CN115147239A - 新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法 - Google Patents

新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法，属于环境工程技术领域，推算方法包括S01：新建滨海电厂运行前，在其排放口附近海域选取与排放口水文环境相似的位置建立水温参考站；S02：持续观测并记录水温参考站与若干个其他水温观测站的水温数据；S03：分析步骤S02中获得的水温数据；S04：推算出若干个其他水温观测站的环境本底水温，温升计算方法包括S01：采用新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法推算出其他水温观测站环境本底水温；S02：测量其他水温观测站的现场绝对水温；S03：其他水温观测站现场绝对水温与环境本底水温差值即为实际温升。本发明解决了滨海电厂温升冷却水排放后环境本底水温和实际温升不易获取的问题。

Description

新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法。
背景技术
我国东部沿海地区是我国的电力负荷中心所在，每年电力消费约占全国的65％以上。根据国家统计局统计，2003-2017年，东部地区各类型城市人均用电量总体呈逐年升高的趋势，均高于全国平均水平4516kWh/人，2016-2020年间东部11个沿海省、市的年均电力消费量增长幅度约为5％，除辽宁、天津、江苏和上海外，其他沿海省的增长幅度超5％。因此，为满足我国东部沿海地区不断增长的负荷需求，在东部沿海建设了较多的核电厂。出于经济性和便利性的考虑，我国的核电厂主要建在沿海地区，采用直流冷却方式将冷却水直接排回邻近海域。截至2020年9月30日，我国滨海核电厂址(基地)已达15个，运行机组49台，在建机组达13台，额定装机容量为51027.16MWe，机组数量的增加也使得核电厂冷却水排海总热量增加。一台电功率为1000MW的轻水堆核电机组约有功率为2000MW的热量经过凝汽器排出。采取直流冷却的方式，全部废热水体进入邻近海域，可能造成局部水域水体温度的急剧升高。增加其化学反应速率，影响水生生物的繁殖率及水中溶解氧，造成水的密度和粘度下降，并能加速颗粒物的沉降作用，影响水中悬浮物的沉降速率以及携带泥沙的能力，改变自然水体的水质。同时，温排水还对底栖动物、藻类、鱼类、珊瑚，甚至岸滩生物造成影响，改变其生存、生长和繁殖习性等。滨海电厂温排水对海洋生态环境具有一定影响，加强滨海电厂温排水热影响的监测是保障滨海海域环境和保持生态系统正常运行的必要措施，其中，环境本底水温指的是海洋环境在未受人为热源污染的情况下的水温背景值；温升，本文所指的温升是指滨海电厂的冷却水以温排水的形式排放入近岸海域后，导致的局部海域水温升高，其与环境本底水温的差值为温升。
目前，对于新建滨海电厂温排水的温升范围预测均是采用数值计算方式，期计算结果可以给出废热扩散的整体分布趋势，在新建滨海电厂的温排水预测方面依旧具有不可替代的作用，也是海域使用管理部门审批用海的重要依据。模型计算方程的原理成熟，但预测模型采用的热扩散系数、海表面热辐射、垂向分层和局部水深地形等参数在取值方面，不同的计算人员由于理解差异，导致温升扩散的计算结果也存在一定差异，如何采用合理的参数取值一直困扰着计算人员。
且常规大范围海水水温监测采用大面站监测方法，具体分为单船大面站水温监测、多船同步水温监测和定点锚系监测的方法。单船大面站水温监测是采用一条调查船在核电厂排水口附近依次调查多个站位的水温，将获取的水温数据认为是同一时刻的水温数据，通过空间插值得到海水水温大面分布；多船同步水温监测是多条调查船在核电厂排水口附近同步开展多个站位的水温连续监测，将获取的水温数据进行空间插值得到水温大面分布；定点锚系水温监测是将多个定点测站的水温数据进行空间插值后得到水温大面分布。然而，常规的大范围海水水温监测存在以下问题，单船大面站水温调查虽然调查站位远多于多船同步水温监测方法，但由于调查时间跨度较长，获取的水温数值并不是同一时刻，且表层水温随潮流运动扩散的实时性，其插值后难以代表同一时刻大范围水温分布；多船同步水温监测和定点锚系水温监测可获取多个站位同一时刻水温，但测量风险较大，空间样本的采样密度小，空间插值范围有限。因此，常规的大范围水温监测外业工作量大，海上测量风险较高，空间插值范围有限。而且，大范围海水水温监测所获取的水温是滨海电厂排水口附近水温的绝对值(即排水口温升水深+环境本底水温)，不能直接测量出环境本底水温，故无法得到实际温升影响范围。
