大亞灣核電站和嶺澳核電站循環(huán)冷卻水排放的熱影響分析

1、 第 24卷 第 3-4期 輻 射 防 護(hù)V ol. 24 N o. 3-4 2004年 5月Radiation Protectionmay 2004大亞灣核電站和嶺澳核電站循環(huán), (蘇州熱工研究院 ,215004摘 要 4臺機(jī)組的總循環(huán)冷卻水量為 190m 3/s 。自 1987年以來 , 圍繞 著核電站運行對大亞灣海域的熱影響開展了大量的研究工作 , 包括數(shù)學(xué)模擬計算 、 物理模型試驗 、 現(xiàn)場 實測以及衛(wèi)星遙感資料解譯等 。 本文概述了大亞灣海域的水文特征以及兩個電站的循環(huán)冷卻水排放特 征 , 對大亞灣核電站和嶺澳核電站運行的實際熱影響給出了評估 , 指出嶺澳核電站建設(shè)后采用的兩電站 循

2、環(huán)冷卻水向東合排方案更加有利于循環(huán)冷卻水的稀釋擴(kuò)散 。關(guān)鍵詞 循環(huán)冷卻水 等溫升線包絡(luò)面積 海域熱影響 大亞灣核電站 嶺澳核電站1 前言大亞灣核電站 (以下簡稱 G NPS 和嶺澳核電站 (以下簡稱 LNPS 共 4臺機(jī)組的總循環(huán)冷 卻水量為 190m 3/s , 而兩個電站位于作為廣東 省水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)的 、 半封閉的大亞灣海 域 。 核電站運行對大亞灣海域的熱影響 , 一直 是國內(nèi)環(huán)保專家和政府主管部門關(guān)心的一個重 要問題 。自 1987年以來 , 在 G NPS 和 LNPS 設(shè) 計 、 建造和運行期間 , 圍繞著核電站運行對大亞 灣海域的熱影響開展了大量的研究工作 , 包括 數(shù)學(xué)模

3、擬計算 、 物理模型試驗 、 現(xiàn)場實測以及衛(wèi) 星遙感資料解譯等 。本文綜述這些工作的主要 結(jié)果和分析結(jié)論 。2 大亞灣海域的水文特征1大亞灣為半封閉海灣 , 灣中央有一列南北 走向的中央列島 (又稱大 、 小辣甲列島 , 把海灣 分成東 、 西兩部分 。大亞灣總面積為 550km 2, 西大亞灣面積約 100km 2, 大鵬澳約 10km 2。大 亞灣海底地形平坦 , 水深較淺 。灣口最深處水深約 20m , 然后慢慢變淺 , 廠址附近水深僅 5m 左右 。大亞灣海域的潮汐類型為不規(guī)則半日潮 , 平均潮差為 1. 01m 。大亞灣海水總?cè)萘考s 5km 3, 全日潮和半日潮進(jìn)入灣內(nèi)的水量分別約為

4、 大亞灣總?cè)萘康?10%和 16%。 漲落潮時流入 、 流出西大亞灣的水量約為流入 、 流出大亞灣水 量的三分之一 。大亞灣潮流一般表層流速較 大 , 中層次之 , 底層流速最小 。 流速由灣口向北 逐漸減小 , 灣頂流速較小 。西大亞灣的海流以 潮流為主 , 除東部流速較強(qiáng)以外 , 大部分海域?qū)?弱流區(qū) 。 東部流速約 30cm/s , 西部流速約 20cm/s , 而廠址附近僅 510cm/s 。廠址附近為潮流輻散輻合區(qū) , 流向多變 。 漲潮時潮流在廠址附近分流 , 其中潮流輻散的 西分支使西部海水流向西面 , 以充滿大鵬澳 , 東 分支沿海岸流向東北 。落潮時 , 潮流由西和東 北兩個

5、方向輻合流向西大亞灣入口 (見圖 1, 圖 中不同的箭頭為不同的研究方法得出的結(jié)果 。第一作者簡介 :張文全 , 男 ,1968年出生 ,1988年畢業(yè)于四川大學(xué)核物理專業(yè) ,1995年在四川大學(xué)核物理專業(yè)獲碩士學(xué)位 , 高級工程師。 圖 1 大亞灣漲落潮流態(tài)圖Fig. 1 Pattern of surface currents in Daya Bay during flowing and ebbing of the tide 西大亞灣余流較小 , 且變化規(guī)律較為復(fù)雜 , 表層余流強(qiáng)度在 311cm/s , 底層余流在 26cm/s , 廠址東北和西大亞灣口處余流最大值約 1015cm/s 。

