水循环范文
时间：2023-03-22 19:55:30
导语：如何才能写好一篇水循环，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
图1为四大圈层间的主要水分循环示意图。其中甲、乙、丙、丁代表四大圈层，箭头代表水循环环节。读图回答1～2题。
1.图中甲圈层是：
A.水圈 B.生物圈 C.岩石圈 D.大气圈
2.联系丙、丁圈层的主要水循环环节是：
①蒸发 ②降水 ③径流输送 ④下渗 ⑤吸收
A.①② B.②③ C.③④ D.④⑤
图2是“南半球某条河流上游水文站和下游水文站测得的径流量随季节变化曲线图”。读图回答3～4题。
3.从图中可看出河流上游和下游最主要的补给水源分别是：
A.雨水、雨水 B.湖泊水、高山冰雪融水
C.高山冰雪融水、雨水 D.季节性积雪融水、雨水
4.下列关于该流域湖泊、河流的叙述，正确的是：
A.夏季湖泊补给河流，冬季河流补给湖泊
B.河湖水不参与陆上内循环
C.河流汛期主要出现在夏季
D.河流有结冰期
二、综合题
5.阅读图文材料，回答下列问题。
材料：2016年3月22～28日是第29届“中国水周”，某校研究性学习小组的同学们对学校所在地区的水资源状况进行调查研究。通过走访及实地调查，发现随着山区森林植被的恢复和退耕还湖等生态工程建设，枯水期河流下游断流的现象近乎消失。图3是目前该地区主要水系图，图4是该地区的月平均气温变化曲线和降水量柱状图。
（1）比较河流M与N水文特征的差异。
（2）森林植被恢复前，该地区某些河段常在枯水期断流，断流主要是枯水期地下水不再补给河水的缘故。试分析图中某些河段枯水期断流的原因。
（3）相同降水条件下，目前M附近水文站测得的洪峰值比多年前低且洪峰点后移。主要原因是什么？
（4）指出山区植被恢复、退耕还湖等生态建设，对该地区经济发展的积极意义。
篇2
[关键词] 联合循环，直流，汽水循环
中图分类号：P339 文献标识码：A 文章编号：
1前言
提高联合循环的方法有多种方法，在汽机侧可以通过提高轴封效率，优化汽轮机叶片形式，对于汽水系统则可以采取提高蒸汽参数，采用三压再热循环，降低系统管道损耗，而燃机方面则可采取提高进口温度，减少冷却风消耗，，优化工质流动及叶片形式，燃料预热等方法来实现。
本文将重点从提高提高蒸汽参数来提高蒸汽联合循环的效能,特别是提高蒸汽的温度和压力。这个参数的提高只能依靠汽轮机和燃机的性能提高来实现，不断地提高汽轮机的入口温度需要燃机的排气温度超过600度才能保证汽水循环600度的温度。联合循环效率从1991年的52%提高到配合西门子H级燃机时的60%的过程。这个发展通过严谨的全厂优化应用得以实现。
- 把温度从565度105bar基础上提高对于余热锅炉来讲是一个设计挑战，主要原因是温度高于565度需要对锅炉的材料选择特别注意
- 过高的压力在自然循环汽包炉上不易维持恒定。
- 高压蒸汽提高了对给水品质的要求。
西门子的8000H设计已经克服了这些障碍并在联合循环效率上获得了突破。
2.增强型循环的挑战
以下将描述如何应对提高参数来带来的上述三个技术问题,其中给水品质问题鉴于超超临界电站锅炉，在化学水上及凝结水精处理设备上已经充分解决了这个问题，这里就不再敷述。
2.1锅炉材料的影响
增强型循环的的主要影响是余热锅炉特别是高压过热器和中压再热器部分，为了实现600度的运行温度及压力大于170bar, 关键部分的设备材料应具有以下能力：
微观结构在设计温度下有足够的蠕变强度
能够承受蒸汽侧的氧化（由铬成分决定）
足够的抗疲劳轻度来承受极端的热力循环要求。
可承受的设计方案成本。
2.1.1蒸汽侧氧化的影响
由于温度提高带来的巨大挑战就是蒸汽侧的氧化问题。管道内部的氧化层的传热系数较低，将导致管壁的温度升高，而温度的升高将导致金属材料的强度下降。因此在设计过程中需要考虑足够的温度余量。而且适当的腐蚀余量也需要考虑。
氧化率
内部氧化层的形成主要受蒸汽温度，管道内壁温度，材料（铬的成分），晶粒尺寸（特别对于奥氏体）的影响。
蒸汽温度
对P91材料，温度的升高将加快氧化层的增长速度。600度以上可以看到氧化层的增长出现了不成比例的快速增长，而这正是增强型循环的关键参数。这个因素已经在不同的电厂应用中获得确认，并应在设计中予以考虑。
铬的成分
管道内壁的氧化率由材料中铬的成分决定。更高的铬含量会提高抗氧化能力。下图给出了不同材料氧化增长曲线（基于管道内壁600度）。图中9%的铬含量以T91和T92为代表，而根据报告，P91抗氧化能力要比P92稍好一些。图中125的铬钢是典型的马氏体材料。
在下图中当铬含量大于12%时氧化速度会有明显的变化，进一步提高铬含量对于抗氧化能力则不再明显。低于9%的铬含量的钢（也就是P91/T91），抗氧化能力则相对较弱。设计中该因素也应一并考虑。
2.1.2剥蚀
相比于母材，管道内部的氧化层有不同的热动力属性。特别是传热系数是不同的。在峰值操作中，也就是启动或者停机时，会导致氧化层与母材之间的机械应力，在这样的情况下，氧化层剥落是不可避免的。氧化层的剥落对于机组的汽水循环有以下主要影响。
在启停情况下由于剥落导致的固体颗粒腐蚀(此时的应力影响最大)
由于氧化层剥落导致的材料磨蚀。（母材损失，强度下降）。
氧化层的存在可限制母材进一步的氧化。剥落后会产生新的氧化层。周而复始将严重影响管壁强度。
基于以上分析，在600度以上高温下，应考虑铬含量>12%的管材来降低由于管道内壁氧化皮形成的不利影响。
参考
在日本的电站锅炉在40000小时的运行后，可以观察到在T91材质的屏式再热器管材上严重的鳞片分离，开裂，以及剥落，这种剥落发生在鳞屑的在外表层。
2.2汽包型锅炉的应用限制
汽包锅炉
余热锅炉中的高压汽包是决定性的部件来限制启动速度和负荷变化率，原因是汽包壁厚度大会产生温度梯度，汽包厚度越大，因热应力变化导致的疲劳破坏就越容易发生。
典型的汽包厚度为
初步的计算表明，在160bar下材料的热应力影响是125bar设计压力下的8倍。
从热力学上分析，蒸汽压力的升高是对汽包炉的另一个限制因素。
自然循环的水动力来自于蒸发受热面与下降管的密度差。由于在180bar到190bar之间密度差异降低，这就限制了自然循环锅炉在这个压力下的使用。考虑到实际运行的可靠性余量，自然循环锅炉的压力限制在大约170bar以下。
3.应对措施
对于上述的问题，在高参数汽水循环上采取了以下措施。
要找到高压过热器和中压再热器最好的材料解决方案，上面提到的影响因素必须在设计中予以考虑。西门子已经进行了大量的技术研究，项目的目的就是找到最好的技术解决方案以满足在欧标及美标市场上余热锅炉在600°C 下的需要。对于欧标及美标市场，相应的解决方案也是有差别的。
欧标市场的材料选用
法国瓦卢瑞克工业集团和德国曼内斯曼钢管公司的VM12-SHC 可以用在欧标市场，这种材料铬的含量为12%并被认为是当前解决蠕变，蒸汽侧腐蚀，管材疲劳及造价的最好材料，这种材料已经在西门子乌尔里奇哈特曼联合循环机组4号机组上采用来应对过热蒸汽及再热蒸汽600°C 的高温。在设计中，生产及安装中，已经获得了极具价值的经验。截止到2012年8月份，这个电厂等效可利用小时数已达到12500，并且没有出现任何相关问题。
