大亚湾核电基地温排水物理模型试验研究.pdf

第 9期 2 0 1 1年 9月 广 东水利水 电 GUANGD0NG W ATER RES 0URCES AND HYDR0P0WER No 9 Se p 2 011 大亚湾核电基地温排水物理模型试验研究 黄健 东， 罗 岸 ， 付 波 ， 陈丕翔 ， 陆汉柱 ， 麦栋玲 ， 张 婷 ( 广东省水利水电科学研 究院， 广东省水动力学应用研 究重点实验室， 广 东 广州 5 1 0 6 1 0 ) 摘要 ： 结合岭澳三期扩建工程开展 大亚湾核 电基地温排水试 验研 究。试验提 出了4个 方案布置 思路 ， 经方案 比选 ， 形 成 了8个基本可行的方案， 其中推荐方案 I较好地兼顾解决了电厂的取水安全与温排水对保护区的影响程度问题 关键词 ： 大亚湾 ； 核 电基地 ； 温排 水 ； 试验 中图分类号 ： F M 6 2 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 0 6 0 3 1 问题 的提 出 广东大亚湾核电基地位于广东省大亚湾西部 、 大鹏 澳的北岸 ( 见图 1 ) ， 现 已建有大亚湾核电站( 装机 2 x 9 0 0 M W) 和岭澳核 电站一期 ( 装机 2 X 1 0 0 0 MW) 、 岭澳 核电站二期( 装机 21 0 0 0 MW) 1 号机组 ， 2号机组正 在建设中。电厂冷却水采 直流冷却系统 ， 以海水作为 循环冷却水源， 温排水近岸排放后 由潮流带至附近海域 扩散 图 1 岭澳 核 电 厂 址 地理 位 置 示 意 大亚湾核电基地( 岭澳二期 ) 的取排水工程布置在 可研和设计时经过科学论证 ， 温排放符合当时的法 律 、 法规要求 ， 但 1 9 9 8年 7月国家颁布实施新的海水水 质标准及 2 0 0 0年关于大亚湾水产资源 自然保护区功能 区划的粤海水 2 0 0 0 2 3号文， 大幅提高 了海域温升的 控制标准并设置 了保护区范围( 见冈 2 ) ， 大亚湾核电基 地现有 的取排水工程布置变得 与 目前的环保法规 的要 求不相适宜 了。因此 ， 对现有的排水布置必须进 行调 整 ， 以满足相关法规的要求。 图2大亚湾海域 功能区划示意 2海区地形与潮汐特性 大亚湾为内陆海湾 ， 湾 口宽约为 1 5 k in， 湾内中部南 北向排列着众多岛屿 ( 习称 中央列岛 ) ， 将 大亚湾分成 东 、 西 2部分 ， 中央列岛以西称西大亚湾 ， 以东称东大亚 湾。大亚湾海床高程由北 向南逐渐降低 ， 湾 口处水深达 2 0 m以上。东大亚 湾水深较深 ， 大部分水深在 1 0 m 以 上 ， 西大亚湾包括哑铃湾 ， 地形平坦水深较浅 ， 大部分海 区水深小于 1 0 m。 工程海域潮汐属不正规半 日潮性质， 其主要特征是 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 7 2 6 作者简介： 黄健东( 1 9 6 1 一) ， 男， 本科， 高级工程师， 从事水工、 水力学 、 电厂温排水等试验研究工作。 6 2 0 1 1年 9月 第 9期 黄健 东 ， 等 ： 大亚湾核 电基地温排水物理模型试验研究 每个太阴 日内出现两次高潮和两次低潮 ， 相邻两个高潮 和低潮潮高不等。 海区流场基本呈往复流流态 ， 涨潮 时， 一部分水体 沿大辣 甲岛以西通道进入西大亚湾内并向北移动 ， 于核 电站工程海 区附近再分成 2个部分分别 向大鹏澳和虎 头咀方 向辐散 ； 其余绝大部分水体则 由大辣 甲岛以东通 道流进东大亚湾 ， 并 向北推进直至湾顶 ， 潮 流在霞涌附 近辐散成东西两支 ， 东支向范和港方 向流去 ， 西支流 向 荃湾半岛附近海域。落潮时 ， 大亚湾内的水体基本上沿 与涨潮流相反方 向流出湾 口， 显示湾顶处形成辐散复合 流的显著特征。 