6、 大亞灣口外沿岸流 , 主要是由季 風(fēng)引起的 , 其運動方向和季風(fēng)方向有較強(qiáng)的相 關(guān)性 。 流速最大可達(dá)到 50cm/s ?；洊|沿岸是我國較著名的上升流區(qū)域之 一 , 夏季尤其明顯 。 夏季高鹽 、 低溫的粵東沿岸 上升流從海底入侵大亞灣 , 加上灣內(nèi)風(fēng)場及海 底地形的共同作用 , 使得在大亞灣內(nèi)出現(xiàn)上升 流 。 這一現(xiàn)象可使得粵東上升流入侵期間大亞 灣下層的海水溫度下降 46 。3 GNPS 和 L NPS 循環(huán)冷卻水的排放特征G NPS 和 LNPS 位于大鵬澳口北岸 , 兩者相距約 1. 1km 。 G NPS 和 LNPS 共 4臺機(jī)組的總 循環(huán)冷卻水量為 190m 3/s 。 G N

7、PS 原排水渠長 600m , 循環(huán)冷卻水沿東偏南方向排入大海 。 LNPS 經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計 , 取排水構(gòu)筑物采用了明 渠西取合排方案 (見圖 2 。即 LNPS 排水和 G NPS 排水合并為一個排水系統(tǒng) , 原 G NPS 排 水口延伸至嶺澳核電站排水口合并排出 , 排水 渠防波堤長約 1190m , 沿北偏東 60度方向排 水入海 。圖 2 G NPS (一核 和 LNPS (二核 取排水構(gòu)筑物示意圖Fig. 2 Discharge channel project of G NPS and LNPS852 輻射防護(hù) 第 24卷 第 3-4 期4 GNPS 2臺機(jī)組運行的熱影響在 G NPS

8、 設(shè)計階段 , 廣東核電合營有限公 司委托法國電力公司 (E DF 采用遠(yuǎn)區(qū)羽流稀釋 的數(shù)學(xué)模型以及近區(qū)羽流稀釋的物理模型分別 對 G NPS 的熱影響進(jìn)行了研究 。綜合數(shù)學(xué)模擬 計算和物理模型試驗的結(jié)果 , 得出熱羽流表面 1 等溫升線平均包絡(luò)面積為 1837km 2,4 等溫升線平 均 包 絡(luò) 面 積 約 為 2. 5km 2(見 表 1 2。 需要說明的是 , 設(shè)的環(huán)境條件下得到的 、 。表 1 數(shù)模及物模熱羽流等溫 升線平均包絡(luò)面積 (km 2 (E DF T ab. 1 Area inside temperature contour line by mathematical m od

9、el and physical m odel (km 2 (E DF 工況1 4G NPS 2臺機(jī)組運行18372. 5在 , 我 G NPS 運行期間大 亞灣海域的溫度分布進(jìn)行了分析 , 結(jié)果見表 2及圖 3(見封 3 3。盡管遙感解譯的結(jié)果小于 E DF 當(dāng)年的預(yù)測值 , 但對 G NPS 運行的熱影響 給出了數(shù)量級上的驗證 。表 2 衛(wèi)星遙感解譯等溫升線包絡(luò)面積 (km 2 (核工業(yè)航測遙感中心 T ab. 2 Area inside temperature contour line by satellite rem ote sensing (km 2(Rem ote Sensing C

10、enter of Nuclear Industry 日期低潮 (中潮 G NPS 2臺機(jī)組運行8. 91. 10. 180. 065 L NPS 海工二期施工期間 GNPS 運行的熱影響在 LNPS 海工二期施工期間 (1997年 7月 至 2000年 6月 , 由于干式施工的需要 , G NPS 溫排水臨時改道 , 沿 LNPS 取水渠道排出 , 即由 原來的東偏南方向改為南偏西方向 。 為了弄清 這種情況下 G NPS 運行的熱影響 , 我們組織中 國水利水電科學(xué)研究院冷卻水研究所 (以下簡 稱冷卻水所 和中國科學(xué)院南海海洋研究所 (以 下簡稱南海所 分別用不同的方法進(jìn)行了研究 。冷卻水所

