本文摘要：摘要：孟加拉灣東海岸海域呈強(qiáng)浪強(qiáng)潮高含沙水體特點(diǎn)，加上復(fù)雜的地形特征，泥沙淤積會(huì)對港池航道的通航水深和電站取排水口地形的過流斷面帶來不利影響，沿海港口及濱海電站水工配套工程的建設(shè)面臨較大挑戰(zhàn)。分別采用潮流泥沙數(shù)學(xué)模型和波浪潮流泥沙動(dòng)床物理
摘要：孟加拉灣東海岸海域呈“強(qiáng)浪強(qiáng)潮高含沙水體”特點(diǎn)，加上復(fù)雜的地形特征，泥沙淤積會(huì)對港池航道的通航水深和電站取排水口地形的過流斷面帶來不利影響，沿海港口及濱海電站水工配套工程的建設(shè)面臨較大挑戰(zhàn)。分別采用潮流泥沙數(shù)學(xué)模型和波浪潮流泥沙動(dòng)床物理模型試驗(yàn)，對孟加拉灣東海岸某電廠碼頭及取排水工程平面布置進(jìn)行模擬，分析研究工程建設(shè)后港池、航道和取水明渠等區(qū)域的泥沙沖淤變化。研究結(jié)果為工程實(shí)施和今后運(yùn)營管理提供可靠依據(jù)，為類似工程提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)模型;物理模型;電廠;淤積
電力論文范文：電力工程管理中質(zhì)量控制的措施
摘要:近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，們對于生活質(zhì)量的要求也與過去相比有了大幅度的提升。尤其是最近幾年來，人們對于電力的需求逐年上升，每年的用電量曲線呈現(xiàn)上升的趨勢，這也在一定程度上體現(xiàn)了人們對于電力的需要，電能已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠帧?/p>
孟加拉灣整體呈喇叭口狀，開口向南，面向印度洋，潮流動(dòng)力強(qiáng)，屬于典型的強(qiáng)潮海灣，涌浪作用頻繁又是熱帶氣旋的多發(fā)海域，是世界上受風(fēng)暴潮災(zāi)害最為嚴(yán)重的地方。北部灣頂分布著豐水多沙的強(qiáng)潮河口——恒河-布拉馬普特拉河口，高含沙水體及復(fù)雜的岸灘地貌在強(qiáng)潮強(qiáng)浪條件下，將會(huì)給港口、濱海電站配套海工工程帶來巨大的泥沙淤積風(fēng)險(xiǎn)[1]，主要體現(xiàn)在泥沙淤積會(huì)對港池航道的通航水深和電站取排水口地形的過流斷面帶來不利影響。
電廠工程取排水口泥沙淤積研究很多，郭慶超、謝靈運(yùn)等[2-3]采用潮流泥沙數(shù)學(xué)模型對港池泥沙淤積問題進(jìn)行研究，張旭金、黃衛(wèi)東等[4-5]采用潮流泥沙物理模型對取排水口泥沙問題進(jìn)行分析。但是類似孟加拉東海岸這樣惡劣的建港條件并不多見，前人研究的成果不能直接套用。針對孟加拉灣強(qiáng)浪強(qiáng)潮高含沙量的水動(dòng)力條件，本文分別采用泥沙數(shù)學(xué)模型和波浪潮流泥沙物理模型對某燃煤電站泥沙淤積問題進(jìn)行研究。研究得到了工程設(shè)計(jì)方案各部位的淤積結(jié)果，為工程擬建碼頭及取排水平面布置、水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和今后運(yùn)營管理提供了可靠依據(jù)，為類似工程問題的研究提供參考和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
1工程簡介
