几个电站厂区总平面布置解析.doc

阳江核电站厂区总平面布置刍议The Discussion about the General Layout Plant of Yangjiang NPP Site 方 昊 （中国广东核电集团有限公司技术中心，广东深圳，518124） 摘 要 厂区总平面布置是核电厂工程设计的一项重要工作，针对阳江核电站厂址地质、地形条件，本文对阳江厂区总平面布置方案中还应进一步优化、完善的几个方面进行了分析，并提出了建议。 关键词 阳江核电站 厂区总平面布置 stract The site general layout is an important undertaking in nuclear power plant engineering design. In the light of geological and topographical conditions of Yangjiang Nuclear Power Plant site area, this paper presents the major elements in general layout related to site topographical and geological conditions; also points out several aspects need to be further optimized and perfected and puts forward corresponding recommendations for the site general layout scheme of Yangjiang Nuclear Power Plant. Key words Yangjiang Nuclear Power Plant Site general layout 阳江核电项目国有土地使用权出让合同的签订，标志着阳江核电站工程建设跨出了实质性的一步，对阳江核电项目前期工程的展开有重要的意义。就阳江核电厂址，世界一些知名供货商和国内多家设计院已提供了多个总平面布置方案。现根据阳江核电厂址具体条件特征，对阳江核电站厂区总平面布置中应进一步深入研究和探讨的几个问题，进行了分析和构思，希望对将来厂区总平面布置优化设计能有所帮助。 早在1988年，广东省就开始广东第二核电站的选址工作，1996开展了阳江核电站可行性研究工作，1998年完成可研报告，其中涉及厂址条件、设备选型、经济分析、环境保护、接入系统、核安全分析以及总平面布置等工作内容，完成了大量的专题报告并同时进行了专题评审。以下有关总平面布置分析工作是以阳江核电站可行性研究报告的工作成果为基础展开的。 1 厂址地质、地形条件概述 广东阳江核电站厂址位于广东省珠江口以西的阳江市阳东县东平镇，厂址三面环山，南面临海，总体呈现为西南-东北走向、长约1200 m、宽约500 m、占地面积约60万m2的狭长谷地。东侧山势较陡，最高达192 m PRD，山体主要由中细粒花岗岩和花岗斑岩组成，山坡残积坡积覆盖层较厚，植被较发育；西侧山势较缓，最高达200.6 m PRD，山体主要由中细粒花岗岩和花岗斑岩组成，山坡残积坡积覆盖层较薄，植被较发育，且有岩石出露；北部为低于100 m的丘陵。 厂址地区周围为海滨丘陵地带，中间为一U型沟谷，两侧为山丘。侵蚀-构造地貌是主要的地貌景观，分布于沟谷两侧。 厂址区中部的U型沟谷内地形平缓，地形标高为1.25.3 m，地层主要为海积层和冲积层。北部浅层主要由冲积砂层、淤泥质土层和冲积粉质粘土组成，厚度一般小于10 m；南部浅层主要由海积砂层组成，厚度58 m。海积层和冲积层之下为残积、全风化和强风化斑状花岗岩，东侧还有坡积层。由于有两个风化凹槽和一个风化深洼的存在，沟谷内基岩面（即中等风化斑状花岗岩顶面）埋藏深浅不一，一般埋深1540 m，南部深洼处基岩面埋深100 m左右。 2 厂区总平面布置中同厂址地形、地质条件相关的主要因素 由于阳江核电站厂区南北长约1200 m，东西宽约500 m，狭长的地形加上局部地区地质条件复杂，直接影响到厂区用地规划、交通运输及厂区主厂房布置等关键工作，给厂区总平面布置带来很多困难。