• 中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • ISSN 1007-6336
  • CN 21-1168/X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于海洋生态环境影响的核电厂温排水布置方式研究

魏峰 孙健 王薇 侯树强 陈兆林

引用本文:
Citation:

基于海洋生态环境影响的核电厂温排水布置方式研究

    作者简介: 魏 峰(1967-),男,浙江杭州人,学士,主要研究方向为核电站总体布置,E-mail:weifeng@cnpe.cc;
    通讯作者: 陈兆林(1981-),男,辽宁大连人,正高级工程师,主要研究方向为海洋生态环境保护及影响评价,E-mail:zlchen@nmemc.org.cn
  • 中图分类号: X703

A study on impacts on marine ecological environment from thermal discharge arrangements of power plant

  • 摘要: 本研究利用二维潮流场和温升场数值模型预测分析了核电厂不同温排水布置方式下温升扩散特点和影响范围。在此基础上结合周边海洋生态环境敏感区的特点,以海洋生态环境功能区水质环境管控要求作为比选优化指标,对不同的温排水布置方案进行了比选和优化,从降低温排水影响范围、减小对周边海洋生态环境功能区水质环境影响以及降低取水温升的角度给出了最优排水布置方案。研究结果表明,核电厂温排水的影响范围与周边海域地形地貌、海洋水文特征以及排水口的布置形式、位置等密切相关,暗管深排方案有利于温排水的稀释扩散,对于降低高温升区影响范围具有积极作用,但影响低温升区扩散范围的因素较多,深水排放并非一定能够减小低温升区的影响范围。
  • 图 1  项目地理位置及周边海域形势

    Figure 1.  Geographic location and hydrographic datum

    图 2  项目排水方案比选示意图

    Figure 2.  Comparison of drainage arrangements

    图 3  第一轮比选优化不同排水方案温升影响范围

    Figure 3.  Range of influence of the first round of thermal discharge

    图 4  第二轮比选优化不同排水方案温升影响范围

    Figure 4.  Range of influence of the second round of thermal discharge

    表 1  方案1-4最大温升包络线影响面积

    Table 1.  Maximum impact area of thermal discharge of plan 1-4

    设计方案夏季典型大潮最大等温升线包络面积/km2取水温升/℃
    0.5 ℃1.0 ℃2.0 ℃3.0 ℃4.0 ℃最大值平均值
    方案149.6428.8515.278.923.141.370.54
    方案226.0516.229.025.282.742.061.30
    方案352.6529.6314.225.872.222.041.34
    方案447.9821.227.973.531.271.771.10
    下载: 导出CSV

    表 2  方案1-4排水平面布置比选方案

    Table 2.  Mandatory principle of thermal discharge arrangements of plan 1-4

    项目名称方案1方案2方案3方案4
    温排水扩散范围/
    km2(4 ℃/1 ℃)
    3.14/28.85 2.74/16.22 2.22/29.63 1.27/21.22
    取水口温升/℃
    (最大/平均)
    1.37/0.54 2.06/1.30 2.04/1.34 1.77/1.10
    海洋功能区划 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区,1 ℃温升小部分进入农渔业区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区,1 ℃温升小部分进入农渔业区 构筑物位于工业与城镇用海区,4 ℃和1 ℃温升进入农渔业区 构筑物、4 ℃和1 ℃温升进入农渔业区
    海洋生态红线 进入红线区 未进入红线区 进入红线区 未进入红线区
    比选结果 弃选(1 ℃温升进入红线区,不符合水质管控要求) 可选 弃选(4 ℃温升进入农渔业区,1 ℃温升进入红
    线区)
    弃选(排水构筑物及4 ℃温升进入农渔业区)
    下载: 导出CSV

    表 3  方案2-2-4最大温升包络线影响面积

    Table 3.  Maximum impact area of thermal discharge of plan 2-2-4

    设计方案夏季典型大潮最大等温升线
    包络面积/km2
    取水温升/℃
    0.5 ℃1.0 ℃2.0 ℃3.0 ℃4.0 ℃最大值平均值
    方案226.0516.229.025.282.742.061.30
    方案2-124.1315.388.404.902.562.021.21
    方案2-225.0716.849.705.522.971.891.10
    方案2-325.6015.608.545.102.472.221.40
    方案2-425.6215.148.274.952.252.431.59
    下载: 导出CSV

