淡水在核电厂的应用

淡水在核电厂的应用

1联合行1.1门中崖门和虎跳门台风山体是广东省继亚热带和岭澳山体之后的另一个大型核电厂。位于广东省江门市赤溪市。它位于珠江大道入口处，也是黄毛海西侧的耀古湾。坐标为北纬11259，北纬2154。台山核电厂规划容量为4×1750MW,机型为EPR1750压水堆核电机组,同时预留2台1000MW压水堆核电机组,总规模9000MW。分3期建设,每期装2台机组,场平工程一次完成。一期工程装2台EPR1750机组。1.2大河流水系,以自然来水随着台山核电厂的建设和运行,需要淡水用于核电厂的生产、生活和施工,因此,需要寻找淡水水源。台山核电厂所在地是丘陵低山地区,境内的河流大多是从中部往东向、南向,或西向流入海的小河流,集雨面积小,河长较短。曹冲河是该地区较大的一条河流,由中部流向东南汇入黄茅海,其源头一带是台山市的暴雨中心,多年平均年雨量为2527.8mm。曹冲河水量丰富,流域面积相对较大,且离核电站厂址较近,通过建水库可以满足核电站取水及下游灌溉、生活用水等方面的水量要求,因此,将曹冲河定为取水水源。由于水源地的天然来水量存在较大的丰枯变化,与核电站的均衡需水不一致,需要修建水库以调节径流。经地形、地质分析,在曹冲河下游距离出海口约4.3km处适宜修建水库大坝,并通过输水管道将淡水输至核电厂,水库名为新松水库。1.3取水点总量及水资源量新松水库的首要任务是满足台山核电厂的用水需要,根据台山核电厂项目的淡水用量计算报告书,台山核电厂一期规模淡水用量按2台EPR机组进行包络计算,年最大需水量328.8万m3;台山核电厂最大规模淡水用量按6台EPR机组进行包络计算,年最大需水量为834.7万m3,用水保证率97%。此水量为终端需水量,考虑5%的输水水损,则取水点取水规模约900万m3/a。另外,由于核电厂的运行安全要求,不允许停机,核电厂机组正常运行的生产用水量必须达到99%的用水保证率,生产用水量一期2台机组为259.1万m3/a,最终6台机组为752.6万m3/a。除供应台山核电厂淡水外,新松水库还承担着下游的灌溉及生活供水任务,新松水库下游有8个村庄,现状人口2630人,预测2030年人口为3210人。有水田约133.3hm2,旱地约30.7hm2。由于新松水库坝址已接近出海口,下游村庄所建房屋离河道较远,且均在10a一遇洪水水位线以上,因此,新松水库不承担防洪任务。2流量分析2.1设计年径流与集雨面积曹冲河上未设水文站,无实测径流资料。赤溪镇境内,设有大坑水库雨量站,离曹冲河流域约5km。新松水库坝址处的年径流主要依据大坑雨量站资料和《广东省水文图集》中的降雨、径流等值线图,采用降雨与径流关系(径流系数法)及直接利用径流等值线图(等值线图法)两种方法相互分析验证。根据《广东省水文图集》,查得有关参数见表1。由于广东省等值线图所采用的资料用到1979年,比较大坑站1956～1979年年雨量均值2641mm,与等值线图查算值基本一致。而大坑站1956～2005年年雨量均值为2558mm,长短系列比值为0.969。从大坑站的年雨量过程线(见图1)中可以看出,20世纪70年代是丰水年,短系列均值稍大。考虑到长系列更具代表性,因此,曹冲河的设计年径流深采用等值线图查算并经折算到长系列的成果,见表2。曹冲河年降雨量为2520mm,年径流深为1550mm。从广东省年径流等值线图看,台山南部沿海属年径流深及径流系数高区,说明该区产流较丰富。曹冲河全流域集雨面积28.20km2,台山核电厂新松水库推荐的坝址以上集雨面积21.00km2,曹冲河上游有一个小(一)型的龙潭水库,并有一灌溉渠道将水引到流域外。龙潭水库集雨面积5.31km2,按1550mm的径流深计算,其多年平均流量为0.26m3/s,而龙潭引水渠的设计流量为0.6m3/s,因此,龙潭水库的水基本全部引到流域外,为安全起见,计算年径流时,扣除龙潭水库坝址以上集雨面积5.31km2,则台山核电厂水库坝址以上控制有效集雨面积为15.69km2。