卫星遥感技术具有资料获取快捷、长时间序列比对和费用低廉等特点，利用卫星遥感技术开展核电厂温排水监测，可开展大范围监测温排水分布状况，获取温排水的分布特征，也可对前期数值预测温升影响范围进行验证。然而，卫星遥感水温监测受制于卫星过境时间，导致不能进行全天候任意时间段的水温遥感，卫星遥感时间段与典型潮时可能不一致的问题，只能通过大量的遥感数据的长时间序列反演获取最大水温影响范围，从而产生了繁重的工作量，同时卫星遥感受限于100m的空间分辨率，无法识别小区域范围内的温水分布细节，且云层和水陆混合像元对温排水遥感监测也有一定影响。然而，卫星遥感确定的环境本底水温值可来自于前期温升数模结果，由于数值计算存在一定不确定性，故导致环境本底水温值的选取存在争议，进而导致温升范围反演的准确性。
航空器航拍遥感水温具有分辨率高(最高可达0.1℃)、航拍时间自由、定位精度高的优点，一般采用无人机和有人机。基于无人机搭载热红外成像仪可以方便、快捷的实现对滨海电厂排水口附近水体水温的反演，并可较为细致的识别温排水分布的细节，弥补卫星遥感影像周期长、分辨率低的不足。有人机可搭载精度更高的传感器，飞机速度更快，可实现较大面积海域的航拍。基于无人机搭载热红外传感器进行滨海电厂温排水的监测仍然受限于热红外成像幅宽小、全水域图像匹配困难等因素的制约，有人机虽然可解决上述部分缺点，但单次航拍成本过高，若在典型季节和典型潮时都进行航拍和反演，则是一笔费用不菲的支出。而且，环境本底水温的反演依旧是航空器航拍反演的缺点，其无法分辨出环境本底水温。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法，解决了温升冷却水排放后环境本底水温和实际温升不易获取的问题，调查所需的人力、物力均较少，不受气象因素制约，观测获取的水温精度和可信度高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，包含如下步骤：
S01：新建滨海电厂运行前，在其排放口附近海域选取至少一个与所述排放口水文环境背景特征相似的岸边或者海中位置建立水温参考站；通过温升数模计算出所述温排水的最大温升包络线，且在所述温排水的所述最大温升包络线范围内选址建立若干个其他水温观测站；
S02：实施水温参考站和其他水温观测站长期表层水温同步连续观测，并记录所述水温参考站与若干个所述其他水温观测站的水温数据；
S03：分析步骤S02中获得的水温数据，建立所述水温参考站与各个所述其他水温观测站之间水温的典型季节或长期线性关系；
S04：在新建滨海电厂运行后，持续观测水温参考站的水温，通过步骤S03中得出的线性关系，根据水温参考站的水温推算出各个所述其他水温观测站的环境本底水温。
本发明优选地技术方案在于，还包括通过对得到的多个其他水温观测站的环境本底水温进行小范围插值后，得到环境本底水温场分布的步骤。
本发明优选地技术方案在于，所述水温参考站距离所述排放口不超过20㎞，且无其他冷、热源影响；所述水温参考站位于温升数模计算出温升范围0.5℃外的海域，优选温升0.1℃外的海域。
本发明优选地技术方案在于，根据步骤S01温升数模计算的最大温升包络线，得出1-4℃的温升包络线，并且在每个温度包络线上选取至少两个适合建立其他水温观测站的位置。
本发明优选地技术方案在于，S02中还包括1个月的所述水温参考站以及所述其他水温观测站的水温观测值进行相关性分析：若所述其他水温观测站水温值与水温参考站水温值相关系数在0.85以上，信度95％以上的其他水温观测站予以保留并继续观测，相关性系数低于0.85的其他水温观测站停用或另行选址。若水温参考站与超过50％其他水温观测站的水温相关系数低于0.85，则弃用该水温参考站或另行选址。
本发明优选地技术方案在于，当所述水温参考站≥2个时，分别建立各所述水温参考站与所述其他水温观测站之间的线性关系，进行逐一验证分析，选取线性关系拟合关系最好的以及均方差最小的所述水温参考站的水温数据作为推算该所述其他水温观测站的本底温度线性公式的所属的所述水温参考站。
