王秉昌

摘? 要：核電廠建設前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，隨著近期海洋環(huán)保政策的收緊，環(huán)境影響和用海用島專題逐步上升至更重要的地位，甚至成為決定性因素。該文有針對性地對核電廠海域排水工程自身的特點，對其工藝、現(xiàn)狀、設計流程、方案技術特點等進行系統(tǒng)的總結分析，并根據(jù)目前國家相關的海洋環(huán)保政策提出核電廠排水工程的未來發(fā)展趨勢，為后期核電廠排水工程設計思路提供參考。

關鍵詞：核電廠? 排水工程? 海洋環(huán)保政策? 適應性? 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（b）-0080-04

Development Trend of Drainage Works in Nuclear Power Plant under the Strict Marine Environmental

Protection Policy

WANG Bingchang

（CCCC-FHDI Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province， 510230? China）

Abstract： In the early stage of nuclear power plant construction， marine environmental protection policies are relatively loose. With the recent tightening of marine environmental protection policies， the topic of environmental impact and the use of sea islands has gradually risen to a more important position and even a decisive factor. This paper systematically summarizes and analyses the drainage technology， current situation， design process and technical characteristics in nuclear power plant， puts forward the development trend of drainage works in nuclear power plant under the strict marine environmental protection policy， and can provide reference for the design of power plant drainage engineering.

Key Words： Nuclear power plant; Drainage works; Marine environmental policy; Adaptability; Development trend

1? 核電廠排水現(xiàn)狀

核電作為清潔能源，其基本特性決定了在應對能源挑戰(zhàn)中有能力發(fā)揮無可替代的重要作用，我國在現(xiàn)階段發(fā)展核電也是調(diào)整能源布局的有效途徑。中國核電己形成規(guī)?；炕l(fā)展格局。經(jīng)過30余年的發(fā)展，中國核電取得了舉世矚目的成就，不僅建成了一批技術先進、安全性好、運行業(yè)績優(yōu)良的核電廠 ，實現(xiàn)了從二代核電向三代核電的技術跨越，而且形成了核電發(fā)展完整的產(chǎn)業(yè)鏈和保障體系[1]。國內(nèi)在運行和在建的核電廠主要有20座，包括遼寧省紅沿河、徐大堡，山東省海陽、石島灣，江蘇省田灣，浙江省秦山、方家山、三門，福建省寧德、霞浦、福清、漳州，廣東省大亞灣、嶺澳、臺山、陽江、陸豐、太平嶺，廣西省防城港，以及海南省昌江等核電廠 。所有核電廠全部分布在東南沿海地區(qū)，均采用以海水為最終熱阱的一次循環(huán)冷卻方式。因此，在海域取排水工程領域國內(nèi)眾多學者專家進行了大量的研究工作。其中，針對取排水總體方案方面，張俊等研究者研究了不同取排水方式的優(yōu)缺點和適應性，取排水構筑物常用的平面布置方式及所考慮的取水安全、溫排水、潮流、泥沙和波浪等因素;吳慶旺[2]則給出了濱海核電廠取排水方案研究的邏輯，同時提出海洋生態(tài)紅線制度、環(huán)境影響評價、通航條件影響評價、核電標桿電價等新的形勢下取排水方案新要求。而在結構方面，針對暗排方案制定并發(fā)布了《核電廠取排水隧洞結構設計規(guī)范》。從節(jié)能減排方面，張愛玲等研究者強調(diào)了環(huán)境保護因素尤其是減少熱污染影響對設計的重要性，說明了通過合理設計取排水工程可以達到的節(jié)能減排效果。核電廠建設前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設因素中工程費用為主導因素，隨著近期海洋環(huán)保政策的收緊，環(huán)境影響和用海用島專題逐步上升至更重要的地位，甚至決定性因素。前人的研究多數(shù)基于取排水方案的內(nèi)容，由于取水安全的重要性，設計中也出現(xiàn)“重取水，輕排水”現(xiàn)象。該文有針對性地對核電廠海域排水工程自身的特點，對其工藝、現(xiàn)狀、設計流程、方案技術特點等進行系統(tǒng)的總結分析，并結合目前國家相關的海洋環(huán)保政策提出核電廠排水工程的未來發(fā)展趨勢，為后期核電廠排水工程設計思路提供參考。

2? 核電廠排水工藝

國內(nèi)核電廠項目排水工程可大致分為暗管排水方式和明渠排水方式兩種型式。這兩種方式均是由廠區(qū)虹吸井通過暗管穿堤至海域，不同的是穿堤出來后，暗管排水方式則將暗管繼續(xù)延伸至排水點通過排水頭部排出（包括近岸直接排出的方式）;而明渠排水方式則是再通過單邊堤或者雙堤導流至排水點處，排水流程工藝如圖1所示。這兩種排放方式應用均很廣泛。經(jīng)統(tǒng)計，20座核電廠中有9座采用暗管排水（其中紅沿河、秦山、三門、寧德和陽江核電廠采用短暗管近岸排放;昌江核電廠 一期工程采用長約2.2 km沉管排水;方家山、陸豐一期工程和太平嶺一期工程分別采用1.1 km、3.5 km和2×3.5 km盾構隧洞排水），其余11座采用明渠排水。從統(tǒng)計結果可以看出核電廠建設前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設因素中工程費用為主導因素，排水工程多為明渠排水方式或者短暗管近岸排放（共16家）。