因此在进行厂区总平面布置时须反复研究、分析阳江核电工程的具体实际现状，深入了解厂区内部及外部条件，不断探索，找出影响厂区总平面布置的主要因素。只有因地制宜，量体裁衣，不断优化厂区总平面布置方案，才能得到阳江厂区总平面布置的最佳方案。 2.1 厂区用地区域划分 按阳江核电总体规划，厂区布置6台1000 MW（或以上）的压水堆机组，分期建设，每期21000 MW。由于海工布置以西取东排为基础，这就决定了厂区机组布置时一期靠海，扩建端沿场地由西南向东北纵深排列的格局。要形成同一厂址的群堆效益，更经济合理地使用厂址，为降低电站造价创造条件，就应考虑机组群堆布置及核电站群堆式管理模式。为此，整个厂区划分为电厂管理区与施工区，在一期南面与回填区形成开阔的临海厂前区，设生产办公大楼、建设管理中心和餐厅等管理及管理配套用房；厂区施工用地主要是土建施工的加工场地和材料堆放场地等，以及安装施工和海工施工的部分用地，一期施工时利用二、三期的建设场地，三期施工时，如厂区内施工场地不足，可向外扩展。采取这样的区域划分，可使将来运行和建设区域分开管理，避免相互之间交叉影响（图1）。 2.2 厂区交通道路运输 根据阳江厂址条件，厂区交通运输以水运为主，公路为辅，不设铁路。因此厂区布置结合取水港池自建一个5000 t级单个泊位的设备码头，建设期间的重件及进口设备均用水路运输进入厂区。 厂区道路按核电站对交通运输的要求，可分为三类： （1）施工期道路运输 施工期间设备、建筑材料运输，运输量大，且超大件、超重件多，如压力容器和蒸汽发生器等，尤其是如果采用模块化施工，模块的重量及体积将更大，例如AP1000机组，施工期间其最大模块将重达950 t；同时在进行土建施工和设备安装时运输量和运输频率也很大。因此，施工期道路应为厂区道路的主体，合理规划这类厂区道路并采取各种运输措施保证工程顺利进行将是十分必要的。另外由于厂区狭长，工程又分期建设，平面布置时为把运行和建设区域分开，减少交叉影响，就须让进厂道路和施工道路分开。结合施工期间运输要求和施工场地规划，进厂道路定为沿海从西向东经隧道进厂，施工道路设在厂区最北，与施工工作区和预制区相连，两条道路可结合核电厂的分期建设及厂前区的布置，作为核电厂的进厂主干道或施工专用道路，满足核电厂生产、生活运输需要。 （2）运行期道路运输 此类道路主要用于运行期间核燃料、乏燃料和中低放固体废物的运输，以及运行期间上下班交通及生活生产交通运输，运输量少且运输频率较小。 （3）应急通道 应急通道主要目的为核事故应急时使用，厂区总平面布置中进厂主干道和施工专用道路可作为应急通道，并满足核电厂事故应急通道要求。 2.3 主厂房建筑群位置的选定 主厂房建筑群位置的选定是按照核电厂厂址选择安全规定（HAF 101）、核电厂设计安全规定（HAF 102）等有关条款，以及工程规模、厂区总平面规划、地形特征、地下岩土的适宜性、地基条件、厂址周转环境条件等多方面综合因素所决定的。正确选定主厂房建筑群位置对于工程投资、建设周期以及后期工程发展的适宜性都将起着重要作用。 根据上述厂址条件，由于沟谷西侧山体坡度平缓，山坡残积层覆盖较薄，基岩多裸露地表，核岛厂房完全可以坐落在完整的稳定的微风化中细粒花岗岩或斑状花岗岩之上；微风化岩石的饱和单轴抗压强度平均值为144.7 MPa，常规岛厂房大部分也为微风化岩石地基，较少部分基岩埋置深度较深，需考虑处理。主厂房范围内的小规模断裂对地基稳定性无大的影响，西侧后缘人工边坡相对较低，且岩体完整；地基稳定性较好，是主厂房建筑群布置地基条件较好的位置。因此一、二、三期工程机组的主厂房建筑群布置在沟谷西侧山体上较为可行。 3 总平面布置设计中应进一步优化的几个方面 以上所论述的三个方面，其实就是阳江核电工程总平面布置中存在的主要因素，通过上述三个部分的分析，总平面布置的框架和主要原则已经形成，目前有关阳江核电站厂区总平面布置的主论调基本和上述分析相同，在此就不再深入细致地展开。这里想要着重探讨的是，在现有总平面布置基础上，针对一些具体的地质、地形条件，如何进行设计优化的问题。 3.1 总平面布置的灵活性 从可研报告的西六方案，到目前各供货商及设计院所提供的总平面布置方案来看，在主厂房布置时，基本采用直线排列对各期机组进行布置，沿沟谷西侧一字形整齐排列延伸。