一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法

技术领域

本发明涉及浮式导流堤的布置领域，具体涉及一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法。

背景技术

目前，各大电厂采用直流循环供水的方式冷却发电机组，在运行过程中需要大量的冷却水，在取水作用下水中一些海生物可持续进入取水构筑物内，堵塞取水口，对发电机组的运行产生严重影响，导致发电机组被迫降低功率或者停机。取水构筑物类型主要有明渠和暗涵两大类。明渠形式通过建设露水面的防波堤，在防波堤尽头通过泵房抽取冷却水，是目前主流的取水构筑物形式，具有造价低、便于施工、清理、运维和管理的优点。

在现有的技术中，为了防止一些海生物堵塞取水口，通常在取水明渠内设置一重或多重拦截网具，通过清理或者更换网具的形式实现持续拦截。但是，在海生物爆发季节，堵塞事件通常具有突发性，时间上来不及清理和更换网具，导致网具破裂，大量海生物涌入取水口，造成发电机组停机，增加了网具拦截、清理的压力，降低了取水效率。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供了一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法，具有降低网具拦截、清理压力，提高电厂取水效率的优点。

技术方案：一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法，包括：

建立潮流场模型并获取潮流场模型中的流场形态模拟数值；

利用质点追踪模型中的卷吸评估算法计算近海电厂取水口的第一取水卷吸量；

根据所述流场形态模拟数值，设计多种取水口浮式导流堤布置方案；

利用所述质点追踪模型中的卷吸评估算法计算多种取水口浮式导流堤布置方案下对应的第二取水卷吸量；

比较第一取水卷吸量和多个第二取水卷吸量的大小，得到最优布置取水口浮式导流堤方案。

进一步的，所述建立潮流场模型并获取潮流场模型中的流场形态模拟数值，包括：

获取近海电厂的资料数据，所述资料数据包括潮流数据和堵塞数据；

根据所述资料数据中的潮流数据和堵塞数据建立初始潮流场模型；

获取所述近海电厂取水口的实测数据；

利用实测数据对所述初始潮流场模型进行验证，得到潮流场模型；

利用所述潮流场模型生成所述近海电厂取水口的流场形态模拟数值，所述流场形态模拟数值包括潮流场流速、潮流场流向、潮流场回流范围以及潮流场回流强度。

进一步的，所述根据实测数据对初始潮流场模型进行验证，包括：

当所述初始潮流场模型输出的潮流模拟数值与所述实测数据的差值小于预设阈值时，则输出初始潮流场模型作为近海电厂对应的潮流场模型。

进一步的，所述利用质点追踪模型中的卷吸评估算法计算近海电厂取水口的第一取水卷吸量，包括：

所述资料数据还包括海生物特征数据，根据所述资料数据中的海生物特征数据在所述近海电厂取水口上游水域投放控制质点；

获取所述控制质点的初始位置以及投放时间，并根据所述控制质点的初始位置以及投放时间建立质点追踪模型；

利用所述质点追踪模型生成被卷入近海电厂取水口的控制质点量；

根据所述被卷入近海电厂取水口的控制质点量得出所述近海电厂取水口的第一取水卷吸量。

进一步的，所述利用所述质点追踪模型生成被卷入近海电厂取水口的控制质点量，包括：

利用所述质点追踪模型获取在所述近海电厂取水口上游水域投放的控制质点数；

基于所述流场形态模拟数值中的潮流场回流范围，利用所述质点追踪模型获取所述控制质点被卷入近海电厂取水口的控制质点量。

进一步的，所述根据所述近海电厂取水口的质点数得出所述近海电厂取水口的第一取水卷吸量，包括：

将所述控制质点数和控制质点量输入到取水卷吸量公式中进行计算，得到第一取水卷吸量。

进一步的，取水卷吸量公式为：P=N

其中，P为得到的取水口浮式导流堤布置方案下对应的取水卷吸量，N

进一步的，所述得到第一取水卷吸量之后，还包括：

根据所述潮流场模型生成的流场形态模拟数值，获取海生物在近海电厂取水口的路径信息；

基于所述路径信息，设计多种取水口浮式导流堤方案；

根据多种取水口浮式导流堤方案，在所述近海电厂取水口上游水域再次投放控制质点，计算第二取水卷吸量；

比较第一取水卷吸量和第二取水卷吸量的大小，得到最优布置取水口浮式导流堤方案。