3? 排水方案設計流程

根據(jù)《核電廠可行性研究報告內(nèi)容深度規(guī)定》（NB/T 20034—2010），核電廠新建、擴建工程均應開展可行性研究，編制工程可行性研究報告，為項目決策提供科學研究。為完成可研報告的編制以及獲取有關論證結論等，在可行性研究階段，開展單項、專篇或專題研究工作，以及國家政府職能部分規(guī)定的工程建設需開展的其他相關專題或專項工作。這些專題中波浪模型試驗、潮流泥沙試驗、海陸域地形測量和地質勘查主要為排水方案的研究提供基礎數(shù)據(jù)，溫排水試驗、通航安全影響評價、環(huán)境影響評價、排水工程方案報告主要為排水方案研究提供評價方法和標準。海域使用論證主要為排水方案提供實施載體。各專題之間相互配合和相互迭代共同研究出推薦排水方案。隨著近期海洋環(huán)保政策的收緊，環(huán)境影響和用海用島專題逐步上升至更重要的地位，環(huán)境影響貫穿于設計施工運行整個電廠的生命周期。在選址階段就要對環(huán)境敏感點進行初步的篩選，在設計施工過程中環(huán)境影響成為方案是否可行的決定性因素之一，環(huán)境影響評價結果將直接影響到用海用島的申請進而影響到項目的立廢[3]。

4? 海洋環(huán)保政策收緊形勢下排水工程發(fā)展趨勢

4.1 明渠排水方案技術特點

排水明渠由排水導流堤聯(lián)合排水內(nèi)護岸（廠區(qū)護岸）圍成。目前，所建核電排水導流堤均采用斜坡堤形式，導流堤的設計施工技術十分成熟。該結構型式對沉降及變形適應性強，較適用于水深不大、石料價格較低或有大量石方來源的工程項目。明渠排水方案對于環(huán)境的影響較大，首先，明渠排水方案需要建設不透水的實體堤，堤體的建設將對近岸的流態(tài)產(chǎn)生影響，進而影響近岸海環(huán)境;其次，建設不透水堤占用部分用?？臻g，對底棲生物的原始生活場所造成不可逆的破壞;最后，堤體建設時拋石施工和地基處理時會造成水體渾濁，水環(huán)境影響較大。對于地基處理方案，常用的地基處理方法主要有爆破擠淤法、排水固結法、擠密砂樁法和開挖換填法等方式。其中爆破擠淤法與開挖換填法所需石方量較大，對海洋環(huán)境影響也較大;擠密砂樁和排水固結法，對環(huán)境影響較小[4]。

4.2 暗管排水方案技術要點

暗管排水根據(jù)施工方式不同又分為明挖法暗管排水和暗挖法暗管排水，明挖法例如沉管排水、HDPE管排水等，暗挖法則如礦山法隧洞排水和盾構法隧洞排水。

明挖法暗管排水方式中，沉管排水在現(xiàn)階段核電廠海域排水工程中有應用，成功運用于海南昌江一期排水工程中。沉管排水中的關鍵技術：沉管基礎設計[5]，連接型式、接頭設計、沉管安裝，以及結構計算[6]等方面，均有相關的研究，技術成熟。但是，由于沉管自重較大，對地基的要求高，適用于地基承載力較好的地質條件，以免后期發(fā)生不均勻沉降導致泄漏。

暗挖法暗管排水中，礦山法采用人工開挖，支護封閉前，安全性差，在核電廠海域排水工程應用較少;盾構法隧洞法具有機械化程度高、施工速度快、安全性好等優(yōu)點，盾構隧道襯砌采用預制管片，現(xiàn)場拼裝，防水效果好、質量可靠。陸豐核電廠海域排水工程采用的是盾構隧洞方案。盾構隧洞中從盾構機的回收和最大限度利用，提出燈泡線方案;隧洞轉彎半徑、管片寬度和厚度、管片楔形量、拼裝方式等方面，以及排水頭部的設計參照已有的規(guī)范和已建工程，技術較成熟。

對于暗管排水方案，隧洞排水方案實施絕大部分位于原泥面以下，只有排水頭部實施時對周邊海域環(huán)境產(chǎn)生影響。相比之下，沉管排水方案實施時需要進行沿線開挖，對周邊環(huán)境影響較大，施工完成后，沿線基本恢復至原泥面，因此影響是暫時的、可恢復的。

