凌 君 范寅娣 周新建

(深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

隨著我國核電事業(yè)的迅速發(fā)展以及公眾環(huán)境保護意識的加強，溫排水熱污染已成為我國核電建設過程中面臨的主要環(huán)境問題之一。對于采取直流冷卻的濱海核電廠，其熱轉換效率一般為30% ～35%［1］，剩余大量的余熱經(jīng)冷卻進入海洋環(huán)境，不僅使附近的海水溫度持續(xù)升高，加速向周圍擴散，還會對溫排水影響區(qū)域范圍內(nèi)的生物群落產(chǎn)生不同程度的影響。

1 相關環(huán)境保護法規(guī)標準

核電廠溫排水對環(huán)境影響的問題，在國內(nèi)外已引起政府管理部門的充分重視。分別制定相應的法規(guī)、標準、導則等，以指導開展核電廠溫排水監(jiān)測，為核電廠的環(huán)境影響后評價提供數(shù)據(jù)，貫徹落實核電廠的環(huán)境管理制度。

1.1 國內(nèi)相關法規(guī)標準

《中華人民共和國水污染防治法(2008 修訂)》規(guī)定:“向水體排放含熱廢水，應當采取措施，保證水體的水溫符合水環(huán)境質(zhì)量標準?！?/p>

《海水水質(zhì)標準》規(guī)定:“對于第一、二類海域海水水質(zhì)，人為造成的海水溫升夏季不超過當時當?shù)? K，其他季節(jié)不超過2 K;對于第三、四類海域海水水質(zhì)，人為造成的海水溫升不超過當時當?shù)? K。”

《核動力廠溫排水環(huán)境影響審評原則(征求意見稿)》中規(guī)定:“核動力廠運行后，應對排放口處溫排水的流量和水溫進行監(jiān)測，在排水混合區(qū)內(nèi)設置適當?shù)谋O(jiān)測點并進行定期檢查，以確保溫排水混合區(qū)的大小滿足要求?！?/p>

《核電廠溫排水環(huán)境影響評價技術規(guī)范》規(guī)定:核電廠的溫排水環(huán)境影響評價應根據(jù)核電廠的不同階段開展工作。

①建造階段，依據(jù)廠址水域詳細的實測水文氣象資料、水下地形資料、生態(tài)資料等以及與溫排水相關的核電廠工藝參數(shù)及布置資料，通過數(shù)值模擬計算［2］和物理模型試驗研究［3］得出溫排水影響范圍預測成果;而后開展詳細的溫排水環(huán)境影響評價，并提出滿足環(huán)境保護要求的措施。

②運行階段，根據(jù)已實施的工程方案評價溫排水環(huán)境影響，確認其是否滿足環(huán)境保護的要求，提出運行階段溫排水監(jiān)測的方案。

其中，運行階段溫排水監(jiān)測方案主要有遙感監(jiān)測［4］和連續(xù)定點監(jiān)測［5］?！逗穗姀S溫排水衛(wèi)星遙感監(jiān)測應用技術標準(征求意見稿)》規(guī)定了濱海核電廠溫排水衛(wèi)星遙感監(jiān)測的技術內(nèi)容、程序和方法。

1.2 國外相關法規(guī)標準

由于建設項目排污特征、環(huán)境功能區(qū)、敏感保護目標等不同，國外溫排水的要求與國內(nèi)的不同。

法國環(huán)境管理當局根據(jù)敏感保護目標提出溫度限值要求:在鮭魚水域取排水溫差＜1. 5 K，混合后溫度≤25 ℃;在鯉魚水域取排水溫差≤3 K，混合后溫度≤28 ℃;在飲用水處取排水溫差≤3 K，混合后溫度≤25 ℃。

國外(部分)溫排水的相關要求如表1 所示。

表1 國外(部分)溫排水的相關要求［6］Tab. 1 Related domestic requirements of thermal discharge

1.3 環(huán)境影響評價要求

《環(huán)境影響評價技術導則 總綱》中要求:“結合建設項目影響特征，制定相應的環(huán)境質(zhì)量、污染、生態(tài)以及社會環(huán)境影響等方面的監(jiān)測計劃”。

