地表水源热泵系统温排水对柳江水环境的影响分析.pdf
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1、广西水利水电 G U A N G X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 2 ( 5 ) 水环境 地表水源热泵系统温排水对柳江水环境的影响分析 朱雪梅, 廖文凯 ( 柳州市水文水资源局 , 广西柳州 5 4 5 0 0 1 ) 【 摘要 为研究地表水源热泵系统温排水对水坏境的影响, 结合柳铁中心医院 1 住院楼实例 , 以柳州市区柳江河段 水体为分析对象 , 采用热污染水温二维模型, 预测以柳江水作为冷热源的水源热泵系统温排水的影响范围, 分析评 价温排水对柳江水环境及水生物所造
2、成的影响。 关键词】 地表水源热泵; 温排水; 柳江水环境 ; 影响; 分析 【 中图分类号】 T U 8 3 1 3 6 ; X8 2 6 【 文献标识码 B 【 文章编号 1 0 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 4 1 0 3 1 概 况 柳州市作为柳江流域的最大城市, 以其丰富的 地表水资源和适宜的水文气象条件, 被专家确定为 非常适合应用水源热泵技术的城市。 目前 , 柳州市 已建成应用得较好的水 源热泵工程项 目有 文昌综 合楼水源热泵空调系统、 广西工学院鹿山学院地源 热泵系统“ 三联供 ” ( 供暖 、 供冷 、 供生活热水 ) 、 广西 生态工程
3、职业技术学 院地源热水供应系统 、 市委党 校迁建项 目太 阳能建筑一体化工程、 名人大酒店太 阳能热水工程等; 在建或拟建的水源热泵工程项 目 有河东综合楼水源热泵空调系统 、 刘三姐文化娱乐 中心空调系统、 水上运动基地V I P 楼空调系统、 柳铁 中心医院 1 住 院楼空调系统等。 本文以拟采用“ 水源热泵技术” 的在建的柳州市 柳铁中心医院1 院楼为例, 采用热污染水温二维模 型, 预测以柳江水作为冷热源的水源热泵系统温排水 的影响范围, 并分析温排水对柳江水生物的热污染。 2工程 实例 【 】 在建 的柳 州市柳铁 中心 医院 l 住 院楼位 于柳 州市飞鹅路利民区1 4 号, 靠
4、近西堤路, 毗邻柳江, 距 离竹鹅溪泵站约 3 0 0 m。总用地 1 5 2 4 5 IT I , 建筑 面 积4 3 0 9 9 2 1 m , 定编床位6 1 0 张, 开放床位 8 0 0 张, 是一所集医疗 、 教学、 科研 、 预防、 保健 、 康复、 急救 为一体的国家三级甲等综合医院。柳州市柳铁中 心医院1 住院楼建筑空调使用面积3 2 0 6 0 IT I , 冷负 荷约为3 7 1 9 k W, 热负荷2 8 8 0 k W, 生活热水热负 荷为5 8 0 k W。系统设计采用水源热泵系统, 共采用 4 台水源热泵机组 , 冷热源均取 自柳江水。 2 1 工程项 目取、 退
5、水方案 夏季制冷 时 , 取水流量 为0 1 9 7 r n 3 s , 取水规模 为 7 1 0 m h , 最大 日取水量为 1 3 6 3 2 万 m , d ( 按机组 日平均运行2 4 h , 运转系数取0 8 计) 。冬季制热 时 , 取水流量为 0 1 4 I T I s , 取水规模为 5 0 4 i n h , 日最 大取水总量为9 6 7 6 8 万n l 。退水路线和取水路线基本 致, 退水点位于取托 下游5 0 m处。 2 2 工程项 目退水组成及退水总量 本项 目的退水 主要是水 源热泵空调系统温排 水、 冷排水以及住院部生活热水用水排水。 柳铁 中心医院1 住院楼住
6、院部设计床位 8 0 0 位, 按每床位生活热水需求量 1 8 0 L d 计算, 日最大 热 水 用 量 为 1 4 4 m 。 d, 即生 活 热 水 退 水 为 0 0 0 2 m 3 s 。住 院部生活 热水用水退水排 入市政排水 管 道 , 不直接排人柳江。 夏季 日最大退水量为 0 1 9 7 0 0 0 2 = 0 1 9 5 IT I s 日最大退水总量为 1 3 4 7 8 4 万 m ; 冬季 日最大退水 量为0 1 4 i n s , 日最大退水总量为 9 6 7 6 8 万 IT I 。 2 3 工程项 目所在水功能区及退水达标情况 项 目退水 口位于柳 江柳 州市饮用
7、水源 区范 围 内, 水质 目标 一 类 。本工程项 目水 源热泵夏季 冷却水 出口水温高于取水水温 5 7, 冬季水源热 泵冷却水出口水温低于取水水温3 6 5 c I= 。根据国 家 地面水环境质量标准) ( G B 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中规定: 【 收稿 E t 期1 2 0 1 2 - 0 5 0 9 【 修回 日期】 2 0 1 2 0 9 0 5 【 1 乍 者简介1 朱雪梅( 1 9 8 0 一 ) , 女, 广西武宣人, 柳州市水文水资源局工程师, 学士, 主要从事水文情报预报工作。 41 朱雪梅 , 廖文凯: 地表水源热泵系统温排水对柳江水环境的影响分析 中华
