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2×1000MW，二期装机容量为2台1000MW级机组，当 电站首期容量为2×1000MW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：P＝1%高潮位＝289mPRD (PRD:珠江基准面)
•设计低水位：P＝99%低潮位＝-218mPRD
212 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)＝-350mPRD
22 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：33℃
222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：110℃
23 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H１3% 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H１／１０作为防波堤的设计波高，H１／１０即相当于Ｈ４％ 。在深水中H１／１０＝127H1/3，本工程海域由于水 深较浅，Ｈ1/10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：635mPRD
233 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005m3／m.s；护岸 为 02m３／m.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 2m3／m.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 Ⅰ级建筑物
2)抗震标准 防波堤按Ⅲ类物项进行设计，并按Ⅱ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Ⅱ类抗震物项进行设计，并按Ⅰ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H1/3≤03m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H１／３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02m／s。
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02m／s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200～300s 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01～02m。
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DBFL＋6 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DBFL＋635mPRD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小，环境水温升较高，取水温升亦较高，较高潮约高 02℃左右。
潮差为零的极端情况试验，即全部排热在大亚湾内冷却，取水温升比中潮约高04℃左右。 这是无风时不利的极端情况，一般不会出现。
4)风对取水温升的影响
风对冷却水取水温升的影响，存在着有利和不利两种情况：风速大，散热系数大，水面散热 能力增强，取水温度降低；风生水流可使水面高温区被吹离取水口，取水温度降低。其不利 影响主要表现在：不利风向下产生的自东向西的沿岸流，将迫使温排水向取水口方向流动， 取水温升随之升高。
试验研究采用均匀风吹二维数模计算成果，结果表明：不利风向影响可使取水水温在取潮变 态模型试验取水温升的基础上再增加1℃左右。
43 其它重要的水工试验
431 联合断面越浪量及导流防波堤断面稳定性试验
联合断面越浪量试验研究的目的主要是研究防波堤、护岸的越浪量，为防波堤、护岸胸墙标 高的设计提供根据。导流防波断面稳定性试验主要研究在不同地区(-5m、-10m水深)防波堤断面的稳定性，测定 胸墙波压力分布；同时测定防波堤内侧的再生波波要素，并进行护岸断面的稳定性试验。试验采用规则波和不规则波两种方法进行。规则波以临界破碎波高Hb作为H1%，不 规则波采用港口水文规范确认的风浪频谱。
试验水位
(1)设计基准洪水位DBFL：＋635mPRD
(2)校核高水位：＋370mPRD
(3)设计高水位：＋289mPRD
试验风速采用百年一遇最大风速485m/s。
根据HAF0111洪水的设计基准，应用洪水起因事件的相应组合估计设计水位，用风暴潮和波 浪的相互联系估计对建筑物的影响。
432 虹吸井及排水流道水工模型试验
广东大亚湾核电站虹吸井后产生大量泡沫，且不消失，造成大海环境污染。据分析原因有两 个：一是海水中海生物及藻类经循环水管后死亡发酵，是产生泡沫的内因；二是由于虹吸井 落 差大流道跌落厉害，是产生泡沫的外因。由于核电厂安全性的要求，滨海核电厂比火电厂厂 坪 标高高约2～3m，相应虹吸井堰顶标高也较高，水流落差大。本试验的目的是优化溢流堰堰 型及排水流道，并提出其他工程措施以阻止泡沫流入大海。
433 防波堤、交叉箱涵抗震试验
按照核电安全导则《核电厂的地震分析及试验》(HAF0215)对防波堤、进排水交叉箱涵进行 了抗震试验及分析，旨在验证其设计是否满足核电厂抗震规范的要求。
5 最终水工建(构)筑物布置图的确定
51 取水口位置和进水渠长度的确定
根据大鹏澳的潮流和海水温度特点，取水口布置在厂区西侧，并尽量靠近大亚湾核电站取水 口。使取水口的位置位于涨潮流辐散区西侧，以利用杨梅坑至大鹏澳之间的冷水通道，吸取 冷 却水。取水口朝向西南，呈喇叭状，取水口外堤长于内堤，以掩护内堤不受NE向强浪的影 响 ，取水头部长度和宽度系根据取水头部和进水明渠波浪模型试验确定，最终确定的取水头部 口门宽150m，外堤长400m，内堤长200m，分别比可行性研究阶段确定的长度缩短250m和200 m。52 排水口位置和排水渠长度的确定排水渠长度越长，排水 口距取水口则越远，相应的取水温升越小，但工程量和工程投资增大 。合理的排水渠长度和排水口位置既能保证电厂安全、经济运行又能使工程建设投资经济。 从温排水的结果看，排水渠长在1000～1300m之间比较合适，根据防波要求和工程整体布置 的要求最后确定排水渠长度为1190m，比可行性研究阶段确定的长度缩短310m。排水渠出水口布置在乌石角以东，并随地形走势，向南偏转15°(即北偏东60°)。
53 结语
本文通过对岭澳核电站水工设计的标准、优化布置研究的叙述，从而为核电厂水工设计标准 化、规范化提供了可供参考的资料和建议。由于岭澳核电站紧靠大亚湾核电站，而大亚湾核 电站未考虑扩建的可能性，这使得岭澳核电站的水工设计非常复杂和安全性要求高的特点， 其研究思路及成果对以后核电厂和大型火电厂的设计均有参考价值。
对生态环境的影响研究是否有考虑评估?在文中应有所提及.