3试 验 内容及 技术 难点 试验的主要 内容有 ： 研究核电厂的温排水在大亚湾 海域的输运 、 扩散规律 ； 在保证核电厂取水安全 的条件 下 ， 对大亚湾核电基地现状取排水工程布置进行必要 的 修改 ， 使温排水 1 o C温升不影响中部核心区。 因用海和海洋环保要求的提高， 制约大亚湾核电基 地取排水工程 布置 的因素较多 ， 方案布置存在几个 难 点 ： 厂区东部及西南部 2个核心保护区对温排放的限 制( 保护区内瞬时最大温升不超 1 o C) ； 现有电厂对取 水温升的限制 ( 温升不能大于 1 c 【 = ) ； 现有电厂排水明 渠水位壅高值的限制( 不能大于 1 O m) ； 工程水域潮 差小 、 潮流弱 ， 不利于温排水稀释扩散 。 4 模型规划及试验潮型的选取 依据试验技术要求及考虑工程海域潮流特性 与热 水流量 、 模型变率及最小水深、 数模计算结果等 因素 ， 模 型比尺取为 ： L =3 6 0 、 Z =1 2 0 、 e=3 0 ， 模 型截取范 围 见 图 1 ， 模拟水域面积约为 5 8 0 k m ， 模 型规模约为 6 0 m 7 5 m， 模 型范 围内含 7个潮流观测站点 ， 站点分布合 适 ， 能够反映模拟水域的流场状况 。 选取 2 0 0 8年 ( 夏季 ) 和 2 0 0 9年 ( 冬季) 实测 的大、 中、 小潮资料 J 。夏季大、 中、 小潮时段分别为 7月 1 9 日2 0日、 7月 2 3 日 2 4日、 2 6 日 2 7日； 冬季 大、 中、 小潮时段分别为 2 0 0 9年 2月 1 0 日1 1日、 2月 1 3 日 1 4 日、 3月 3 日 4日。 5基本方案 比选 5 1 方案布置思路 试验结果显示 ， 在现状排水布置下电厂温排水主要 随潮流往东及东北方 向扩散 ， 1 o C温升 区覆盖了中部核 心区的许洲 、 白头洲等区域。为降低温排水对 中部核心 区的影响， 需对原有排水 口进行改造 ， 根据厂址平 面布 置及海 区潮流特性 ， 提出方案布置思路如下 ： 1 )采用较大流速 向东南 向排放 ， 使 温排水尽快往 湾 口外输送 ， 尽量减少温排水在T程海 区的累积 ， 从而 降低温排水对 中部核心 区的影 响程度。排水拟采用管 排 、 明渠 、 明渠 +管排 的排水方式。 2 )采用近岸低流速排放 ， 尽 可能利用近厂址水域 扩大高温区面积， 以降低 1 温升面积和温排水对 中部 核心区的影 响程度 ， 必要时设置取 、 排水 口间的隔堤。 3 )于近岸设置一定 面积 的冷却池 ， 围蔽高温区区 域 ， 提高水面蒸发散热能力， 从而减少热量 向中部核心 区的扩散。 4 )采取现状排水 口与远排分排组合 ， 通 过分排减 少近岸排放 的温水流量 ， 从而达到降低温水对 中部及西 南核心区的影响程度 。 5 2 修改方案介绍 基于以上布置思路 ， 试验对排水 口的位置 、 型式及 排水方 向等进行了多方案的探索与 比较 ， 最终得出 8个 较优的修改方案 ： 1 )方案 I： 取水采用底部取水方式合取 ， 排水采用 明渠表排方式合排 ， 明渠沿岸总长为 2 3 k in， 排水方 向 由东北改为东南 ； 2 )方案 ： 取水布置保持现状 ， 温排水先排放至厂 区前约 4 8 3 k in 的冷却池 ， 再深排人海 ； 3 )方案 ： 取水布置 同方 案 I， 排水 布置同方案 ： 4 )方案 ： 于取 、 排水 口间设 置长 2 4 k m 的隔热 堤 ， 取水布置大亚湾核 电保持现状 ， 岭澳核 电采用底部 取水 ， 沿现有排水明渠布置 6孑 L 排水箱涵排水 ； 5 )方案 V： 取水布置保持现状 ， 排水布置与方案 I 类似 ， 其中表排改为长 8 0 0 m的管排 ， 其它不变 ； 6 )方案： 取 、 排水布置与方案 类似 ， 冷却池 面 积扩大至 7 3 k m ， 其它不变 ； 7 )方案： 取水布置保持现状 ， 部分热水 由现状排 水明渠排放 ， 其余热水 由采用 l O k m长管排至大亚湾湾 口 ： 8 )方案 ： 取 、 排水布置与方案 类似 ， 现状排水 明渠排放 口改为东南 向， 其它不变。 