许忠厚，董晓红，尹亚军（.河海大学港口海岸与近海工程学院，海岸灾害与防护教育部重点实验室，江苏　南京　0098；.宁波中交水运设计研究有限公司，浙江　宁波　35040）

滨海电厂取水明渠对周围潮流影响试验研究

许忠厚1，董晓红2，尹亚军1
（1.河海大学港口海岸与近海工程学院，海岸灾害与防护教育部重点实验室，江苏南京210098；2.宁波中交水运设计研究有限公司，浙江宁波315040）

摘要：通过定床物理模型试验，在验证结果良好的前提下，研究了在岬角附近建设电厂取水明渠对周围海域潮流运动的影响，对比分析了工程前后、取水与不取水的流速变化，以此为根据对泥沙冲淤进行了大致预测，与泥沙物理模型试验结果在定性上较为一致。研究结果对于类似工程具有参考与借鉴意义。

关键词：滨海电厂；取水明渠；潮流；物理模型

0　引言

研究取水明渠附近水动力特征问题，有助于核电厂的后期工程规划和科学管理，对于指导工程设计、保证电厂取水安全以及分析对于泥沙冲淤的影响，具有理论与现实意义。目前，对于滨海核电站建设对水动力泥沙冲淤的影响研究方法主要有：物理模型、数学模型[1]和经验公式计算。数学模型研究大范围水动力场变化的影响，从宏观方面研究多种工程方案布置优劣，而较准确地模拟工程后取水渠取水的影响，需开展物理模型试验。

本文主要结合电厂取水明渠潮流泥沙物理模型试验，对工程周围水域的潮流场变化进行分析，并探讨明渠的建设与明渠取水对其周围海域及岸滩的影响。

1　工程概况

本文研究的实际工程某核电厂位置处于海上岬角田尾山，潮流为不规则半日潮，潮流运动形式上为往复流。工程采用以海水为冷却水的直流供水系统，核电厂低放废液将随着冷却水排至海域。

冷却水取排水工程布置拟采用西取南排方案。根据规划，一期工程将建设2台机组，每台机组对应1个取水泵房，单台机组的取（排）水量为73.3 m3/s。

2　模型设计与验证

2.1模型设计

采用定床清水试验，由于模拟范围较大，采用变态模型[2]。

本次试验中采用水平比尺1颐300，垂直比尺1颐100，流速比尺1颐10，流量比尺1颐300 000，潮流运动时间比尺1颐30，海床糙率比尺1颐1.24。综合考虑涨落潮流向、潮流边界条件等，模型布置如图1所示。在模型4个边界设置潜水泵组控制流量，模拟试验海区的涨落潮流。

图1　模型布置及潮位与流速验证站位（图中尺寸为原型值）Fig.1　Model layout and locations of water Level and velocity validation gauges

2.2模型验证

选取测量时间为2012年7月夏季观测的实测大、中、小潮潮位过程和同步流速流向成果为物理模型验证资料。

天然状态下，原型实测潮位站距离工程区域较远，物理模型根据数学模型计算提供2012年7月夏季工程附近1号、2号、3号三点潮位变化过程，作为大、中、小潮潮位验证；C4、C5、C6、C8、C10为2012年7月夏季观测实测潮流点，作为大、中、小潮潮流验证点（图1）。

由数学模型计算成果提供各边界不同潮型潮流进出流量控制过程为基础，模型经过反复调试，取得潮位和潮流验证结果。大潮验证时段为2012-07-05 15:00至2012-07-06 15:00，中潮验证时段为2012-07-08 15:00至2012-07-09 15:00，小潮验证时段为2012-07-12 12:00至2012-07-13 12:00。

2.2.1潮位验证

仅给出1号测站的潮位验证曲线如图2所示，从验证结果可以看出，潮位实测值与模型值吻合较好，符合相关技术规范的要求。

图2　大潮1号潮位验证过程线Fig.2　Water Level validation of spring tide of gauge 1

2.2.2流速流向验证

图3为离工程位置最近的C6点大潮流速流向验证曲线。模型试验值与实测值趋势比较一致，模拟与实测的流速过程线形态相符，涨落潮相位基本一致，流速大小也比较吻合。验证结果表明模型能够客观反映当地的流态特征，且符合相关技术规范的要求。

图3 大潮C6流速流向验证Fig.3　Validation of the flow velocity and direction of spring tide of gauge C6

3　模型试验

3.1取水明渠布置

明渠布置在海上岬角，明渠的开口向西，有两个弯道，在第2个弯道前设置了取水隔堤。取水渠南导流堤位于水深约13 m处。如图1和图4所示。

图4　取水渠布置与流速测点分布（图中尺寸为原型值）Fig.4　Layout of the water channel and the flow velocity gauges

3.2试验结果

3.2.1工程前后流态变化

工程建成后所在海域流态受工程影响十分微小。大潮时，仅顺沿电厂取水渠南导流堤局部水域流速略有增大，厂区南防洪堤东侧防波堤附近有回旋流，且流速变小。在取水渠北导流堤西侧滩面有回旋流，流速较小。小潮和大潮流态现象基本相同，其形成的回旋流要弱于大潮。工程其它水域流态基本不变。