本发明优选地技术方案在于，还包括在新建滨海电厂开始运行前进行持续观察，进行线性关系系数修正的步骤。
本发明还包括新建滨海电厂温升区温升计算方法，具体步骤为：S01：采用上述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法推算出滨海电厂运行后若干个所述其他水温观测站环境本底水温；S02：滨海电厂运行后，测量其他水温观测站所在位置的现场绝对水温；S03：其他水温观测站的现场绝对水温与推算得到的环境本底水温差值即为该其他水温观测站的实际温升，S04：推算得到的其他水温观测站位置的环境本底水温，通过小范围插值得到排水口区域的环境本底水温分布。
本发明优选地技术方案在于，还包括通过对得到的多个其他水温观测站的环境本底水温，进行小范围插值后，得到环境本底水温场分布，结合卫星和/或航飞遥感获取的绝对水温分布，获得所述排水口附近温升场分布的步骤。
本发明的有益效果为：
1、通过水温参考点水温观测值可推算出同步实时的排水口附近多个点位的环境本底水温，不受温排水对环境本底水温扰动的影响，解决了温升冷却水排放后环境本底水温不易获取的问题；
2、与传统的多频次水温大面站观测方法相比，调查所需的人力、物力均较少，在建立好水温参考站与其他水温观测站的水温线性关系后，只保留水温参考站持续观测，便可推算出其他水温观测站的环境本底水温；
3、与卫星遥感和航空器遥感反演水温方法相比，不受气象因素制约，前期观测的投入人力物力较少，观测获取的水温精度和可信度高，水温参考站与其他水温观测站建立推算关系后，可与卫星和航空器遥感获取的排水口附近绝对水温分布结合，得到实际温升场的分布。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的水温参考站和其他水温观测站位的位置示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的新建滨海电厂温排水的实际温升观测和计算流程图；
图3是本发明具体实施方式中提供的第一组水温线性拟合w134(蓝色、实线)站和w135站(红色、实线)日均水温相关性；
图4是本发明具体实施方式中提供的第一组水温线性拟合w134测站和w135测站逐时水温线性拟合图；
图5是本发明具体实施方式中提供的第二组水温线性拟合w123(蓝色、实线)站、w126站(红色、实线)和w131站(绿色、实线)日均水温相关性；
图6是本发明具体实施方式中提供的第二组水温线性拟合w126测站和w131测站逐时水温线性拟合图；
图7是本发明具体实施方式中提供的第二组水温线性拟合w126测站和w123测站逐时水温线性拟合图；
图8是本发明具体实施方式中提供的第三组水温线性拟合w121(红色、实线)测站和w122(蓝色、实线)测站日均水温相关性；
图9是本发明具体实施方式中提供的第三组水温线性拟合w121测站和w122测站逐时水温线性拟合图；
图10是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的模型网格和水深分布示意图；
图11是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的数值计算试验思路流程图；
图12是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的附加方案t1站位水温时间序列图；
图13是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的水温参考站和其他水温观测站分布示意图；
图14是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的t1水温参考站和t2-t7其他水温观测站相关性示意图；
图15是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的t1水温参考站和t8-t13其他水温观测站相关性示意图；
图16是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的t1水温参考站和t13-t17其他水温观测站相关性示意图；
图17是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的方案2最大水温分布图；
