紀(jì) 平，趙懿珺，袁 玨

（中國水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038）

1 引言

火/核電作為我國電能的主要來源，在國民經(jīng)濟建設(shè)中占有舉足輕重的地位。囿于電廠熱效率較低，大量“廢熱”需通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶出并排入環(huán)境水體或散失至大氣中。作為采用直流冷卻系統(tǒng)的電廠，溫排水?dāng)y帶大量廢熱排入受納水體，可能造成自身取水溫度升高，降低電廠運行效率，甚至可能威脅電廠安全運行。為此，自1950年代起，我院在國內(nèi)率先開展了電廠冷卻水相關(guān)專題研究工作，歷經(jīng)了水利水電科學(xué)研究院水工研究所、冷卻水研究所直至今天的中國水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)研究所等不同階段，期間先后完成了四百余項火/核電工程冷卻水相關(guān)研究工作，研究內(nèi)容貫穿電廠廠址規(guī)劃選擇至后期運行評估等不同階段的冷卻水工程及其所涉及的專業(yè)基礎(chǔ)理論研究等問題。通過“冷卻水人”近60年的刻苦努力，我院在火/核電廠冷卻水研究方向已經(jīng)建立起完備的、達到國際先進水準(zhǔn)的專業(yè)基礎(chǔ)理論、工程試驗以及數(shù)值模擬計算等研究體系，培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的專業(yè)人才，為我國火/核電廠的安全、經(jīng)濟、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展起到了重要的推動作用。

2 冷卻水專業(yè)歷史回顧（1958—2008）

2.1 初創(chuàng)時期（1958—1966）建國初期，我國的電廠冷卻水工程基本遵循前蘇聯(lián)的貝爾納斯基平面流理論來規(guī)劃設(shè)計［1］，即不考慮溫排水排放的溫差浮力效應(yīng)。為了增加水體冷卻面積，一般需加大順?biāo)鞣较蛉　⑴潘诘钠矫骈g距，這種取排水口布置方式一般稱為“分隔式”布置。1958年，在我國首座裝機超百萬千瓦的遼寧清河電廠取排水工程布置設(shè)計中出現(xiàn)了大的爭議，當(dāng)時電廠擬利用清河水庫冷卻，但按照前蘇聯(lián)的平面流理論，排、取水口必須拉開距離，要求開鑿大量隧道，工程浩大。為此，當(dāng)時尚在東北電力設(shè)計院工作的岳鈞堂教授提出異議，認(rèn)為排放的熱水會上浮水面，取水口設(shè)在水下深處，可利用此溫差浮力效應(yīng)有效地避免“熱水短路”而無需大幅度增加取排水口間距，進而可大量地節(jié)約工程投資。但此想法因有違前蘇聯(lián)的經(jīng)典理論而備受質(zhì)疑，最后此爭議轉(zhuǎn)到當(dāng)時的水利科學(xué)院（我院前身）水工研究所。在分析冷卻水運動特點、相似條件等基礎(chǔ)上，我院開展了國內(nèi)外第一個直接采用溫差水體作為試驗介質(zhì)并計及水面散熱效應(yīng)的冷卻池模型試驗并取得了成功，自此開始了我國的冷卻水專業(yè)試驗研究工作。