有益效果：本发明首先通过建立潮流场模型，获取潮流场模型中的流场形态模拟数值，根据流场形态模拟数值，可以设计多种取水口浮式导流堤布置方案，利用质点追踪模型中的卷吸评估算法来计算近海电厂的取水卷吸量，首先计算出未布置取水口浮式导流堤下的第一取水卷吸量，再计算多种取水口浮式导流堤布置方案下对应的第二取水卷吸量，逐个对比不同方案下对应的第二取水卷吸量与第一取水卷吸量的大小，选取取水卷吸量最小的浮式导流堤方案进行布置，从而实现降低网具拦截、清理压力，提高电厂取水效率的目标。

附图说明

图1为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法的浮式导流堤的俯视示意图；

图3为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤的结构示意图；

图4为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置前的潮流场示意图；

图5为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置后的潮流场示意图；

图6为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置前的质点轨迹图；

图7为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置后的质点轨迹图。

附图标记：

1、原有取水口构筑物；2、浮式导流堤；3、浮体部；4、上层密封空箱；5、中层压载水箱；5-1、进水阀；5-2、排水阀；6、下层气囊箱；7、气囊；8、连接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如背景技术所述，各大电厂采用直流循环供水的方式冷却发电机组，在运行过程中需要大量冷却水，在取水作用下水中海生物可持续进入取水构筑物内，此即“卷吸”效应。电厂取水系统的堵塞可对发电机组的运行产生严重影响，导致发电机组被迫降低功率或停机。因此降低取水构筑物卷吸效应是电厂安全运营的迫切需求。目前取水构筑物类型主要有明渠和暗涵两大类。明渠形式通过建设出露水面的防波堤，在防波堤尽头通过泵房抽取冷却水源，是目前主流的取水构筑物形式。致灾海生物类型多样，大致可分为水面漂浮型、水中浮游型和近底运移型三类。目前引起电厂发生取水堵塞事件的致灾物通常为水面漂浮型、水中浮游型，如漂浮垃圾、毛虾、水母、尖笔帽螺，藻类等。

取水工程所在海域流场随潮流实时变化，叠加电厂取水动力作用以及取水构筑物对水流的影响，取水口局部流态非常复杂，在当下诸多公开的技术专利中，主要通过在取水明渠内设置一重或多重拦截网具，限制堵塞致灾物进入取水口。当拦截网具中海生物达到一定量时，通过清理、更换网具的形式实现持续拦截。但是，海生物爆发季节，堵塞事件通常具有突发性，时间上来不及清理和更换网具，导致网具破裂、海生物涌入取水前池，造成电厂停机或降低功率，增加了网具拦截、清理的压力，降低了电厂取水效率。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法，下面对本发明实施例所提供近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法进行介绍。

图1示出了本发明实施例提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法的流程示意图。如图1所示，该近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法具体可以包括如下步骤：

S1、建立潮流场模型并获取潮流场模型中的流场形态模拟数值；

S2、利用质点追踪模型中的卷吸评估算法计算近海电厂取水口的第一取水卷吸量；

S3、根据所述流场形态模拟数值，设计多种取水口浮式导流堤布置方案；

S4、利用所述质点追踪模型中的卷吸评估算法计算多种取水口浮式导流堤布置方案下对应的第二取水卷吸量；

S5、比较第一取水卷吸量和多个第二取水卷吸量的大小，得到最优布置取水口浮式导流堤方案。

由此，本发明首先通过建立潮流场模型，获取潮流场模型中的流场形态模拟数值，根据流场形态模拟数值，可以设计多种取水口浮式导流堤布置方案，利用质点追踪模型中的卷吸评估算法来计算近海电厂的取水卷吸量，首先计算出未布置取水口浮式导流堤下的第一取水卷吸量，再计算多种取水口浮式导流堤布置方案下对应的第二取水卷吸量，逐个对比不同方案下对应的第二取水卷吸量与第一取水卷吸量的大小，选取取水卷吸量最小的浮式导流堤方案进行布置，具体的，选取当第二取水卷吸量小于第一取水卷吸量且二者差值最大时的第二取水卷吸量对应的浮式导流堤方案作为最优布置取水口浮式导流堤方案；从而实现降低网具拦截、清理压力，提高电厂取水效率的目标。