美标市场的材料选用
由于VM12-SHC 获得ASME许可还没有获得认证，且需要至少1年的时间，因此这种材料目前还不能用于需要ASME钢印的设备中，目前还只能用于欧洲市场。在这种情况下，基于乌尔里奇项目的使用经验，新的可行材料的研究正在进行。基于蠕变，汽侧氧化，抗疲劳属性及材料成本的各种复杂研究正在进行评估。一种铬含量在18~20%的钢材已经被认定为美标市场的最佳解决方案。
3.运行业绩
乌尔里奇哈特曼联合循环电厂是第一个投入商业运行的净效率大于60%的的联合循环电厂(SCC5-8000H 1s)。
乌尔里奇联合循环电厂的显著特点是应用了本生型带三压再热的技术，该电厂是第一个投入商业运营（连续可用小时数为12500，启动次数大于330次）的高参数电厂，燃机排烟温度625度
主蒸汽参数~600°C
主蒸汽压力170bar
再热蒸汽温度~600°C
这个整合实现了最大效率的突破。设计理念则是基于经过验证了的F级电厂的大量运行经验。VM12-SHC 材料的应用实现了蠕变，汽侧氧化及热疲劳及成本的最佳解决方案。
就本文所论述，在当前的技术发展阶段，600摄氏度下的直流循环锅炉技术已经发展的很完备，在此基础上60%以上的联合循环效率的燃机联合循环已经电厂已经通过了长期运行的考验，而将来在此基础上，联合循环电厂将通过更多的技术更新，获得更大的发展。
篇3
关键词：城市水循环经济
一、城市水循环提出的重要性
水是社会经济建设与发展的基础性、战略性资源。但是，近年由于人们多注重水资源的经济性，忽略其循环的自然规律和健康性，导致水资源短缺、水环境恶化等一系列问题，这些问题的出现严重制约了社会经济的持续健康发展。21世纪是协调人口、资源、环境与发展的世纪，人类社会只有建立起物质循环型的城市才能持续发展。张杰院士认为，社会用水的健康循环是循环型社会的基础，通过实现健康水循环，可以使水的社会小循环与自然大循环相辅相成、协调发展，实现人与自然和谐发展，维系良好的水环境。
城市是人类生存环境给自然系统所加的最重负担。城市水生态环境是一个建立在自然环境之上的高度人工化的环境，既具有自然环境的复杂性、易变性、难于恢复性，还具有人工环境独有的人类活动主导性，易受外界干扰性的开放性，输入输出不均衡性。城市化的进展直接或间接地改变着水环境，影响城市居民的生活质量和社会福利。据预测，到2020年我国城市化水平将达到50%左右。为此，必须深刻地研究城市化对城市水循环要素的影响，采取科学的对策，健全城市水循环系统，提高城市水资源承载能力和水环境容量，促进城市的可持续发展。在加快城市化进程的同时，需处理好城市水循环与城市发展的关系，搞好城市水资源开发及保护以确保城市化进程的顺利进行。
循环经济具有减量化、再利用、再循环三大操作原则，即3r原则。减量化属于输人端方法，旨在减少进入生产和消费过程中物质和能源的流量；再利用属于过程性方法，目的是延长产品和服务的时间强度；再循环属于输出端方法，要求物品完成使用功能后重新变成再生资源。实现水资源可持续利用和城市水循环也要遵循这三个原则。水循环经济是指运用自然生态系统中水循环运动规律重构水经济系统，使水社会循环能和谐地纳入自然生态系统的水循环过程中，形成健康的社会水循环，建立一种新形态的水闭路循环流动性经济。其内涵是要实现水资源的可持续利用，建立水循环经济性的社会。把经济社会建立在水资源循环利用的基础上，改变过去水资源——使用消费——污水排放的单向流动的线性经济；变成水资源——使用消费——污水再生处理——水再循环，形成水资源在经济——社会——环境复合生态系统中的往复循环流动的闭路循环经济。
二、影响城市水循环的因素
（一）人口规模的增大对城市水循环造成影响
人口规模的扩大对用水需求的影响体现在两个方面：一是直接影响。人类饮用、清洁都需要淡水资源，人口增加首先增加的是生活用水，这一用水量的增加基本上与人口同比例增加。而且，伴随人们生活水平的提高，人均生活用水量的增加可能会快于人口增加的速度。二是间接影响。现代社会人口的增加往往还伴随着技术的进步和产业的发展，无论工业、农业还是服务业，其规模的增长都会导致用水量的增加。不过，这种规律只反映了人类发展的一般进程，具体到一个地区，鉴于不同产业对水资源消耗量的差异，地区产业结构调整的方向会对间接用水产生较大的影响。在特定地域、特定阶段，因人口规模扩大导致的产业发展进而造成的用水需求变动的方向是不确定的。
在水资源供给方面，北京市水务局数据显示，北京水资源由两部分构成：一是本地区降雨形成的水量；二是上游入境水量。北京市水资源公报显示，北京多年平均降水总量98亿立方米，蒸发约60亿立方米，形成总量约为37.4亿立方米的水资源；北京多年平均入境水量16.1亿立方米，二者合计53.5亿立方米。实际上，北京平均每年可以利用的地表水总量仅约为14亿立方米，加上25.6亿立方米地下水，共计约40亿立方米。
在水资源需求方面，北京每年生产生活用水总量约为34.5亿立方米（2006年全市总用水量为34.3亿平方米，2007年为34.8亿平方米，2008年为35.1亿平方米），40亿立方米供给，34.5亿立方米需求，北京的水似乎够用。但近年来北京降水量明显减少，入境水量也连续9年减少，从10亿立方米逐年下降到7亿立方米，与常年平均数据16.1亿立方米相差甚远。供给方面，北京可利用水资源往往不足40亿立方米；需求方面，随着大量外来人员涌入北京，用水量也在随着增加，导致北京地表水流出量少于流入量，以及地下水逐年减少。为解决水资源短缺问题，北京市采取了大量行之有效的措施,农业用水、工业用水都有所下降。但就目前情况来看，节水空间已经非常有限。况且，人口扩张，工业、服务业等生产用水也会随之增加。同时，随着公众对生态环境要求提高，生态用水也应当得到足够保证。就目前形势，一旦北京遇上连续干旱，情况就很危急。
（二）城市化的发展对水资源循环利用的影响
篇4
【关键词】炉水循环泵；超温
一、事故过程描述
1.2011年11月26日00：02左右启动#6锅炉炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至55℃，于2011年11月26日00：15：左右停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网有黑色的泥状堵塞物，清理滤网并恢复。2011年11月26日06：15分左右再次启动循环泵，发现循环泵电机电流和冷却水温度上升很快，最高电流49.87A，最高冷却水温度54.10℃，于2011年11月26日06：22停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网内又有黑色的泥状堵塞物，并且电机腔室内也有褐色的泥状物。对电机腔室用除盐水进行水冲洗，又冲洗30分钟后，水色正常；对滤网进行再次清洗，完成后恢复。2011年11月26日17：25左右，启动循环泵，发现循环泵电机电流和冷却水温度波动大，最高电流56.17A，最高冷却水温度55.85℃，于2011年11月26日17：32停运。