依據(jù)清河電廠等項工程冷卻水模型試驗成果及其理論基礎(chǔ)的總結(jié)分析，陳惠泉教授于1964年提出并建立了冷卻池水流運動的模型相似理論［2］，其區(qū)別于前人的關(guān)鍵核心在于提出了“綜合參數(shù)”的概念。此概念可歸結(jié)為：放棄參與某個物理現(xiàn)象各個物理因素相似的要求，而僅求能綜合體現(xiàn)這些因素對該物理現(xiàn)象所起作用的“綜合參數(shù)”的相似，從而便可大大松弛相似要求。在冷卻池模型試驗中，提出了臨界流量Qcr的綜合參數(shù)的概念［3］，既采用模型流量Qm＞Qcr來替代水池整體的雷諾相似要求（Qcr由先行系統(tǒng)試驗或已有經(jīng)驗確定），進而近似實現(xiàn)模型水體整體水流運動相似的要求。與此同時，針對水面熱交換問題，許玉林教授首次提出了可綜合反映水面對流、蒸發(fā)、輻射三種不同散熱機理效應(yīng)的綜合散熱系數(shù)K［4］的概念，據(jù)此概念（K）給出了水面散熱相似準(zhǔn)則。上述冷卻水相似準(zhǔn)則在太原電廠（晉陽湖）、滄縣電廠冷卻池模型試驗與原型觀測結(jié)果對比中得到了較好的印證［5-6］，繼后我國大量的電廠冷卻池模型試驗據(jù)此進行，為電廠冷卻池及其取排水工程設(shè)計提供了重要的技術(shù)支撐。

鑒于溫排水與環(huán)境水體間存在密度差，在一定條件下會出現(xiàn)密度分層流動，此時受納水域的水力熱力特性與平面流情況存在很大差異，各物理量沿水深方向的變化對水域整體流動性能起主導(dǎo)作用。依據(jù)此溫差異重流的理論，岳鈞堂教授提出了平面位置相同（或相近）表層排水、底層取水的“重疊式”取排水口的概念并在天津軍糧城電廠成功應(yīng)用［7-8］。溫差異重流試驗水槽見圖1，軍糧城電廠取排水布置見圖2。

圖1 溫差異重流試驗水槽

圖2 軍糧城電廠重疊式取排水口布置

2.2“文革”期間（1966—1976）“文革”期間，科研工作受到很大沖擊，我院曾被迫暫時解散。但由于電力建設(shè)在整體上沒有中斷，我院從事冷卻水研究工作的人員得以保留并繼續(xù)開展相關(guān)課題的科研工作。在此期間先后完成四十余項電廠冷卻水模型試驗、原型觀測工作。其中，艮山門電廠利用杭州護城河水冷卻，夏季時效率低，課題組通過模型試驗為該電廠設(shè)計了跨河的擋熱工程并取得良好的效果［9］，成為冷卻水研究歷史上值得銘記的典范之一。

在此期間，我院舉辦了全國性的冷卻水學(xué)習(xí)班。學(xué)員除聽課外，直接參與了冷卻水模型的規(guī)劃、設(shè)計和試驗，同時還進行了現(xiàn)場原體觀測，收效顯著，為國家培養(yǎng)了一批冷卻水方向的專業(yè)人才。

2.3 發(fā)展時期（1976—2008）伴隨著文革結(jié)束，國家建設(shè)逐漸轉(zhuǎn)移到“以經(jīng)濟建設(shè)為中心”的正確軌道上來。為滿足國家經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展的需求，我國電廠建設(shè)迎來了高速發(fā)展時期，電廠規(guī)模大幅度增加，廠址布置也自內(nèi)陸湖泊、河流逐漸向濱海廠址發(fā)展。與此同時，我國濱海核電工程也逐漸走上快車道。

隨著電廠規(guī)模的不斷增大以及電廠溫排水受納水體環(huán)境保護要求的提出，基于排口溫差浮力效應(yīng)的“重疊式”取排水口布置原則已逐漸難以適應(yīng)要求。為此，對于大取排水流量條件下的無溫差或弱溫差分層受納水域提出了“差位式”取排水口布置形式［7，10］，既在有環(huán)境流水域利用其自然地形、環(huán)境流等條件，促成電廠取、排水各行其道，形成冷、熱水不同流路，避免或大幅度削弱電廠溫排水對其自身取水的影響（見圖3）。如：在臺山電廠、秦山核電、嶺澳核電、大亞灣核電、香港南丫電廠等工程中進行了應(yīng)用。其中大亞灣核電充分利用工程海域“輻散輻合”流特征，采取將取排水口分置于不同“流路”的明渠取排水方案，改變了法方（大亞灣核電規(guī)劃建設(shè)由法國EDF全面負責(zé)）的長距離海底隧洞排水方案［11］，為國家節(jié)省了約3000萬美元的直接投資，該項目獲得了冷卻水研究方向迄今為止唯一的1個國家科技進步一等獎。