图18是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的方案2中t2-t5其他水温观测站温升计算和推算值曲线图；
图19是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的方案2中t6-t9其他水温观测站温升计算和推算值曲线图；
图20是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的方案2中t10-t13其他水温观测站温升计算和推算值曲线图；
图21是本发明具体实施方式中提供的温升推算数值试验的方案2中t14-t17其他水温观测站温升计算和推算值曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一、原理介绍
海水温度方程可表述如下：
Figure BDA0003688815670000081
Figure BDA0003688815670000082
其中u，v，w分别表示x，y，z方向的海流速度分量；T为海水温度；Kh为热力垂直涡粘系数；FT代表热量扩散项或热源项。
在海表面z＝ζ(x,y,t)处
Figure BDA0003688815670000091
其中，ζ是海面水位波动，Qn(x,y,t)为海表面净热通量，包含净向下的长波辐射、净向下的短波辐射、潜热和感热通量；SW(x,y,ζ,t)为海表短波辐射；Cp为海水比热；长波辐射、感热和潜热通量通常发生在海表。
由此可见，在没有热源项影响下，海表面水温与热通量、海流密切相关。在开敞性海域或者半封闭海湾内，两个相距不是很远的A和B点(一般20km内)，两点的海表面热通量基本相同，若两个点的水文环境基本相同(海流分布特征和水深地形)，在没有径流和其他冷、热源影响的条件下，A和B点的水温会表现为显著线性关系，如B＝AX+C(X和C是相关系数)。
根据海水温度方程，当A或者B点其中一点受到热源影响时，A和B点的线性关系将被打破。假设B点受到热源影响，A点则不受到影响，此时先前建立的A和B点的水温线性关系B＝AX+C将不成立，因为此时B点温度受到额外叠加的热源影响后，B点水温＝B点环境本底水温+B点温升或温降，即B＝AX+C+D，D为温升。因此，当热源影响B点，A点不受热源影响时，B点现场水温观测无法直接获取其温升或温降值，可通过A点水温和先前B与A点水温之间线性关系B＝AX+C，得到B点的环境本底水温，并通过B点现场绝对水温观测(环境本底水温+温升)，可知B点的温升值(即D)＝B点现场绝对水温观测值-B点环境本底水温(B＝AX+C)，即可获得B点由热源影响产生的温升。因此，若在A或B其中任一点受到热源影响前，提前对A和B点进行水温观测，获得两者之间的线性关系，即可通过两者之间的线性关系推算出受影响一点的环境本底水温，从而有利于获得其水温温升值。
二、具体实施过程
如图1-2所示，本发明提供的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法及温升计算方法，其中推算方法如下：
首先为掌握滨海电厂排放口附近海域的海流特征，可根据滨海电厂排放口的历史水文调查资料进行统计分析，也可建立海流数值计算模型，以全面分析该区域的海流分布及其季节变化特征。若缺乏有针对性的水文调查历史数据，可开展水文环境的补充调查，站位布置原则为覆盖排放口附近海域和拟选取的水温参照站附近海域内，能够代表上述海域的海流分布特征。在潮流场数值计算或海流历史观测资料统计分析的基础上，分析排放口和准备选的水温参考站点的海流、余流等特征，筛选出和排放口附近海域海流特征相似的1-3个水温参考站。
建立水温参考站时，根据初选出的水温参考站，经岸边或者海上实地考察后，综合考虑设备安全、建站条件、设备回收等因素，另需考虑气象条件(日照、风速、风向等因素)应与排水口周边海域环境相似，水温参考站还应确保在滨海电厂运行期间不受到其他热源影响，筛选出建立水温参考站条件最佳的站位。观测设备可采用温深仪或者温度计，采样频率可为1Hz，设备的探头建议距离海面0.5m，以获取水温参考站的海表面水温值A。水温参考站的观测没有截止时间，若与其他水温观测站相关性良好且场址稳定，将长期观测下去。建议初次观测选取2个水温参考站，在后期相关性分析中，可选取相关性最好的站位作为水温参考站开展长期观测。
