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风电场环境影响评价:水文水动力预测分析

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:风电场周边海域潮流数学模型主要用于潮流场的计算与分析,模型研究范围南北长约327.5km,东西宽约158.9km,面积约5.1×104km2,开边界由东中国海潮波数学模型提供。风力发电机组墩柱群影响范围预测。

风电场环境影响评价:水文水动力预测分析

7.5.1.1 预测方法及参数

评价采用非结构网格平面二维潮流数学模型,进行海洋水文动力的环境影响预测。

1.基本方程

(1)连续方程为

(2)运动方程为

式中 x、y——水平坐标轴;

u、v——x、y轴向流速;

t——时间变量

g——重力加速度

h——水深;

α0——滩面高程

ρ——水流密度;

f——柯氏力参数(f=2ωsinφ,ω为地球旋转角速度,φ为纬度);

εxx、εxy、εyy——紊动黏滞系数;

c——谢才系数,采用曼宁公式确定。

2.定解条件

(1)边界条件。数学模型通常使用开边界(水边)和闭边界(岸边)两种边界条件。对于开边界,采用潮位过程进行控制。

对于闭边界则根据不可入原理,取法向流速为0,即

对于频繁淹没和露出的潮滩,采用干湿判别的动边界处理技术进行研究。

(2)初始条件。计算开始时,整个计算区域内各点的水位、流速值就是计算的初始条件,即

7.5.1.2 模型建立

1.计算范围

根据研究的需要,潮流和施工期悬浮物扩散数值计算采用了非结构网格的嵌套方法,由东中国海潮波数学模型、风电场周边海域潮流数学模型和风电场悬浮物输移数学模型组成。

风电场周边海域潮流数学模型主要用于潮流场的计算与分析,模型研究范围南北长约327.5km,东西宽约158.9km,面积约5.1×104km2,开边界由东中国海潮波数学模型提供。

2.计算网格

采用非结构网格,在大范围模型中逐步加密网格直至关心海区的网格尺度达到或接近模拟建筑物的尺度。模型网格节点数42930,单元总数16616。

3.计算参数

计算海域的糙率是个综合影响因素,是数值计算中十分重要的参数,与水深、床面形态、植被条件等因素有关,其计算公式为

式中 ——无植被影响情况下,设定的最大糙率值;

——有植被影响情况下,设定的最大糙率值;(www.xing528.com)

d——计算单元平均水深;

d——考虑植被影响的最大水深;

α——经验系数。

经调试,根据各海域的不同特点,糙率n取值为0.010~0.018。

4.模型计算时间段

根据评价要求和附近海域水文实测资料,采用2003年9月11—14日(大潮)和2003年9月15—18日(中潮)以及2006年4月13—16日(大潮)实测资料验证工程附近海域潮流。模型计算则采用2006年4月13—16日(大潮)的潮位过程作为计算潮型。

7.5.1.3 主要预测结果

(1)工程前后周边海域潮流场比较。为分析风电场工程前后对附近海域潮流场的影响,绘制了工程建设前后的流矢对比图,详见图7-3,图7-4、图7-5绘出了工程前后涨、落潮平均流速差值等值线(工程后流速与工程前流速之差)。同时,在风电场周围布置了一系列分析点F1~F29(图7-6)以分析工程前后的潮位和流速变化情况,表7 16、表7-17比较了各分析点工程前后涨落潮平均流速的变化,其中,流速变率被定义为

图7-3 工程前后流矢图对比(局部)

图7-4 工程前后涨潮平均流速差值线(单位:m/s)

图7-5 工程前后落潮平均流速差值线(单位:m/s)

图7-6 工程区潮流流速比较测点

表7-16 工程前后工程区附近海域大潮涨潮平均流速变化

续表

表7-17 工程前后工程区附近海域大潮落潮平均流速变化

续表

根据预测结果可知:

1)工程海域的涨、落潮流主要是东西向的往复流;风电场工程的实施,对当地的潮汐和潮流特性影响甚小,工程前后风电场内部的流速变化相对较明显,并以流速减小为主,风电场外部工程前后的流速几乎不变。

2)风电场方案中流速变幅超过5.0%范围约11.0km2,流速变幅超过3.0%范围约23.1km2,流速变幅超过2.0%范围约33.6km2,流速变幅超过1.0%范围约89.9km2

(2)风力发电机组基础局部流速影响预测。

1)风电场工程实施后,在垂直潮流方向上基础间距1000m,各基础几乎互不影响,在沿潮流方向上的基础间距约为500m,并且基础的数量也较多,基础的影响略有叠加。

2)风力发电机组基础局部流速的变化主要集中其东西两侧(涨、落潮流方向上),南北两侧的流速略有增加。

3)从风力发电机组基础局部的流速变化来看,基础下游(背水侧)离桩越远,流速的衰减幅度越小。

(3)风力发电机组墩柱群影响范围预测。

1)工程影响区域主要集中在风力发电机组基础群附近及其阻水区,其中,流速变幅超过5%的区域在其桩基附近,变幅超过1%的区域相对较大。

2)由于该水域的潮流特征和沿水流方向的基础较多,所以在涨、落潮时,基础的东西两侧受影响的长度较长。

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