8、人 民共和国领域内江 、 河 、 湖泊 、 水库等具有适 用功能的地面水水域, 人为造成的环境水温变化应 限制 在夏季周平均最 大温升 l , 冬季周平均最 大温降2 。因此 , 项 目退水点水温不达标, 需进 行影响范围的预测。本文仅对温排水的影响范围 进行预测 。 3 温排水影响范围预测2 】 3 1 热污染水温二维模型 热废水与城市 生活污水及工业废水一样在 和 河流中的迁移运动主要受对流和喘流扩散迁移, 遵 守 F i c k 扩散定律 : 百a T 署)= 杀( )+ 百+ I x y z J= 【 J+ O v( M )+ 鲁 ( 誓)砌 ( 1 ) 柳州市柳铁中心医院 l 住院楼
9、水源热泵排水 为稳定连续排放方式, 柳江属宽浅的天然河流, 忽 略横向流速和垂直流速, 假设垂向很快混合均匀, 则上式可 以简化为 : u O T = 嘶 ( ) ( 2 ) 在河流中某点以连续稳定、 连续排放的条件 下, 其特定边界条件为: X = O , , ) ,) = ; = , , y ) = 0 o 则以岸边排放 , 但污染物未达到对岸的情况下 式 ( 2 ) 的解为 : c = 唧 ( 一 X ) T k Q pT p p (_ 蕞)】 (3) 由于是岸边排放, 则混合区最大长度在靠岸水 边( y = 0 ) , 同时因热污染混合区长度不大, 可以省略 温度衰减项, 则式( 3
10、) 化简为: 。 1可 丽 f 混合区最大宽度在最大长度的中点, 即在 处 , 则污染带最大宽度为 : 厂 - I log啷 QpTp 河流混合区等温线在岸边排放条件下呈半椭 圆形状 , 则其所包围的面积计算公式为: W J C b Yb A b = 丁 4 2 ( 6 ) 上述系列式 中: 戈 , Y , r直角坐标 , 分别表示河流纵向、 横 向、 垂直距离 , m; Q。 热废水流量 , m s ; 热废水水温 , o C ; 河水背景水温 , c I = ; x , y )河流污染混合区内任意点水温, ; 河流平均流速, m s ; H 河流平均水深 m) ; E 河流横 向散系数 ,
11、 ( 由泰勒公式 : E x = ( 0 0 5 8 h + O 0 0 6 5 B) 求得 , 其 中I 为 预测柳江河段水力坡降= 0 1 6 e ) 。 3 2 模型参数设置 背景水温 : 采用4 9 月平均水温最高的8 月 份极值 2 8 _ 4进行预测 ; 排水温度 : 3 5 4 c I = , 即以最大负荷温升 7 时的工况进行预测 ; 排水量Q。 : 按0 2 In s 预测。 3 3 温排水影响范围预测结果 采用热污染水温二维模型预测, 当温排水在 4 9 月月平均最小来水量9 0 保证率流量 3 5 3 r fl s 时 , 影 响长度约 5 0 5 m, 影 响宽度约 4
12、 8 3 m, 影 响水 面积约9 5 9 i n ; 当柳江出现最枯月来水量 9 0 保证 率流量 1 5 9 m 3 s 时, 影响长度约 1 0 5 m, 影响宽度约 1 O 1 m, 影响水面积约4 1 8 m 。即使在9 月份出现历 年极值月最小流量 9 1 1 m s 时, 最大影响长度也仅 为 1 9 6 m, 最大影 响宽度仅为 1 8 7 m, 最大影 响水面 积仅为 1 4 3 9 m 。根据以上预测结果绘制断面来水 量与影响范围的关系( 见图1 ) , 从图1 可以看出: 断 面来水量与影响范 围成反 比, 当河流断面来水量较 大时, 水流速度加快, 水体的混合较充分,
13、交替更新 较快, 相应的影响范围较小; 反之 , 当河流断面来水 量较小时, 水流速度减慢, 水体的交替更新也相对 较慢 , 相应的影响范围较大。 断面来水量( m 3 , s ) 图1 断面来水量与影响范围的关系图 O O 0 0 O O 0 O 0 蚰 们 晤豫 舔 广西水利水 电 G U A NG X I WA T E R R E S O U R C E S&H Y D R O P O WE R E N G I N E E R I N G 2 0 1 2 ( 5 ) 4 温排 水对柳 江水 生物 的热污染 据调查 , 柳州市柳江河段有浮游植物 3 9 属、 浮 游动物有 2 O 科 4
14、2 属 6 7 种 、 底栖动物有 1 9 种 1 6 属 , 水生维罐束植物有7 种5 属。现存的主要经济鱼类 有 : 青鱼、 鲮鱼 、 鲇鱼 、 赤眼鳟 、 鳙鱼 、 草鱼等 , 洄游性 鱼类较少, 主要有白肌银鱼、 鳗鲡、 七丝鲚等。由于 受上游大埔 电站大坝 、 下游红花电站大坝的阻隔作 用和水库 的影 响 , 本河段除一些产粘性 卵的鱼类 , 如鲤鱼外 , 已无其它鱼类产卵场。由于柳江两岸坡 陡 , 水流湍急 , 基本没有人工渔业养殖场 。经 向柳 州市水产畜牧局核实, 项目取排水 口下游 1 0 k m范 围内没有网箱养殖场, 无特殊的水生生物保护目 标。 4 1 对底栖生物的影响
15、 本工程项 目温排水采用表层排放格局 , 排放温 度不高( 最高比原水体水温升高7 ) , 排放量不大, 日最大排放为 1 3 5 万 i n d , 在最 大负荷及最不利工 况条件 下 , 对受纳水体的最 大影 响范围均较小 , 仅 为 1 4 3 9 i n 。温排水水域温升 1 以上 的水层厚度 还不到1 in , 且项 目 排水口附近水域枯水期较深, 一 般在 8 I n 以上 。因此 , 项 目在最大负荷及最不利工 况条件下 , 产生 的温排水对底栖动物的栖息环境危 害很小 , 不会造成较大范围的影响。 4 2 对鱼类的影响 项 目温排水对鱼类可能的影响是: 在高温升 区会对 白肌银
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