【摘要】： 海水淡化在有效解決缺水問題的同時,對周圍環(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核電站的冷卻水排放,而溫度差和濃度差同時存在的廢水排海問題的研究還不多見。對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)動的自然對流會有很大的不同,必須同時考慮溫度、濃度和速度場之間的耦合相互作用以及溫度梯度和濃度梯度產(chǎn)生的浮升力對其對流擴(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,通過對實(shí)際海灣的潮流場和高濃熱鹽水進(jìn)入海洋水體后經(jīng)湍動混合與輸移擴(kuò)散后的時空分布特性進(jìn)行數(shù)值模擬,揭示了高濃熱鹽水在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動及演變規(guī)律,研究各種海洋環(huán)境特征對它的作用機(jī)理和規(guī)律,進(jìn)而對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海洋環(huán)境造成的負(fù)面影響提供了有效途徑,而且對提高電廠運(yùn)行效率、海水淡化效率、以及排放設(shè)計具有一定的實(shí)際意義和理論價值。 本文的研究工作及主要研究成果: 1.在陸架區(qū)三維多功能水動力學(xué)模型COHERENS和波浪模型SWAN的基礎(chǔ)上,針對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)的計算中考慮波浪的影響,將COHERENS模式的垂向湍流混合計算方案與波浪產(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算方案。 2.針對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,水動力模式結(jié)果基本反映了膠州灣的水動力特征。 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速度分布和相應(yīng)的溫、鹽時空分布特性,分析了潮周期平均的溫度場和鹽度場、深度平均的溫度場和鹽度場、潮周期平均的溫度和鹽度垂向分布等。結(jié)果表明:規(guī)則半日潮流對高濃熱鹽水的輸移擴(kuò)散起著決定性作用,同時波浪對近岸緩坡區(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)散流動特征和異質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象。 4.對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1PSU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一些,因此在處理高濃熱鹽水的排放時必須要考慮溫度和鹽度對密度的這種非線性作用。 5.通過對三種排放口溫度和鹽度的不同組合模擬研究溫度和鹽度對密度的非線性作用,研究表明如果排放流體只有鹽度升高而沒有溫度升高,反而比高濃熱鹽水對環(huán)境的影響大,因此我們在處理海水淡化后排出的濃鹽水時,在使周圍環(huán)境溫升達(dá)標(biāo)的前提下適當(dāng)?shù)厥古欧艥恹}水和環(huán)境水體存在溫升,反而有利于濃鹽水的輸移擴(kuò)散。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：P747

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 華祖林;電廠溫排放對感潮河段環(huán)境水體影響預(yù)測研究[J];電力環(huán)境保護(hù);1995年04期

2 余明輝,裴華;一種預(yù)測火電廠溫排水影響的數(shù)值模型[J];電力環(huán)境保護(hù);1996年03期

3 李振海,祝秋梅;填海工程影響下的電廠冷卻水工程布置數(shù)值模擬研究[J];電力環(huán)境保護(hù);2003年03期

4 羅斌,朱京興,唐輝;有限節(jié)點(diǎn)法在電廠溫排水計算中的應(yīng)用[J];電力勘測;1999年01期

5 閆菊,王海,鮑獻(xiàn)文;膠州灣三維潮流及潮致余環(huán)流的數(shù)值模擬[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2001年02期

6 楊海燕;具有潮流影響的電廠溫排放試驗(yàn)研究[J];貴州水力發(fā)電;2005年01期

7 李孟國;時鐘;;黃島電廠取水工程潮流泥沙數(shù)值模擬[J];海岸工程;2006年02期

8 陳顯堯,喬方利,王秀紅,趙偉,袁業(yè)立;大洋環(huán)流模式中Boussinesq近似與靜壓近似問題的討論[J];海洋科學(xué)進(jìn)展;2004年01期

9 白輔中,黃蕙;輻射應(yīng)力理論在波流相互作用中的應(yīng)用[J];河海大學(xué)學(xué)報;1997年06期

10 沈永明,趙文謙,倪浩清;油污染全場模擬的湍浮力流動k-ε模型[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;1992年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 梁書秀;潮汐水域中污染物輸移擴(kuò)散的數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2000年

2 龔政;長江口三維斜壓流場及鹽度場數(shù)值模擬[D];河海大學(xué);2002年

3 閆菊;膠州灣海域海岸帶綜合管理研究[D];中國海洋大學(xué);2003年

4 陳倩;浙江近海潮汐潮流的三維數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2002年

5 賴錫軍;溫鹽分層流的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)值模擬[D];河海大學(xué);2004年

6 朱首賢;流、浪模式和物質(zhì)長期輸運(yùn)分離研究[D];華東師范大學(xué);2005年

7 梁丙臣;海岸、河口區(qū)波—流聯(lián)合作用下三維懸沙數(shù)值模擬及其在黃河三角洲的應(yīng)用[D];中國海洋大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陳華;后石電廠溫排水的數(shù)學(xué)模型研究[D];廈門大學(xué);2002年

2 劉興盛;太湖風(fēng)生流及物質(zhì)輸運(yùn)三維數(shù)值模擬[D];河海大學(xué);2005年

3 查玉含;基于COHERENS的長江感潮河段三維水流及水質(zhì)數(shù)值模擬[D];河海大學(xué);2007年

，

本文編號：2710961