某燃煤電站廠址位于孟加拉灣東海岸吉大港南側(cè)，距吉大港市中心約45km。工程附近有眾多大小河流入海，北有Karnaphuli河，Sangu河，南有Matamohori河，這些河流攜帶大量泥沙入海，近岸水體常年渾濁，工程區(qū)域海域來沙是主要的泥沙來源，懸沙中值粒徑在6.32~8.79μm之間。擬建工程海岸由近岸向深水區(qū)域呈灘-槽-脊相間的水下地形特征，近岸北側(cè)區(qū)域?yàn)榉凵胺植紖^(qū)，中值粒徑在0.011～0.099mm之間;離岸深槽外側(cè)粗細(xì)砂相間中值粒徑在0.181～0.399mm之間。
強(qiáng)浪強(qiáng)潮高含沙量的水動(dòng)力特點(diǎn)較為明顯。港池布置為垂直于岸的環(huán)抱型，南防波堤長為2535m，北防波堤長為2190m，航道及港池挖深至-6.4m。碼頭長度共199m，采用高樁結(jié)構(gòu)，由473m棧橋與岸相連。采用港內(nèi)取水，取水明渠與港池相連，明渠底高程為-4.68m，總長430m，底寬65m，排水為管涵離岸排水，布置在北防波堤北側(cè)，取排水流量為59.1m3/s[6-7]。
2泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析
2.1泥沙起動(dòng)流速計(jì)算
根據(jù)底質(zhì)取樣分析結(jié)果，中值粒徑在0.011~0.399mm之間，粗顆粒啟動(dòng)流速采用沙莫夫公式計(jì)算[8]，細(xì)顆粒起動(dòng)流速采用竇國仁[9]泥沙起動(dòng)流速公式計(jì)算。港池、防波堤及取水工程位于-5m等深線以內(nèi)，粗顆粒泥沙的起動(dòng)流速可超過0.43m/s，細(xì)顆粒泥沙的起動(dòng)流速在0.60~1.95m/s的范圍內(nèi)，結(jié)合水文實(shí)測和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，大潮期海域最大流速大于此數(shù)值，海床泥沙較易在單純潮流作用下發(fā)生起動(dòng)和輸移。
2.2泥沙起動(dòng)水深計(jì)算
海底泥沙在波浪作用下的起動(dòng)水深與波浪的波高、周期以及泥沙粒徑的大小有關(guān)。為進(jìn)一步分析波浪作用下泥沙的起動(dòng)程度，使用佐藤-田中計(jì)算式[10]對泥沙起動(dòng)波高進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，波高為1.0m的波浪分別能使5.0m(常年代表波浪平均周期T=8.2s)和6.0m(重現(xiàn)期50a波浪平均周期T=13.8s)水深以淺的泥沙中值粒徑在0.02mm內(nèi)細(xì)顆粒泥沙海床泥沙產(chǎn)生全面推移。
2.3模型建立及驗(yàn)證
潮流泥沙數(shù)值模擬采用大小模型嵌套的方法進(jìn)行計(jì)算，大模型計(jì)算域東西方向長約2660km，南北方向長約2240km。小模型計(jì)算域東西方向長約280km，南北方向長約170km，開邊界約為1km，工程區(qū)域空間步長約為10m，計(jì)算節(jié)點(diǎn)43858個(gè)，網(wǎng)格85707個(gè)。針對工程所在海域的特點(diǎn)，在潮流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，使用MIKE21軟件包中的MT泥沙模塊建立考慮波浪作用的泥沙數(shù)學(xué)模型，研究工程實(shí)施后泥沙運(yùn)動(dòng)和地形沖淤情況[11]。
潮流模型建立和驗(yàn)證的基礎(chǔ)是5個(gè)實(shí)測點(diǎn)大潮及小潮的實(shí)測水深及垂向平均流速流向資料以及含沙量。潮位實(shí)測值與計(jì)算值吻合較好[6-7]。為考慮全年平均淤積情況，采用基于經(jīng)實(shí)測全潮過程驗(yàn)證的潮流、泥沙場，工程外海區(qū)域SSE~W向年均代表波浪H1/3=0.93m，平均周期為8.2s，合成波向?yàn)槠玈SW，模型運(yùn)算全年后統(tǒng)計(jì)沖淤結(jié)果。
