泥沙对电厂取排水及水域环境的影响分析

泥沙对电厂取排水及水域环境的影响分析

李红莉

中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司河北省石家庄市050031

摘要：电厂的冷却水域通常为江、河、湖、海及水库等，由于自然水域常常伴有泥沙的输运和沉淀，随着时间的推移，使得电厂周围水域会有泥沙的淤积。泥沙淤积会导致取水涵管堵塞，取水温度升高，电厂冷却效果下降，因此泥沙对电厂取排水及水域环境的影响研究具有重要意义。文章重点就泥沙对电厂取排水及水域环境的影响进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：泥沙；电厂取排水；水域环境；影响

引言

对于沿海而建的火/核电厂而言，多数是利用邻近水域作为冷却用水的水源和受纳水体。然而沿海多岛屿，地形复杂多变，水域受潮汐潮流影响，水流通常呈现非恒定状态，加之近年来我国工业飞速发展，房地产商对水土资源的不合理开发和经营，破坏了植被和地形，使得大量泥沙污物进入水域，海洋近岸水域受到波及和污染，电厂取水口很容易受到污物，泥沙的堵塞。由于电厂取水口堵塞，会降低引水效率、电厂冷却效果，增大引水渠道、河床泥沙淤积量，提高清淤工作的难度，要尽量减少泥沙在取水水域的淤积，但是取水口完全避免淤积是根本不可能的，只能通过全面考虑取排水口附近的水域泥沙淤积特性，利用完善的模型试验，选择合理的工程布置方案，确保电厂的安全运营。

1电厂取排水相关概述

1.1取水口的分类

电厂取水方式由于水文地形的多样性而采取不同的措施，因地而异，按其取水方式分为有坝取水、无坝取水、浮船取水或其他方式。我国沿海而建的电厂绝大多数采用无坝取水，以自然水域水面作为受纳水体的冷却方式。无坝引水最常用的一种取水方式是岸边取水，由于采取该方式基建投资少，运行有利，因此如果岸边具有一定水深的水域，通常首选该方式。对取水水深及水质有一定要求的一般采用离岸取水，离岸取水最主要考虑的问题是离岸距离，距离的远近关系到管道是否能伸入深层水域取水，能否得到要求水质的冷却用水，该种取水方式有多种取水口形式，其中最具代表性的为桥墩型取水口和蘑菇头式取水口方式。

1.2取排水布置方式

我国目前常见的取排水口布置方式为分列式、重叠式以及差位式三种：第一，分列式。取排水口沿水流方向有一定的距离，且取排水口离岸边有相同的距离。取水口一般设置在排水口上游，确保取得上游的低温水；排水口一般设置在水流下游，以降低温排水对取水的影响。通常而言，为了获得较低的低温水，增加冷却效果，主要靠增大取排水口之间的水平间距，避免热水回流，增大热扩散面，从而降低取水温升；第二，重叠式。取排水口沿同一垂线，它们之间无水平间距。原理是利用水体温度分层的现象，通常采用下取上排布置。尽量减少热水回流，上下层冷热水混合，故而取水口一般设在下部，排水口设在上部；第三，差位式。取排水之间的距离主要在同一河道断面垂直水流方向的法向间距上，排水口在河道中间，取水口在岸边（利用排水水平出流动量将热水带入河道中间，使热量随水流的方向输移至远处扩散，而取水口放在岸边能起到抽取低温冷水，避免热水回流的效果）；取水口在河道中间，排水口在岸边（由于排水口布置在岸边，取水口在河道中间，热水将在岸边热水通道中流动，电厂在远处水温更低的地方直接抽取冷却用水）。