4.3 新形勢下排水方案發(fā)展趨勢分析

4.3.1 明渠排水方案需同步進行生態(tài)保護修復方案編制工作

新形勢下，明渠排水方案需同時進行生態(tài)保護修復方案編制工作。首先，針對排水堤對近岸潮流泥沙的影響，需要通過潮流泥沙專題試驗，盡量優(yōu)化排水導流堤的軸線位置和走向，盡量做到順流，減少沖淤影響。其次，對于排水堤建成后對自然岸線和水域空間的永久占用形成對底棲生物生活空間的侵占的情況，排水堤建筑材料應體現(xiàn)生態(tài)重建和景觀建設方面的需求，采用綠色水泥、生態(tài)混凝土等綠色環(huán)保、適宜海域生態(tài)系統(tǒng)重建的無害化建筑材料，以利于植物生長和藻類、貝類附著，形成新的底棲生物生活空間，促進恢復生物多樣性。因地制宜地采用生態(tài)格柵、生態(tài)護面（含生態(tài)袋、植物砌塊、生態(tài)溢水磚、箱式綠化擋墻等）等生態(tài)設計措施，構建海堤生態(tài)帶建設的有利條件。最后，對于施工期影響，選用對環(huán)境影響較小的施工方案，針對施工期的懸沙影響，條件允許的情況下，設置攔污屏，減小影響范圍。當前正在實施的霞浦核電廠包括明渠排水工程在內(nèi)的廠區(qū)填海造地和明渠取水工程均對環(huán)境影響較大，目前正在開展生態(tài)保護修復方案編制工作。

4.3.2 暗排方案環(huán)境影響優(yōu)勢日益凸顯

2017年以來，國家出臺了一系列嚴控圍填海和破壞自然岸線等保護海洋生態(tài)政策，受其影響排水堤的用海申請難度加大。為遵循“項目排水口設置應當體現(xiàn)離岸深水的原則”，暗排方案更能體現(xiàn)出離岸深水排放的優(yōu)勢。在暗管排水方案中，以沉管排水為代表的明挖法暗管方案，在施工期對工程海域的環(huán)境影響較大，施工完成后，工程海域地形基本恢復至原泥面，對海流和泥沙沖淤影響較小，海域生態(tài)環(huán)境也能夠更好地進行自我修復。而以盾構隧洞為代表的暗挖法暗管方案，對工程海域的影響更小，僅排水頭部實施時對周邊海域環(huán)境產(chǎn)生局部較小影響。對比明排方案，暗管排水方案不僅占用岸線和海域空間小，對海域環(huán)境影響小，逐步在核電廠排水工藝中成為主導。例如：徐大堡核電廠和海陽核電廠后續(xù)工程，受生態(tài)環(huán)境影響，不再利用已建的排水明渠，而是采用新建暗管排水方案。

4.3.3 暗管排水新工藝發(fā)展

暗管排水方案，盾構排水工程費用高，施工周期長，安全性較低。沉管排水方案對地基承載力有一定要求，對于像寧德、霞浦等軟土層厚的廠址而言，沉管排水方案的適用性較差，需要進行地基處理，避免其運行期間發(fā)生不均勻沉降導致泄漏影響環(huán)境。從而對于寧德、霞浦等軟土層厚的廠址，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）排水工藝有更優(yōu)的適用性。HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）在市政排水工程中應用廣泛，這些材料具有高韌性、化學性能穩(wěn)定、使用壽命長、耐腐蝕性強、對地基承載力要求低等優(yōu)點。目前，在國外某些海域排水工程已有實際應用，比如：HDPE大口徑纏繞管在菲律賓某燃煤電廠取排水工程中有應用[7]、HDPE纏繞管（DN3000）在秘魯首都利馬污水處理廠中被用于深海排水、HMPP纏繞管（DN3000和ND2000）應用于阿聯(lián)酋布扎比煉油公司冷卻水排海項目中等。盡管這兩種材料在核電廠排水工程中應用尚存在相關問題：（1）核電廠取排水量大，目前這兩種管材直徑最大能做到4.5 m，需要進一步進行提升內(nèi)徑;（2）管段之間的連接方式，尤其是水下連接的方式，和接口的耐久性;（3）管段配重形式;（4）大直徑管段的運輸和安裝;（5）管道運行過程中對地基不均勻沉降所產(chǎn)生的應力的承受能力;（6）管道損壞的維修和更換問題。但是其應用前景還是值得期待的。

5? 結語

核電廠建設前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設因素中工程費用為主導因素，排水工程多為明渠排水方式或者短暗管近岸排放。2017年以來，國家出臺了一系列嚴控圍填海和破壞自然岸線等保護海洋生態(tài)政策，隨著用海政策的收緊，方案設計中更注重對環(huán)境的影響。暗排方案環(huán)境影響小的優(yōu)勢日益凸顯，后續(xù)核電廠建設中，更多是考慮暗排方案。明渠排水方案即便是同步進行生態(tài)保護修復方案編制工作，在用海審批中也存在較大的難度。暗管排水工藝中，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）等材料的應用，使暗排方案有更好的發(fā)展和應用空間。

參考文獻

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