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ICS编号
CCS编号
团 体 标 准
T/CHES XXX—20XX
冷却水工程水力、热力模拟技术规程
Technical specification for hydraulic and thermal simulation in cooling water projects
（报批稿）
20XX-XX-XX发布 20XX-XX-XX实施
中国水利学会 发布
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1 总则
为规范冷却水工程水力、热力模拟技术和方法，保证研究成果的科学性、准确性和可靠性，编制本标准。
本标准适用于电厂及其他利用天然及人工水体进行冷却的取排水工程水力、热力模拟研究，以及液态流出物、余氯等的稀释扩散模拟研究。
河流、水库、湖泊等水体水温时空分布的模拟研究可参考使用。
冷却水工程水力、热力模拟技术除应符合本标准规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
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2 术语
温排水 thermal discharge
电厂及其他工业循环冷却水系统运行时向环境水体排放的温度高于环境水温的水。
液态流出物 liquid effluents
核电厂正常运行期间，将产生的含有放射性核素的废液通过废水处理系统处理达到国家相关标准后，采用槽式排放以可控的方式排入环境水体的废水。
模拟技术 simulation technique
模仿自然界物质运动和变化过程与规律的技术，包括数值模拟计算和物理模型试验两种方法。
数学模型计算 numerical simulation
通过数值计算求解研究对象控制方程模拟其自然物理过程的方法。
物理模型试验 physical model experiment
按照相似准则，通过一定几何比尺制成的实体模型模拟自然物理过程的方法。
扩散系数 diffusion coefficient
物质通量分量与浓度梯度分量的比例系数。
表面综合散热系数 water surface heat transfer coefficient
单位时间内，水面温度变化1℃时，水体通过蒸发、对流和水面辐射三种水面散热方式在单位表面积上散失热量的变化量。
正态模型 undistorted model
水平向和垂向几何比尺相同的物理模型。
变态模型 distorted model
水平向和垂向几何比尺不同的物理模型。
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3 一般规定
模拟技术类别与选择
冷却水工程水力、热力模拟可采用以下两种方法进行:
1 数学模型计算：用于工程水域水力、热力模拟，可为工程可行性论证及工程取排水方案初步比选、建设项目水资源论证、工程水域水环境影响评价、已运行工程温排水环境影响评估等提供依据。
2 物理模型试验：宜用于工程取排水近区水域水力、热力模拟，可为工程可行性论证及其取排水工程方案的优化、工程排水口近区水域水环境影响评价等提供依据。
工程可行性研究阶段之前可采用数学模型计算方法开展研究工作；可行性研究阶段和初步设计阶段宜采用数学模型计算和物理模型试验相结合的方法；工程运行阶段可采用数学模型计算方法。
数学模型选用宜符合下列要求：
1 宽浅型水域工程水力、热力的数值模拟宜采用平面二维数学模型；
2 排放口近区出流初始掺混稀释过程可采用浮射流无量纲参数化模型；
3 取排水口近区水域、深水型湖库、水池以及密度分层效应显著的海域宜采用三维数学模型；
4 充分混合的河道可采用一维数学模型；
5 已运行工程温排水影响评估选用的数学模型，应能反映水文、气象条件实时变化的影响。
工作大纲与质量保证大纲
冷却水工程水力、热力模拟宜编写工作大纲与质量保证大纲。
工作大纲及质量保证大纲编写应符合相关规程、规范的要求。
工作大纲应包括下列内容：
1 项目概况（包括工程自然条件概况）、研究目的与要求、研究内容与所采取的技术路线；
2 研究工作依据及执行标准；
3 模型选择或规划设计；
4 主要研究人员、试验仪器设备和所需的各项基础资料；
5 研究工作进度计划、预期成果；
6 国家重点项目或大、中型工程项目应有和动态。
质量保证大纲应包括下列内容：
1 项目概况（包括工程自然条件概况）、质量保证大纲编制依据与适用范围、承担单位责任及其质量方针、目标；
5
2 质量保证大纲编写、评审、批准程序；
3 组织构成；
4 文件控制；
5 检查（含质量控制点）；
6 对不符合项的控制；
7 纠正措施与预防措施。
数据记录及整理
数据记录及整理应符合相关规定与工作任务的要求。
应根据工作的要求做好数据记录。当发现数据有疑问和差错时应查明原因，重新复核、量测或计算。数据文件应有统一编码和记录时间，数据文件应及时备份。
数据应及时整理、校核。数据的整理应遵循精度和谐及误差处理的基本原则，不应随意挑选和取舍资料。
报告编写及提交
报告编写应符合基本格式要求。
报告内容应包括工程概况、自然条件、研究目的与内容、技术路线、遵循的技术标准、资料选取、模型验证、成果分析以及主要结论等。物理模型试验还应包括模型设计、制作以及主要仪器设备性能、精度，数学模型计算还应包括模型控制方程、定解条件、数值方法以及主要参数取值的合理性分析等。
对同一研究对象采用多种方法进行模拟时，应针对各方法的主要成果进行综合分析并提出相应的结论。
研究报告应按规定的程序审核后提交，相应资料应归档备查。
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4 基础资料
工程可行性研究阶段之前宜收集已有地形、水文、气象等资料。工程可行性研究阶段和初步设计阶段，取排水工程附近水域应采用近5年内资料，其他区域可采用已有资料。已运行工程温排水环境影响评估宜采用工程水域已有最新资料。