《環(huán)境影響評價技術導則-地面水環(huán)境》中，將地面水環(huán)境影響評價分為三個階段:第一階段包括工程概況、環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、工程分析等;第二階段包括環(huán)境影響預測、評估等;第三階段包括環(huán)保建議和措施、小結等。導則中明確將熱污染(以溫度表征)定義為污染物，溫度屬于常規(guī)水質(zhì)參數(shù)的基礎項，同時屬于火電、熱電建設項目的特征水質(zhì)參數(shù);規(guī)定了海灣取樣監(jiān)測點的原則、方法和數(shù)目;提出海水溫度及溫度場分布，可按特征理論溫度模式進行預測。

《海洋監(jiān)測規(guī)范 第1 部分:總則》中:“監(jiān)測范圍內(nèi)，以最少數(shù)量監(jiān)測站滿足監(jiān)測目的的需要;近密遠疏;盡可能沿用歷史監(jiān)測站，適當利用海洋斷面調(diào)查監(jiān)測站，考慮監(jiān)測站分布的均勻性等”。

《海洋監(jiān)測規(guī)范 第4 部分:海水分析》中規(guī)定:“表層水溫表法用于測量表層水溫度;顛倒溫度表法用于測量表層以下水溫?！?/p>

《近岸海域環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》中要求:“以排污口為放射中心，按扇形布設;環(huán)境功能區(qū)達標，面積在5 km2以上環(huán)境功能區(qū)，至少布設1 個監(jiān)測站;每年2 ～3 次，根據(jù)水深確定采樣層次等?！?/p>

《小型海洋環(huán)境監(jiān)測浮標》中規(guī)定了“浮標體的工作環(huán)境條件、基本要求、錨系要求、供電要求等”內(nèi)容。

2 核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)

核電廠正常運行期間排放的溫排水對海洋環(huán)境的影響監(jiān)測，主要有海面定點測量和熱紅外遙感數(shù)據(jù)測量兩種方法。雖然熱紅外遙感數(shù)據(jù)測量能夠快速獲取大面積溫度場的特征數(shù)據(jù)信息，但受限于空間分辨率、天氣條件等因素［3］，并不能滿足實時監(jiān)測需求。為了滿足開展溫排水對海洋環(huán)境影響評價的需要，亟須開展溫排水定點連續(xù)監(jiān)測，但國內(nèi)在建和在役核電廠以及火電廠等均未開展溫排水定點連續(xù)監(jiān)測工作。

2.1 國外核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)應用介紹

根據(jù)近岸淺排或離岸深排的溫排水方式、熱交換條件不同的海洋環(huán)境現(xiàn)狀，分別介紹法國Gravelines核電廠和Blayais 核電廠的溫排水監(jiān)測系統(tǒng)。

Gravelines 核電廠根據(jù)法國管理當局的要求設置了連續(xù)監(jiān)測裝置。其在冷卻水引水渠、排水渠出水口以及離排放口1 000 m 處各設置了一個監(jiān)測點，編號分別為10 號、11 號和7 號。其中，10 號和11 號兩個點有雙重監(jiān)測設備，冗余的溫度記錄儀可以保證水溫的連續(xù)測量;海上的7 號沒有冗余溫度記錄儀，一旦發(fā)生故障需要向法國管理當局報告。每個監(jiān)測點測量3層水溫(海底以上1 m、中間層、海面下1 m)，連續(xù)測量，每月抄錄數(shù)據(jù)，并每月定期向政府部門報告。同時，定期將溫度記錄儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)與通過模型計算得到的模擬數(shù)據(jù)進行比較。

Blayais 核電廠位于入?？谏嫌?0 km，附近水體約4.5 km 寬，潮汐影響明顯，有一些與岸平行的島嶼和沙洲，靠近左岸有一條水深在基準海平面下7 ～10 m的主航道。為了利于冷卻水的擴散，循環(huán)冷卻水采用近取遠排(離岸深排)，從距離岸邊400 m 處取水，排水垂直于岸邊約3 km。4 臺機組共2 個排放管，每個排放管長約200 m 的擴散段，在兩個沙洲中間排放。溫排水監(jiān)測點設置在排放點附近，從1978 年起，開始連續(xù)溫度監(jiān)測，到1989 年3 月，將測溫點從17 個減少到8 個。每4 年做一次溫度航測。按照中潮、高潮位后3 h 的模擬結果，2 ℃等溫線的包絡面積不到2 000 m2，最遠距離5 km。