由设计年径流深和集雨面积计算得坝址以上多年平均径流量为2431.6万m3,多年平均流量为0.77m3/s。97%的设计年径流量为955万m3,99%的设计年径流量为746万m3。2.2年际全年分配根据水库调节计算的需要,除计算年径流量外,还需分析径流的年际年内分配,以大坑站雨量分配为基础进行一定的修正和调整,分析出长系列的径流过程,以满足多年调节水库或年调节水库推求库容的要求。(1)年径流的年际变化在年际分配上,由于年径流的Cv与年降雨的Cv存在差异,根据等值线图的查算结果,曹冲河年径流的Cv为0.4,年降雨的Cv为0.3,说明年径流的年际变化更为剧烈和离散。如果以大坑站历年雨量按照径流系数0.615求年径流系列,则年径流系列的Cv与年雨量的Cv是一样的,不能反映年径流和年雨量在多年间分配的不同。为了反映年径流的年际间分配,先计算大坑站各年雨量经排列后的经验频率,再根据各年份所对应经验频率以设计年径流成果频率曲线计算各年份的设计年径流值。新松水库坝址以上年径流系列成果见表3。(2)水文年次分配径流的年内分配,主要以大坑雨量站各年年内雨量分配为地表径流分配的基础,而基流则平均分配,再进行地表径流及基流的叠加。根据台山南部地区的实际情况,年内分配按水文年5月至次年4月进行分配。曹冲河属粤西沿海水系,按广东省大中河流基流占河川径流的比重,粤西沿海水系一般为12%,在移用到小河时,由于小河与大中河流补给特性不同,小河地下水补给的比重相对小一些,因而径流年内分配更加不均匀。曹冲河集雨面积为28.20km2,属粤西小河,基流的比重要作一定的修正,取10%作为基流的比重。年内分配的时段选择,由于核电厂要求均匀供水,计算时段主要考虑灌溉用水的要求以旬为时段进行调节计算。根据上述方法计算出以旬为时段的长系列来水量过程。3需要水分析3.1管网漏损的影响核电厂的供水,通过兴建新松水库从曹冲河取水,取水后以供水管线输送到核电厂淡水水厂。由于台山核电厂淡水水源工程一次建成,新松水库按最终规模(6台机组)设计。台山核电厂规划容量为9000MW,年需水量为834.7万m3,用水保证率P=97%,均匀供水,加上管网漏损后,年取水量为900万m3。同时,核电厂机组生产用水量752.6万m3/a的用水,这部分用水量包括了常规岛、核岛和BOP用水,用水保证率99%,加上管网漏损后,年取水量为818万m3。新松水库的供水库容,应考虑最大规模97%年取水量为900万m3。计算出所需的兴利库容后,再以年取水量900万m3进行验算,计算实际保证程度,并复核正常运行期机组生产用水量752.6万m3/a(P=99%)的实际保证程度。3.2年灌溉保证率分析曹冲河的水源,要灌溉下游新松、大浪、南阳、东阳、山边、留古、潘村、角咀8个村的农田,共有水田约133.3hm2,旱地约30.7hm2。由于在以后耕地面积增大的可能性不大,因此,规划水平年的灌溉用水量,按现状耕地面积考虑,年灌溉保证率采用90%。灌溉定额按台山南部地区一年三熟P=90%田间需水量,渠系有效系数按0.6考虑。3.3年年的人口曹冲河流域生活用水量根据2005年的2630人,考虑人口自然增长率8‰,则2030年水平年的人口为3210人。按城镇生活、生产及公共设施等综合用水计算,定额按300L/(人·d),则生活用水年需水量为35.1万m3,每月需水量为2.9万m3,生活用水保证率采用97%。3.4ant法的计算生态用水量是为了在拦截河水建库后,在下游河道中保持一定的流量,以维持河道的生态环境,满足在下游河道中的灌溉及生活用水。采用Tennant法计算河道内环境和生态需水量,鉴于已经考虑了下游灌溉及生活用水,并通过取水口放入下游河道中,因此,以新松村作为控制断面,年生态用水量按多年平均水量的10%考虑。新松村控制断面以上多年平均年径流量为2980.10万m3,则年生态用水量为298.01万m3,平均分配到12个月共36旬,则每旬生态用水量为8.28万m3。根据以上分析,各项用水年需水量为1421.42万m3,需水量见表4。