11、對 LNPS 海工二期施工期間 G NPS溫排水臨時改道的熱影響進(jìn)行了物理模型試 驗 , 表面等溫升線平均包絡(luò)面積見表 34。由表中可以看出 ,1 等溫升線包絡(luò)面積平均為 26. 5km 2,4 等溫升線包絡(luò)面積平均為 1. 2km 2。南海所利用陸地衛(wèi)星遙感資料解譯與現(xiàn)場 準(zhǔn)同步實測相結(jié)合的方法 , 對 LNPS 海工二期 施工期間 (2001年 1月 3日 的 G NPS 運行的熱 影響 進(jìn) 行 了 研 究 , 結(jié) 果 見 表 4及 圖 4(見 封 3 5。 從圖 4中可以看出 , 排水流向明顯偏向 西偏南方向 。表 3 LNPS 海工二期施工期間物模試驗等溫升線平均包絡(luò)面積 (km 2

12、(冷卻水所 T ab. 3 Area inside temperature contour line by physical m odel during the marine constructionphase 2of LNPS (km 2 (C ooling Water Institute 工況1 2 3 4 G NPS 2臺機(jī)組運行26. 510. 33. 91. 2952 張文全等 :大亞灣核電站和嶺澳核電站循環(huán)冷卻水排放的熱影響分析表 4 LNPS 海工二期施工期間衛(wèi)星遙感解譯等溫升線包絡(luò)面積 (km 2 (南海所 T ab. 4 Area inside temperature con

13、tour line by satellite rem ote sensing during the marine construction phase 2of LNPS (km 2 (S outh China Sea Institute 日期工況1 2 3 4 2000. 1. 3119. 859. 201. 270. 74 1 1臺機(jī)組 100%功率 ,1臺機(jī)組 20%功率。 從上述結(jié)果來看 , 冷卻水所的物理模型試 驗與法國 E DF 的研究結(jié)果是可比的 , G NPS 6 GNPS 和 LNPS 同時運行的熱影響評價為了給出 G NPS 和 LNPS 共 4臺機(jī)組運行 的熱影響評價 ,

14、并證實西取合排方案的合理性 ,究 , 給出了 LNPS 運行以后 , G NPS 和 LNPS 循環(huán) 冷卻水向東合排的熱影響預(yù)測 , 結(jié)果見表 56。2000年 6月 , G NPS 原排水口封堵完成 , G NPS 循環(huán)冷卻水經(jīng)由 LNPS 排水渠排出 , 實現(xiàn) 合排方案 。 隨后 , 又于 2001年 3月完成約 600m 長的防滲墻施工 。表 5 設(shè)計頻率潮型排水渠長 L =1300m 平均等溫升線包絡(luò)面積 (km 2 (冷卻水所 T ab. 5 Area inside average temperature contour line while channel length L =13

15、00under design frequency tide (km 2 (C ooling Water Institute 工況季節(jié) 模型1 2 3 4 G NPS 及 LNPS 4臺機(jī)組運行夏季 數(shù)學(xué) 25. 210. 75. 12. 3物理 47. 016. 66. 32. 0冬季數(shù)學(xué) 31. 913. 56. 83. 3物理67. 123. 28. 02. 7 南海所對 2001年 5月 13日和 2001年 9月 18日獲得的衛(wèi)星遙感資料進(jìn)行了解譯分析 。此時 ,LNPS 尚未運行 , 但是 , G NPS 循環(huán)冷卻水 已經(jīng)改道 , 經(jīng)由 LNPS 排水渠排出 。結(jié)果表明 , 4 等溫

16、升線包絡(luò)面積分別為 0. 19和 0. 29km 2(見表 6 5。 排水口附近的溫升水域分布和以前相比也有了明顯的變化 。 由于受排水口附近 東北向海流影響 , 抑制了溫排水向西南方向的擴(kuò)散 , 溫升水體與其西南側(cè)的正常水溫水體之 間分界線非常清晰 , 溫排水主體往東及東北方 向擴(kuò)散 (參見圖 5見封 3 。上述現(xiàn)象說明 , 溫 排水正好落入了輻散輻合流的東支 。表 6 合排水渠完工后 2臺機(jī)組運行衛(wèi)星遙感解譯等溫升線包絡(luò)面積 (km 2 (南海所 T ab. 6 Area inside temperature contour line under 2units running by sat

17、ellite rem ote sensing after the completion of combined discharge channel (km 2 (S outh China Sea Institute 日期工況1 2 3 4 2001. 5. 13G NPS 2臺機(jī)組運行 5. 731. 230. 500. 192001. 9. 18G NPS 2臺機(jī)組運行9. 181. 480. 550. 29 2002年 5月 28日和 2003年 1月 8日 ,LNPS 2臺機(jī)組分別投入商業(yè)運行 。南海所對 2003年 1月 19日和 2003年 8月 23日獲得的 4臺機(jī)組同時運行衛(wèi)星遙