2.#7锅炉已经移交业主运行，2011年12月3日13：15分，由于A一次风机油站由远控切换至就地，风机跳闸，业主手动降负荷，由于汽机侧汽泵遥控失灵，导致给水量下降，锅炉侧水冷壁垂直段壁温上升至532℃，MFT动作，于2011年12月3日13：27分机组停运。随后业主对一次风机和汽泵遥控进行处理，处理好后于2011年12月3日13：43分左右启动炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至69℃，于2011年12月3日13：47分左右循环泵跳闸。2011年12月3日14：05分左右再次启动炉水循环泵，发现循环泵电机冷却水温度不断上升至60.18℃，于2011年12月3日14：06左右循环泵停运。随后拆开循环泵滤网，发现滤网有黑色的泥状堵塞物，清理滤网并恢复。2011年12月3日16：40左右，启动循环泵，发现循环泵电机冷却水温度升高，最高冷却水温度60℃，于2011年16：45分左右停运。判断炉水循环泵推力盘出现问题，炉水循环泵不拆解，不使用循环泵锅炉点火机组启动，等配件到场后对炉水循环泵维修处理。
3.2011年12月1日，在炉水循环泵厂代指导下，对#6机组炉水循环泵进行了更换，并调试合格后投用。2011年12月4日，#6机组因锅炉爆管停运，2011年12月6日，清理循环泵滤网，于2011年12月7日，化验电机冷却水（PH值6.6，固体颗粒含量0.25ppm）合格后恢复系统。2011年12月9日1：20左右，启动炉水循环泵，发现电流稳定，温度上升很快，于2011年12月9日1：34分左右停泵，最高温度50℃。判断炉水循环泵推力盘故障，试运指挥部决定不使用循环泵启动锅炉点火机组启动，等配件到场后对炉水循环泵维修处理。
二、事故原因分析
通过与国内某检修公司开展的关于炉水循环泵研讨会，结合该项目炉水循环泵的实际情况，经综合分析，确定该公司的炉水循环泵的设计缺陷为主要原因，具体分以下三方面：
1.电机过滤器设计缺陷
该炉水循环泵电机设有内置式过滤器，缺点为过流面积极小，极易堵塞循环水路，堵塞后造成冷却循环水流量减小，使得电机内部循环水温度过高而引起故障。另外在这些杂物中含有铁质颗粒，一旦进入电机推力轴承及导轴承摩擦副间，将加速轴承的磨损，如果冷却水流量不足造成“干磨”现象，会直接造成轴承损坏。
2.叶轮无水推力平衡孔
该炉水循环泵叶轮无水推力平衡孔，运行时叶轮将给转子轴系一个向上的推力F，见下图。在此推力F的作用下，转子轴系将向上拉动推力盘压紧上止推块运行，因此将加剧推力盘上承磨面及上止推块的磨损。
3.推力轴承循环水流道设计缺陷
电机推力轴承冷却水流道设计偏小，同时在轴向推力F的作用下，转子轴系将向上拉动推力盘压紧上止推块运行，致使滑动轴承表面水流量减少，推力瓦表面水膜形成较困难，推力瓦条件变差，加剧推力盘上承磨面及上止推块的磨损直至损坏。
三、纠正（预防）措施
（一）针对该项目的炉水循环泵的技改措施：
1.增加外置过滤器，加大过滤面积，避免滤网堵塞。
2.在叶轮上钻水推力平衡孔。
3.对推力轴承循环水流道改造。
（二）对公司后续项目的预防措施：
1.在设计阶段审核锅炉厂配套的炉水循环泵，如再选择该公司的炉水循环泵要求采用改进型的循环泵型号，或选择其它公司的优良产品（要求具有成熟的技术和稳定运行的业绩）。
2.严格按照厂家要求安装和调试炉水循环泵。
3.在施工过程中控制好系统清洁度：
a.对所有受热面的封口做好监督检查，及时恢复封口措施脱落的情况。b.受热面的通球应由安排专人管理，对通球用球统一编号，统一发放回收，建立详细的钢球收发记录。c.对地面组合焊接后可进行二次通球的管排要进行二次通球，检验焊口是否有内凸超标现象，发现问题后及时处理并做好检查处理记录。d.对于管排和集箱组合件，在吊装前再次进行吹扫以确保内部清洁无杂物。e.管道焊接过程中严禁施工人员将各种物件放入管道内，如焊丝、焊条、锉刀、磨头等；如磨头等杂物不甚掉入管道，应及时通知处理，不得隐瞒。f.管道对口前检查内部确认清洁无杂物。g.受热面集箱焊口焊接结束前，应在集箱两段合适位置预留一个手孔或2-3个管口，安排专人用内窥镜对集箱内部进行检查确保无杂物。
4.严格控制酸洗和吹管质量，并做好系统割管检查，确保系统内部清洁无杂物。
篇5
关键词：城市化 水循环再生 可持续发展
1.引言
伴随着城市化的进程，城市的水环境和水循环发生了改变，主要表现在：水资源短缺，水环境污染以及地下水超量开采。同时存在城市街区的扩大导致不可渗透面积增加，下水道改造导致排水系统的变化，降雨时短时间内的排水量增大，使得河川内洪水时洪峰流量增大问题； 土地利用面积的增加，水面、绿地等的面积减少，使得水蒸发量减少，市区的气温上升，对城市的气候也会产生影响，同时还伴随着水环境恶化、水文化丧失等一系列问题。
2.城市化的水文效应
2.1城市水文循环的特点
从水循环路径看，水资源开发利用改变了江河湖泊关系，改变了地表水和地下水的赋存环境和补排转化路径。除天然水循环外，还形成了由“取水-输水-用水-排水-回归”五个基本环节构成的人工侧支水循环。它的形成和发展，导致了城市天然生态系统与人工生态系统的相应变化，区域水循环也随之而变。从水循环特性看，城市土地利用，极大地改变了城市地貌与植被分布，使城市地表水的产汇流特性和地下水的补给排泄特性发生相应变化。
2.2 城市水循环的短路化
城市水循环由区域天然水循环和人工侧支水循环复合而成，后者是对自然界水循环的社会强化。一般来说，城市不透水的下垫面、河道整治和人工排水管网等工程措施，创造了一个新的径流形成条件，隔绝了地面径流、土壤水和地下水的转换，水循环过程行程缩短、时间加快；城市不透水的下垫面和合流制的排水系统，增加城市水环境中的悬浮固体及污染物，减少下渗和降低地下水位，减少城市枯水期基流，这就是所谓城市水循环的短路化。
2.3 城市化对降水的影响
城市化影响降水已成共识。主要表现在以下几个方面
（1）城市建设对降雨径流的影响
随着城市化的发展，树木、农作物、草地等面积逐步减小，工业区、商业区和居民区规模、面积不断增大。城市化过程使相当部分的流域为不透水表面所覆盖，减少了蓄水洼地。由于不透水地表的入渗量几乎为零， 使径流总量增大；不透水地表的高径流系数使得雨水汇流速度大大提高， 从而使洪峰出现时间提前。地区的入渗量减小，地下水补给量相应减小，干旱期河流基流量也相应减小。
（2）城市污染对降雨径流水质的影响
城市径流中污染物组分及浓度随城市化程度、土地利用类型、交通量、人口密度和空气污染程度而变化[4]，近年来，由于大气污染严重，在某些地区和城市出现酸雨。地表污染物以各种形式积蓄在街道、阴沟和其它与排水系统直接相连接的不透水表面上。如行人抛弃的废物，从庭院和其它开阔地上冲刷到街道上的碎屑和污染物， 建造和拆除房屋的废土、垃圾、粪便或随风抛洒的碎屑， 汽车漏油与排放的尾气， 轮胎磨损， 从空中沉降的污染物等。
2.4 城市内外的水量循环
