuō)明的是，W上僅用W說(shuō)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(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W對(duì)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(jìn)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(xiàng)】
1. 一種矩形斷面順直河道溫排水橫向擴(kuò)散斷面面積計(jì)算方法，其特征在于，所述方法 的步驟如下： 分析的步驟:分析內(nèi)陸不同類(lèi)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(chǎng)址水域的有代表性環(huán)境水體特征參數(shù)； 計(jì)算溫升分布的步驟:計(jì)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； 獲得垂向最大和垂向平均溫升等值線(xiàn)的步驟:用于獲得不同環(huán)境流條件下垂向最大和 垂向平均溫升等值線(xiàn)，針對(duì)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(xiàn)的橫 向擴(kuò)散最遠(yuǎn)點(diǎn)，得到垂向最大溫升等值線(xiàn);沿河道縱向連接水深平均溫升的等值線(xiàn)，得到垂 向平均溫升等值線(xiàn)； 獲得溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積的步驟:針對(duì)不同環(huán)境流條件，根據(jù)垂向最大 溫升等值線(xiàn)和垂向平均溫升等值線(xiàn)，分別獲得兩個(gè)溫升等值線(xiàn)最大橫向擴(kuò)散距離處橫斷面 上溫升包絡(luò)面積;并選取兩個(gè)溫升包絡(luò)面積較大的一方作為溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面 面積； 無(wú)量綱化的步驟：用于將溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最大斷面面積無(wú)量綱化，得到無(wú)量綱化 的橫向擴(kuò)散最大斷面面積特征量，并將環(huán)境來(lái)流條件無(wú)量綱化，得到無(wú)量綱化的來(lái)流比與 環(huán)境流弗氏數(shù)相關(guān)的特征參數(shù)； 無(wú)量綱特征量曲線(xiàn)擬合的步驟:用于獲得最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積隨來(lái)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(xiàn)； 得到溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積公式的步驟:用于進(jìn)行溫升等值線(xiàn)橫向擴(kuò)散最 大斷面面積的計(jì)算，根據(jù)無(wú)量綱化最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積隨來(lái)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(xiàn)，可獲得2°C、3°C、4°C溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積的計(jì)算 公忒.其中：分為溫升等值線(xiàn)最大斷面相對(duì)包絡(luò)面積、JS為河道寬度B與水深A(yù)之比，jS =5/ a、r為環(huán)境來(lái)流量與排放流量之比 、/7 r為弗如德數(shù)、a，/?，c為常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106021952SQ201610385699
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張海文, 紀(jì)平, 趙懿珺, 陳小莉, 秦曉, 梁洪華, 劉贊強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)水利水電科學(xué)研究院