建立其他水温观测站时，根据温升数模计算的最大温升包络，根据海域开发利用现状，筛选出在1、2、3、4℃温升包络线上选取适合建立其他水温观测站的位置，每个温度包络可选取2-3个观测站，开展典型季节(典型季节为夏季7、8、9月，冬季为12、1、2月份)水温观测。另外，可在数模给出的1℃温升与0.5℃温升范围之间建立3个或者更多的观测站。观测设备可采用温深仪或者温度计，采样频率不高于1Hz，设备的探头建议距离海面0.5m，以获取其他水温观测站的海表面水温值B(多个其他水温观测站的水温值称B1，B2，B3…)。
水温参考站的建站距离拟建滨海电厂排放口不超过20km，水深、海流、海表热通量特征与拟建温排水口附近海域相似，并未受到冷、热源影响，未来10年水温参考站附近海岸线不再发生较大的人为改动，其观测位置适合长期观测。
其他水温观测站的布设在数模给出的最大1、2、3、4℃温升包络线中每个温升包络线至少布置2个测站，排水口位于敏感海域内根据现场情况可增加测站数量。
根据典型季节(一般为冬季或者夏季)1个月的水温参考站和其他水温观测站的水温观测值，分别开展水温参考站和其他水温观测站水温值的相关性分析，对于与水温参考站相关系数在0.85以上，信度95％以上的其他水温观测站予以保留并继续观测，相关性系数低于0.85的其他水温观测站停用或另行选址。若水温参考站与超过50％其他水温观测站的水温相关系数低于0.85，则弃用该水温参考站或另行选址。
根据典型季节水温参考站获取的水温A和其他水温观测站获取的水温B1、B2、B3…，分别拟合出水温参考站与其他水温观测站的典型季节线性关系，如B1＝AX1+b1，B2＝AX2+b2，B3＝AX3+b3等(X1、X2、X3…，b1、b2、b3…为相关系数)。若存在多个水温参考站A1、A2等，可分别拟合出各水温参考站与其他水温观测站的典型季节线性关系，如B1＝A1X1+b1，B1＝A2X2+b2，B2＝A1X3+b3，B2＝A2X4+b4等。
在观测条件允许的情况下，其他水温观测站可一直观测到滨海电厂运行方可停止观测，以获得更长时间序列的环境本底水温观测数据，可分别拟合出水温参考站与其他水温观测站的典型季节线性关系，使其更有代表性和适用性。若水温参考站超过1个，可通过逐一的验证分析，选取线性关系拟合最好和均方差最小的站位作为唯一的水温参考站，也可根据各水温参考站与其他水温观测站的线性关系拟合程度和均方差，分别选取与其他水温观测站相对应的水温参考站(即水温参考站A1与其他水温观测站B1、B2的线性关系最好，水温参考站A2与其他水温观测站B3、B4的线性关系最好)。
滨海电厂运行后，水温参考站作为推算其他水温观测站点水温的基准，持续进行观测，其他水温观测站可停止观测。通过水温参考站观测的实时水温数据，结合前文计算出的水温参考站与其他水温观测站典型季节相关系数，可计算得出原其他水温观测站的同步实时环境本底水温，根据多个其他水温观测站的环境本底水温推算结果，在数模给出的温升1℃或者0.5℃范围内或者在其他水温观测站所在海域内进行插值，其他水温观测站区域内的环境本底水温分布。
滨海电厂运行后排水口会排放水温高于环境本底水温的冷却水，导致邻近海域水温升高。为掌握滨海电厂运行后排水口附近海域水温分布，可在滨海电厂排水口附近海域开展水温调查，可采用以下方法调查：单点锚系观测水温观测法(站位与其他水温观测站位置相同)、大面站水温观测法(需涵盖其他水温观测站所在位置，并记录实时位置、水温和时间信息)、航空器遥感或者卫星遥感(反演出其他水温观测站的海表水温)。
计算方法如下：
1、其他水温观测站的温升计算。基于水温参考站同步水温观测值以及前期计算得到的水温参考站和其他水温观测站的典型季节相关性关系，推算出其他水温观测站的环境本底水温，根据其他水温观测站实际水温观测值或者遥感反演的绝对水温值与推算得到的环境本底水温的差值即是该点由温排水导致的温升值。
2、排水口附近海域温升场分布计算。基于水温参考站同步水温观测值以及前期计算得到的水温参考站和其他水温观测站的典型季节相关性关系，推算出其他水温观测站的环境本底水温，在其他水温观测站布置的区域内进行小范围插值，可近似得出排水口附近海域的环境本底水温场分布。大面站水温调查或者遥感获取的实际水温分布与插值得到的环境本底水温分布的差值，即为实际温升场分布。
3、本方法同样适用于海洋冷源排放的环境本底水温推算，如滨海LNG接收站冷排水的环境本底水温推算。