城市水循环中的水量有相当部分来自城市区域以外，或地下潜水和深层地下水。城市人工侧支水循环中，一部分经处理和未经处理的工业废水、生活污水集中排人城市河湖水体，也有相当部分不经河流直接排人城市区域以外的受纳水体，而另一部分经处理的退水又重新回到人工侧支水循环中。
3.对策研究
城市水文的特点是城市水分流动、污染、和净化都被人工强化。健全的城市水循环必须保持城市水资源供需的平衡、排放与处理的平衡，各环节之间的关联，对城市水资源在生态、生活和生产三者之间进行合理分配。
3.1 城市绿地建设
以公园、绿地、花园式机关单位为“点”，以沿路、沿边、沿河、沿江绿化为“线”，以广大城市居民的住宅的屋顶、阳台、庭院为“面”的点、线、面结合的闭合状的城市绿化管理体系。绿地建设要物种多样化，宜林则林，宜草则草，宜荒则荒。一个地区绿地面积与环境质量有关，不仅要用绿地面积所占比例作为参数，更重要的是要着眼于从生态平衡的角度来评价它在环境质量中的作用，正确引导城市绿地建设。
3.2 城市河流的保护和建设是健全城市水文循环的基本手段之一
伴随着城市化的发展，往往是河流被硬化、渠化，城市景观和水环境被破坏，城市洪涝灾害的发生频率与强度的增加，与河流泄洪功能减弱密切相关。作为城市防洪的对策，要树立蓄、疏结合的治水理念，还河流以空间，给洪水以出路，以“绿”和“水”作为空间基质，把水、堤防、河畔植被连成一体，以水造景，营造一个舒适的城市水环境。
3.3城市水资源管理
要把水资源、水灾害、水环境、水生态等方面的管理统一起来，城市规划与管理应把城市水文、排涝、供水、污染防治、水土保持、水环境保护作为基本范畴考虑，具体研究城市生态的水环境容量、蓄水洼地的条件和布局问题，及其污水处理与回用、水体连接与流动、水生生物与观赏设施等问题。
4.结语
城市是人类生存环境给原自然系统叠加的最重负担，城市水生态环境是一个建立在自然环境之上的高度人工化的环境，既具有自然环境的特性的复杂性、易变性、难于恢复性，还具有人工环境独有的人类活动主导性，易受外界干扰性的开放性，输入输出的不均衡性。城市化的进展直接或间接地改变着水环境，影响城市居民的生活质量和社会福利，为此，必须深刻地研究城市化对城市水循环要素的影响，采取科学的对策，健全城市水循环系统，提高城市水资源承载能力和水环境容量，促进城市的可持续发展。
参考文献：
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[5]王浩.关于西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护的专题报告[R].北京.中国水利信息网.2004年1月14日
[6]张宗祜，张光辉.大陆水循环系统演化及其环境意义[J].地球学报.2001
篇6
【关键词】淡水；循环利用；环保
水是人类生产和生活中不可或缺的一部分，而淡水资源极其匮乏，人均淡水量不足，即便如此，日常生活中水资源的利用却不够合理，浪费严重。在此形势下，日常生活中淡水的循环利用成为越来越重要的课题，找出一条实现日常生活中淡水循环利用的有效途径、提高淡水利用率，进而缓解城市水资源压力成为了探求者最迫切的任务。本方案着眼于独立式建筑的水循环利用系统，将雨水和生活废水经过过滤除杂等过程转化为可以再次使用的水，提高利用率。
1 储水池的结构和原理
（1）每个独立式建筑都是独立的个体，水在其中循环后使用后，废水自动将水排出，不需要人工操作，环保便捷。
（2）屋顶两侧各有可以进行雨水收集的水道，水道连接位于屋顶的储水池（如图1所示），水都会流入储水池并进行三次过滤后转为可供使用的水。
1）第一层过滤使用不锈钢滤网，过滤掉体积较大的固体杂质；
2）第二层使用海绵进行过滤，除去体积较小的固体杂质；
3）第三层用活性炭进行过滤，利用活性炭的吸附性，除去颗粒物和絮状沉淀物。
2 整个建筑的水循环过程
（1）雨水在楼顶收集经过滤后直通楼下的洗手间阳台，使用时直接从阳台的水龙头流出用于浇灌阳台的花草，也可用于清洗物体。阳台上也可以设置净水机，原理同屋顶的储水装置。
（2）洗手间中水龙头会有两个，一个为过滤后雨水用于清洁物品，另一个为多次杀菌消毒后的净水用于清洁面部，刷牙漱口等。浴缸喷洒龙头中的水也是经杀菌灭毒过的，分冷暖两种。抽水马桶主要利用虹吸原理，我们会在水箱中加入水量控制器，可调节单次出水量，根据实际需要选择合适的水量，实现节约用水的目的。
（3）厨房里会有一个分离装置，用于分离使用过的水中的油污，分离后可用于洗手间的清洁用水灌溉花草，或是收集净化后二次利用。
（4）之后是一楼的喷泉，这是我们计划的核心，因为整栋建筑所有的废水都会汇集至喷泉处净化，废水的净化装置（如图2所示）设在屋顶的阁楼，污水废水通过管道送至阁楼，经净化后再送至喷泉做最后一步的净化后经喷泉喷出净水。喷泉外需设置玻璃罩，因为净化后的水不可再被污染，有喷泉净化设施后可大大提高污水的利用率和本设计的实用性。
最后的项目是被设在外墙的节水设施。因为有时气体液化会在外墙凝成水珠。我们会在外墙钉几个小篮子，接外墙流下的水，可以利用这些水养一些小花草，生长在外墙上既你保护水资源又可以美化建筑的外观。
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关键词：流域 水循环 水文 分布式 模型 WEP
一、分布式流域水循环模拟的意义与作用
地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律， 加剧了我国水资源的供需矛盾，许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁，狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来，随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展，从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题，即分布式流域水文（水循环）模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视，涌现出许多分布式或半分布式模型，如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等（参见文献1）。另外，全球大循环（GCM）研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求，土壤-植物-大气连续体（SPAC）研究受到重视，出现了各类SVATS（土壤-植物-大气通量交换方案）模型，从另一方面加强了水循环的研究。本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”，意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题，而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。因此，基于物理机制的分布式流域水循环模型的研究与开发具有重要意义，在以下几个方面具有不可替代的作用：（1）预测未来环境变化下的流域水资源演变趋势，（2）分析人类活动的影响与各类对策的效果，（3）借助各类遥测技术在缺乏地面观测资料流域进行水文分析与预测，（4）为流域水资源评价与配置、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等各专业应用提供强力支持。