在此期間，我院于1977年開始，組織了全國范圍內(nèi)內(nèi)陸不同水域水面蒸發(fā)與散熱系數(shù)的系統(tǒng)觀測研究工作，并同時利用風(fēng)洞開展了蒸發(fā)散熱室內(nèi)系列實驗，據(jù)此提出了切實可行的環(huán)境水體綜合散熱系數(shù)（K）通用計算公式，該計算公式被國家“工業(yè)循環(huán)冷卻設(shè)計規(guī)范”等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等采納推廣。

1995年，依托近40年的冷卻水研究成果，系統(tǒng)地總結(jié)分析了不同模擬對象及其關(guān)注點、不同水域條件下冷卻水模型設(shè)計的基本原則，與此同時也總結(jié)分析了考慮風(fēng)吹效應(yīng)、冰凍現(xiàn)象等情況下的冷卻水運動模擬要求［12-13］。在此基礎(chǔ)上，首次編制了《冷卻水工程水力、熱力模型試驗規(guī)程》（SL160-95）并在全國推廣應(yīng)用。

2.4 數(shù)模發(fā)展回顧數(shù)學(xué)模型是解決冷卻水問題的重要手段之一，具有可以兼顧考慮更多影響要素、更大模擬范圍、更加經(jīng)濟便捷、不存在模型縮尺影響等優(yōu)點。早期囿于計算手段等限制，關(guān)于溫排水排放影響計算基本采用高度概化的經(jīng)驗公式、估算方法等［14-16］。

隨著計算機的逐步發(fā)展，1970年代數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用到冷卻水研究工作中來。我院冷卻水?dāng)?shù)學(xué)模型基本與國內(nèi)外同行同步發(fā)展，從1970年代至1990年代研發(fā)了一系列水力熱力數(shù)學(xué)模型。

我院在1960年代提出了冷卻水運動水域急變區(qū)、緩變區(qū)即“近區(qū)“和“遠區(qū)”的概念。為此，早期的數(shù)學(xué)模型也是分區(qū)（近區(qū)、遠區(qū)）建立，其中遠區(qū)模型有《大型冷卻池水力熱力的數(shù)值模擬》等；近區(qū)模型有射流積分模型等［17-18］，該模型曾應(yīng)用于遼寧核電、沙角C廠等的冷卻水研究。

1980年代開始，兼顧近區(qū)側(cè)重遠區(qū)的數(shù)學(xué)模型逐漸被引入、開發(fā)。1980年代初在美國麻省理工學(xué)院MITEMP程序基礎(chǔ)上，我院范樂年、柳新之教授開發(fā)了適用于深水庫、湖泊及冷卻池等水域水溫預(yù)報的“湖溫一號”數(shù)學(xué)模型［19］，并成功應(yīng)用于大港電廠、太原第一熱電廠等項目溫排水計算。

伴隨著電廠溫排水受納水體由湖泊向河道、海域的轉(zhuǎn)移，能夠更好地反映對流擴散效應(yīng)以及水體表層散熱效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型成為冷卻水研究的迫切要求。1982年，我院朱咸教授等與北京大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了二維淺水環(huán)流水力熱力數(shù)學(xué)模型［20］，并廣泛用于冷卻池、湖泊、寬淺河道、近岸海域的溫排水計算。其中經(jīng)過不斷優(yōu)化、改進的分步雜交法模型［21］應(yīng)用至今，已成功地應(yīng)用于嶺澳核電、臺山電廠等數(shù)十個火、核電廠溫排水、液態(tài)流出物排放模擬計算，取得了豐碩的研究成果。