18、感資料進(jìn)行了解譯分 析 。 結(jié)果表明 ,4 等溫升線包絡(luò)面積分別為 0. 70和 1. 21km 2(見 表 7 7。上 述 面 積 比 G NPS 2臺機(jī)組運行時的相應(yīng)面積有所增大 , 但 仍然在原數(shù)模 、 物模預(yù)測的范圍之內(nèi) 。同時 , 62 輻射防護(hù) 第 24卷 第 3-4期2003年 1月 19日的衛(wèi)星遙感解譯圖像顯示 , LNPS 進(jìn)水口有獨立的溫升區(qū) (見圖 6, 見封 3 。初步分析認(rèn)為 ,LNPS 進(jìn)水口附近存在熱水滲漏 現(xiàn)象 , 需要進(jìn)行進(jìn)一步的觀測和研究 。表 7 合排水渠完工后 4臺機(jī)組運行衛(wèi)星遙感解譯等溫升線包絡(luò)面積 (km 2 (南海所 T ab. 7 Area in

19、side tem perature contour line under 4units running by satellite rem ote sensing after the com pletion of combined discharge channel (km 2 (S outh China Sea 日期工況 4 2003. 1. 19G NPS 2臺和 LNPS 2臺機(jī)組運行 5. 0. 702003. 8. 23G NPS 2臺和 LNPS 216. 1. 471. 213 冷卻水所采用全國通用公式算出夏季、 冬季平均水文氣象情況下大亞灣海域水面綜合散熱系數(shù)為 6:夏季 , 不

20、考慮不利風(fēng)向影響時 , K =47W/(m 2 , 風(fēng)速為 315m/s ; 考慮不利風(fēng)向影響時 , K =57W/(m 2 , 風(fēng)速為 416m/s ; 冬季 , 不考慮 不利風(fēng)向影響時 , K =28. 5W/(m 2 , 風(fēng)速為 312m/s ; 考慮不利風(fēng)向影響時 , K =37. 2W/(m 2 , 風(fēng)速為 416m/s 。 7 7. 1 E DF (見表 1 , G NPS 2(原排水口 ,1 等溫升線平均包絡(luò)面積為 1837km 2,4 等溫升線平均包絡(luò)面積約為 2. 5km 2。核工業(yè)航測遙感中 心遙感資料解譯結(jié)果顯示 (見表 2 , G NPS 循環(huán) 冷卻水的影響范圍要小于上

21、述結(jié)果 ,1 和 4 等溫升線包絡(luò)面積分別為 6. 516. 8km 2和 1. 6km 2。 可以認(rèn)為遙感資料解譯結(jié)果證實了數(shù)模 、 物模研究結(jié)果是相對保守的包絡(luò)值 。 7. 2 LNPS 海工二期施工造成 G NPS 循環(huán)冷卻 水臨時改道 , 其熱影響是有限的 。如表 3、 表 4所示 , 數(shù)模 、 物模和遙感的結(jié)果較為接近 , 4 等溫升線包絡(luò)面積分別為 1. 2和 0. 74km 2。盡 管排水流向改變 , 但溫升面積仍為法國 E DF 數(shù) 模 、 物模研究結(jié)果所包絡(luò) 。這種結(jié)果可以看作 是改道前的一種不利情況 , 即在東北季風(fēng)加上 東北向潮流情況下的熱羽流分布 。7. 3. 從表 5

22、可以看出 ,G NPS 及 LNPS 共 4臺機(jī)組運行時 , 物理模型給出的 4 等溫升線包絡(luò) 面積 , 夏季和冬季分別為 2. 0和 2. 7km 2, 前者 小于后者 。 數(shù)學(xué)模型的結(jié)果也是如此 。一個合 理的解釋是 , 對于弱潮流海區(qū) , 循環(huán)冷卻水帶入 海水中的巨大熱量主要通過海面與大氣的熱交 換散發(fā) 。 夏季的等溫升線包絡(luò)面積小于冬季的 相應(yīng)面積 , 這是由于夏季的水面綜合散熱系數(shù) 大于冬季的相應(yīng)值 3, 而水面與大氣的熱交換又 帶走了大部分熱量所致 。7. 4. 2001年 5月 13日和 2001年 9月 18日的 遙感解譯結(jié)果顯示 (見表 6 , G NPS 2臺機(jī)組運 行時循