二、WEP模型的开发与验证
本文作者从1995年起从事分布式流域水循环模拟研究，开发了网格分布式流域水循环模型WEP (Water and Energy transfer Process) 模型（参见文献2至4）。该模型以长方形或正方形网格为计算单元，便于使用GIS和卫星遥感数据，并具有物理概念强、计算精度高和速度快等特点，已在日本谷田川等多个流域得到验证，正在日本战略性创造研究推进事业项目(CREST)“都市生态圈、大气圈和水圈中的水量能量交换”课题中使用，并正在我国的几个流域进行验证中。WEP模型2002年10月获日本国著作权登录，并可从互联网上下载，详见pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。虽然WEP模型还包括水质模拟模块，受篇幅所限，这里仅就WEP模型的水循环模拟部分的开发与验证情况做简要介绍。
1．1 WEP模型的开发 为提高计算效率，WEP模型对非饱和土壤水运动的模拟采取了比SHE模型简化的算法，但强化了对植物生态耗水与热输送过程的模拟，对水热输送各过程的描述大都是基于物理概念。
（1）模型结构。各网格单元的铅直方向结构如图-1（a）所示。从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。主要参数包括植被最大截留深、土壤渗透系数、土壤水分吸力特征曲线参数、地下水透水系数和产水系数、河床的透水系数及坡面和河道的糙率等。为考虑网格内土地利用的不均匀性，采用了“马赛克”法即把网格内的土地归成数类，分别计算各类土地类型的地表面水热通量，取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。土地利用首先分为水域、裸地－植被域、不透水域三大类。裸地－植被域又分为裸地、草地与耕地、树木3类、不透水域分为都市地表面与都市建筑物。另外，为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水，将裸地－植被域的表层土壤分割成3层。
（a）
（b）
图-1 WEP模型的结构：（a）网格单元内的铅直方向结构，（b）平面结构
WEP模型的平面结构如图-1(b)所示。首先，为追迹计算坡面径流，根据流域数字高程（DEM）及数字化实际河道等，设定网格单元的汇流方向（落水线）。然后，将坡面径流沿着落水线用1维运动波法由流域的最上游端追迹计算至最下游端。关于各支流及干流的河道汇流计算，视有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。地下水流动采用多层模型进行数值解析，并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换。
(2) 水循环过程的模拟。蒸发蒸腾包括植被截留蒸发、土壤蒸发、水面蒸发和植被蒸腾等。WEP模型按照土壤-植被-大气通量交换方法(SVATS)、采用Penman-Monteith公式详细计算了蒸发蒸腾。由于蒸发蒸腾过程和能量交换过程客观上融为一体，地表附近的辐射、潜热、显热、热传导及地表温度的计算不可缺少。为减轻计算负担，热传导及地表温度的计算采用了强制复原法(FRM)。GREEN-AMPT入渗模型物理概念明确，所用参数可由土壤物理特性推出，并已得到大量应用验证，因此，WEP模型采用GREEN-AMPT铅直一维入渗模型模拟降雨入渗及超渗坡面径流。GREEN-AMPT模型仅适用于降雨入渗过程。而非降雨期的表层土壤(通常是非饱和状态)水分量的再分配将影响到降雨入渗时的初期水分量、土壤和植被的蒸发蒸腾和对浅层地下水的补给等，为减轻计算负担，WEP模型将表层土壤分成数层，按照非饱和状态的达西定律和连续方程进行计算。 在山地丘陵等地形起伏地区，同时考虑坡向壤中径流及土壤渗透系数的各向变异性。地下水流动采用多层模型进行数值解析。浅层地下水运动按照BOUSINESSQ方程进行二维数值计算，源项包括表层土壤的降雨补给、地下水取水、深层渗漏及地下水溢出(或来自河流的补给)等。在河流下部及周围，河流水和地下水的相互补给量根据其水位差与河床材料的特性等按达西定律计算。为考虑包气带层过厚可能造成的地下水补给滞后问题，在表层土壤与浅层地下水之间设一过渡层，用储流函数法处理。另外，WEP还考虑了雨水人工储留渗透设施的模拟、防灾调节池的计算及水田的模型化等。
2．2 WEP模型的验证
WEP模型先后在日本东京的多摩川中部流域（578 km2）、千叶县海老川流域（27 km2）及茨城县谷田川流域（166 km2）得到验证和应用。其中，海老川流域是高度都市化的流域，谷田川流域是农地与人工林地为主的自然流域，多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。WEP模型的模拟结果示例见图－2至4。可以看出，WEP模型不仅对流量，而且对地下水位及土壤水分等均有良好的模拟结果。验证后的WEP模型曾用来分析都市化对东京都水热收支及水热通量的空间分布的影响，评价雨水人工储留渗透设施和防灾调节池对流域水循环的改善作用，研究水田的维持河川枯水流量及滞洪效果等（参见文献2至4）。
WEP模型具有较高的计算效率。以谷田川流域的计算为例，共有16661个计算网格单元，计算时段步长采用1小时，在CPU为1.4GHZ的微机上，一年的计算时间约为3小时。
图－2 WEP模型的流量模拟结果示例（谷田川流域）
图－3 WEP模型的地下水位模拟结果示例（海老川流域）
图－4 WEP模型的土壤水分模拟结果示例（海老川流域）
转贴于 三、分布式流域水循环模拟面临的难题与对策 分布式流域水循环模拟在我国推广应用所面临的主要难题有：（1）水文变量及参数的空间变异性与尺度问题。我国流域尺度大、人类活动影响深。可根据流域不同地区的地形地貌特点，分区选取不同的计算网格步长，然后根据网格内土壤等参数的概率分布规律考虑其空间变异性对产汇流的影响。（2）水循环的动力学机制的描述和计算量大之间的矛盾。水循环的许多过程如降雨时的入渗和地表径流过程变化快，描述这些过程常需要日以下的时间步长。如果所有过程所有时期均采用很短的时间步长，计算量将很大。因此，采用变时间步长，即针对不同过程及同一过程的不同时期采用不同的时间步长，将是缓解矛盾的对策之一。（3）下包气带过厚滞后了降雨对浅层地下水的补给问题。我国许多地区特别是干旱半干旱地区的浅层地下水位往往很深，和地表之间存在很厚的包气带，滞后了降雨对浅层地下水的补给。可通过典型调查和观测，采取滞后曲线法、储留函数法等方法来解决。（4）资料收集难与数据不足问题。分布式水循环模拟需要大量的基础数据。虽然我国的水文气象观测、地质调查与资料整编等基础工作开展较早、质量较高，但目前仍存在资料收集难与数据不足问题。
