شبیه سازی اثرات نرخ تخلیه پساب گرم بر الگوی پیشروی پلوم گرمایی و دما در محل تخلیه‌ی پساب

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 5، دوره 11، شماره 37 - شماره پیاپی 2، شهریور 1397، صفحه 53-62   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پرستو اکبری^{* 1}؛ مسعود صدری نسب²؛ یدالله نیک‌پور³؛ علیرضا صفاهیه⁴

¹دانش آموخته دکتری فیزیک دریا، گروه فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

²دانشیار، گروه مهندسی ساحل، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

³استادیار، گروه شیمی دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

⁴استادیار، گروه زیست شناسی دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

تاریخ دریافت: 04 خرداد 1394،  تاریخ بازنگری: 29 تیر 1394،  تاریخ پذیرش: 11 مهر 1397 

چکیده

کاربرد آب به‌عنوان خنک‌کننده در صنایع و تخلیه آن در محیط آبی سبب ایجاد آلودگی حرارتی خواهد شد. در پژوهش حاضر از مدل سه‌بعدی هیدرودینامیکی - اکولوژیکی کوهیرنس استفاده شده است تا الگوی دمای محیط آبی تحت تأثیر تغییرات دبی پساب گرم شبیه‌سازی گردید. مدل تا رسیدن به پایداری به مدت دو سال با استفاده از یک شبکه کارتزین (40×120) و مختصات سیگما با 5 تراز از سطح تا کف، داده‌های هواشناسی، مؤلفه‌های اصلی جزر و مد (O1, K1, M2, S2) و اطلاعات مربوط به دما و دبی خروجی پساب گرم اجرا گردید. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد میزان دبی پساب خروجی بر دما در محل تخلیه و گسترش پلوم گرمایی در فصول مختلف اثر خواهد داشت. میزان تغییرات دمای ایجادشده در محیط توسط پساب گرم به اختلاف دمای محیط و پساب بستگی دارد. همچنین نتایج این مدل نشان می‌دهند که نیروی کوریولیس بر پلوم گرمایی اثر گذاشته و پلوم و اثرات ناشی از آن را به سمت راست منحرف می‌کند. نتایج این مدل‌سازی می‌تواند جهت مدیریت زیست‌محیطی آلودگی حرارتی و همچنین بهینه کردن کارایی سیستم خنک‌کننده صنایع استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

شبیه سازی؛ پساب گرم؛ میدان دما؛ سیستم خنک‌کننده

عنوان مقاله [English]

Modeling Effects of Heated Waste Water Discharge Rate on the Thermal Plume Pattern and Temperature at the Wastewater Discharge Site

نویسندگان [English]

parasto akbari¹؛ masood sadri nasab²؛ y nikpor³؛ a s⁴

¹دانشآموخته دکتری فیزیک دریا، گروه فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

²دانشیار، گروه مهندسی ساحل، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

³استادیار، گروه شیمی دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

⁴استادیار، گروه زیست شناسی دریا، دانشکده علوم دریایی و اقیانوسی، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

چکیده [English]

Water application as a coolant in industry and its discharge in the water ecosystem causes
thermal pollution. This study aimed at investigating the water temperature pattern affected by
heated wastewater discharge rate changes using the three dimensional Coupled
Hydrodynamical-Ecological model for Regional and Shelf Seas (COHERENS). The model was
run for two years to reach a steady state employing a Cartesian grid (40 × 120), five sigma
levels from the surface to the bottom, meteorological data, main components of the tide (O1,
K1, M2, S2), and information related to the heated wastewater discharge rate and temperature
of water body. The modeling results showed that the wastewater discharge rate affected the
temperature at the discharge site and thermal plume expansion in the different seasons. The rate
of temperature variations that were created in the environment by the heated wastewater
depended on the temperature difference between the environment and wastewater. The results
also showed the Coriolis force had an effect on the thermal plume. Consequently, the plume
and its effects on water body had been diverted to the right. The results of this modeling can be
used to manage thermal pollution in the environment and improve the efficiency of the cooling
system used in industry.
Keyword: Modeling, Heated Wastewater, Temperature Field, Cooling System.

کلیدواژه‌ها [English]