2泥沙对电厂取排水及水域环境影响的研究现状

相比于国外，我国的河流普遍多沙，故而取水口的防淤积堵塞问题，历来是我国水利水电工程面临的老问题，在这一方面的研究，理论基础和工程实践都硕果累累。在对十几所火电厂的取水工程进行相关泥沙模型试验研究后，中国水利院总结所研究电厂的取水河段泥沙模型，提出火电厂取水工程中核心问题是取排水口的选取布置。取水口要选在河床冲淤小，水流河势平缓的地段，以便降低引水含沙量，确保建筑物安全。重要工程必须先要通过模型试验，对其进行模拟论证和优选理论，以提升安全运营性。秦山核电站冷却水取水口当时出现淤积堵塞问题当时根本不能解决，清华大学泥沙研究所通过研究多个核电站取水和泥沙数据，再结合秦山核电站实际情况进行合理的分析，最终率先完美解决；陈稚聪等教授总结潮汐潮流中泥沙的输运，淤积规律，提出高流速定期冲沙及弃水还海，改明渠进水口做为涵洞进水的新方案，保证了核电站顺利发电。在研究泥沙环境下温排水对水域环境方面的影响来说，王英伟等结合印尼北苏风港电厂取水防沙成果，思考工程设计中考虑的防淤问题，对比研究了国内多个电厂取排水域温排水及泥沙沉淀，找到了温排水水力特性及泥沙输运规律，提出了可以得到较低冷却水并且无局部冲淤的取排水方案；远航等近年来通过分析潮流与泥沙相结合的二维，三维数值模拟研究。了解国内外最新潮流泥沙模拟进展，对多种数学模型的数值解法提出了自己独到的看法。分析总结出目前潮流，泥沙数值模拟中的不足，讨论了进一步研究的方向和发展趋势；陆航波等通过对郁江西津水库区的南宁电厂取水河段多年的地形图，实测断面资料对泥沙沉淀冲淤规律及河岸稳定性进行分析，讨论了水域泥沙沉淀产生的原因，并根据淤积对取水口取排水的影响，对取水建筑物进行合理布局。

3泥沙对电厂取排水及水域环境的影响研究

3.1就潮汐影响而言

由于潮汐流速相对排水速度较小，潮水对排水的射流特性影响较弱，因此温排水保持自身射流初动量的状态较好，温排水的热扩散范围较大。差位式布置下热扩散范围最大，分列式次之，重叠式布置最弱；在差位式和重叠式布置下平行于取排水管道的温排水扩散是高于垂直于取排水管道的，而分列式布置平行于取排水管道的温排水扩散和垂直于取排水管道的差别不大。在同等条件下，分列式取排水可以取到更低的冷却用水。分列式取排水布置下泥沙沉淀体积分数最高，达到65％，差位式和重叠式次之，达到60％；分列式布置泥沙淤积规律主要在取排水口底部地区，其中取水口地区泥沙淤积高于排水口地区；重叠式布置整体是取排水管道上游区域高，下游区域泥沙沉淀较小，泥沙淤积主要分布在取水口底部靠近取水管道上游附近；差位式布置泥沙沉淀相对均匀的分布在水域下表面，差位式方式下，呈现水域底部泥沙淤积现象主要分布在排水口底部地区，这点和在河道情况下是一致的。

3.2就潮流影响而言

潮流对温排水的影响随水位的不同而不同，重叠式布置下平行于取排水管道的截面扩散是低于垂直取排水截面的，在平行于取水管道截面方向，温差下降不高，温度扩散不明显，而分列式和差位式布置下温排水在平行于取排水管道截面上的散热要高于垂直于取排水管方向，在同等条件下，分列式取排水可以取到更低的冷却用水。重叠式布置下泥沙淤积规律整体是取排水管道上游区域高，下游区域泥沙沉淀较小，泥沙淤积主要分布在取水口底部靠近取水管道上游附近；分列式布置下泥沙沉淀主要分布在取排水口底部地区，其中取水口地区泥沙淤积高于排水口地区，差位式布置下泥沙沉淀主要分布取水口上游水域以及排水口水域附近。

结束语

综上所述，实际海水运动形态复杂，本文采取了一定程度的假设和简化，因此以后可对潮汐潮流的运动形态进行更贴近海水实际运动的研究。在实际取排水工程中，地形复杂多变，布置特点不同，因地制宜，比如泥沙受水下地形变化和水面风的作用等。针对模拟温排水对环境水域影响时，没有具体考虑对海洋生物种类、习性、多样性及生态系统的影响。

参考文献

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