四、结束语 分布式流域水循环模拟和GIS、DEM和各类遥测技术相结合，解决水资源评价、洪水预报调度、水土流失、水污染以及水生态等各种生产实际问题，近年来已成为跨学科的国际研究前沿。国际水文学会（IAHS）2002年将“观测资料缺乏流域的预测（PUBs）”提议为下一个国际水文十年研究计划。欧美国家已开发出分布式流域水循环模拟与流域水资源管理、污染物运移或土壤侵蚀流失计算等耦合的应用系统，如美国USGS 的MMS 系统、欧洲的SHETRAN模型等。因此，加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统显得十分重要。此外，考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况，虽然传统的以率定参数为本的集总式水文模型无法客观地描述产汇流机制和预测人类活动带来的影响，但完全按数学物理方程模拟又受计算量的限制和尺度问题的困扰，因此基于物理概念和变时空步长的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
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关键词：变化环境；地下水资源；地下水环境；综述；进展
中图分类号：P343.6；P334.92 文献标志码：A 文章编号：16721683（2014）06001804
地下水是水循环重要组成部分，地下水的蒸发、补给、排泄、越流、横向流动等使得地下水资源不断得到更新。降水落到地面，一部分形成地表径流，通过地表水体入海或再次回归到大气中；另一部分通过包气带渗入地下，形成地下水径流，又通过蒸发、地下水开发、补给地表水等形式离开地下。
自19世纪以来，工业化排出大量“温室气体”使全球地表平均温度升高，降水、蒸发等气候要素也发生变化，进而影响地下水污染物运移的动力条件。同时，人类活动（包括土地利用方式的改变、大量取用地表水和地下水等）也在强烈地改变流域水循环的各个环节。可见变化环境下流域水循环演变是全球气候变化和强烈人类活动共同作用的结果，具有“自然人工”二元驱动力的模式，是一种“二元”水循环过程[1]。变化的环境直接或间接作用于地下水循环机制，不但影响地下水资源情势，而且改变污染物作用于水体的机制，使得水环境情势发生变化。鉴于地下水的重要性，分析人类活动和气候变化对地下水资源和水环境的影响，是未来制定地下水资源和水环境政策的重要依据，对于应对未来水危机有着重要的意义。
1 变化环境的内涵
过去20多年来，对由自然和人为因素引起的地球系统功能的全球尺度变化研究不断深化。水循环和生物地球化学循环等的变化是全球变化的一部分，同时水循环和生物地球化学循环也受到来自大尺度的地球环境的影响。一般来说，变化环境下驱动水循环演变的因子可以分为自然环境影响和人类活动两大类[2]；自然环境影响因子主要包括：气候变化[1]，太阳黑子活动[3]，自然变化[4]等；人类活动包括农业活动[5]、工业化和城市化[6]等导致的下垫面变化和覆被变化，以及水利工程和取用水[7]等导致的水循环变化。一般将气候变化和人类活动统称为变化环境[8]。水循环伴生过程是水循环的一系列伴随过程，如水生态和水环境过程等[9]。
2 相关研究进展
2.1 变化环境下水循环及伴生过程演变研究进展
在对水循环的研究中，水文模型是一个重要且有用的工具。随着水文相关研究的不断深入，水文模型得到不断发展，从降雨径流“黑箱”模型（以Sherman单位线法为代表[9]）发展到概念集总式“灰箱”模型（以美国Stanford模型[8]，日本TANK[10]模型），再发展到基于物理机制的分布式“白箱”模型（以SHE模型为代表[11]）。
基于物理机制和偏微分方程的分布式水文模型可以计算、模拟和分析具有时空变异性的各水循环要素，为变化环境下水循环演变分析和其伴生过程模拟及分析提供了强大平台支持[12]。例如，Ktie等[13]将区域气候模式与水文模型耦合用于研究河川径流对气候变化的响应；Tome等[14]将简单的降水―潜在蒸发关系与生态水文模型结合，辨别出气候变化和人类活动对河川径流的不同影响；Barnett等[15]将“指纹算法”与气候水文模型相结合，在美国中西部地区的水资源演变归因分析中进行应用，得出该地区水资源演变的60%为气候变化驱动；Scibek等[16]利用区域气候模式、分布式水文模型和地下水模型，分析了气候变化下的地下水和地表水相互作用；Huang[17]应用分布式生态水文动力学SWIM模型模拟了大尺度流域对土地利用变化的响应，而且在水循环模拟的基础上又模拟了地下水氮负荷和氮浓度，得出优化的农业土地利用和管理是减少氮负荷和改善流域水质的必要条件；Ocampo 等[18]在澳大利亚西部的Susannah Brook以农业活动为主的流域，在调查水文过程与生物地球化学过程关系的基础上，分析了坡度以及高地与河岸地区浅层地下水对氮循环的影响，并在此基础上建立了耦合水文过程与生物地球化学过程的“统一智能模型”。
2.2 变化环境对地下水循环的影响
费宇红[19]通过对京津以南的河北平原近50年来地下水循环进行研究，认为浅层地下水和深层地下水的严重超采改变了地下水流的方向，从自西向东的自然状态转变为向各地地下水位漏斗中心汇流的状态。张文华对石羊河流域地下水的动态影响因素进行了主成分回归分析，认为人类活动对地下水动态的影响在67%左右，气候变化对地下水动态影响在37%左右。张冠儒[20]采用动态建模与正交试验相结合的方法对宝鸡峡灌区的地下水位进行研究，认为灌溉量和蒸发量是影响地下水位动态的主要影响因素；韩业珍[21]在同一地区采用灰色关联度方法研究了地下水位动态变化，认为黄土台塬区和渭河阶地区地下水动态的影响因素从大到小依次为蒸发、降水、地表水灌溉、地下水开采。林岚[22]对松嫩盆地降雨入渗补给量变化进行了研究，定量评价了气候变化和土地利用变化情景下降雨入渗补给的变化。可见在变化环境下，地下水循环发生了严重的变化，人类活动和气候变化在一些地区对地下水循环有着巨大的影响，并且同一因素在不同地区的影响程度呈现不一致的特征。
2.3 变化环境对地下水环境的影响
韩冬梅[23]认为忻州盆地第四系地下水渗流场的改变使得含水层地球化学作用发生改变造成一系列的地下水资源、水环境问题。郎超[24]在喀斯特地区研究了“三水”运输化学特征，发现包括三氮在内的一些具有人类活动影响的特征的物质是主要污染物，提示了人类活动对喀斯特地区地下水环境的重要影响。叶玉玲[25]对胶州湾周边地区地下水文以及地球化学特征进行了分析，认为地下水向胶州湾输送的营养盐以硝态氮为主，氨氮和磷的量较小，并且这些营养盐主要来自农业面源活动。章光新[26]等运用统计和相关性分析、离子比例系数和Piper三角图示法研究了气候变化和高强度人类活动下的松嫩平原地下水化学特征与演变规律，认为风化溶滤、蒸发浓缩、阳离子交换和人为混合等过程是影响地下水水质化学特征的主要机制。可以看出，气候变化和人类生产生活已成为地下水环境改变的主要原因，并且由于农业活动中大量营养元素的施用，已对地下水环境造成严重的影响，对该领域的研究对于缓解地下水环境危机有着重要意义。