下面介绍上述各个步骤的具体实现方式。

在一些实施例中，在S1中，在海生物爆发增殖季节，会对近海电厂造成取水口堵塞的风险，因此需要一种当海生物爆发时，可以在一定比例上降低海生物进入取水明渠内的方法，海生物一般为毛虾、水母、尖笔帽螺以及藻类等。首先建立潮流场模型，模拟实际海域上潮流的真实情况。

上述S1具体可以包括：

S1-1、获取近海电厂的资料数据，所述资料数据包括潮流数据和堵塞数据；

S1-2、根据所述资料数据中的潮流数据和堵塞数据建立初始潮流场模型；

S1-3、获取所述近海电厂取水口的实测数据；

S1-4、利用实测数据对所述初始潮流场模型进行验证，得到潮流场模型；

S1-5、利用所述潮流场模型生成所述近海电厂取水口的流场形态模拟数值，所述流场形态模拟数值包括潮流场流速、潮流场流向、潮流场回流范围以及潮流场回流强度。

在一些实施例中，在S1-1中，对于海生物堵塞频发的近海电厂，进行现场调研和资料收集，获取近海电厂的资料数据，资料数据包括潮流数据和堵塞数据，其中，潮流数据又包括潮位、潮流流速、潮流流向，堵塞数据又包括堵塞季节、堵塞日期、堵塞时段、堵塞潮型、堵塞气象条件。

在一些实施例中，在S1-2中，采用水动力模拟通用软件，根据上述中获取到的潮流数据和堵塞数据，利用潮流数据中的潮位随时间的变化以及堵塞数据中堵塞时段和堵塞潮型建立初始潮流场模型，输出潮流场的流场形态模拟数值，其中，流场形态模拟数值包括潮流场流速、潮流场流向、潮流场回流范围以及潮流场回流强度，结合堵塞数据中的堵塞季节、堵塞日期、堵塞时段、堵塞潮型、堵塞气象条件，对初始潮流场模型进行完善。

在一些实施例中，在S1-3中，为了确保建立的初始潮流场模型的准确性，需要对初始潮流场模型进行验证，根据近海电厂的海域海岸地貌和水动力环境实测，获取近海电厂取水口的实测数据，利用获取到的实测数据对初始潮流场模型的流场形态模拟数值进行一一验证，潮流场模型需采用现场观测站点的实测潮位、流速、流向资料对模拟精度进行验证，保证潮流场模型计算得到对应现场观测站点处的潮位、流速、流向与实测值达到良好的一致性。

在一些实施例中，在S1-4中，利用获取到的实测数据对初始潮流场模型进行验证，根据验证结果可以生成差值，利用差值的大小来表示初始潮流场的准确性，经过反复模拟验证，直至差值最小时输出准确性较高的潮流场模型。

上述S1-4具体包括：

S1-3-1、当所述初始潮流场模型输出的潮流模拟数值与所述实测数据的差值小于预设阈值时，则输出初始潮流场模型作为近海电厂对应的潮流场模型。

在一些实施例中，当初始潮流场模型输出的潮流模拟数值与实测数据的差值小于预设阈值时，则输出初始潮流场模型作为近海电厂对应的潮流场模型，当初始潮流场模型输出的潮流模拟数值与实测数据的差值大于预设阈值时，则需要重新根据资料数据中的潮流数据和堵塞数据再次建立初始潮流场模型，例如，根据验证结果可以生成差值，若差值大于预设阈值，则重新获取资料数据并输入至潮流场模型中进行模拟验证，直至对比误差小于或者等于预设阈值。