我院針對冷卻水特點在湍流模型開發(fā)及應(yīng)用方面也開展了大量的工作。其中，倪浩清教授提出了冷卻水溫差水體的湍流全場二維數(shù)學(xué)模型［22］，并成功地應(yīng)用于營口、陡河、嵩嶼等電廠溫排水計算工作。

在此期間，我院還開展了三維數(shù)學(xué)模型的開發(fā)與應(yīng)用工作，其中在二維模型基礎(chǔ)上引入垂向坐標(biāo)變換開發(fā)的分層三維模型［23-25］曾成功用于南京新廠等工程。

圖3 差位式取排水示意圖

3 近十年（2008—2018）冷卻水研究成果

近十年，伴隨著國家電力建設(shè)的高速發(fā)展，火、核電廠與水生態(tài)環(huán)境保護的矛盾日益突出。冷卻水問題研究出現(xiàn)了新變化，主要體現(xiàn)在以下4個方面：（1）電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，火電裝機占比逐年下降，沿海核電建設(shè)加速發(fā)展，內(nèi)陸核電規(guī)劃提上議事日程。（2）取排水工程布置著眼點有所改變，確保取水與水環(huán)境安全成為冷卻水研究的兩個重要目標(biāo)。（3）沿海核電已運行機組溫排水環(huán)境影響后評估研究逐漸得到高度重視。（4）冷卻水輸運過程模擬更加重視準(zhǔn)確化、精細化，模擬技術(shù)進一步改進完善。與此同時，隨著國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實施，冷卻水研究工作也加快了走出國門的步伐。圍繞新形勢下冷卻水專業(yè)發(fā)展的需求和挑戰(zhàn)，“冷卻水人”通過刻苦努力，取得了豐碩的研究成果，其中與清華大學(xué)合作完成的“泥沙、核素、溫排水耦合輸移關(guān)鍵技術(shù)及其在沿海核電工程中應(yīng)用”課題成果獲得了2017年度國家科技進步二等獎。近十年取得的創(chuàng)新性成果總結(jié)如下。

3.1 冷卻水相似理論完善及精細化模擬技術(shù)發(fā)展2008年之后，我院冷卻水專業(yè)的服務(wù)對象重點轉(zhuǎn)向核電領(lǐng)域。近十年，我院承擔(dān)了國內(nèi)85%以上已建、在建及其規(guī)劃中核電站的冷卻水研究工作。核電建設(shè)過程中日趨嚴(yán)格的安全與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對冷卻水模擬提出了更高的要求。

2011—2012年我院開展了“冷卻水工程水力、熱力模擬技術(shù)規(guī)程”的修編工作，首次將數(shù)學(xué)模型及其相應(yīng)控制條件、應(yīng)用原則等納入規(guī)程［26］，極大促進了數(shù)學(xué)模型在冷卻水工程中更加廣泛的應(yīng)用?？煽販貪穸葘嶒炇医ǔ?，據(jù)此開展了更加系統(tǒng)、可靠的溫排水相似理論研究工作，提出了物理模型幾何比尺、變態(tài)率等的定量選取原則，以及試驗室氣象條件、模型幾何變率等對試驗成果影響的修正原則、方法，為進一步提高物理模型模擬精度奠定了良好的基礎(chǔ)［27-30］。

隨著計算能力與數(shù)值模擬技術(shù)的不斷進步，數(shù)學(xué)模型在冷卻研究中的作用日益增強。垂向平均二維數(shù)學(xué)模型在冷卻水研究工作中得到大量且成功的推廣應(yīng)用，已經(jīng)成為電廠規(guī)劃階段取排水方案初選的首選技術(shù)手段。在此基礎(chǔ)上，我院結(jié)合工程需要對模型進行了改進，如建立了融冰水溫模型，并成功應(yīng)用于遼寧紅沿河核電、山東石島灣核電冬季結(jié)冰條件下的溫排水輸運過程模擬［31-32］；建立了潮間帶熱量累積效應(yīng)水溫模型，更好地反映了灘涂等（防城港核電、江蘇田灣核電等）對廠址海域溫度場的影響［33-34］。