    表 4  方案2~2-4排水平面布置比选方案

    Table 4.  Mandatory principle of thermal discharge arrangements of plan 2~2-4

    项目名称方案2方案2-1方案2-2方案2-3方案2-4
    温排水扩散范围
    (4 ℃/1 ℃)
    2.74/16.22 2.56/15.38 2.97/16.84 2.47/15.60 2.25/15.14
    取水口温升
    (最大/平均)
    2.06/1.30 2.02/1.21 1.89/1.10 2.22/1.40 2.43/1.59
    海洋功能区划 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物位于工业与城镇用海区,4 ℃温升进入农渔业区
    海洋生态红线 未进入红线区 未进入红线区 进入红线区 未进入红线区 未进入红线区
    比选结果 可选 可选 弃选(1 ℃温升进入红线区) 可选 弃选(4 ℃温升进入农渔业区)
    下载: 导出CSV
  • [1] 张爱玲, 王韶伟, 赵懿珺, 等. 滨海核电厂温排水环评关键问题分析[J]. 环境影响评价, 2015, 37(3): 57-60.
    [2] 李 勇, 彭 钒. 压水堆核电厂二回路系统管道热效率的影响因素分析[J]. 汽轮机技术, 2012, 54(3): 165-169, 219. doi: 10.3969/j.issn.1001-5884.2012.03.002
    [3] 刘永叶, 陈 鲁, 乔亚华, 等. 北方典型滨海核电厂温排水最高排放温度限值研究[J]. 海洋环境科学, 2016, 35(6): 827-830.
    [4] 兰志刚, 李新仲, 肖 钢, 等. 海上浮式核电站温排水对海洋生态环境的影响[J]. 海洋科学, 2016, 40(6): 84-88. doi: 10.11759/hykx20151008004
    [5] 陈梦齐, 刘紫丹, 戴文芳, 等. 象山港电厂温排水增温对浮游细菌群落空间分布的影响[J]. 生态学报, 2016, 36(20): 6574-6582.
    [6] 傅 强, 朱礼鑫, 沈盎绿, 等. 滨海电厂温排水对临近海域浮游动物生态特征的影响研究[J]. 中国海洋大学学报, 2015, 45(7): 25-33.
    [7] 魏新渝, 王一川, 张 琨, 等. 电厂温排水对水生生物影响评价综述[J]. 水生态学杂志, 2018, 39(2): 1-10.
    [8] 侯树强, 汤本靖, 王彦龙, 等. 滨海核电厂温排水相关若干问题研究[J]. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 927-932, 938. doi: 10.12111/j.mes20190616
    [9] 汪求顺, 刘成刚, 李志永, 等. 杭州湾温排水热扩散的数值模拟[J]. 水动力学研究与进展(A辑), 2019, 34(5): 630-636.
    [10] HE W, LIAN J J, DU H C, et al. Source tracking and temperature prediction of discharged water in a deep reservoir based on a 3-D hydro-thermal-tracer model[J]. Journal of Hydro-Environment Research, 2018, 20: 9-21. doi: 10.1016/j.jher.2018.04.002
    [11] WEI X, NI P T, ZHAN H G. Monitoring cooling water discharge using Lagrangian coherent structures: a case study in Daya Bay, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2013, 75(1/2): 105-113.
    [12] 倪培桐, 陈卓英. 粤东海门岬角动力及取排水工程比选研究[J]. 水资源与水工程学报, 2019, 30(3): 153-159.
    [13] 葛小玲, 赵懿珺, 袁 珏, 等. 差位式取排水布置下滨海核电温排水试验研究[J]. 海洋科学进展, 2015, 33(4): 512-519. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2015.04.009
    [14] ATTIA S I. The influence of condenser cooling water temperature on the thermal efficiency of a nuclear power plant[J]. Annals of Nuclear Energy, 2015, 20: 371-378.
    [15] 陈惠泉, 岳钧堂, 陈燕茹. 我国电厂排取水口规划特色及其水力热力特性[J]. 水利学报, 1993, (10): 1-11. doi: 10.3321/j.issn:0559-9350.1993.10.001
    [16] 张晓峰, 徐京萍, 张曼祺, 等. Landsat-8热红外数据监测田湾核电站温排水分布[J]. 海洋科学进展, 2019, 37(3): 518-525. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2019.03.015
    [17] 张新周, 窦希萍, 陈黎明, 等. 潮汐海域电厂不同取排水布置方式环境影响分析[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2019, 40(4): 718-723.
    [18] 赵懿珺, 李振洲, 袁 珏, 等. 基于热环境容量的滨海电厂温排放控制模拟研究[J]. 海洋环境科学, 2014, 33(5): 688-692.