在一些实施例中，在S1-5中，上述对初始潮流场模型进行验证后，得到较准确的潮流场模型，则可以利用潮流场模型生成近海电厂取水口的流场形态模拟数值，其中，流场形态模拟数值包括潮流场流速、潮流场流向、潮流场回流范围以及潮流场回流强度。

在一些实施例中，在S2中，基于经过验证的潮流场模型，考虑到海生物等致灾物的性质，建立质点追踪模型，利用质点追踪模型中的卷吸评估算法即布置原则、投放方式计算近海电厂取水口的第一取水卷吸量。

上述S2可以包括：

S2-1、所述资料数据还包括海生物特征数据，根据所述资料数据中的海生物特征数据在所述近海电厂取水口上游水域投放控制质点；

S2-2、获取所述控制质点的初始位置以及投放时间，并根据所述控制质点的初始位置以及投放时间建立质点追踪模型；

S2-3、利用所述质点追踪模型生成被卷入近海电厂取水口的控制质点量；

S2-4、根据所述被卷入近海电厂取水口的控制质点量得出所述近海电厂取水口的第一取水卷吸量。

在一些实施例中，在S2-1中，获取到的资料数据除了包括潮流数据和堵塞数据之外，还包括海生物特征数据，海生物特征数据包括海生物源头位置、海生物生活习性、海生物类型，影响电厂取水的多是毛虾、水母、尖笔帽螺、藻类等以及没有主动游动能力或具有较弱游动能力的生物和生活垃圾、杂物，其中，主要生活或者漂浮在上游水域，海生物需要有充足的阳光才能生存，因此为了较真实的模拟海生物的运动形式，在近海电厂取水口上游水域投放控制质点，利用被卷入近海电厂取水口内的控制质点量与控制质点的比值作为近海电厂取水方案的第一取水卷吸量。

在一些实施例中，在S2-2中，获取投放到近海电厂取水口内控制质点的初始位置，将投放的初始位置作为引起卷吸风险的致灾物爆发热区，覆盖了可被卷吸的质点自初始位置至近海电厂取水口内的所有可能发生位置，并且获取控制质点的投放时间，根据控制质点的初始位置以及投放时间建立质点追踪模型。

在一些实施例中，在S2-3中，根据上述中建立的质点追踪模型，利用质点追踪模型获取被卷入近海电厂取水口的控制质点量。

上述S2-3具体可以包括：

S2-3-1、利用所述质点追踪模型获取在所述近海电厂取水口上游水域投放的控制质点数；

S2-3-2、基于所述流场形态模拟数值中的潮流场回流范围，利用所述质点追踪模型获取所述控制质点被卷入近海电厂取水口的控制质点量。

在一些实施例中，首先在投放的初始位置处，通过质点追踪模型获取近海电厂取水口内上游水域的控制质点数，在基于流场形态模拟数值中的潮流场回流范围，再次利用质点追踪模型获取控制质点被卷入近海电厂取水口的控制质点量。

在一些实施例中，在S2-4中，上述中，利用质点追踪模型获取到近海电厂取水口内上游水域的控制质点数以及被卷入近海电厂取水口的控制质点量，将获取到的控制质点量与控制质点数输入到取水卷吸量公式中进行计算，得到第一取水卷吸量。