近年來，三維數(shù)學(xué)模型的工程應(yīng)用逐年增多并已被納入相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，但現(xiàn)有工程應(yīng)用的三維數(shù)模基本為分層模型，尚難以準(zhǔn)確模擬排口近區(qū)的射流卷吸摻混及溫差浮力效應(yīng)。為此，我院在系統(tǒng)地開展對比研究工作基礎(chǔ)上，研發(fā)了基于CORMIX模型（近區(qū)射流模型）和DELFT3D模型耦合求解的近、遠區(qū)耦合模型并在實際工程中成功應(yīng)用［35］，較好地解決了現(xiàn)有潮汐水域溫排水?dāng)?shù)學(xué)模型無法準(zhǔn)確模擬近區(qū)射流卷吸摻混效應(yīng)的難題，提高了冷卻水模擬預(yù)報的精度及運算效率。

隨著國家對已運行核電廠溫排水排放環(huán)境影響重視程度的不斷提高，我院自2008年開始，陸續(xù)開展了江蘇田灣核電、遼寧紅沿河核電、海南昌江核電已運行機組溫排水環(huán)境影響測試、評估研究工作，初步形成了核電廠溫排水后評估研究的思路和方法，自主開發(fā)了能夠反映水文、氣象過程影響的大范圍海域本底水溫模擬數(shù)學(xué)模型［36］，為今后建立核電廠溫排水環(huán)境影響后評估技術(shù)體系以及相關(guān)導(dǎo)則、規(guī)范的編制奠定了良好的基礎(chǔ)。

我國內(nèi)陸核電規(guī)劃建設(shè)從2007年開始，大約經(jīng)歷了4年左右的快速發(fā)展期，我院承擔(dān)完成了湖北咸寧核電、湖南桃花江核電、江蘇盱眙核電、湖南常德核電等一系列重要核電廠址的液態(tài)流出物排放模擬研究工作。2011年日本福島核事故之后，內(nèi)陸核電發(fā)展進入停滯期，但我院的相關(guān)技術(shù)儲備工作一直未停止。為了更準(zhǔn)確地模擬內(nèi)陸水域核素輸運過程，我院以O(shè)penFOAM開源程序為基礎(chǔ)，開發(fā)了湍流、熱浮力效應(yīng)、泥沙沉降與再懸浮、吸附與解吸附以及自身衰變等因素作用下河道中核素輸運的多場耦合三維紊流模型［37］，為今后建立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃Y源管理與保護體系提供了技術(shù)保障。

3.2 環(huán)境友好型取排水工程隨著國家生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護重大戰(zhàn)略推行實施，取排水工程布置理念也逐步調(diào)整變化。如何處理好電廠安全、經(jīng)濟地取排水與水資源、水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾已成為本領(lǐng)域研究的重點?，F(xiàn)階段環(huán)境友好型取排水工程主要圍繞兩方面問題展開：溫排水的熱影響問題；冷源安全及取水卷吸效應(yīng)對海生物的損傷問題。

我院結(jié)合大量的電廠取排水工程研究及工程實踐經(jīng)驗，從確保核電安全、減少溫排水環(huán)境影響原則出發(fā)，結(jié)合工程海域地形、潮流特點，進一步歸納總結(jié)并提出了遠排差位式、遠排分隔式及混合式取排水工程布置方法和適用條件。與此同時，系統(tǒng)地開展了深水區(qū)底層排放排口布置原則及其初始摻混稀釋度估算方法［38-39］。針對模塊式多用途小型壓水堆系統(tǒng)研究了溫排水和核素在環(huán)境水域中的分布形態(tài)及其稀釋擴散規(guī)律，提出了針對小型堆的水域稀釋能力快速評估方法［40-41］，為小型堆及其類似工程廠址選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