近年来，国外研究多以地下水流模型和地下水溶质运移模型模拟变化环境以及管理控制情景下的地下水环境变化。Zhang等[27]通过建立地下水流模型（MODFLOW）和地下水溶质运移模型（MT3DMS），模拟了6种土地利用情景下的英国Sherwood沙地的地下水氮污染浓度，据估算，到2025年，由于森林面积增大，总氮污染负荷减少了35%，并且在最严格氮污染损失的情景下，地下水总氮浓度达到50 mg/L（合10 N mg/L左右），已高于欧洲饮用水标准。Gunter等[28]通过建立MODFLOW和MT3DMS模型研究了河道与地下水系统的水动力变化情景下的含水层的氮污染情况。Miroslav等[29]利用MT3DMS模型模拟了捷克Elbe河床底泥对地下水的污染，预测未来10～20年内该地区地下水质没有大的风险。
3 不足及难点
目前，我国对地下水循环和水环境的研究大多处在调查、实验和相关性分析阶段，难以准确地揭示变化环境下地下水循环和水环境的演变机制，而模型模拟研究还在探索之中，在区域上多集中在灌区为主的小区域，大尺度的地下水水循环（地下水资源）演变研究较缺乏。
大流域（区域）地下水流模型在补给量的确定上存在一定的难度。在变化环境影响下，各种补给量发生了复杂变化，对补给的精细计算超过当前的计算能力和研究水平，因此影响了大尺度流域（区域）地下水流模拟的精度。由于地下水污染物运移模型是根据地下水流模型补给量和浓度来估算地下水污染物负荷。因此确定补给量的困难也影响着大尺度地下水污染物运移模型的精度。
另外，地下水污染负荷研究尚待完善，主要是土壤水运动以及土壤水营养盐运移机制复杂多变。应用包气带和饱和带污染物运移耦合模拟虽然有尝试，但开发较难，并且不适合大流域。实验估算法在点尺度上较精确，但大尺度流域影响因素众多，布置大量实验点不太现实。物料平衡法较为简单，但是由于源汇项多并且复杂多变，影响因素众多，不确定性相对较大。
4 发展趋势与展望
（1）基于水循环模拟的地下水资源与水环境研究。地下水资源和水环境是水循环系统及其伴生过程的一个重要部分。水循环模拟，特别是“二元”水循环及其伴生过程模拟，是基于物理机制的过程模拟，其对于综合模拟水资源系统和水环境系统有着强大的支撑作用。应用水循环模拟平台，模拟变化环境对水循环影响，进而分析地下水资源和水环境的情势，将是重要的研究趋势。
第二，关于作用机理的研究。在基于水循环模拟的研究中，由于系统的复杂性和参数的不确定性和参数处理的粗略性，部分模拟结果失真。但是参数问题是表象，机理研究不足才是本质。虽然含水层污染物运移机制研究已取得很大进展，但是只是集中在小尺度范围，而难以应用到流域（区域）尺度中。因此，在对变化环境下地下水资源和水环境演变过程中，要在作用机制和参数处理上特别是大尺度机制上进行深入的研究。
第三，地下水综合模拟框架的开发。研究变化环境下地下水资源和水环境演变涉及到水循环及其伴生过程模拟的各个方面，其模型应用中需要用到其他模型的模拟结果，涉及到系统间的数据和参数交换。因此需要构建地下水综合模拟框架，涉及到对水循环及其伴生过程的各系统的作用机制和耦合机制的研究，也涉及到不同尺度模拟之间的数据交换研究。
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本项技术为一类系统纠偏的优化技术，其主要特点为：首先，对系统管阻的特性曲线可以准确推导。系统管阻的特性曲线确认旨在解决水系统低效运行这一关键因素。流体输送高效节能技术结合系统实际运行这一个有利的条件，凭借系统的运行工况做在线检测，结合循环水泵、管网、末端换热有关装置与冷却塔系统各种压力与流量数据，应用电脑模拟仿真做分析与研究，进一步改革系统设计当中单纯依赖经验系数与公式计算不足之处，能较为准确地对系统管阻的特性进行推导，核对能量损失的最小值，进一步确定需要最佳的工况点与系统优化的方案。其次，结合最佳水力模型做设计。流体输送高效节能技术参照系统最优运行的工况点还有系统管阻的特性曲线，凭借对系统各个工况点的温差数据的采集，结合CFD和三元流相关理论，参照规划系统设计相关参数初步判别水泵机组的形式与水泵参数，并做水力设计。凭借泵装置的流场数值对计算进行模拟，装置不同状况之下水力损失做初步分析，对设计进行优化，对满足系统全部需要最优水力模型与水泵装置的形式进行确定，提升泵装置的设计与运行效率。再次，水泵单机优化设计提高效率。节能泵严格参照制造程序，生产过程经专人负责；铸件结合树脂砂的造型铸造；全部零件由数控加工部门加工完成；受试验台检测，保障产品制造满足国家标准，产品精度满足设计所需，以此确保设计效率达成。本技术凭借系统泵相关机组的优化匹配，参照冷却循环水系统管网的特性曲线的工况参数，用高效节能的泵组来替换低效率、不利工况运行泵组，减少系统无效能耗，综合提升输送效率，实现最优的节能效果。
2传统水循环系统状况与技术改革
2.1传统水系统状况
传统冷却水循环系统因为工作过程当中离最佳工况点有所偏离，管网的无效阻力过大，导致设备效率很低。我们通过查找原因认为：首先，传统冷却水循环系统工作过程当中，水泵偏离设计最佳效率的工况点而运行，泵机组的运行效率往往很低。其次，冷却水循环系统设备在工作过程当中，系统里面无效管阻相对较大，设备无效能耗也比较大，导致循环系统的效率偏低，能耗比较高。再次，冷却水系统能量利用效率比较低，系统能量的利用率也比较低，以上全部因素从不同角度导致系统运行能耗增加。举例：传统循环水系统运行模式一般为：两台110kWWFB自控自吸的冷却水泵加上末端冷却相关设备，为开式回路的机械循环相关系统。标准工况之下，冷水池的冷却水由水泵送到系统进行换热，换热以后回送至冷却塔当中做换热冷却，以这种状态循环下去，冷却水损耗经供水系统补给，每年的运行时间为三百五十天左右。水泵出口凭借多功能的止回阀与系统总管做连接。通过计算得知，自控自吸水泵与多功能的止回阀大致有三米管路损失，大大增加系统无效管阻。
2.2技术改革内容还有实施步骤
第一，凭借量身定做任意选取的三台WKRL200-55型的高效节能水泵对原先250-BO1110水泵进行替换，泵电动机的额定功率参照重新计算结果做适当调整。第二，生产车间内冷却循环水系统的进水管路要做适当局部调整。水泵在进水管道内增加引流真空罐与相应补水装置还有流量及压力仪表。第三，控制柜里面装置计量电能表还有运行累时仪器。水泵运行与累时器在通电状况下，累时器逐渐累积计时；水泵停机累时器就会停电，停下计时，再给电又会从先前累积时间累积计时。第四，对原先水泵进行拆除以前，关闭不运行备用水泵进出口的阀门，按照顺序一一对原先备用水泵进行拆除，确保技术改革过程当中对系统生产与正常运行不构成影响。第五，依据施工图的安装尺寸安装高效节能水泵，节能泵进出口则需逐一对应法兰与管道部件进行更换。第六，原先的系统进水管道内每台泵都要安装一套引流真空罐，更换出口处多功能的止回阀。第七，电器控制器里面电气保护组件做适当调整。