  • [1] 颜钰邵冬冬顾卫袁帅李颖钞锦龙李倩 . 鲅鱼圈热电厂温排水的现场观测和三维数值模拟. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 571-579. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.04.015
    [2] 刘永叶王宇飞乔亚华杨阳陈鲁 . 我国典型核电厂址海域中广域性鱼类的热耐受性研究. 海洋环境科学, 2019, 38(4): 528-532. doi: 10.12111/j.mes20190407
    [3] 刘永叶陈鲁乔亚华杨阳曹亮 . 北方典型滨海核电厂温排水最高排放温度限值研究. 海洋环境科学, 2016, 35(6): 827-830. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.06.005
    [4] 侯树强汤本靖王彦龙李京孙钦帮 . 滨海核电厂温排水相关若干问题研究. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 927-932, 938. doi: 10.12111/j.mes20190616
    [5] 徐炳丰张凌玲 . 表面综合散热系数对电厂温排水敏感性的研究. 海洋环境科学, 2015, 34(1): 81-85. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2015.01.015
    [6] 孙芹芹罗美雪张加晋蓝尹余 . 基于Landsat 8的滨海电厂温排水分布研究. 海洋环境科学, 2020, 39(4): 557-562. doi: 10.12111/j.mes.20190008
    [7] 丁骏杨红王春峰储鸣焦俊鹏丁丽丽 . 应用于温排水影响的海洋围隔实验技术研究. 海洋环境科学, 2015, 34(2): 279-285. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2015.02.021
    [8] 李共国史红伟徐智焕 . 象山港电厂温排水影响夏季河口桡足类群落结构的通径分析. 海洋环境科学, 2017, 36(5): 706-711. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.05.011
    [9] 王祥苏岫张浩王新新王林陈艳拢赵建华徐进 . 不同空间分辨率遥感数据在核电站温排水监测中的应用研究. 海洋环境科学, 2020, 39(4): 646-651. doi: 10.12111/j.mes.20190036
    [10] 张晶磊杨红王春峰丁骏 . 江苏滨海海上风电场建设对近岸海洋生态环境的累积影响评价. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 884-890. doi: 10.12111/j.mes20190610
    [11] 张永红李家国朱利苏晓蓓殷亚秋杨红艳 . 温排水监测海面采样与空间插值方法优化研究. 海洋环境科学, 2017, 36(5): 765-773. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.05.020
    [12] 姜恒志崔雷于大涛张浩王涛张冲 . 普兰店湾水体交换数值模拟研究. 海洋环境科学, 2017, 36(1): 43-47, 55. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.01.007
    [13] 陈秋良蔡学石姜倩崔雷李德鹏陈兆林姜恒志梁淼 . 曹妃甸甸头海域溢油行为数值模拟研究. 海洋环境科学, 2021, (): 1-9. doi: 10.12111/j.mes.20200195
    [14] 杨吉凯艾丛芳金生丁伟业 . 污水排海扩散器的数值模拟与模型试验. 海洋环境科学, 2016, 35(6): 938-942. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.06.022
    [15] 曹雪峰张宇铭张淑芳史文奇李庆杰石洪源王平王玉赵骞韩成伟 . 基于数值模拟的大连湾水交换能力研究. 海洋环境科学, 2020, 39(1): 114-120. doi: 10.12111/j.mes20200116
    [16] 吴立珍吕海滨田慧娟 . 海州湾南侧悬浮示踪的数值模拟. 海洋环境科学, 2016, 35(2): 247-251. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.02.016
    [17] 窦明左军成陈美香左常圣林春霏吴亚男 . 大洋山围垦工程对邻近海域环境的影响. 海洋环境科学, 2018, 37(3): 409-417, 447. doi: 10.12111/j.cnki.mes20180315
    [18] 张学庆孙雅杰王兴刘培廷熊瑛 . 海州湾及毗邻海域水交换数值研究. 海洋环境科学, 2017, 36(3): 427-433. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.03.017
    [19] 张学庆王兴刘睿赵骞 . 辽河口潮能通量与潮能耗散的数值研究. 海洋环境科学, 2016, 35(1): 20-26,67. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.01.004
    [20] 王平陈伟斌邹文峰袁帅陈元宋丽娜 . 象山港潮余流结构及水体半交换时间数值研究. 海洋环境科学, 2018, 37(1): 107-115. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2018.01.017
  • 加载中
图(4)表(4)
计量
  • 文章访问数:  1975
  • HTML全文浏览量:  459
  • PDF下载量:  147
出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-17
  • 录用日期:  2020-04-26
  • 刊出日期:  2021-04-20