取水明渠沿程及取水口附近的淤強(qiáng)在0.48~2.98m/a之間變化，平均淤積強(qiáng)度為2.54m/a，年均淤積量約7.36萬m3/a。港池水域的淤強(qiáng)在1.78~5.82m/a之間變化，平均淤積強(qiáng)度為3.96m/a，年均淤積量約57.04萬m3/a。泊位水域的淤強(qiáng)在1.98~4.41m/a之間變化，平均淤積強(qiáng)度為3.02m/a，年均淤積量約4.89萬m3/a。航道水域的淤強(qiáng)在1.04~5.33m/a之間變化，平均淤積強(qiáng)度為3.63m/a，年均淤積量約60.80萬m3/a。工程建設(shè)后總水域的淤強(qiáng)在0.48~5.82m/a之間變化，平均淤積強(qiáng)度為3.68m/a，年均淤積量約125.31萬m3/a。
3潮流波浪泥沙物理模型試驗(yàn)
3.1模型設(shè)計(jì)
根據(jù)平面布置，波浪潮流泥沙物理模型試驗(yàn)采用變態(tài)模型，模型尺寸為75m×45m，水平比尺200，垂直比尺80。
3.2模型沙選擇
根據(jù)當(dāng)?shù)睾^(qū)泥沙沉降速度和泥沙沉降相似比尺關(guān)系確定。原型沙沉速按張瑞謹(jǐn)[8]的粗細(xì)顆粒通用公式計(jì)算原型懸沙和底沙的沉速分別為0.35mm/s和2.25mm/s。根據(jù)模型沙對比，選擇γs=1.195g/cm3，中值粒徑d50=0.250mm的聚氨酯模型沙模擬底沙。采用γs=1.123g/cm3，d50=0.069mm的聚苯乙烯模型沙模擬懸沙。
3.3模型試驗(yàn)條件
采用已驗(yàn)證的大、小潮組合潮型作為潮流邊界條件，波浪邊界選取同數(shù)學(xué)模型。取排水流量按原型59.1m3/s給定。采用已驗(yàn)證的潮流期間的含沙量作為本次試驗(yàn)的常年浪含沙量。
3.4模型驗(yàn)證
在進(jìn)行模型試驗(yàn)之前需對物理模型的潮位和潮流、水體含沙量以及地形演變趨勢進(jìn)行驗(yàn)證，以保證模型模擬的工程建設(shè)后地形變化趨勢是正確的。
4結(jié)語
1)采用泥沙數(shù)學(xué)模型及潮流波浪泥沙動(dòng)床物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治龉こ虒?shí)施后港池、航道及取水口的沖淤情況，模型均進(jìn)行了潮位、流速、流向、含沙量等驗(yàn)證。物理模型還進(jìn)行了沖刷和淤積地形驗(yàn)證。結(jié)果表明，無論是數(shù)學(xué)模型還是物理模型，均能反映工程建設(shè)后各部位的泥沙淤積情況。
2)電廠取水量大，口門外水體含沙量高，大量泥沙在航道、港池和取水明渠落淤�？陂T處向港內(nèi)一段范圍內(nèi)淤積最嚴(yán)重，航道和取水明渠沿程淤積逐漸減小。同時(shí)也應(yīng)注意防波堤堤頭的沖刷問題。3)數(shù)學(xué)模型和物理模型試驗(yàn)結(jié)果表明工程區(qū)內(nèi)平均淤強(qiáng)分別為3.68m/a、3.35m/a，淤積強(qiáng)度較大，對工程建設(shè)提出挑戰(zhàn)，建議備淤深度按照2m考慮，在電站運(yùn)行期間每年清淤2次，以確保電站安全運(yùn)營。同時(shí)對港池及航道的淤積進(jìn)行監(jiān)測，關(guān)注防波堤堤頭的沖刷問題。
4)工程海域水體含沙量高，所在海域常有風(fēng)暴潮發(fā)生，風(fēng)暴潮期間引起的港池驟淤應(yīng)引起重視。5)研究成果可為在孟加拉灣東海岸建港提供技術(shù)參考。研究采用的技術(shù)路線和方法可為類似工程提供參考和借鑒。
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