近些年，我國濱海核電廠因漂浮物（包括海生物）堵塞取水濾網(wǎng)造成的機組冷源喪失、被迫停堆事件頻發(fā)，這不僅嚴(yán)重危及核電運行安全，而且取水卷吸效應(yīng)還造成大量生物資源的損耗。我院曾在1990年承擔(dān)完成了國電公司電廠取水“三防（防沙、防雜物、防污）”重點科技項目研究工作，對河道、水庫等恒定流水域電廠取水防漂浮物問題有較深入的認(rèn)識，但濱海核電取水防漂浮物問題因海域水動力條件的非恒定性、防護對象的多樣性等更趨復(fù)雜。核電取水安全問題已經(jīng)引起國家層面的高度重視，但目前相關(guān)研究尚屬起步階段，我院與工程設(shè)計單位相互配合，在全面調(diào)研分析國內(nèi)外電廠取水堵塞事件基本情況的基礎(chǔ)上，在國內(nèi)率先開展了核電廠取水口自清潔浮式攔污方案基礎(chǔ)研究工作，分類識別了核電取水堵塞的海洋生物內(nèi)源因素及環(huán)境外源因素，系統(tǒng)地進行了明渠內(nèi)部及其取水口門前緣布設(shè)攔污網(wǎng)的自清潔效應(yīng)模擬研究，提出了利用水動力條件大幅度提高攔污網(wǎng)自清潔效果的方法，并給出了攔污網(wǎng)布設(shè)基本原則，為明渠內(nèi)部攔污網(wǎng)工程布置設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)［42］。

3.3 新型測控技術(shù)在冷卻水研究中的應(yīng)用量測技術(shù)在冷卻水研究中一直發(fā)揮著非常重要的作用，很大程度上影響著研究人員對物理現(xiàn)象的認(rèn)知與把握。過去十年，冷卻水專業(yè)結(jié)合自身發(fā)展需求，積極加強相關(guān)儀器設(shè)備的研發(fā)力度，推動量測新技術(shù)在研究中的應(yīng)用。

為滿足核電廠液態(tài)流出物模型試驗濃度場示蹤、檢測需求，我院于2011—2013年自主研制了光電式濃度測量系統(tǒng)并成功應(yīng)用于十余項核電廠液態(tài)流出物試驗研究工作，對推動核電廠特別是內(nèi)陸核電液態(tài)流出物排放環(huán)境影響研究具有重要意義，對自然水域污染物濃度場的示蹤檢測也具有重要參考價值。2014—2015年，我院研發(fā)了大范圍、高幀頻PIV-PLIF流場與濃度場同步測量系統(tǒng)，并成功用于排口近區(qū)污染物出流摻混、稀釋特性研究。該系統(tǒng)對于深入研究冷卻水近區(qū)紊動擴散機理和初始稀釋特性具有重要的實用價值，同時在環(huán)境水力學(xué)領(lǐng)域大范圍標(biāo)量物質(zhì)輸運實驗研究中也具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

隨著國家對水環(huán)境安全問題重視程度的不斷提高，對核電廠溫排水環(huán)境影響的監(jiān)測、評估已成為投入運行核電機組考核的必備環(huán)節(jié)，而完整、準(zhǔn)確的溫排水環(huán)境影響原型觀測結(jié)果是后評估的重要依據(jù)。溫度場原型觀測通常采用航天航空紅外遙感測量與取排水工程海域走航水溫實測相結(jié)合的方法。2017年我院在紅沿河核電項目中首次將更具靈活、便捷、經(jīng)濟優(yōu)勢的無人機紅外遙感測溫技術(shù)引入大范圍開闊海域溫度場測量工作，并輔以海面船舶及浮標(biāo)定點同步測溫進行溫度校正，獲得了高精度的溫度場原型資料。無人機在紅沿河核電原型觀測中的成功應(yīng)用及經(jīng)驗積累對于后續(xù)溫排水后評估項目具有重要的推廣應(yīng)用價值。