这样的排列布置方式，厂区看上去规整、统一，从施工组织和交通运输等方面来看利于规划、容易实施，但从阳江核电厂址实际现状来看，作为典型的沿海山地厂址，用一字型整齐排列的方式来进行厂区总平面布置，厂区同地形特征结合不够紧密，未能很好地利用山地厂址的有利条件，还需进一步分析、探讨。 整个厂区为一狭长的山谷地形，地块宽度仅约500 m，根据前面所提厂址地质条件，为保证主厂房基础落在均匀、稳定的基岩上，厂区边界必须向山体内侧推进，这样就涉及到了土石方开挖及高边坡问题。厂区西侧为连绵起伏的山体，主厂房布置区域由五个不同地势标高的山包组成，山顶标高在50 m到120 m间不等。总平面布置时如按一字形整齐排列方式布置主厂房，不充分结合地形、地势条件，将影响到总平面布置方案的合理性，不利于减少土石方开挖量和降低人工边坡高度。 在山地厂址这样一个特征地理环境中，需因地制宜，考虑灵活分散布局。所谓灵活分散布局，就是深入研究厂址的实际现状，认清厂区周边环境，在深刻理解工程具体特点的基础上，对厂区规划采取灵活、有序的布置方式，而不必刻板地一刀切，扬厂址之所长，避厂址之所短，通过不断地反复推敲，找到完善的布置方案。因此建议主厂房核岛定位时，在完全满足核安全要求的基础上，充分利用山地的有利条件，尽量选择有利地势，可通过适当调整各期主厂房轴线方向和相对距离等因素，躲开高边坡并减少土石方开挖量。再通过合理规划厂区道路，利用厂区道路，使各期机组有机、高效地联系在一起。 另外，从厂区地质勘探资料来看，在厂区西侧中部存在一条约450 m长的强风化凹槽，厂区总平面布置时，采用灵活布局方式，有利于主厂房最大可能地避开这一强风化凹槽，为工程建设带来可观的经济效率，同时也提高了机组的安全性。 由于工程建设分期进行，工程各期之间存在一个较长的间隔期，且各期之间还将存在一些不定的变化因素，各期机组相对较为独立，采用相对灵活的布局方式进行厂区总平面布置也是可行的。 总平面规划布置作为工程设计的重要阶段，其成果对将来的工程建设起到指导作用，并贯穿整个建设周期，是工程设计及建设的基础。从目前阳江核电站厂区总平面布置初步方案来看，布置的灵活性还有待提高，还需进一步优化和完善，才能为下一步工作的顺利开展打下坚实的基础。 3.2 厂区主厂房竖向布置 （1）厂坪标高 厂坪标高涉及厂址安全、工程造价和工程进度。根据核安全导则滨海核电厂厂址设计基准洪水的确定（HAD 101/09）的规定，初步确定阳江核电站厂坪标高为：7.5 m PRD。 （2）厂区地坪标高分析 对于具有山地厂址特征的阳江核电厂址，适当抬高厂址标高可加大厂址安全裕度，减少土石方开挖量，降低前期工程造价，并缩短前期工程工期。在阳江核电站厂区，经专业估计，厂坪标高每提高0.5 m，可减少费用约350万元，并减少开挖工期10个工日。但提高厂址标高会加大循环水泵的设备功耗，增加生产运行费用，参考岭澳核电站经验，类比阳江61000 MW机组，在相同条件下，厂坪标高每提高0.5 m，运行费用每年会增加近600万元。如何解决这一矛盾，成为工程设计的关键之一。借鉴国外经验，阳江核电站厂区采取阶梯式布置有望解决这一难题。可充分利用多变的地形，依山就势，主厂房各部分采用阶梯式布置，把核岛厂房和汽轮机厂房分别布置在不同的标高上。通过采取汽轮机厂房深层埋置方式，使进水口接近最低厂坪标高，尽量减小循环水泵扬程，减少设备功耗，降低运行费用，则厂坪标高提升将成为可能。 日本三菱公司提供的总平面布置方案（PWR 1200），参考电站是日本大饭3、4号机组，采用了阶梯式布置，核岛区厂坪标高为：33.6 m，汽轮机厂房区厂坪标高为：10.0 m，通过阶梯式布置，土石方挖方量：694万m3，填方量：670万m3，余方量：24万m3，厂区开挖土石方基本平衡，是目前阳江厂区总平面布置方案中最优的一组开挖方数据。同时随着厂坪标高的改变，厂坪标高值将同核岛厂房和汽轮机厂房室内工作平台标高值等同，有利于将来核电厂的运行和维修工作。因此阶梯式布置应引起我们的重视，尤其是在阳江核电站厂区总平面规划时，更应进一步地深入研究。 在阳江核电技术路线尚未确定的情况下，当前主要参考堆型包括：AP-1000、EPR-1550、PWR-1200、SYSTEM-80、CGP-1000、ABWR等，除PWR-1200外，其余机组是否也具备阶梯式布置的条件呢？