2.2 核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)總體設計

核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測站(浮標體系統(tǒng))、信號接收站、中央服務器組成。核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)總體結構圖如圖1 所示。

圖1 核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)總體結構圖Fig.1 Overall structure of thermal discharge monitoring system in NPP

2.2.1 監(jiān)測站(浮標體系統(tǒng))

監(jiān)測站(浮標體系統(tǒng))由浮標體、溫度傳感器、集成系統(tǒng)和其他定位、防護等裝置共四部分組成。

監(jiān)測站的基本功能為:溫排水相關常規(guī)和特征水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測;信號處理、傳輸;接收中央服務器的控制指令，并執(zhí)行相應的操作。監(jiān)測站目前應用較為廣泛的有溫度鏈浮標體系統(tǒng)和剖面浮標體系統(tǒng)，如圖2和圖3 所示。其中，溫度鏈浮標體系統(tǒng)適用于近海區(qū)域和海水潮位變化較小的區(qū)域;剖面浮標體系統(tǒng)適用于所有區(qū)域，但需輔以定位系統(tǒng)。

圖2 溫度鏈浮標系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of temperature chain body system

圖3 剖面浮標體系統(tǒng)圖Fig.3 Profiling float body system

2.2.2 信號接收站

信號接收站接收監(jiān)測站的監(jiān)測信號和中央服務器的控制指令。

2.2.3 中央服務器

中央服務器接收監(jiān)測站的監(jiān)測信號，分析水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)，判斷是否符合海洋環(huán)境管理要求。當監(jiān)測參數(shù)不滿足海洋環(huán)境管理要求時，發(fā)出報警，提示運行人員執(zhí)行相應的操作。運行人員通過中央服務器發(fā)出控制指令，如維修、標定指令等。

2.3 核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)的相關設計要求

為保證核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求，需要滿足以下設計要求。

2.3.1 監(jiān)測參數(shù)要求

依據(jù)溫排水環(huán)境影響的水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測需求，溫排水監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)相應的監(jiān)測功能。溫排水監(jiān)測系統(tǒng)至少包括監(jiān)測點坐標參數(shù)、監(jiān)測不同溫度層的溫度和溫度場分布。在溫度超過標準限值時，可考慮監(jiān)測影響溫度和溫度場分布的相關參數(shù)(如流場分布、熱交換條件等)以及海洋生態(tài)受溫排水的影響。

2.3.2 運行、維護要求

浮標體系統(tǒng)位于海面上，應充分考慮供電需求和通信方式的可行性。

(1)供電需求:能夠實現(xiàn)電纜供電的區(qū)域，可考慮電纜和UPS 雙重供電;其他區(qū)域應提供足夠容量的UPS 電源，條件允許時應輔以太陽能等供電方式。

(2)通信方式選擇:優(yōu)先考慮電纜通信，并考慮無線通信進行冗余設計。

(3)浮標體承載:為便于就地維修，條件允許時，浮標體至少能承載500 kg 的質(zhì)量(2 人身體質(zhì)量+維修工具質(zhì)量)，并有一定的操作空間。岸上維修應考慮浮標體滿足環(huán)境條件下定位要求，浮標體應盡量輕。

2.3.3 其他要求

浮標體系統(tǒng)布置在海面上，易受海水腐蝕，應進行防腐蝕、防水、防雨、防寄生處理;對航道、漁業(yè)作業(yè)有一定程度的影響，應設置警示燈、防撞設計。

3 適應性分析

目前，國內(nèi)外環(huán)境管理結構或組織從環(huán)境保護方面提出水污染(包括熱污染)的監(jiān)測原則、方法、頻次等要求，但大部分針對取樣監(jiān)測，在連續(xù)定點監(jiān)測方面沒有相關指導意見。

《核動力廠溫排水環(huán)境影響審評原則(征求意見稿)》、《核電廠溫排水環(huán)境影響評價技術規(guī)范》、《環(huán)境影響評價技術導則 總綱》等要求開展核電廠溫排水監(jiān)測，核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)屬于定點連續(xù)監(jiān)測，借鑒取樣監(jiān)測的相關要求，以III 類海洋功能區(qū)為例，進行適應性分析。