3.4 專業(yè)拓展及交叉學(xué)科研究的發(fā)展火、核電廠冷卻水研究的核心問題涉及兩個方面：其一是電廠安全、經(jīng)濟取水問題；其二是電廠排水（主要是溫排水）對環(huán)境水體的影響。此兩方面問題中主要涉及取水量與水溫兩個核心要素。

影響電廠取水量的主要因素中，其一是泥沙淤堵，其二是包括水生物在內(nèi)的漂浮物淤堵。對于泥沙以及非生命體的漂浮物等對取水口淤堵問題可通過采取適當(dāng)工程措施加以防范，但對于作為生命體的海生物爆發(fā)引起的取水口淤堵問題一直是難以有效解決的難題，且國內(nèi)外均少有成功經(jīng)驗可以借鑒。2017年，我院完成的濱海核電廠取水安全防范及海生物保護調(diào)研成果［43］表明：海生物爆發(fā)、聚集與水動力條件以及水質(zhì)（包括水溫）等密切相關(guān)。故此，防范海生物淤堵應(yīng)從海生物與水動力、水質(zhì)（水溫）的響應(yīng)關(guān)系著手進行，結(jié)合海生物保護的需求，研究推求海生物防范的措施、方法。

水溫是冷卻水問題研究的另一個核心要素。電廠溫排水對環(huán)境水體影響主要體現(xiàn)在作為保護對象的海生物對水溫等的水質(zhì)條件的適應(yīng)性，但我國現(xiàn)階段尚缺乏對電廠溫排水環(huán)境影響更為具體、可操作性強的標(biāo)準(zhǔn)，對于電廠溫排水影響問題評估基本仍處于“一事一議”狀態(tài)。故此，研究并明確海生物對水溫等的適應(yīng)性同樣也是構(gòu)建更為符合實際的溫排水對環(huán)境水體影響評價標(biāo)準(zhǔn)等的重要基礎(chǔ)。

電廠冷卻水研究最根本、核心的問題在于明確海生物與環(huán)境水體水動力、水溫間的響應(yīng)關(guān)系。為此，近年來我院緊密跟蹤國際前沿理論、技術(shù)，開展了環(huán)境水體中最基礎(chǔ)的生物-“藻類”與水動力、水質(zhì)（水溫）間響應(yīng)機制的探索研究［44-45］，并擬在此基礎(chǔ)上結(jié)合藻類與高等級生物之間的“食物鏈”理論，進一步開展高等級海生物基本習(xí)性與環(huán)境水體水動力、水溫間的關(guān)聯(lián)性研究，以期最終提出并建立“水生物因子”與水環(huán)境之間的響應(yīng)模型，為電廠冷卻水取水安全以及水環(huán)境保護研究、評估提供切實可行的技術(shù)支撐。

4 未來重點關(guān)注的問題及研究方向

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的大力推進，未來的電力建設(shè)將更加注重節(jié)約資源、保護環(huán)境，實現(xiàn)綠色、健康發(fā)展。我院的電廠冷卻水研究工作也必須與時俱進、直面問題、開拓進取，以適應(yīng)國家發(fā)展需要并引領(lǐng)本專業(yè)的發(fā)展方向。結(jié)合過去60年的科研成果與實踐經(jīng)驗，我院冷卻水專業(yè)未來亟待解決的主要問題及其面對的研究領(lǐng)域如下。

4.1 冷卻水基礎(chǔ)理論的完善及模擬技術(shù)新方向隨著計算技術(shù)的飛速發(fā)展，可反映各種復(fù)雜因素影響的數(shù)學(xué)模型已成為冷卻水研究工作未來的主要發(fā)展方向。為此，一是進一步完善冷卻水基礎(chǔ)理論，開發(fā)更適用于海域潮汐、波浪環(huán)境條件下的水、氣熱交換以及可反映潮間帶熱量轉(zhuǎn)換關(guān)系的溫排水計算模型；二是開展深水區(qū)水體底層排水?dāng)U散器出流的紊動擴散機理、稀釋特性模擬研究，開發(fā)更為適宜的可兼顧反映排口近區(qū)污染物出流摻混、稀釋特性以及遠區(qū)輸移擴散特性的高精度、自適應(yīng)計算模型；三是開發(fā)可真實反映電廠運行以及水文、氣象條件實時變化條件的溫排水環(huán)境影響監(jiān)測、預(yù)報平臺，為電廠運行機組的監(jiān)測、評估提供重要的技術(shù)支撐。