基于海洋生态环境影响的核电厂温排水布置方式研究

    作者简介:魏 峰(1967-),男,浙江杭州人,学士,主要研究方向为核电站总体布置,E-mail:weifeng@cnpe.cc
    通讯作者: 陈兆林(1981-),男,辽宁大连人,正高级工程师,主要研究方向为海洋生态环境保护及影响评价,E-mail:zlchen@nmemc.org.cn
  • 1. 中国核电工程有限公司,北京 100840
  • 2. 国家海洋环境监测中心,辽宁 大连 116023

摘要: 本研究利用二维潮流场和温升场数值模型预测分析了核电厂不同温排水布置方式下温升扩散特点和影响范围。在此基础上结合周边海洋生态环境敏感区的特点,以海洋生态环境功能区水质环境管控要求作为比选优化指标,对不同的温排水布置方案进行了比选和优化,从降低温排水影响范围、减小对周边海洋生态环境功能区水质环境影响以及降低取水温升的角度给出了最优排水布置方案。研究结果表明,核电厂温排水的影响范围与周边海域地形地貌、海洋水文特征以及排水口的布置形式、位置等密切相关,暗管深排方案有利于温排水的稀释扩散,对于降低高温升区影响范围具有积极作用,但影响低温升区扩散范围的因素较多,深水排放并非一定能够减小低温升区的影响范围。

English Abstract

  • 核电作为一种安全、清洁和低碳能源,已经成为我国电力工业的重要组成部分,在优化能源结构和构建清洁、低碳能源体系中有不可替代的作用。随着我国核电发展速度的不断加快,在不断重视核电安全发展的同时,核电生态环境保护问题也越来越受到国家和社会的关注[1]