3.1 監(jiān)測范圍及監(jiān)測站布置分析

(1)根據(jù)《海水水質(zhì)標準》要求、III 類海洋環(huán)境功能區(qū)要求，溫升不得超過4 K。

(2)根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則-地面水環(huán)境》要求，環(huán)境影響現(xiàn)狀調(diào)查確定海水本底溫度;由特征理論溫度模式預測海洋溫度及溫度場分布，溫升為4 K的等溫線為監(jiān)測范圍邊界。

(3)根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則-地面水環(huán)境》要求，若等溫線穿越其他功能區(qū)，應根據(jù)功能區(qū)進行調(diào)整監(jiān)測范圍。

(4)根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則-地面水環(huán)境》要求，監(jiān)測站布置在入水口(參考點)、出水口(初始值)、監(jiān)測范圍邊界(熱污染影響范圍)。若監(jiān)測范圍邊界處有環(huán)境保護敏感目標，應考慮增加監(jiān)測站。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容分析

(1)核電廠熱效率比火電廠低，水溫作為常規(guī)、特殊水質(zhì)參數(shù)(《環(huán)境影響評價技術導則- 地面水環(huán)境》)，核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)至少應監(jiān)測水溫參數(shù)，可兼顧pH 值、溶解氧含量等參數(shù)。

(2)根據(jù)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》要求，最多監(jiān)測3 層水溫。為了掌握海水溫度場分布，核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測海面下1 m、海底上1 m 和中間層的海水溫度。

(3)根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范 第1 部分:總則》要求，監(jiān)測站應盡可能包括其他水質(zhì)監(jiān)測功能，核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)采用功能模塊，具備其他水質(zhì)監(jiān)測功能擴展能力。

4 結束語

核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測核電廠運行時排放的廢熱對周邊海洋環(huán)境的影響，通過監(jiān)測溫升和溫度場分布，可確保熱污染排放滿足海洋環(huán)境功能區(qū)達標要求。

(1)按照相關法規(guī)標準的要求，核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)的設置是必要的。

(2)核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)的設計滿足相關法規(guī)標準、技術導則的要求。

(3)核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)是創(chuàng)新性設計，在設計中預留功能擴展空間。

(4)核電廠溫排水監(jiān)測系統(tǒng)為核電廠運行中的環(huán)境管理提供數(shù)據(jù)，為環(huán)境影響跟蹤評價提供依據(jù)。

鑒于國內(nèi)法規(guī)標準僅提出混合區(qū)的概念，沒有明確混合區(qū)邊緣的溫升限值以及合理的混合區(qū)范圍等信息，使得法規(guī)標準缺乏可操作性。因此，后續(xù)建議以某一核電廠為研究對象，設置一套溫排水監(jiān)測系統(tǒng)，由點及線地開展溫排水監(jiān)測工作，為設置合理的溫排水混合區(qū)及溫升限值等監(jiān)管指標提供數(shù)據(jù)支持。

［1］ 朱曉翔，劉建琳，王鳳英.核電站溫排水環(huán)境影響研究方法調(diào)查評價［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):8 -10.

［2］陳丕翔，倪培桐，黃健東.臺山核電廠一期工程EPR 機組溫排水數(shù)值模擬研究［J］.廣東水利水電，2013(11):15 -18.

［3］ 黃健東，羅岸，付波，等.大亞灣核電基地溫排水物理模型試驗研究［J］.廣東水利水電，2011(9):6 -8.

［4］ 孫戀君，王鳳英，朱曉翔. 田灣核電站溫排水環(huán)境影響遙感調(diào)查［J］.輻射環(huán)境，2011，20(3):330 -332.

［5］ 王冠琳，熊學軍.田灣海域溫排水分布及變化規(guī)律分析［J］. 海洋科學進展，2013，31(1):69 -74.

［6］ 於凡，張永興，楊東.濱海核電站溫排水的混合區(qū)設置［J］.水資源保護，2010，26(1):53 -56.

［7］ 石繼香，官云蘭，趙利民，等.國內(nèi)外溫排水熱影響監(jiān)測與評價研究方法探討［J］.江西科學，2014，32(1):73 -77.