5 3 修改方案比选 通过对 8个修改方案进行各潮型试验 ， 取得 了各方 案的温排水运动规律 、 取水温升 、 温升分布等试验成果 ： 1 )各修改方案均显著 降低 了 1 温升区对 中部核 心区的影响程度 ； 2 )各修改方案的核电厂取水温升较低 ， 均可满足 核电厂安全运行要求 ； 3 )方案 I、 、 、 、 V、 的 1 温 升区 占中部 2 0 1 1年 9月 第 9期 广东水利水电 核心区的面积为 0 0 6 1 k m ， 较现状布置 ( 4 3 0 k in ) 有显著的减少 ， 温排水影响西南核心区 ； 4 )3台机组温排水 南现状明渠排放， 3台机组由温 排水管排放 时， 方案、 方 案的 1 o C温升区均不影响 中部核心区和西南核心区， 满足海洋环保要求 。 综合考虑核电厂取水安全 、 温排水对 中部核心区的 影响及工程造价 、 方案对 【程近岸水域影 响等 冈素 ， 试 验认为方案 I较优。 6方案 I 温 排水试 验成 果 6 1 方案 I布置 取水 口布置 ： 取水 口段由 4段弧形墙和 1 段直墙连 接而成 ， 其结构采用“ 桩 +挂板” ， 取水窗 口朝 向为东南 向， 该处海床高程约为 一1 2 5 m， 取水窗 口尺寸为 3 m X 6 1 6 m( 高 X净宽 ， 窗口底缘高程为 一1 1 5 m， 顶缘高程为 一 8 5 m) ， 取 水窗 i7 1 底缘 下部 设置 拦 沙坎 ， 其 尺寸 为 1 0 m 6 1 6 m( 高 X宽) ， 见图 3 。 8 图3方案 I 取 排水 工程布置示意 排水 口布置 ： 采用明渠排放方式 ， 排水明渠轴线与 正北 向成 1 5 5 。 角， 排水流速为 1 9 n r s ， 排水明渠长度为 3 0 0 m， 宽为 2 4 m， 明渠底高程为 一 7 0 m。 6 2 温排水流态 试验显示 ， 夏季大潮 、 中潮 的潮流运动和热水输移 规律基本一致 。落潮时， 温水往西南方向输移 、 扩散 ， 温 水主流带离中部核心区较远 ； 涨潮时 ， 到达湾 口的部分 温水随西支辐散流往大鹏湾运动 ， 另一部分随东支辐散 流缓慢往北推移 ， 从排水 口排出的热水随潮流往东北移 动， 温水主流带距 中部核心保护 区西边缘 尚有一定距 离。夏季小潮相对与夏季大 、 中潮相 比， 潮流较弱， 无论 是涨潮还是落潮 ， 热水输移 的距离均 比大 、 中潮短。近 工程海 区水域冬季潮流与夏季潮流的潮流运动特性差 异不大， 热水随潮流运动的规律冬夏两季差别也不大 。 6 3取水温升和表面温升分布 试验显示 ， 大亚湾 +岭澳一 、 二期运行时 ， 方案 I的 核电厂 ( 大亚湾核 电、 岭澳核 电) 取水温升平均值夏季 大 、 中、 小潮分别为 0 5 o C、 0 6 、 0 6 C， 取水温升过程 平稳 ， 满足核电厂设计要求。 在夏季大、 中、 小潮条件下 ， 大亚湾 +岭澳一 、 二期 运行时 ， 方案 I 的温升扩散呈东南向带状分布， 1 全潮 最大温升面积在 5 8 0 6 1 0 k in 之间 ， 其中 1 o C温升区 影响中部核心区的面积在 0 0 0 3 k m 之间。 7 结语 本文根据大亚湾核 电基地现状 工程布置及T程海 区潮流运动特性 ， 提出了 4种方案布置思路， 经多种方 案 比较 ， 形 成 了 8个基本可行 的方案 ， 其 中推 荐方案 ( 底部合取 +明渠排) 核 电厂取水温升较低 ， 温排水 1 温升区对中部保护区的影响很小 ， 基本解决了大亚湾核 电基地温排放与法规不相符 的问题。 参考文献 ： 1 中国水利水 电科学研究 院 广东岭澳核电站初步设计 阶段 冷却水工 程研 究报 告 R 北 京 ： 中国水利 水 电科 学研 究 院 ， 1 9 9 6 2 天津水运T程勘察设计院 岭澳核电 期工程大 湾海域 水文要素观测 与分析报 告 R 天津 ： 天 津水运 程 勘察 设计院 ， 2 0 0 9 ( 本文责任编辑王瑞 兰)