4.2 電廠取排水與工程海域生態(tài)安全的和諧性研究依據(jù)國家長期發(fā)展戰(zhàn)略要求，在電廠發(fā)展過程中取排水安全及其相關(guān)聯(lián)的生態(tài)安全均屬于不可或缺的重要因素，具有“一票否決”地位。為此，我院未來擬著手加快開展以下幾方面工作：一是深入開展水生態(tài)與水動力、水質(zhì)（水溫）間的關(guān)聯(lián)性研究，明確并建立我國不同海區(qū)典型海洋動、植物基本習(xí)性與環(huán)境水體水動力、水溫間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系數(shù)據(jù)庫?；诒Ｗo性海洋動、植物對水動力、水質(zhì)（水溫）基本要求，結(jié)合其他海洋環(huán)境保護等方面要求，確立我國相應(yīng)海域的環(huán)境容量控制指標(biāo)。二是基于海域環(huán)境容量控制指標(biāo)等要求，藉助遙感監(jiān)測、水面實測以及海洋大數(shù)據(jù)分析手段，建立我國近海大范圍溫排水環(huán)境影響評估、預(yù)報平臺。

在此基礎(chǔ)上，開展我國近海熱環(huán)境容量模擬預(yù)報，為我國近海更為切實可行的“生態(tài)紅線”確立提供基礎(chǔ)依據(jù)。結(jié)合熱環(huán)境容量、“生態(tài)紅線”等控制要求，開展我國近海電廠總體規(guī)劃及已運行電廠溫排水環(huán)境影響總體評估工作，為我國近海新建電廠、宜退役電廠的總體規(guī)劃以及生態(tài)修復(fù)規(guī)劃制定等提供基礎(chǔ)依據(jù)。三是從保障電廠冷源安全、減少海生物卷吸損傷角度出發(fā)，深入開展基于水動力特性的取水優(yōu)化研究，研發(fā)海域典型致災(zāi)動、植物遷移、聚集路徑預(yù)報模型，建立電廠取水安全預(yù)警預(yù)報平臺。研究成果為電廠取排水設(shè)計、海洋生態(tài)環(huán)境影響評估、海洋生物保護及電廠冷源安全防控提供技術(shù)支撐。

4.3 加快成果轉(zhuǎn)化研究首先加快具有自主知識產(chǎn)權(quán)的冷卻水相關(guān)計算軟件的市場轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用。目前我院已經(jīng)擁有自主開發(fā)的大范圍水域環(huán)境水力學(xué)計算軟件、河道多因素（水流、水溫、泥沙、核素）作用的耦合三維模型、溫差異重流環(huán)境中藻類游動的動力學(xué)模型以及核電廠廠區(qū)地表洪水與地下管網(wǎng)實時耦合模型等，并均已成功用于工程實踐，后續(xù)我院將進一步從算法優(yōu)化、并行計算、模塊化設(shè)計、軟件封裝等方面對現(xiàn)有軟件進行完善。與此同時，未來我院還將結(jié)合冷卻水專業(yè)發(fā)展需求研發(fā)水動力、水環(huán)境、水生態(tài)動態(tài)耦合模擬軟件，并逐漸實現(xiàn)自主軟件商用化、產(chǎn)品化。其次是加快我院自主創(chuàng)新成果、專利技術(shù)（如：電廠排水消能消泡技術(shù)以及取水?dāng)r漂網(wǎng)技術(shù)等）的成果轉(zhuǎn)化工作。