上述S2-4具体可以包括：

S2-4-1、将所述控制质点数和控制质点量输入到取水卷吸量公式中进行计算，得到第一取水卷吸量。

在一些实施例中，将上述中获取到的控制质点数和控制质点量输入取水卷吸量公式进行计算，得到第一取水卷吸量，其中取水卷吸量公式为：P=N

其中，P为得到的取水口浮式导流堤布置方案下对应的取水卷吸量，N

在S2-4-1之后还包括：

S2-4-1-1、根据所述潮流场模型生成的流场形态模拟数值，获取海生物在近海电厂取水口的路径信息；

S2-4-1-2、基于所述路径信息，设计多种取水口浮式导流堤方案；

S2-4-1-3、根据多种取水口浮式导流堤方案，在所述近海电厂取水口上游水域再次投放控制质点，计算第二取水卷吸量；

S2-4-1-4、比较第一取水卷吸量和第二取水卷吸量的大小，得到最优布置取水口浮式导流堤方案。

具体的，选取当第二取水卷吸量小于第一取水卷吸量且二者差值最大时的第二取水卷吸量对应的浮式导流堤方案作为最优布置取水口浮式导流堤方案。

在一些实施例中，在没有布置浮式导流堤的情况下，如图4所示，图4是本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置前的潮流场示意图，可以明显看到在没有布置浮式导流堤时，潮流场的回流强度较高，回流范围较大。基于潮流场模型生成的流场形态模拟数值，结合质点追踪模型，获取海生物在近海电厂取水口的路径信息，即海生物的运动轨迹。针对现有取水构筑物平面布置中引起取水口流场不顺畅的特点，存在回流强度较高的情况，根据海生物的运动轨迹设计多种取水口浮式导流堤方案，如图2所示，1为原取水口构筑物，2为浮式导流堤。在海生物爆发时布置浮式导流堤，按照当时的潮流场特征，在现有取水构筑物口门附近，增加浮式导流堤，临时性改变取水口平面布置形态，构成一个与潮流场更加匹配、卷吸能力更弱的取水口。如图3所示，图3为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤的结构示意图，浮式导流堤的浮体部3可以是轻型树脂材料并且采用弧形的结构，形成光滑的表面，增强导流效果。在上层密封箱4中通过隔板划分为多个密封舱；中层压载水箱5 上安装有进水阀5-1和排水阀5-2，通过连接管利用进水阀和排水阀的阀门开关方便对中层压载水箱5进行注水以及排水，实现压载功能；在下层气囊箱6中设有气囊7，气囊7利用连接口8的充气和排气来动态调整浮式导流堤的浮力，能够随潮流场的变化更好地调节水流，达到导流的目的。其中布置的浮式导流堤方案包含：设置临时浮式导流堤的时间段、位置、导流堤的长度、导流堤的外部形态等。

在一些实施例中，例如一共设置4个质点。图6为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置前的质点轨迹图，图中可见2个质点被卷入取水口门，即第一取水卷吸量为0.5；图7为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置后的质点轨迹图，图中可见0个质点进入取水口门，即第一取水卷吸量为0。其中，图6和图7中质点释放时间和追踪时间一致。

根据布置的多种取水口浮式导流堤方案，如图5所示，图5为本发明提供的一种近海电厂取水口浮式导流堤的布置方法中浮式导流堤布置后的潮流场示意图，与图4相比较，潮流场的回流强度较低，回流范围较小，在布置浮式导流堤之后，电厂取水口的卷吸效应有明显改善。基于效果较好的方案，进一步优化，对于布置的不同的浮式导流堤方案，重复利用质点追踪模型中的卷吸评估算法进行计算，逐个获取不同浮式导流堤方案对应下的第二取水卷吸量，比较第一取水卷吸量和第二取水卷吸量的大小，得到最优布置取水口浮式导流堤方案；具体的，选取当第二取水卷吸量小于第一取水卷吸量且二者差值最大时的第二取水卷吸量对应的浮式导流堤方案作为最优布置取水口浮式导流堤方案。

由此，本发明首先通过建立潮流场模型，获取潮流场模型中的流场形态模拟数值，根据流场形态模拟数值，可以设计多种取水口浮式导流堤布置方案，利用质点追踪模型中的卷吸评估算法来计算近海电厂的取水卷吸量，首先计算出未布置取水口浮式导流堤下的第一取水卷吸量，再计算多种取水口浮式导流堤布置方案下对应的第二取水卷吸量，逐个对比不同方案下对应的第二取水卷吸量与第一取水卷吸量的大小，选取取水卷吸量最小的浮式导流堤方案进行布置，其中，选取取水卷吸量最小的浮式导流堤方案指选取当第二取水卷吸量小于第一取水卷吸量且二者差值最大时的第二取水卷吸量对应的浮式导流堤方案，从而实现降低网具拦截、清理压力，提高电厂取水效率的目标。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static RandomAccess Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。