    核电厂热效率为30%~35%,核燃料产生的能量只有1/3转成电能,其余都以热量形式散失。这些余热经过冷凝器传导给循环冷却水再排入水体,也就是俗称的温排水[2]。在我国的核电布局中,目前所有已经运营和在建的核电机组均为沿海厂址,温排水经排水口排入海水中,大量废热进入周边海域,造成区域海洋水体温度升高,对海洋生态环境,特别是对规避能力较差的浮游动物和底栖生物的生长繁殖及群落结构产生一定的影响[2-5]。傅强等[6]研究了滨海电厂温排水对浮游动物群落年分布的影响,结果表明,温排水的增温效应不改变浮游动物的季节分布格局,但不同月份的优势种因其发生改变;冬季温排水会提高浮游动物的丰度,但降低了多样性,而夏季温排水降低了浮游动物的种类、丰度及多样性,秋季多样性达到最高,丰度值达到最低;浮游动物的分布与电厂排水口分布有明显的关系,并有“迁移”现象发生。魏新渝等[7]综述了国内外核电厂温排水对水生生物的影响,认为温排水可能影响水生生物的生长、生存和繁殖,改变群落的多样性和丰度,并可能导致栖息地的变化,但影响性质和程度各不相同,其潜在影响程度与厂址的特定因素(地理位置、海水、淡水、受纳水体的体积、水交换速率、生物栖息地等)密切相关。侯树强等[8]研究了核电厂取、排水工程中与温排水散热特性相关的若干重要问题;有学者[9-11]研究了温排水入海的数值模拟方法;有学者[12-15]基于温排水扩散研究了回水温升对核电运行效率的影响,并从工程设计和经济等方面给出了取、排水布置的建议;张晓峰等[16]研究了卫星遥感方法在核电温排水监测中的应用。

    安全一直是我国核电发展中被高度重视的问题,对于核电取、排水研究的重点也集中在安全和经济方面。核电温排水对生态环境的影响大多根据既定的排水方式分析其影响程度,却鲜有从前期设计阶段研究不同的布置方案对海洋生态环境的影响 [17]。受海洋潮汐及地形等因素的影响,温排水可在排水口周边海域稀释、扩散形成温升混合区,不同的排水布置方案形成的温升混合区范围、面积以及对生态环境的影响程度均不同。本文以我国北方滨海某核电厂为例,通过建立数学模型模拟分析不同温排水布置方案的温升扩散规律,对比分析不同排水方案对海水水质环境以及取水回流温升的影响,并从生态环境保护的角度对某核电厂温排水方案的选择进行探讨。

    • 国内某核电厂位于渤海辽东湾西岸(见图1),规划建设6台百万千瓦级压水堆核电机组,均采用海水作为循环冷却水的直流供水系统,6台机组共用取水明渠取水。其中,一期工程2台机组采取明排方式,二期工程拟在一期2台机组基础上新建2台百万千瓦级核电机组,设计每台机组取排水量69 m3/s。

      图  1  项目地理位置及周边海域形势

      Figure 1.  Geographic location and hydrographic datum

    • 项目所在海域整体呈东北-西南走向,岸线较为平直,有小的岬角海湾分布,厂址位于南北两个岬角包围的龙泉湾北侧中部,南侧为入海河口,属于河口生态红线区。沿岸海域水深较浅,坡度平缓,0 m、2 m和5 m等深线贴岸分布,10 m等深线距岸2~8 km。海域潮汐属不正规半日混合潮,日潮不等现象明显,潮流属正规半日潮流,潮流运动形式为明显的往复流,涨潮流向偏东北向,落潮流向偏西南向,流向大致与岸线平行,项目所在海湾底部受海岸影响局部为旋转流。

    • (1)海洋功能区划

      核电厂周边海域海洋功能区划分为工业与城镇建设用海区以及农渔业区,其中核电厂厂区所在海域属于工业与城镇用海区,该区域外侧海域为农渔业区。工业与城镇用海区执行不低于二类海水水质标准,允许进行适度开发建设;农渔业区执行不低于二类海水水质标准,主要为保护渔业资源设置,不允许进行工业和城镇开发建设。

      (2)海洋生态红线

      周边的海洋生态红线位于厂区南侧6 km的河口处,为限制开发区,海水水质执行不低于二类海水水质标准,主要保护河口海洋生态系统,区域内禁止开发建设。

    • 根据核电厂周边海域的环境功能区情况,从符合海洋生态环境功能区要求、尽量减小海洋生态环境影响的角度,核电厂排水方案比选主要考虑以下条件:

      (1)排水构筑物及4 ℃温升区(温升混合区)全部位于工业与城镇用海区,不进入农渔业区及生态红线区;

      (2)1 ℃温升区不进入生态红线区,保持生态红线区水质标准符合二类海水水质标准;