(1)环境本底水温具体实施例
于2021年在福建省宁德市沿岸的布置了多个临时水温观测站，分成3个组进行水温相关性检验，分别代表了开敞性海域和海湾海域，详见表1。每个组的水温观测时长一致，水温观测采用设备型号为RBR XR-620 CTD。每组水温观测站不少于2个测站，选取1个测站作为水温参考站，剩余测站作为其他水温观测站，对两者水温进行线性关系拟合，并计算拟合水温的均方差，以检验拟合水温的准确性。
表1各临时水温观测站信息汇总表
Figure BDA0003688815670000131
1、如图3-4所示，在第一组水温线性拟合中，以w134测站作为水温参考站(平均水温23.978℃)，w135测站作为其他水温观测站(平均水温24.264℃)，得到两个测站的日均水温相关系数为0.924，信度超过99％，计算两个测站水温存在如下线性关系：Tw135＝0.867×Tw134+3.467，均方差为0.069，说明两个测站存在显著的线性关系，以w134测站作为水温参考站推算得出的w135测站水温准确性较高。因此，可在夏季使用公式：Tw135＝0.867×Tw134+3.467和w134站的实测逐时水温来推算w135测站逐时水温；
2、如图5-7所示在第二组水温线性拟合中，以w126测站作为水温参考站(平均水温26.354℃)，w123和w131测站作为其他水温观测站(平均水温26.461℃和25.571℃)。经过相关分析，得到w123和w126测站的日均水温相关系数为0.937，w126和w131测站的日均水温相关系数为0.879，信度均超过99％。分别得到w126测站与w123和w131测站逐时水温存在如下线性关系：Tw123＝0.1.069×Tw126-1.725，Tw131＝0.710×Tw126+6.834，均方差为0.274和0.133。因此，可见三都澳内三个测站存在显著的线性关系。因此，可在夏季使用公式：Tw123＝0.1.069×Tw126-1.725，Tw131＝0.710×Tw126+6.834和w126站的实测逐时水温来推算w123和w131测站的逐时水温；
3、如图8-9所示在第三组水温线性拟合中，以w121测站作为水温参考站(平均水温25.075℃)，w122测站作为其他水温观测站(平均水温25.832℃)。经过相关分析，得到w121和w122测站的日均水温相关系数为0.875，信度超过99％。得到两个测站逐时水温存在如下线性关系：Tw122＝0.878×Tw121+3.802，均方差为0.246，说明两个测站存在显著的线性关系。因此，可在夏季使用公式：Tw122＝0.878×Tw121+3.802和w121站的实测逐时水温来推算w122测站的逐时水温。
从以上水温线性拟合的实验实例结果可见，无论在海湾内，还是在开敞性海域，当水温参考站与其他水温观测站的海流分布特征、水深地形特征和气象条件相似的情况下，水温参考站与其他水温观测站的距离小于30公里时，水温参考站与其他水温观测站存在显著的线性关系，其均方差很小。因此，当其他水温参考站的水温收到热源影响时，通过水温参考站推算得到的其他水温观测站的水温可以代表其他水温观测站所在位置的环境本底水温。
(2)模型温升计算具体实施例
1、计算参数
如图10所示，采用数值计算的方式检验本专利提出的通过推算环境本底水温得到温升方法的可行性，为此构建了斜压二维潮流模型。模型基于MIKE21软件，建立了矩形海区模型，矩形海长宽分别为14km和9km，网格分辨率为35-50m，模型水深自西向东依次变深(-8至-24m)，开边界位于矩形海东侧，在开边界处只有M2分潮驱动，其他边界为陆地边界，开边界水温梯度为零。模型为二维斜压模型，初始水温为20℃，初始流速为0cm/s，计算过程中空气温度恒定为21℃，相对湿度恒定为88％，风速恒定为3m/s，风向为SE，模型考虑了海表面长波辐射、净向下的短波辐射、潜热和感热通量。温排水口位于矩形海西侧边界中间，排水量为2m3/s，出水温度为26℃。模型计算步长为3s，计算时长为18d。开展了2个工况的数值计算试验，分别计算了温排水排放不存在和存在条件下的温度扩散模拟计算，温排水在模型计算稳定后第3d加入，2个工况的其他计算条件均相同。
2、试验方案