3.5损失的数量(1)蒸发系数水库蒸发损失按下式计算:△E=[kE水−(P−Y)](1)△E=[kE水-(Ρ-Y)](1)式中△E为库区陆面变为水面引起的蒸发增量,即蒸发损失量;E水为水面蒸发量;k为由蒸发器数字推算为大面积蒸发值的换算系数;P为坝址以上多年平均降雨量;Y为坝址处多年平均径流量。根据1991年《广东省水文图集》查得曹冲河流域多年平均年水面蒸发量为1300mm(蒸发器为改进后的E601),转换为标准蒸发器D20的折算系数为0.97。由曹冲河流域年降雨深2520mm,年径流深1550mm,可得年蒸发深度△E为:蒸发量的各月分配根据《广东省台山市江河流域综合规划专题报告》,则各月蒸发损失深度见表5。(2)底径流透水层渗流测定水库渗漏损失表现在经过坝体闸门的漏水、坝基及坝两翼渗水、库底流向较低的透水层的渗漏,以及向库外渗水等,此项较难准确定量。参考相似地质条件的工程和附近工程,取年渗漏损失深度250mm,年内损失平均分配,各月渗漏损失深度见表6。(3)蒸发和泄漏损失蒸发、渗漏各旬损失量以当旬水库库面面积乘以相应旬损失深度计算。4调整体积并确定4.1多种用水保证率分析核电站的淡水年取水量900万m3/a,用水保证率P=97%,加上下游的各项需水,总需水量1421.42万m3。根据径流分析,97%的入库年径流量为954.79万m3,小于年总需水量1421.42万m3。在表3所列的径流系列中,有6个年份的当年来水量小于需水量,这些年份需要跨年度调节,因此,水库必须具备多年调节能力。多年调节水库的库容取决于连续枯水年组的总缺水量,由于年需水量与97%的年径流量相差不是很大,在调节计算中,需要跨年度调节的年份最多为3a,而推算的径流系列超过30a,因此,以时历法多年调节计算来推求多年调节库容,即求出每年所需的库容再进行排频,求出相应97%保证率的库容,然后再以此库容对长系列进行验证。采用长系列时历法(列表法)调节计算,调节年度用水文年,计算时,从供水期未开始逆时序进行调节,根据各用水对象的供水保证率及其重要性,按照核电站安全运行用水、生活用水、核电站其它用水、灌溉用水、环境用水的顺序进行径流调节计算,计算结果97%保证率的库容约为1100万m3。取兴利库容1100万m3对长系列进行验证,验证结果表明,核电用水和生活用水可以保证全系列不受破坏,年保证率98%,灌溉、环境用水1964年4月下旬缺水15.40万m3,年保证率96%。各种用水保证率见表7。因此,长系列时历法计算表明,兴利库容为1100万m3时,可以满足核电厂最大年需水量834.7万m3/a,保证率97%的用水要求,同时可满足下游生活、灌溉、环境用水保证率要求。4.2合成总库容法由于受系列长度的限制,长系列时历法即使全部年份均保证,保证率也只有98%,对于台山核电厂正常运行期752.6万m3/a生产用水量,818万m3取水量,保证率P=99%的要求,需应用数理统计法中的合成总库容法进行兴利库容复核,合成总库容包括年库容及多年库容,其中年库容用以调节年内季节性径流变化;多年库容用以调节年际间径流变化。当遇到99%特枯年份时,需满足台山核电站99%的年取水量818万m3,而水库下游的生活、灌溉及生态等用水所要求的保证率较低,在特枯年份按生活供水削减20%,灌溉供水也削减50%,生态用水削减70%考虑,则全年总需水1029.65万m3。(1)52014年选取年来水量接近99%年需水量的若干典型年1963、1990年和2004年。将这些典型年通过同倍比缩放使年来水量等于99%年需水量,按列表法调节计算求得各典型年的年部分库容分别为402、420万m3和508万m3,选取平均值443万m3作为设计年部分库容。(2)长系列时布局计算库容工程的径流调节系数为99%年需水量与多年平均来水量的比值为0.465,而曹冲河年径流系列Cv=0.4,Cs=2Cv,查古戈里线解图可得库容系数为0.22,则多年部分库容分别为535万m3。由年部分库容和多年部分库容相加可求得99%保证率下的总库容为978万m3。因此,长系列时历法及合成总库容法计算结果均表明,兴利库容为110