这也是我们目前应考虑的问题。现阶段设计院和供应商所提供的AP-1000、EPR-1550、SYSTEM-80、CGP-1000、ABWR等机组的总平面布置方案，采用的均是标准设计模式，至于这些机组能否进行阶梯式布置，更好地满足阳江厂区总平面布置要求，其还未进行深入研究。但可喜的是，参考法国M310机组进行自主化设计的秦山核电站二期工程，在这方面已经做了一些工作，其核岛厂房和汽轮机厂房在布置时打破了M310标准设计的模式，作了较大距离的错层处理，并取得了成功，这对我们有很好的借鉴和参考作用。 因此建议，针对这一问题，应联合设计院和供应商进行专题研究，进一步优化和完善阳江核电站厂区总平面布置方案，这对下一步的工作将很有意义。 3.3 厂区取水 从可研报告中推荐方案到目前各设计院及供应商所提供的厂区总平面布置方案，厂区进水方式基本是明渠进水。明渠进水在工程建设中有结构简单、易于施工等优点，在将来生产运行阶段也便于管理。但结合本工程实际地质、地形条件分析，暗置涵管进水方式，会给厂区总平面布置时，在厂区用地的有效性方面，及将来施工建设中带来很多有利条件。广电院在阳江核电站厂区总平面布置时也曾提及采用明渠结合暗管方式取水，但未进行具体和深入说明。 （1）厂址地质条件对厂区进水方式的影响 根据可研报告，对阳江厂址谷地内和海滨饱和砂土液化的判断结果，厂区冲积成因的饱和砂土为潜在可液化砂土，海积砂层多为不液化砂土，但由于冲积砂和海积砂有交错现象，界面难以划分，同时考虑到核电工程的特点，从保守的角度考虑，确定厂区谷地和海滨的饱和砂土为潜在可液化砂层。因此在将来进水明渠的建设施工时，须对砂层进行地基处理，施工的复杂性和费用将大幅提高。在这种条件下，明渠进水相对于暗置涵管进水的优越性将不再明显，暗置涵管进水方式成为可行。 （2）厂址地形条件对厂区进水方式的影响 阳江厂区取水明渠若按61300 MW容量考虑并留有适当裕量，渠底宽约120 m，而沟谷宽度最小处仅300 m左右，取水明渠将占去很大一部分沟谷用地，使厂区用地十分局促。如采用暗置涵管进水方式，并充分利用暗置涵管地表面积的话，将使厂区总平面布置更有回旋余地，厂区用地也将更加有效。但需注意的是，采用暗置涵管进水方式时，应全面考虑涵管可能受到的内部及外部荷载，进行准确的结构受力计算，保证涵管的使用安全。 （3）取水泵站形式对厂区进水方式的影响 循环冷却水泵站和重要厂用水泵站结合形成联合泵站，这样的布置形式，我们已很熟悉，大亚湾核电站就是采用这种布置形式。但在当今世界上许多国家的核电站，循环冷却水泵站和重要厂用水泵站分开布置也屡见不鲜。两种布置方式各有长处，需结合具体厂址条件和技术路线而言。如采用循环冷却水泵站和重要厂用水泵站分开布置方式，可采用明渠结合暗管进水方式。在入水口处建一安全级取水前池，重要厂用水由此取水，使循环冷却水进水涵管成为非安全级构筑物，建造等级和安全处理措施将有所下降，建造费用将大幅减少，同时厂区不利的地质条件所带来的影响也将得到缓解（图3）。 因此，在阳江厂区总平面布置时，不应简单地去处理厂区取水问题，而应结合具体的厂址条件多方面论证、研究，通过不同方案比较，从中找到安全、经济、合理的解决方案。 3.4 厂区开关站布置 厂区开关站布置主要考虑电力系统的要求和电力出线的方便，阳江核电站电力出线走廊方向朝北，由于阳江核电站电力出线后10 km范围内均为山地，电力出线走廊选择的余地较大，因此厂区总平面布置中，开关站布置的灵活性较大，受限制的条件不多。由于本工程分期建设，建议在每期工程中，合理规划用地，开关站可考虑每期独立设计，不仅有利于工程分期建设，也保证了各期工程的独立性和完整性（图3）。 另外，现有的厂区总平面布置方案中，主变至开关站由架空电缆连接，建议可考虑由地下廊道连接，增加安全性，也使厂区外观形象更加整洁、美观，创造一个环境优美的核电厂区。 4 阳江核电站厂区总平面布置建议 通过以上分析，应认识到在核电站厂区总平面规划时，需结合具体的厂址条件，因地制宜，充分利用厂址条件的有利条件。对厂址条件中影响电站安全性或经济性的因素，在总平面布置时统筹规划，积极探索，勇于创新，通过多方案对比、优化 后，形成针对厂址特征的个性化厂区总平面布置方案，尽最大可能避免或减少厂址条件中不利因素对工程建设的影响。