3.2.2工程前后流速变化

电厂取水明渠建设前后以及取水前后的大潮最大流速见表1。核电工程取水渠位于田尾山凸嘴外侧滩面水深较大水域，取水渠内（09号、11～15号测点）工程前最大流速为0.72 m/s，工程后不取水时由于南北导流堤的掩护影响，最大涨落潮流速为0.35 m/s，减幅约50%。

取水泵房前池（13号、15号测点）由于位于田尾山坡脚前沿山体，工程前13号测点最大涨落潮流速为0.3 m/s，15号测点最大涨落潮流速为0，工程后前池底部开挖到-7.9 m高程，与取水渠通过深孔进水隔堤连通，最大涨落潮流速为0.35 m/s左右。

除泵房前池附近测点外，明渠建成后明渠内最大流速约为0.3 m/s，平均流速约为0.15 m/s，比工程前减小50%～100%。

核电明渠工程周围厂区东防波堤、取水渠南北导流堤及其堤头位置工程前后流速变化主要表现在近岸及导流堤外侧部位，近岸01号测点工程前整点时刻最大涨落潮流速由0.38 m/s减小为0.3 m/s左右，北导流堤外侧滩面08号、10号测点工程前整点时刻最大涨落潮流速由0.8 m/s减小为0.31 m/s左右，南导流堤外侧06号、07号测点工程前整点时刻最大涨落潮流速0.7 m/s，工程后增大到0.87 m/s左右，其它测点工程前后流速变化不大。

表1 大潮最大流速表Table 1　Maximum velocity of spring tide

3.2.3取水的影响

图5为取水明渠内大潮最大流速与平均流速沿程分布图，由图可以看出，涨潮期与落潮期明渠内水流运动基本一致，由于11号测点处在隔堤与导流堤拐角之间，13号测点距泵房较近，这两处流速较大。除个别测点外，落潮流速大于涨潮流速。正常工作时，2台泵取水流量为146.6 m3/s，取水时最大流速比不取水增大20%～65%，而平均流速增大较大，增幅基本都在50%以上，尤其是09号和15号测点，这是由于这2个测点在不取水时流速很小而取水时沿明渠由外向内流速变化并不大。

图5　明渠内大潮流速沿程分布Fig.5　Distribution of maximum and average flow velocity of spring tide in the water channel

3.2.4泥沙冲淤预测分析

电厂取水明渠及泵房前池是电厂抽取天然海水冷却运行机组的咽喉通道，泥沙的冲淤变化直接影响到电厂的运转安全。若泥沙淤积较多，不仅影响到电厂机组的磨损，而且低水位时还影响电厂的取水安全，直接影响到电厂的运行成本。所以，在电厂规划布置时，需精心设计取水明渠的走向布置[3-5]。

结合以上对潮流流速的分析，可以预测明渠周围及明渠内的泥沙淤积状况，并采取有效措施减少泥沙淤积。在电厂泵房取水工作时，由于取水明渠增加了取水流量，吸引水中悬沙侵入取水明渠及泵房前池，促使泵房前池泥沙淤积增多。由于泥沙在水流中运动的特点，09号测点附近的明渠弯道顶部将出现集中落淤。取水明渠与泵房前池之间的进水隔堤也会起到一定的拦沙作用。取水明渠外侧的08号、10号测点附近流速较南导堤外侧流速小，在此处形成旋流，将导致泥沙在明渠口门外08号与10号测点附近落淤。通过泥沙物理模型试验所得的结果与预测分析结果在定性上较为一致。

4　结语

本文通过定床物理模型试验，在验证结果良好的前提下，研究了在岬角附近建设电厂取水明渠对附近海域潮流运动的影响，对比分析了工程前后、取水与不取水的流速变化，并以此为根据对泥沙冲淤进行了大致预测，研究结论对于类似工程具有参考与借鉴意义。

参考文献：

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中图分类号：U617.6；TM623

文献标志码：A

文章编号：2095-7874（2016）01-0048-04

doi：10.7640/zggwjs201601011

收稿日期：2015-07-16修回日期：2015-09-12

作者简介：许忠厚（1990— ），男，江苏连云港人，硕士研究生，主要从事波浪与建筑物相互作用研究。

Experimental research of the influence of water channel in coastal power plant on tidal current

XU Zhong-hou1,DONG Xiao-hong2,YIN Ya-jun1
（1.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence
Ministry of Education,Nanjing,Jiangsu 210098,China;2.Ningbo CCCC Water Transportation Design and Research Co.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang 315040,China）

Abstract：A fixed-bed physical model test is carried out to conduct a research on the influence of constructing a water channel on the tidal current in the vicinity of the project.On the basis of a good validation,we analyzed the velocity change before and after the construction of the water channel,and compared the difference between intaking water and not intaking water,and made a rough prediction of the sediment erosion and deposition,which is consistent with the result of the sediment model test.This study can serve as guidance to the design and construction of similar projects.

Key words：coastal power plant;water channel;tidal current;physical model