      (3)尽量降低温升影响范围以及高温升区对沿岸海域的影响。

    • 核电厂位于渤海海域的辽东湾,水流状况较为复杂。针对工程所在海域的地形、边界及水流特性,选用沿水深平均的平面二维水流数学模型,其基本方程如下[17-18]

      连续方程:

      动量方程:

      式中:HZ分别为水深和水位(m);$u$$v$分别为$x$$y$向的流速(m/s);$q$为源(汇)单位面积流量(m/s);$\rho $为水体密度(kg/m3);${\nu _t}$为紊动黏性系数(m2/s);$c$为谢才系数,$c = \dfrac{1}{n}{R^{1/6}}$$R$为水力半径(m),$n$为河床糙率;$f = 2\omega \sin \varphi $ 为柯氏力系数,$\omega $为地球自转角速度,$\varphi $为计算水域所在地理纬度。

      ${\tau _{sx}}$${\tau _{sy}}$分别为自由表面风切应力,可采用下列经验公式计算:

      式中:${C_d}$为无因次切应力系数,对于风速$W < 10m/s$,${C_d} = 0.9 \times {10^{ - 3}}$${\rho _a}$为空气密度,$\alpha $为风向与$x$方向的夹角。

    • (a)初始条件:

      (b)边界条件:水流数学模型的计算边界为开边界,计算时给以潮位边界条件;固定边界采用可滑动边界条件,即${{\partial U} / {\partial n}} = 0$$U$为边界水流合速度,$n$为固定边界法向单位向量);对于两岸边滩,则采用动边界方法处理。电厂取、排水口均给以恒定流量边界条件,其进、出口流速随潮位涨落而变化,由程序自动计算得到。

    • 选用沿水深平均的平面二维温度场数学模型,其基本方程如下。

      式中:$\Delta T$为水体温升值;${E_x}$${E_y}$分别为$x$$y$向的扩散系数;${K_s}$为水面综合散热系数;$\rho {C_p}$为水体定压比热通量;$\Delta {T^*}$为沿程源、汇水体超温值。

    • 初始条件:$\Delta T\left( {x,y,0} \right) = \Delta {T_0}(x,y)$

      边界条件:入流边界为$\Delta T = \Delta T(t)$

      出流边界为${{\partial \Delta T} / {\partial n}} = 0$$n$为出流边界法向单位矢量)。

    • 模型采用2019年夏季在某核电厂周边海域进行的大、中、小潮13个同步水文测验站位数据进行验证,模型建立的潮位和流速、流向过程与实测值吻合较好,所建立的平面二维水流数学模型较好地模拟了核电工程附近海域的潮流变化情况。

    • 以一期工程2台机组夏季温排水明排作为基础工况,对二期工程2台机组夏季不同排水方案下的温排水扩散情况进行数值模拟分析。

    • 本阶段在一期工程2台机组明排的基础上,对二期工程2台机组采用的明排方案和暗排方案进行比选,主要目的是比选出初步的排水方式和排放距离,为后续进一步优化排放口位置做准备。明排方案主要考虑充分利用一期工程已经形成的排水明渠进行排放,排水口位置已定。暗排方案以3、4号机组为中心,排水暗涵垂直厂区护岸向海中延伸不同距离,从而初步给出适宜的暗排距离。排水方案设置如下(图2)。

      (1)方案1:4台机组均采取明排方案;

      (2)方案2:暗排方案,排水暗涵垂直填海护岸向外延伸650 m,该处水深−6 m,满足排水口最低水深要求;

      (3)方案3:暗排方案,在方案2的基础上,将排水暗涵向前伸1000 m,水深−7.5 m;