地形资料应满足下列要求：
1 模拟范围应包括工程水域和工程排放物质可能的影响水域。
2 测图比例可根据工程水域自然地形条件及工程布置等因素确定。
河道及湖泊、水库水文资料应包括下列内容：
1 流域基本特征及涉水工程运行调度资料。
2 河道上、下游控制断面丰水期、平水期和枯水期水位、流量资料，模拟范围内的丰水期、平水期和枯水期的水面线资料，工程水域水温资料。
3 河道不少于5个断面的同步水文测验资料。有支流、分汊等的复杂河段宜增设测验断面。
4 湖泊、水库水域的来水量、水位、水温以及定点流速流向资料。
5 已运行工程温排水影响评估应同步开展不少于3个断面的水文测验以及工程温排水影响区域温度场原型观测。
海域水文资料应包括下列内容：
1 工程海域的基本水动力特征。
2 厂址或周边海洋观测站的长期水文资料。
3 不少于3个测站的连续一个月的潮位资料。
4 不少于9个测点的大、中、小潮的全潮同步水文测验资料。必要时宜提供至少1个测点包含实测大、中、小潮在内的连续半个月全潮同步水文测验资料。
5 已运行工程温排水影响评估应同步开展不少于3个测点大、中、小潮的全潮同步水文测验以及工程温排水影响区域温度场原型观测。
感潮河道水文资料可根据工程水域水文基本特性，。
其他资料应包括气象资料、工程设计以及工程水域内已有相关涉水工程运行、功能区划、环境敏感点及岸线规划等资料。
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5 数学模型计算
数学模型与参数
数学模型计算应采用基本方程式（）。不同通用变量情况下，、、。
（）
式中：——通用变量，代表，，，，等；
、、——x、y、z方向的广义扩散系数；
——瞬态项；
、、——x、y、z方向的对流项；
、、——x、y、z方向的扩散项；
——广义源汇项；
r——水体密度。
不同通用变量情况下、、的取值
通用变量
连续方程
1
0
0
动量方程
、、
能量方程
浓度方程
注：、、——x、y、z方向流速分量；
——受纳水体的水温；
——水体中物质浓度；
——自由表面热通量，包括太阳净辐射、大气净辐射、水体辐射、水表面蒸发散热和对流换热；只考虑温排水增温影响的数学模型，
——受温排水影响的温升；
——水面综合散热系数；
—— 水深；
——广义黏性系数；
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、——扩散系数；
——衰减系数；
——广义分配系数；
——水的比热；
、、——源汇项。
边界条件应符合下列要求：
1 固壁边界的法向流速为零，温度、浓度的法向梯度为零，见公式（-1）、（-2）：
（-1）
（-2）
式中：——固壁边界流速矢量；
——固壁边界法向矢量。
2 开边界采用给定的水位或流量（流速）过程，见公式（-3）、（-4）、（-5）：
（-3）
（-4）
（-5）
式中：z ——水位；
Q ——流量；
——流速矢量；
x，y，z——分别为x，y，z方向的坐标值；
t ——时间；
z *、Q*、——分别为z、Q、在边界的已知值。
3 温度场、浓度场应考虑开边界回归影响。
4 干湿变化水域的模拟宜采用动边界技术。
模型参数选取应遵循相应规范规定。对规范未规定的参数，有原型观测或其他相关验证资料时应进行率定；无验证资料可依据类似研究工作所取得的实践经验进行选取，并进行敏感性分析。
模型范围及计算网格尺度
模型范围选取应遵循下列原则：
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1 根据研究目的，结合水流、地形条件、建（构）筑物对水域流场影响范围以及冷却水对受纳水体可能的影响范围等因素确定。
2 满足水体热量（或液态流出物）扩散效应的模拟要求。
3 反映相邻工程冷却水的相互影响。
模型网格尺度的选取应能反映水工建（构）筑物等对水力、热力特性的影响，并满足计算精度的要求。
模型验证与计算水文条件
模型验证应包括下列内容：
1 受纳水体为河道时，应进行水位、水面比降、断面流量、流速、流向等验证；受纳水体为湖泊、水库，应进行水位、流速、流向等验证。
2 受纳水体为海域时，应进行大潮、中潮和小潮的潮位、流速与流向过程验证，并符合原体流态特征。连续半月潮计算应进行连续半月潮的潮位过程验证。
3 受纳水体为感潮河道时，。
4 有温度（场）的实测资料时宜对模型进行温度（场）验证。
5 已运行工程温排水影响评估应同步进行运行期流场、温度场的验证。
计算水文条件应符合下列要求：
1 受纳水体为河道时，应按全年设计枯水、夏季设计枯水等水文条件进行模拟。受纳水体为湖泊、水库，应按设计枯水年水文条件进行模拟。
2 受纳水体为海域时，工程可行性研究和设计阶段应采用有代表性的大、中、小潮或连续半月潮型进行模拟，应考虑风生流、沿岸流等影响；工程运行阶段宜采用有代表性的实测大、中、小潮进行温排水模拟；液态流出物排放应采用连续半月潮进行模拟。
3 受纳水体为感潮河道时，、2款综合分析结果执行。
4 计算水文条件选择还应符合DL/T 5084的要求。
计算内容与成果分析
计算内容应符合下列要求：
1 受纳水体为河道时，应计算不同设计工况和不同水文条件下的水面线、流场、温度（温升）场或浓度（相对浓度）场。受纳水体为湖泊、水库时，应计算不同设计工况和不同水文条件下的水位、流场、温度（温升）场或浓度（相对浓度）场。
2 受纳水体为海域时，应计算不同设计工况和不同水文条件下潮位、流场、温度（温升）场或浓度（相对浓度）场。
3 受纳水体为感潮河道时，
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2款执行。
成果分析应包括下列内容：
1 绘制水位、流速、温度（温升）、浓度（相对浓度）时空分布图表，包括温度（温升）、浓度（相对浓度）过程线及包络图表等。
2 分析水位、流速、温度（温升）、浓度（相对浓度）时空分布变化规律。
3 分析计算成果合理性。