23、環(huán)冷卻水從合排水渠排出后 ,4 等溫升 線包絡(luò)面積分別為 0. 19和 0. 29km 2, 小于從原 排水口排出時的溫升面積 。上述現(xiàn)象說明采取 合排方案后 , 排水口向東北方向延伸 1. 2km , 使 排水進(jìn)一步落入輻散輻合流的東支 , 從而有利 于循環(huán)冷卻水的稀釋擴(kuò)散 。7. 5. 從表 5和表 7的結(jié)果可以看出 , 遙感解譯 結(jié)果小于物模 、 數(shù)模的結(jié)果 , 就 4 等溫升線包 絡(luò)面積而言 , 前者約為后者的二分之一左右 。 這主要是兩種方法的不同特點造成的 。遙感解 譯結(jié)果直觀 , 較為準(zhǔn)確 , 但背景溫度如何選取對 等溫升線包絡(luò)面積的大小有一定的影響 。此 外 , 陸地衛(wèi)星每 1

24、6天才過境一次 , 而且需要晴 朗天氣 , 試驗條件較為苛刻 。物模 、 數(shù)模方法則 可以設(shè)計多種試驗條件 , 結(jié)果具有包絡(luò)性 。 7. 6 多種研究方法各有特點 , 尚有一些問題需 要進(jìn)一步研究 , 如背景溫度的選取 、 風(fēng)的模擬 等 。 在條件合適時 , 也可考慮應(yīng)用航測等方法 對核電站循環(huán)冷卻水的熱影響進(jìn)行更加深入的 研究 。8 結(jié)論綜合分析自 G NPS 建設(shè)以來的各項研究成 果 , 可以得出以下結(jié)論 :8. 1 大亞灣為半封閉海灣 , 一般認(rèn)為其稀釋擴(kuò) 散能力較弱 。 但核電站循環(huán)冷卻水帶入灣內(nèi)的 熱量主要通過海面與大氣的熱交換散發(fā) , 且合 排后的排水口進(jìn)一步落入輻散輻合流的東支

25、,162 張文全等 :大亞灣核電站和嶺澳核電站循環(huán)冷卻水排放的熱影響分析 輻射防護(hù) 24 卷 3 - 4 期 第 第 262 同時夏季還有灣外低溫高鹽的粵東上升流入侵 至廠址附近海域 , 這些都非常有利于循環(huán)冷卻 水的稀釋擴(kuò)散 。 8. 2 . G NPS 和 LNPS 共 4 臺機(jī)組運行的熱影響 是有限的 ,其 4 等溫升線包絡(luò)面積在 12 km2 的數(shù)量級 。 參考文獻(xiàn) 1 嶺澳核電有限公司 . 嶺澳核電站一 、 二號機(jī)組環(huán)境影 3 核工業(yè)航測遙感中心 . 大亞灣海域溫度分布航天遙 感調(diào)查報告 . 未發(fā)表 . 1996 4 中國水利水電科學(xué)院冷卻水研究所 . 廣東嶺澳核電 站施工期間大亞灣

26、核電站排水流道改變對取水水溫 影響的試驗研究 . 未發(fā)表 . 1997 5 中國科學(xué)院南海海洋研究所 . 大亞灣海域海水葉綠 素濃度與海面溫度遙感信息提取研究 . 未發(fā)表 . 2001 6 中國水利水電科學(xué)院冷卻水研究所 . 廣東嶺澳核電 站初步設(shè)計階段冷卻水工程研究報告 . 未發(fā)表 . 1996 7 中國科學(xué)院南海海洋研究所 . 大亞灣海域海水葉綠 響報告書 ( 首次裝料階段 . 2001 2 EDF. PG001A00012EX5642 G Thermal Studies N. the Near Field Study and the G lobal Thermal Impact. 1988 素濃度及核電站溫排水區(qū)熱污染遙感調(diào)查 . 未發(fā)表 . 2003 ( 編輯部收稿日期 2002 年 11 月 22 日 THERMAL IMPACT ANALYSIS OF DISCHARGE OF CIRCULATING COOLING W ATER AT DAYA BAY NUCL EAR POWER ST ATION ( GNPS AND LING AO NUCL EAR POWER ST ATION ( L NPS Zhang Wenquan Zhou Ruming (Ling Ao Nuclear Power Co. ,Ltd. , Shenzh