Keyword: Modeling, Heated Wastewater, Temperature Field, Cooling System

مراجع

ایزدپناهی، غ.، آیین جمشید، خ.، عوفی، ف.، اسدی
سامانی، ن.، حقشناس، الف.، محمدنژاد، ج.، امیری، س. و
پورنگ، ن.، 1386 . گزارش نهایی بررسی هیدرولوژی و
هیدروبیولوژی خلیج فارس در محدوده آبهای استان
. بوشهر. مؤسسه تحقیقات شیلات، ص. 210
2) جوکار، ک.، 1386 . مدلسازی آلودگی حرارتی نیروگاه
اتمی بوشهر، ششمین همایش ملی انرژی، تهران، کمیته
ملی انرژی جمهوری اسلامی ایران، معاونت امور برق و
http://www.civilica.com/Paper- ، انرژی وزارت نیرو
NEC06-NEC06_130.html.
3) مقیمی، پ.، کیهان، ک.، عباسپور، م .و جاوید، الف.،
1383 ). بررسی آلودگی حرارتی طرح توسعه نیروگاه
و ارزیابی MIKE بندرعباس با استفاده از مدل 21
اقتصادی و زیست محیطی طرح توسعه .ششمین همایش
بین المللی سواحل، بنادر و سازه های دریایی.
4) Brown, G. W., & Krygier, J. T. 1970. Effects
of clear‐cutting on stream temperature. Water
resources research. 6: 1133-1139.
5) Cheng, Y. L., & Ying, B. F. 2007.
Numerical simulation and comparison of water
intake-outlet methods in power plants. Journal
of Hydrodynamics, Ser. B. 19(5): 623-629.
6) Coutant, C. C. 1999. Perspectives on
temperature in the Pacific Northwest's fresh
waters (No. ORNL/TM-1999/44). Oak Ridge
National Lab., TN (US).
7) Davies, A. M., & Lawrence, J. 1994.
Examining the influence of wind and wind
wave turbulence on tidal currents, using a
three-dimensional hydrodynamic model
including wave-current interaction. Journal of
Physical Oceanography, 24(12): 2441-2460.
8) Hankin, S., & Denham, M. 2006. FERRET
User’s Guide. Version 6. NOAA/PMEL-
/TMAP, 592 pp. Available via
http://vis.lbl.gov/NERSC/Software/ferret/docs
/ferret_users_guide_v600.pdf.
9) Issakhov, A. 2015. Mathematical modeling
of the discharged heat water effect on the
aquatic environment from thermal power
plant. International Journal of Nonlinear
Sciences and Numerical Simulation.
10) Kim, H. J., & Kim, J. 2015. Numerical
Modeling Of OTEC Thermal Discharges In
Coastal Waters. International Conference of
Hydroinformatics.
11) Kinouchi, T., Yagi, H., & Miyamoto, M.
2007. Increase in stream temperature related to
anthropogenic heat input from urban
wastewater. Journal of Hydrology, 335(1), 78-
88.
12) Koh, R., Brooks, N., List, E., & Wolanski,
E. J. 1974. Hydraulic modeling of thermal
outfall diffusers for the San Onofre nuclear
power plant. WM Keck Laboratory of
Hydraulics and Water Resources, California
Institute of Technology. Pasadena, California.
Rep.No. KH-R-30.
13) Luyten, P. 2011. COHERENS — A
coupled Hydrodynamical-Ecological Model
for Regional and Shelf Seas: User
Documentation. Version 2.0.: RBINS-MUMM
Report, Royal Belgian Institute of the Natural
Sciences.
14) Maderich, V., Heling, R., Bezhenar, R.,
Brovchenko, I., Jenner, H., Koshebutskyy, V.,
& Terletska, K. 2008. Development and
application of 3D numerical model
THREETOX to the prediction of cooling water
62 شبیهسازی اثرات نرخ تخلیهی پساب گرم بر الگوی پیشروی پلوم گرمایی و دما در محل تخلیهی پساب
transport and mixing in the inland and coastal
waters. Hydrological processes, 22(7): 1000-
1013
15) Mohseni, O., & Stefan, H. 1999. Stream
temperature/air temperature relationship: A
physical interpretation. Journal of Hydrology,
218: 128-141.
16)Najafi, H. S. 1997. Modelling tides in the
Persian Gulf using dynamic nesting, PhD
thesis, University of Adelaide, Adelaide, South
Australia.
17) Oey, L. Y., & Chen, P. 1992. A nested grid
ocean model: With application to the
simulation of meanders and eddies in the
Norwegian Coastal Current. Journal of
Geophysical Research: Oceans (1978–
2012), 97(C12): 20063-20086.
18) Pedlosky, J. 1987. Geophysical Fluid
Dynamics. Springer Verlag, Berlin.
19) Sehgal, R. C., & Jaluria, Y. 1982.
Horizontal recirculation in water bodies due to
thermal discharge. Journal of Energy. 7(5):
419-428.
20) Signell, R.P., Beardsley, R.C., Graber,
H.C., and Capotondi, A. 1990. Effect of wavecurrent
interaction on wind-driven circulation
in narrow, shallow embayments. Journal of
Geophysical Research, 95: 9671-9678.
21) UNESCO, 1981. Tenth report of the joint
panel on oceanographic tables and standards.
UNESCO Technical Papers in Marine Science
No. 36, UNESCO, Paris.
22) You-liang, C., Qing-zhe, H., & Li-li, L.
2011. The effect of velocity and outlet angle of
the thermal discharge on Its diffusion with
basic flow in power plant. Procedia
Environmental Sciences, 11: 611-617