尤其在工业厂区规划时，更应重视的是厂区用地的功能性，做到科学、安全、高效和经济。 结合以上分析，本文提出阳江核电站厂区总平面布置建议图（图3），粗线条对阳江核电站厂区规划作了布置，供大家参考。 布置要点： （1）主厂房采取灵活分散布置，利用厂区地形、地势，调整各期主厂房轴线方向，依山就势，使厂区边界尽量平行于标高线，有利于降低边坡高度并减少土石方开挖量。 （2）主厂房布置时有效地避开了厂区中部存在的强风化槽（图中二三期间阴影表示部分），并使二期工程和三期工程主厂房基础完整落在微风化基岩上，减少了地基处理的难度，安全性得到了提高，有利于缩短工期，降低了工程建设费用。 （3）厂区采用明池暗管方式取水，在入水口处设取水前池，重要厂用水泵站和循环冷却水泵站分开设置，减少潜在液化砂土对水工地基的影响。 （4）由于采取暗管取水，地表可利用面积增大，三期工程施工用地不需再向北端扩伸，厂区用地可控制在北侧排洪沟以南，厂区用地面积减少，用地有效性和工程经济性增强。 （5）每期工程设独立开关站，有利于分期建设。 （6）各期工程用地相对独立，各期工程用地间均有绿化空地间隔。各期相邻核岛厂房中心距均大于285 m。安全性得到了保障，有利于将来运行生产和维修管理。 参考文献 1 GB/T 502941999，核电厂总平面及运输设计规范 岭澳核电站水工设计的几点体会来源：1 前言岭澳核电站(简称二核)位于广东省大亚湾西部、大鹏澳的北岸、大亚湾核电站(简称一核)东 约1000m处。岭澳核电站首期容量为21000MW，二期装机容量为2台1000MW级机组，当 电站首期容量为21000MW时，循环冷却水量约95m3/s，当电站达到规划容量时，循环冷 却 水总量为220m3/s。由于大亚湾核电站未考虑扩建的可能，而岭澳核电站距大亚湾核电站 排水口仅600m，两电站的温排水方案需统筹考虑，两厂温排水总量约315m3/s，且低放废 水将随冷却水一起排放，其水工布置的好坏直接影响到岭澳核电站的基建投资、两电站的安 全经济运行和环境评价。由于核电厂安全性要求严格，核电厂水工设计和火电厂的水工设计 有其共同点，也有其自身的特点，下面分别加以叙述。2 设计标准的确定21 各类冷却用水系统设计水位的选择211 常规岛循环冷却水设计水位常规岛循环冷却水设计水位参照火电厂的规定，但由于岭澳核电站的主要系统基本是大亚 湾核电站的翻版(大亚湾核电站由外国设计)，其设计低水位更低。设计高水位：P1%高潮位289mPRD (PRD:珠江基准面)设计低水位：P99%低潮位-218mPRD212 核岛安全应急水设计基准水位核岛安全应急水设计基准水位根据核电厂安全导则确定：设计最高水位：(10%超越概率天文潮高水位可能最大风暴潮增水)635mPRD设计最低水位：(10%超越概率天文潮低水位可能最大风暴潮减水)-350mPRD22 各类冷却水设计水温221 常规岛循环冷却水设计水温循环冷却水设计水温：23循环冷却水设计最高水温：33222核岛冷却水设计水温设计水温：308设计最高水温：345设计最低水温：11023 海工建筑物设计标准231 设计波浪标准设计波浪的标准通常包括设计波浪的重现期和设计波浪的波列累积频率两个方面。我国交通 部港口工程技术规范第三篇海港水文中规定，一般港工建筑物设计波浪的重现期标 准为五十年一遇，国外海工建筑物设计波浪的重现期标准一般为五十年一遇至一百年一遇。 根据本工程的重要性，对于其海工建筑物确定采用百年一遇的设计波浪重现期。此设计波浪 重现期的标准与大亚湾核电站防波堤标准一致。对于斜坡式防波堤的设计波高累积频率，海港水文中规定为13%，波高H3% 即相当于H1/3。根据近年的不规则波试验结果，国外有些规范如英国海工建筑物设计 标准已采用H作为防波堤的设计波高，H即相当于 。在深水中H127H1/3，本工程海域由于水 深较浅，1/10与H1/3的比值仅 为115左右。本次设计中，对于斜坡式防波堤，设计波浪的累积频率确定为H4%。对 于直立式防波堤和斜坡式防波堤的胸墙，设计波浪的累积频率均采用H1%。