在温排水不存在的条件下(方案1)，选取模型后15d计算结果，构建水温参考站和其他水温观测站之间的线性关系；在温排水存在的条件下(方案2)，通过15d的模型计算，计算温排水的扩散影响，根据方案1和方案2其他水温观测站的水温变化得到温排水的温升影响，并根据方案1得到的水温参考站和其他水温观测站之间的线性关系，推算出其他水温观测站的环境本底水温，并结合方案2中其他水温观测站的水温，可得到温升，将方案2和方案1中其他水温观测站的水温差(即温升)与方案2中其他水温观测站与推算得到的环境本底水温之差(即温升)相比较，可得出本发明的可行性。总体试验思路如图11所示。
3、试验过程
①方案1计算结果(无温排水)
如图12-13所示，选取水温参考站时(t1站位)，需考虑到t1站位在温排水存在时不会受到温排影响，故做了一个相同的矩形海温排水附加试验，模型水深地形、开边界和风驱动同方案1和方案2，温排水的排水量同方案2，出水水温6℃(即出水水温即温升值)，水温初始场为0℃，海表面热交换为0，模型运行时间同方案1和方案2。附加方案的计算结果表明，t1站位的温度没有受到温排水的影响，同时矩形海模型内潮流的流速分布差异性较小，故t1站位可以作为水温参考站。并且，结合方案2的温排水扩散计算结果在温排水影响的区域内选择16个其他水温观测站(t2-t17)，如图14-16所示，分析水文参考站t1与其他水温观测站(t2-t17)之间的相关性，得到其相关系数均在0.99以上，信度均超过99％，并构建水温参考点与其他水温观测站之间的线性关系。
表2水温参考站与其他水温观测站之间的相关系数
Figure BDA0003688815670000161
表3水温参考站与其他水温观测站的线性关系汇总表
其他水温观测站 T2 T3 T4
与t1的线性关系 2.042*t1-2.554 2.040*t1-20.511 2.037*t1-20.452
其他水温观测站 T5 T6 T7
与t1的线性关系 2.045*t1-20.618 2.040*t1-20.512 2.035*t1-20.414
其他水温观测站 T8 T9 T10
与t1的线性关系 2.032*t1-20.365 2.032*t1-20.352 2.029*t1-20.301
其他水温观测站 T11 T12 T13
与t1的线性关系 2.025*t1-20.236 2.023*t1-20.204 2.023*t1-20.197
其他水温观测站 T14 T15 T16
与t1的线性关系 2.031*t1-20.338 2.024*t1-20.214 2.046*t1-20.636
其他水温观测站 T17
与t1的线性关系 2.037*t1-20.451
②方案2计算结果(有温排水)
如图17所示，当温排水存在情况下，水温受温排水影响主要扩散影响矩形海的西侧和西北侧，比较方案2和方案1其他水温观测站的温度差，该温度差即为温排水导致的其他水温观测站的温升(因在该矩形海模型中海表面热通量输入相同，故方案2和方案1的水温差值即为温排水导致的温升值)，计算方案2温升值＝方案2其他水温观测站水温-方案1其他水温观测站水温。同时，根据水温参考站与其他水温观测站之间的线性关系，得到其他水温观测站在方案2中的环境本底水温，方案2中其他水温观测站水温与推算得到环境本底水温之差为推算得到的温升值，推算方案2温升值＝方案2中其他水温观测站水温-推算得到的其他水温观测站的环境本底水温。
③比较分析
如图18-21所示，通过比较计算温升值和推算温升值(计算方案2温升值＝方案2其他水温观测站水温-方案1其他水温观测站水温，推算方案2温升值＝方案2中其他水温观测站水温-推算得到的其他水温观测站的环境本底水温)差值的均方差来检验推本方法的可行性。通过计算温升值和推算温升值之差的均方差可见，各站位的均方差值非常小。
表4计算温升值和推算温升值之差的均方差汇总表
站位 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
均方差 0.010 0.010 0.009 0.010 0.010 0.009 0.009 0.009
站位 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17
均方差 0.009 0.009 0.008 0.008 0.009 0.008 0.010 0.010
4、试验结论