3应用效果分析
凭借技术改革前后的耗电指标分析，通过技术人员所登记的数据，冷却循环水系统每小时耗电经技术改革前197.85kW下降至技术改革后74.31kW，技术改革后系统的节电率高达百分之六十二点九。技术改革以后每年用电量从166.4万kW•h降到63.9万kW•h，每年节省用电102.5万kW•h，节约电费达到58万元左右，经济收益可以说十分可观。
4结束语
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关键词：超超临界机组；炉水循环泵；机组启动
中图分类号：U664.111文献标识码：A 文章编号：
1．机组概况
广东平海发电厂有限公司一期工程1号、2号机组为国产1000MW超超临界压力燃煤发电机组，主要是带基本负荷运行，同时具有一定的调峰能力，热力系统为单元制系统，循环冷却水取自海水，为开式循环，三大主设备由上海电气集团公司制造,容量及参数相互匹配。
锅炉型号为SG-3093/27.46-M533，型式为∏型布置、单炉膛、一次中间再热、尾部双烟道结构、八角双切圆燃烧方式、平衡通风、机械干式排渣、全钢构架、全悬吊结构露天布置、采用带BCP泵的内置式启动分离系统、三分仓回转式空气预热器、采用正压冷一次风机直吹式制粉系统、超超临界参数变压直流锅炉。
汽轮机型号为N1000-26.25/600/600（TC4F），型式：超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机、采用八级回热抽汽。机组设置一套55%容量的高压和55%容量低压两级串联汽轮机旁路系统。
2．锅炉启动系统简介
锅炉启动系统采用带BCP泵的内置式启动系统。锅炉炉前沿宽度方向垂直布置4 只外径为Φ711mm 的汽水分离器，其进出口分别与水冷壁和顶棚过热器相连接。每个分离器筒身上切向布置8 根不同径的进出口管接头、顶部布置有2 根径为Φ187.2mm 至顶棚过热器的管接头、中部布置有6 根管接头，与水冷系统出口的管道相连，下部布置有一个径为Φ241.6mm 疏水管接头，与储水箱相连。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30%BMCR 时，蒸发受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管接头进入顶棚过热器，而水则通过两根外径为Φ356mm 疏水管道引至储水箱并汇合至一个连接球体，连接球体下方设有两根管道分别通至BCP泵的入口和大气扩容器。
在炉水循环中，由分离器分离出来的水往下流到锅炉BCP泵的入口，通过BCP泵提高压力来克服系统的流动阻力和省煤器最小流量控制阀的压降。水冷壁的最小流量是通过省煤器最小流量控制阀来实现控制的。从控制阀出来的水通过省煤器，再进入炉膛水冷壁，在启动时不合格的疏水及汽水膨胀阶段部分疏水被引入大气扩容器中，减压后产生的蒸汽通过管道在炉顶上方排向大气，水进入下部的集水箱。
在启动系统管道进入大气扩容器前布置有2 只液动调节阀，称为高水位调节阀（HWL），当分离器储水箱中的水质不合格或分离器储水箱水位过高时，通过该阀将分离器储水箱中大量的疏水排入大气扩容器。
在启动系统设计中，最低直流负荷的流量是根据炉膛水冷壁足够被冷却所需要的量来确定的。即使当一次通过的蒸汽量小于此数值时，炉膛水冷壁的质量流速也不能低于此数值。炉水再循环提供了锅炉启动和低负荷时所需的最小流量，选用的BCP泵能提供锅炉冷态和热态启动时所需的体积流量。在启动过程中，并不需要像简单疏水系统那样往大气扩容器进行连续的排水，BCP泵提供了足够的压头来建立冷态和热态启动时循环所需的最小流量。
在炉水循环泵未到货的情况下，我们只能尝试无炉水循环泵启机。
3．无炉水循环泵开机可行性分析
本工程配置两个3000t的除盐水箱，单台机一个1000t的凝补水箱，化学制水能力为220t/h,锅炉启动最小安全流量为800t/h，可见不是吹管情况下补水还是足够的。
炉水循环泵最大限度的回收了启动时的工质及其热量，由于它提高了省煤器入口温度而使产汽量大增，从而有效降低汽温缩短启动时间。如果保证水冷壁的最小安全流量并且通过各种手段能控制主再热汽温不超限，那么无炉水循环泵启机是可行的。
4．控制策略
a)点火后通过电泵勺管和上水旁路调阀建立给水流量830t/h，HWL阀投自动设定储水箱水位7m，多余水通过HWL阀排至大气扩容器。为了避免启动初期过多工质和热量浪费，应在热态冲洗合格后尽早回收工质，启动疏水泵将水打至凝汽器，不足的是这部分能量中很大一部分被循环水带走了。由于储水罐的水经过HWL阀降压后进入大气扩容器，大气扩容器与大气相通，压力与大气压几乎相同，如果将这部分95℃左右的疏水打至除氧器，不仅不会汽化给除氧器及给水泵造成危险，而且还能比打到凝汽器回收更多的热量，提高给水温度，产汽更多。
b)在转直流前，尽量维持安全的最低给水流量，提高产汽量。
c)控制燃料增加速率不得过快，防止汽温上涨过快难以控制。
d)不影响辅汽压力的情况下最大可能的增加除氧器进汽量以增加给水温度。e)当蒸汽流量达到300t/h后适当开启减温水配合高低旁调节汽温,注意减温水用量和压力变化，防止过热器进水。
f)调节二次风配风，A磨的周界风和辅助风适当开小点，以使火焰中心不致过高，远离A磨的二次风门，如CCOFA,SOFA可以开大点，可以带走多的热量使过热器高温再热器等管屏冷却。
g)尽量提高磨出口温度，使煤粉尽早燃烧。
h)设定高旁后的蒸汽温度靠近低值280℃（1.5MPa对应的饱和温度仅为198℃），以降低再热器入口温度，防止再热汽超温。
i)可以适当降低冲转压力，规程要求的是8.5MPa,如果温度不好控制选择在5~6MPa左右就冲转也可以。
j)升温升压过程连续进行，不要停留过久，以免温升相对于压升过快。
k)高低旁开度和燃烧率的调整都会导致主汽压力变化，压力上涨的同时，给水流量会因阻力变大自动减少，应注意调节以免触发最小流量保护。
l)注意电泵出力，电泵额定流量1007t/h，电流670A
5．结论
无炉水循环泵开机存在一定安全风险，浪费工质和热量，延长了启机所需时间，无论如何都是不经济的，经过实践证实，本厂1000MW机组无炉水循环泵启机可以实现。相对于炉水循环泵的高成本，如果带基本负荷的机组启停次数少可以考虑建设无炉水循环泵的机组，工质回收方面增加一路从大气扩容器回收至除氧器，总体经济性更高。
参考文献：
[1]SG-3093/27.46-M533锅炉安装说明书编 制：洪斐2009.10.26.
[2]超超临界锅炉调节控制系统的基本技术要求编 制：张文杰2009.11.17.
[3]SG-3093/27.46-M533烟风道说明书 编 制：邹定宏2009.10.21.