232 设计潮位标准设计高水位：百年一遇高潮位 289mPRD设计低水位：百年一遇低潮位 -218mPRD计算高水位：历时1%高潮位 087mPRD计算低水位：历时98%低潮位 -116mPRD校核高水位：最高天文潮百年一遇增水 370mPRD设计基准洪水位DBFL：635mPRD233 越浪量标准排水渠防波堤在设计情况(设计高水位与设计波浪组合)的允许越浪量标准，参照日本海堤和 护岸的常用标准：当堤的外坡、堤顶和内坡均有护面时，海堤为005m3m.s；护岸 为 02mm.s。由于防波堤后主要为排水渠，因此确定防波堤顶部的允许越浪量为0 2m3m.s，此外还要求排水渠内由于越浪造成的波高不大于10m。排水防波堤在校核情况(校核高水位与百年一遇波浪组合)下不允许有成层水体越过堤顶，对 越浪量未有明确要求。进水渠防波堤在设计情况下的越浪量以保证泵房前取水流态和水面波动的稳定性为标准。234 建筑物等级及抗震标准1)建筑物等级 级建筑物2)抗震标准 防波堤按类物项进行设计，并按类物项进行校核，检验SL1水准下的抗震 稳定性。进排水交叉口按类抗震物项进行设计，并按类抗震物项进行校核，检验SL2水准下的抗 震稳定性。3 水工设计的主要原则1) 以核电厂总体规划为基础，结合当地风、浪、流、泥沙等自然条件，远近结合，统筹兼 顾，充分体现安全第一的核电工程设计指导思想。2) 水工构筑物的布置须与电厂的布置和海洋水文地质等条件结合起来考虑。由于防波堤既 是防止大海波浪对电厂厂址的威胁，又是排水渠的一侧堤，所以海工布置上不仅要考虑电厂 经济运行的要求，还要兼顾电厂安全和布置的要求。其主要布置原则如下：考虑电厂温排水对大亚湾核电站、岭澳核电站取水口和周围环境的影响，就是寻求冷却 效果好，取水温升低，对周围环境影响小，投资省的最佳布置方案；考虑波浪对电厂安全的影响；满足泵房前水面波动的要求和保证泵房前有一个好的水流流态；考虑到大亚湾核电站已投入正常运行，岭澳核电站的供排水措施应保证维持大亚湾核电 站的正常运行。为防止漂浮物及鱼类进入渠道，取水头部处水流流速接近海流流速。3) 尽最大努力把大亚湾核电站已有的供排水措施与新设计的岭澳核电站供排水设施统一考 虑或改造，使两个不同年代的无联系的构思达到相对的统一。4) 水工建筑物结构选型合理，满足核安全要求，结构设计稳妥可靠，工程量省，施工方便 ，投资低，管理及维护简便。根据以上原则，结合水文、地质条件，通过波浪物理模型试验和冷却水工程等试验研究，最 终确定的水工建构筑物布置图见图。4 水工布置优化研究41 取水头部及进水明渠波浪模型试验411 取水头部及进水明渠根据以下原则设计：1)满足泵房前水面波动H1/303m的要求和保证泵房有一个好的水流流态；2)为防止漂浮物及鱼类进入渠道，取水头部处水流流速接近海流流速，理论断面(相应于百 年一遇低水位-218mPRD)处渠道平均流速不大于02m/s。为满足以上要求，委托天津港湾研究所做了取水明渠波浪物理模型试验。412 试验目的1)验证原设计的取水头部及进水明渠布置方案是否满足波浪扰动要求；2)在满足取水头部理论断面处流速不大于02m/s的情况下，推荐取水口和进水明渠合理的 布置型式(配合冷却水试验)，优化取水口防波堤和北导堤的长度以及是否需要双堤等，以节 省工程投资。3)为安全分析报告的编写提供依据。413 试验结果经过多种不同布置方案的试验比较和分析，得出如下结论：1)无论在小风区S向、百年一遇波浪作用下，还是在SE向、百年一遇大浪作用下，泵房前池 与原始波周期相应的短周期波浪的H波高均小于03m。2)取水头部底宽为150m以上，均可满足取水头部处水流平均流速不大于02ms。3)受一核防波堤和二核取排水总体布置的局限及取水头口门流速不大于02ms的条件限制 ，SE向浪作用时，无论取水头部及进水明渠的布置如何变化，泵房前池均存在较大幅度的长 周期水面升降，并波及到整个进水明渠，取水头口门处受其影响很小，取排水交叉口附近及 交叉口内部水域受长周期波动的影响较大。泵房前池水面表现为长周期缓慢升降的同时，又 有很少的短周期波浪的干扰。其长周期波动的平均周期在100s左右，最大周期在200300s 之间。这是我们起初未预见到的，根据专家分析，这是由于一核防波堤绕射波的影响以及进 水 渠道内自震频率与原始波二阶波频率接近的缘故造成的，这就决定了SE向浪作用下的试验结 果是方案比选的依据，其中泵房前池长周期水面波动状况则是方案比选最关键的因素之一。 