通过上述矩形海数值计算试验表明，在新建滨海电厂运行前通过建立水温参考站和其他水温观测站水温的线性关系后，在新建滨海电厂运行后，在其他水温观测站受到温排水影响后，可通过其他水温观测站同步观测获取的水温，以及该水温参考站与其他水温观测站的线性关系来推算新建滨海电厂运行后其他水温观测站的环境本底水温，滨海电厂运行后的其他水温观测站水温与同步推算获得的该站位环境本底水温之差即为该站位同步温升值。同时，矩形海数值计算试验结果也表明，通过水温参考站水温推算其他水温观测站的环境本底水温值精度较高，从而使温升值的获取精度也较高。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于包含如下步骤：
S01：新建滨海电厂运行前，在其排放口附近海域选取至少一个与所述排放口水文环境背景特征相似的岸边或者海中位置建立水温参考站；通过温升数模计算出所述温排水的最大温升包络线，且在所述温排水的所述最大温升包络线范围内选址建立若干个其他水温观测站；
S02：实施水温参考站和其他水温观测站长期表层水温同步连续观测，并记录所述水温参考站与若干个所述其他水温观测站的水温数据；
S03：分析步骤S02中获得的水温数据，建立所述水温参考站与各个所述其他水温观测站之间水温的典型季节或长期线性关系；
S04：在新建滨海电厂运行后，持续观测水温参考站的水温，通过步骤S03中得出的线性关系，根据水温参考站的水温推算出各个所述其他水温观测站的环境本底水温。
2.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
还包括通过对得到的多个其他水温观测站的环境本底水温，或者对其他水温观测站推算得到的环境本底水温进行小范围插值后，得到环境本底水温场分布的步骤。
3.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
所述水温参考站距离所述排放口不超过20㎞，且无其他冷、热源影响；所述水温参考站位于温升数模计算出温升范围0.5℃外的海域，优选0.1℃温升外的海域。
4.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
根据步骤S01温升数模计算的最大温升包络线，得出1-4℃的温升包络线，并且在每个温度包络线上选取至少两个适合建立其他水温观测站的站位。
5.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
S02中还包括1个月的所述水温参考站以及所述其他水温观测站的水温观测值进行相关性分析：
若所述其他水温观测站水温值与水温参考站水温值相关系数在0.85以上，信度95％以上的其他水温观测站予以保留并继续观测，相关性系数低于0.85的其他水温观测站停用或另行选址。若水温参考站与超过50％其他水温观测站的水温相关系数低于0.85，则弃用该水温参考站或另行选址。
6.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
当所述水温参考站≥2个时，分别建立各所述水温参考站与所述其他水温观测站之间的线性关系，进行逐一验证分析，选取线性关系拟合关系最好的以及均方差最小的所述水温参考站的水温数据作为推算该所述其他水温观测站的本底水温线性公式的所属的所述水温参考站。
7.根据权利要求1所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法，其特征在于：
还包括在新建滨海电厂开始运行前进行持续观察，进行线性关系系数修正的步骤。
8.新建滨海电厂温升区温升计算方法，其特征在于包括如下步骤：
S01：采用权利要求1-7中任一权利要求所述的新建滨海电厂温升区环境本底水温推算方法推算出滨海电厂运行后若干个所述其他水温观测站环境本底水温；
S02：滨海电厂运行后，测量其他水温观测站所在位置的现场绝对水温；
S03：其他水温观测站的现场绝对水温与推算得到的环境本底水温差值即为该其他水温观测站的实际温升；
S04：推算得到的其他水温观测站位置的环境本底水温，通过小范围插值得到排水口区域的环境本底水温分布。
9.根据权利要求8所述的新建滨海电厂温升区温升计算方法，其特征在于：
还包括通过权利要求2得到环境本底水温场分布后，结合卫星和/或航飞遥感获取的绝对水温分布，获得所述排水口附近温升场分布的步骤。
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