      (4)方案4:暗排方案,在方案2的基础上,将排水暗涵向前伸2000 m,水深−8.5 m。

      图  2  项目排水方案比选示意图

      Figure 2.  Comparison of drainage arrangements

      利用上述数学模型预测给出4台机组运行时,夏季典型大、中、小潮水文条件下4个排水方案温排水影响情况,计算结果见表1,方案比选见表2,温升范围见图3

      设计方案夏季典型大潮最大等温升线包络面积/km2取水温升/℃
      0.5 ℃1.0 ℃2.0 ℃3.0 ℃4.0 ℃最大值平均值
      方案149.6428.8515.278.923.141.370.54
      方案226.0516.229.025.282.742.061.30
      方案352.6529.6314.225.872.222.041.34
      方案447.9821.227.973.531.271.771.10

      表 1  方案1-4最大温升包络线影响面积

      Table 1.  Maximum impact area of thermal discharge of plan 1-4

      项目名称方案1方案2方案3方案4
      温排水扩散范围/
      km2(4 ℃/1 ℃)
      3.14/28.85 2.74/16.22 2.22/29.63 1.27/21.22
      取水口温升/℃
      (最大/平均)
      1.37/0.54 2.06/1.30 2.04/1.34 1.77/1.10
      海洋功能区划 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区,1 ℃温升小部分进入农渔业区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区,1 ℃温升小部分进入农渔业区 构筑物位于工业与城镇用海区,4 ℃和1 ℃温升进入农渔业区 构筑物、4 ℃和1 ℃温升进入农渔业区
      海洋生态红线 进入红线区 未进入红线区 进入红线区 未进入红线区
      比选结果 弃选(1 ℃温升进入红线区,不符合水质管控要求) 可选 弃选(4 ℃温升进入农渔业区,1 ℃温升进入红
      线区)
      弃选(排水构筑物及4 ℃温升进入农渔业区)

      表 2  方案1-4排水平面布置比选方案

      Table 2.  Mandatory principle of thermal discharge arrangements of plan 1-4

      图  3  第一轮比选优化不同排水方案温升影响范围

      Figure 3.  Range of influence of the first round of thermal discharge

      从温升影响范围方面分析,明排方案由于属于沿岸排放,排放口水深较浅,无论高温升区(4 ℃)还是低温升区(1 ℃),其影响范围都较暗排方案大。对于暗排方案,方案2排放口位于取水明渠和排水明渠导流堤中部,受两个导流堤掩护,温升区主要集中在导流堤附近海域,影响范围相对较小,且主要影响人工构筑物岸段,对两侧自然海岸影响范围小。方案3和方案4为远暗排方案,方案3排水口基本设置在工业与城镇用海区和农渔业区边界位置。核电厂所在海域为南北两个岬角围成的小型海湾,其下为水下缓坡,水深变化较小,潮流性质属于沿岸往复流。在排水管线延长1.65 km的情况下,由于水深变化较小,高温升区较暗排方案2减小幅度有限,而排水口距离南侧岬角的河口距离更近,沿岸的往复流导致1 ℃温升区影响范围更大,不仅影响农渔业区,还直接影响到河口生态红线区,不符合农渔业区以及河口生态红线区不低于二类海水水质标准的管控要求。在排水管线继续延伸至2.65 km 长度的情况下(方案4),排水口位于南北两个岬角连线位置,随着水深的增加,温排水与周边水体充分掺混稀释,高温升区面积大幅度减小,1 ℃温升区影响范围减小仍有限。方案4的构筑物、4 ℃和1 ℃温升区均进入农渔业区,不符合农渔业区管控要求。通过上述方案比选,相对于明排方案,暗排方案对于降低温升影响范围具有明显优势。暗排方案中,由于远暗排方案排放口水深较深,有利于温排水的稀释扩散,由此形成的高温升区影响范围较小,但受当地潮流性质及水深地形影响,远暗排方案形成的低温升区影响范围较短暗排方案反而更大。

      综合比选排水温升影响范围、海洋功能区划的符合性、海洋生态红线的符合性以及取水温升的影响范围,第一轮比选中明排方案以及长距离暗排方案均不满足海洋生态环境功能区的水质标准管控要求,方案2短暗排方案为推荐方案。

    • 在初步确定短暗排方案为推荐方案的基础上,为进一步优化排水口的位置,在方案2的基础上,通过左、右移动排放口位置进行优化比选,每个方案移动尺度为200 m,第二轮优化方案设置如下(见表3)。