泵房前池水面长周期波动幅度随水位的增高和波浪的增大而增加；随取排水交叉口内部水域 面积的扩大而减小；交叉口为箱涵式结构时，前池长周期水面波动略小于倒虹吸式交叉口时 的波动值。一期工程，取排水交叉口为箱涵式结构时，当水位为370m、289和087mPRD时， 百年一遇的SE向大浪作用下，在交叉口内部进水明渠底宽为50m时，泵房前池水面长周期升 降幅 度的平均值为10m、09m和不足09m，最大值分别为20m、18m和15m；而交叉口内 部渠道拓宽为100m后，其平均值分别减小为08m、07m和不足07m，最大值减小为16m 、15m和12m。增加二期工程后，上述值均减小0102m。由于泵房前池水面长周期波动的振幅较大，在循环水泵选型时要加以考虑；同时在DBFL6 35mPRD时，若加上长周期的波幅，则有水溢上厂区的危险(厂址地坪标高为700mPRD) 。必须采取工程措施以减轻长周期波动的影响，初步设计审查之后，专家建议以排水箱涵取 代排水明渠为主在下阶段进行重点研究，于是我们请天津港湾研究所进行了取水头部及进水 明渠波浪物模的补充试验，试验发现，当加宽进水渠尺寸时，进水渠内长周期波动有减小的 趋势，当进水渠宽度由原50m扩展至100m，同时进水明 渠尾部作一标高为640mPRD的溢流坝，使长周期波动的涌水部分越过溢流坝，从而有效 地减小了长周期波动幅度，在DBFL635mPRD时，泵房处进水渠内最大上水标高为715 mPRD，在护岸角线上做一高约1m的岸墙，既可防止长周期波动涌水对厂区的影响，又可阻止 防波堤越浪在进水明渠内引起的再生波浸入厂区。42 冷却水工程研究421 排水明渠及排水口主要的设计原则：1)排水渠的设计主要取决于温排水的试验成果。排水渠的长度、渠道断面、排水方向及出口 位置的设计要对进水渠道的冷却水温影响最小。2)排水渠道平面布置要考虑由海域进入的波浪对虹吸井运行的影响。在设计水位为289 mPRD时，剩余波高不会影响虹吸井溢流堰上排水的自由出流。3)足够的排水流速，以加强近区掺混，提高起始温降。为此委托北京水科院及广东水科所进行了冷却水工程试验研究工作。422 研究目的可研阶段，由于时间紧，主要是从宏观上对设想的多个水工布置方案(暗管远取、暗管近取 、明渠取水，一二核明渠分排、明渠合排)进行了试验研究，取得阶段性成果，推荐采用了 明渠西取合排(东排)方案的总体布局。初设阶段，由于有关的总平面布置和各项配套工程的要求，并结合岭澳核电有限公司技术顾 问的意见，对海工工程作了若干修改，试验需配合设计工作进度，继续进行全潮物模与数模 研究，按照修改后的工程布置，进行工程优化试验，并与取水头部及进水明渠波浪模型试验 工作密切配合，在此基础上与设计院共同研究，提出最终排取水口布置推荐方案；对电站分 期建设的推荐方案，需测定温排水在各种潮型条件下的影响范围，取水温升及夏季、冬季1 4 温升包络面积，为编写安全分析报告、环境影响评价报告提供依据，并为初步设计 提供重要资料。423 研究手段根据岭澳核电站紧靠大亚湾核电站、两电站相互影响相互交叉的特点，本项目采用下列试验 研究途径：1)原始资料调研对已有大亚湾海域水文气象资料进行收集分析，开展一核附近海域潮流调查测量。研究一核 运行情况，为二核冷却水工程试验研究取得可靠的基础资料。一核投产后，电厂委托海洋三所对厂区附近海域进行环境生态调查，其中有温排水对环境温 升影响的观测资料；在二核可研工作进行水文观测时同步进行水温观测；核工业航测遥感中 心还分别进行了航空遥感调查。所有这些资料对进行二核试验研究和环境分析具有重要作用 。上述两次观测结果的共同点是：温排水随潮向东流，无热水短路现象；受温排水影响的海域 ，表底分层明显；4温升包络面积1km2左右。尽管受观测手段限制，各 测点水温的观测一般需连续两天才能完成，实测水温受日气温变化和潮情的影响，不能反映 温排水随潮运动的瞬间变化，但能反映温排水总体运动规律。2)数值模拟计算采用平面二维数学模型，模拟不同潮型大亚湾的流速场、温度场，宏观地判定大亚湾潮流特 点及温排水在潮流中的运动规律，为物理模型试验提供开边界条件；模拟不利风对取水温升 的影响。