      设计方案夏季典型大潮最大等温升线
      包络面积/km2
      取水温升/℃
      0.5 ℃1.0 ℃2.0 ℃3.0 ℃4.0 ℃最大值平均值
      方案226.0516.229.025.282.742.061.30
      方案2-124.1315.388.404.902.562.021.21
      方案2-225.0716.849.705.522.971.891.10
      方案2-325.6015.608.545.102.472.221.40
      方案2-425.6215.148.274.952.252.431.59

      表 3  方案2-2-4最大温升包络线影响面积

      Table 3.  Maximum impact area of thermal discharge of plan 2-2-4

      (1)方案2-1:方案2左移200 m;

      (2)方案2-2:方案2左移400 m;

      (3)方案2-3:方案2右移200 m;

      (4)方案2-4:方案2右移400 m。

      从温升影响范围分析(见表4图4),夏季4 ℃温升范围,方案2-2>方案2>方案2-1>方案2-3>方案2-4;夏季1 ℃温升范围,方案2-2>方案2>方案2-3>方案2-1>方案2-4。对于取水口温升,方案2-4>方案2-3>方案2>方案2-1>方案2-2。

      项目名称方案2方案2-1方案2-2方案2-3方案2-4
      温排水扩散范围
      (4 ℃/1 ℃)
      2.74/16.22 2.56/15.38 2.97/16.84 2.47/15.60 2.25/15.14
      取水口温升
      (最大/平均)
      2.06/1.30 2.02/1.21 1.89/1.10 2.22/1.40 2.43/1.59
      海洋功能区划 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物和4 ℃温升位于工业与城镇用海区 构筑物位于工业与城镇用海区,4 ℃温升进入农渔业区
      海洋生态红线 未进入红线区 未进入红线区 进入红线区 未进入红线区 未进入红线区
      比选结果 可选 可选 弃选(1 ℃温升进入红线区) 可选 弃选(4 ℃温升进入农渔业区)

      表 4  方案2~2-4排水平面布置比选方案

      Table 4.  Mandatory principle of thermal discharge arrangements of plan 2~2-4

      图  4  第二轮比选优化不同排水方案温升影响范围

      Figure 4.  Range of influence of the second round of thermal discharge

      对于海洋功能区划,上述5个方案排水暗涵全部位于工业与城镇用海区。方案2、方案2-1、方案2-2和方案2-3夏季4.0 ℃温升包络线全部位于工业与城镇用海区,方案2-4夏季4.0 ℃温升包络线进入农渔业区,不符合农渔业区对海水水质的管控要求。

      对于海洋生态红线,方案2-2夏季1.0 ℃温升包络线进入河口生态红线区,不符合红线区海水水质管控要求。

      综合上述比选方案,从海洋生态环境影响角度分析,方案2、2-1以及2-3温升范围均较小,且不影响周边的海洋生态环境功能区,方案均可以接受。在取水温升方面,方案2-1取水温升最低。从降低温排水环境影响和减少取水温升的角度,最终推荐方案2-1为核电厂二期工程最终排水布置方案。

    • (1)本文通过建立二维潮流场和温度场数学模型,预测了不同排水布置方案温排水的影响范围,从降低温排水影响范围,减小对周边海洋生态环境影响以及降低取水温升的角度给出了最优排水布置方案。

      (2)核电厂温排水的影响范围与周边海域地形地貌、海洋水文特征以及排水口的布置形式密切相关。排放口位于深水区有利于温排水的稀释扩散,对于降低高温升区影响范围和面积具有积极作用,但影响低温升区扩散范围的因素较多,深水排放并非一定能够减小低温升区影响范围。

      (3)核电厂前期的规划布局及设计过程中,应充分结合厂址周边海域自然环境特点,从安全、经济以及生态环境保护等方面优化取、排水布置方案,以达到生态效益和经济效益的最大化。

参考文献 (18)

目录

    /

    返回文章