3)全潮变态整体物理模型试验全潮变态物模研究主要是评价进水口与排水口之间热水循环的影响和确定湾内温度场情况。 模拟水域包括整个大亚湾，旨在简化开边界条件，提高湾内水域水力、热力模拟准确度， 并能 较好地反映水域的热量累积效应；这是进行冷却水工程方案比较的主体模型。由于模拟范围 较大而试验室面积有限，且受热力相似条件约束，模型要求几何变态。4)近区正态物理模型试验为更好地模拟排取水口近区的水力、热力特性，在进行全潮变态物理模型试验的同时开展近 区正态模型试验研究，主要观察排取水口近区的水力、热力特性，在进行全潮物理模型试验 的同时开展近区几何正态模型试验研究，主要观察排取水口附近温排水的对流掺混运动规律 及有无热水短路，从而优化排水渠的详细布置。上述四个方面的研究，构成多途径试验研究的技术路线。各项工作都有其特点和长处，但也 有其短处及不足。要求有主有从、取长补短、相辅相成。424 典型潮型的选择试验与计算所采用潮型的选择，由于习惯的典型潮难以界定，不同设计院和不同的试验单 位所采用的界定方法不同，北京水科院所以往多采用夏季实测的大、中、小潮，在岭澳核电 站可行性研究阶段的冷却水工程试验评审中，专家认为1994年夏季实测资料，大潮不大，小 潮不小，缺乏代表性。核电厂建设标准高，选择代表性好的潮型进行冷却水试验，既能使试 验重点突出，又能较好地指导水工工程设计。1996年4月26日，广电院与岭澳核电有公司为 此召开专家会议，集中研究岭澳核电站冷却水模型试验潮型选择问题，会议讨论结果如下： 1)与会专家一致认为，从取水口温升及温水覆盖面积要求出发建议试验方案采用典型潮型 时，大、中、小潮潮差保证率，应以大潮不大于10%，小潮不小于90%为好；2)会上一些专家提出了一些有益建议，如有条件时，可考虑选择组合典型潮型试验方案。 以上有关典型潮型选择的结论对于大型火力发电厂的设计也具有重要参考意义。425 研究成果通过上述四种冷却水的研究工作，得出如下研究成果：1)温排水在大亚湾潮流中的运动特性通过对大亚湾海域流场观测、数值模拟计算、物理模型试验得到一个重要的认识：大亚湾核 电站和岭澳核电站海域工程附近，是大亚湾涨、落潮辐散辐聚的海区。涨潮时，从高山角与 大辣岬涌入的潮流流至厂区附近，一股向东偏北流向虎门口水道，另一股则向西流入大鹏澳 ，海流在此呈辐散流动；落潮时反向，两股水流辐聚在厂前海域。按差位式理论布置取排水口，使温排水向东排放，涨潮时温排水借助其初动量随涨潮流向东 流，远离厂区；落潮时温排水仍然沿射流轴线方向流离排水口1km以上的距离，其初动量接 近消失后，随落潮流向南输移。经多次涨落潮，温排水在中央列岛一带形成热水区。核电 站 的大部分排热，在大亚湾内的水面与大气的交换中散发，小部分排热，随潮流输移扩散至外 海。取水口布置在向西流入大鹏澳的一股潮流中，可吸取外海低温水，随着长时间涨落潮变 化，大亚湾湾口环境水温升高后，取水水温亦相应升高，但取水温升随涨落潮变化不明显。 2)不同排水渠长度对取水温升的影响前节中已阐明了按差位设计理论，利用潮流特点，选定西取东排方案时，温排水在大亚湾中 的总体流态。此布置方案已经可行性研究审定，初设阶段则进行排水渠长度、结构型式及排 水方向详细的研究和优化。充分利用射流特性，可相应缩短排水渠长度。由于温排水流速远大于附近海流速度，故不 论涨潮还是落潮，温排水将沿排水渠轴线方向输移一定距离，在其初动量接近消失后，才随 潮往复漂移。这种流动特性说明，排水渠长短，只是温排水形成的热水区离取水口远近有所 不同。取水口汇的作用远小于潮流的作用，温排水主要随潮运动，不直接回归取水口， 这正是差位式设计理论对温排水在潮流中运动特性的基本认识。高温区离取水口远近不同，环境水受热对流扩散、传导的影响亦不同，故排水渠长短，对取 水水温有一定的影响。但是，因无热水短路回流现象，不同排水渠长取水温升相差不大。3)不同潮型对取水温升的影响排水渠长短优化试验是以夏季典型中潮为主进行的，不同潮型有所差别，试验同时进行了大 潮、小潮及潮差为零的极端情况，试验结果如下：大潮，由于潮差大，涨落潮流速大，大亚湾与外海的水热量交换大，温排水排入湾内的热 量 被带往外海的热量多，湾内环境温升较小，取水温升亦较低，一般比中潮约低02左右。 小潮潮差小，湾内与外海水热量交换