海洋環(huán)保政策收緊形勢下核電廠海域排水工程發(fā)展趨勢

王秉昌

摘? 要：核電廠建設(shè)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(diǎn)，對其工藝、現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)流程、方案技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)分析，并根據(jù)目前國家相關(guān)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(shè)計(jì)思路提供參考。

關(guān)鍵詞：核電廠? 排水工程? 海洋環(huán)保政策? 適應(yīng)性? 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)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(shù)先進(jìn)、安全性好、運(yùn)行業(yè)績優(yōu)良的核電廠 ，實(shí)現(xiàn)了從二代核電向三代核電的技術(shù)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(yùn)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(lǐng)域國內(nèi)眾多學(xué)者專家進(jìn)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(diǎn)和適應(yīng)性，取排水構(gòu)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(shí)提出海洋生態(tài)紅線制度、環(huán)境影響評價(jià)、通航條件影響評價(jià)、核電標(biāo)桿電價(jià)等新的形勢下取排水方案新要求。而在結(jié)構(gòu)方面，針對暗排方案制定并發(fā)布了《核電廠取排水隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。從節(jié)能減排方面，張愛玲等研究者強(qiáng)調(diào)了環(huán)境保護(hù)因素尤其是減少熱污染影響對設(shè)計(jì)的重要性，說明了通過合理設(shè)計(jì)取排水工程可以達(dá)到的節(jié)能減排效果。核電廠建設(shè)前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設(shè)因素中工程費(fèi)用為主導(dǎo)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(shè)計(jì)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(diǎn)，對其工藝、現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)流程、方案技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)分析，并結(jié)合目前國家相關(guān)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(shè)計(jì)思路提供參考。

2? 核電廠排水工藝

國內(nèi)核電廠項(xiàng)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(diǎn)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(dǎo)流至排水點(diǎn)處，排水流程工藝如圖1所示。這兩種排放方式應(yīng)用均很廣泛。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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(gòu)隧洞排水），其余11座采用明渠排水。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出核電廠建設(shè)前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設(shè)因素中工程費(fèi)用為主導(dǎo)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(shè)計(jì)流程

根據(jù)《核電廠可行性研究報(bào)告內(nèi)容深度規(guī)定》（NB/T 20034—2010），核電廠新建、擴(kuò)建工程均應(yīng)開展可行性研究，編制工程可行性研究報(bào)告，為項(xiàng)目決策提供科學(xué)研究。為完成可研報(bào)告的編制以及獲取有關(guān)論證結(jié)論等，在可行性研究階段，開展單項(xiàng)、專篇或?qū)ｎ}研究工作，以及國家政府職能部分規(guī)定的工程建設(shè)需開展的其他相關(guān)專題或?qū)ｍ?xiàng)工作。這些專題中波浪模型試驗(yàn)、潮流泥沙試驗(yàn)、海陸域地形測量和地質(zhì)勘查主要為排水方案的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，溫排水試驗(yàn)、通航安全影響評價(jià)、環(huán)境影響評價(jià)、排水工程方案報(bào)告主要為排水方案研究提供評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。海域使用論證主要為排水方案提供實(shí)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(shè)計(jì)施工運(yùn)行整個(gè)電廠的生命周期。在選址階段就要對環(huán)境敏感點(diǎn)進(jìn)行初步的篩選，在設(shè)計(jì)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(jià)結(jié)果將直接影響到用海用島的申請進(jìn)而影響到項(xiàng)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(shù)特點(diǎn)

排水明渠由排水導(dǎo)流堤聯(lián)合排水內(nèi)護(hù)岸（廠區(qū)護(hù)岸）圍成。目前，所建核電排水導(dǎo)流堤均采用斜坡堤形式，導(dǎo)流堤的設(shè)計(jì)施工技術(shù)十分成熟。該結(jié)構(gòu)型式對沉降及變形適應(yīng)性強(qiáng)，較適用于水深不大、石料價(jià)格較低或有大量石方來源的工程項(xiàng)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(shè)不透水的實(shí)體堤，堤體的建設(shè)將對近岸的流態(tài)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響近岸海環(huán)境;其次，建設(shè)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(shè)時(shí)拋石施工和地基處理時(shí)會(huì)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(jié)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(jié)法，對環(huán)境影響較小[4]。

4.2 暗管排水方案技術(shù)要點(diǎn)

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(gòu)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(yīng)用，成功運(yùn)用于海南昌江一期排水工程中。沉管排水中的關(guān)鍵技術(shù)：沉管基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[5]，連接型式、接頭設(shè)計(jì)、沉管安裝，以及結(jié)構(gòu)計(jì)算[6]等方面，均有相關(guān)的研究，技術(shù)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(zhì)條件，以免后期發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)致泄漏。

暗挖法暗管排水中，礦山法采用人工開挖，支護(hù)封閉前，安全性差，在核電廠海域排水工程應(yīng)用較少;盾構(gòu)法隧洞法具有機(jī)械化程度高、施工速度快、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，盾構(gòu)隧道襯砌采用預(yù)制管片，現(xiàn)場拼裝，防水效果好、質(zhì)量可靠。陸豐核電廠海域排水工程采用的是盾構(gòu)隧洞方案。盾構(gòu)隧洞中從盾構(gòu)機(jī)的回收和最大限度利用，提出燈泡線方案;隧洞轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)參照已有的規(guī)范和已建工程，技術(shù)較成熟。

對于暗管排水方案，隧洞排水方案實(shí)施絕大部分位于原泥面以下，只有排水頭部實(shí)施時(shí)對周邊海域環(huán)境產(chǎn)生影響。相比之下，沉管排水方案實(shí)施時(shí)需要進(jìn)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(fù)至原泥面，因此影響是暫時(shí)的、可恢復(fù)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(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案編制工作

新形勢下，明渠排水方案需同時(shí)進(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)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(yàn)，盡量優(yōu)化排水導(dǎo)流堤的軸線位置和走向，盡量做到順流，減少?zèng)_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(yīng)體現(xiàn)生態(tài)重建和景觀建設(shè)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(jìn)恢復(fù)生物多樣性。因地制宜地采用生態(tài)格柵、生態(tài)護(hù)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(shè)計(jì)措施，構(gòu)建海堤生態(tài)帶建設(shè)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(shè)置攔污屏，減小影響范圍。當(dāng)前正在實(shí)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(hù)修復(fù)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(yán)控圍填海和破壞自然岸線等保護(hù)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(xiàng)目排水口設(shè)置應(yīng)當(dāng)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(fù)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(jìn)行自我修復(fù)。而以盾構(gòu)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(shí)施時(shí)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(dǎo)。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(gòu)排水工程費(fèi)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(jìn)行地基處理，避免其運(yùn)行期間發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)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(yīng)用廣泛，這些材料具有高韌性、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用壽命長、耐腐蝕性強(qiáng)、對地基承載力要求低等優(yōu)點(diǎn)。目前，在國外某些海域排水工程已有實(shí)際應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于阿聯(lián)酋布扎比煉油公司冷卻水排海項(xiàng)目中等。盡管這兩種材料在核電廠排水工程中應(yīng)用尚存在相關(guān)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(jìn)一步進(jìn)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(yùn)輸和安裝;（5）管道運(yùn)行過程中對地基不均勻沉降所產(chǎn)生的應(yīng)力的承受能力;（6）管道損壞的維修和更換問題。但是其應(yīng)用前景還是值得期待的。

5? 結(jié)語

核電廠建設(shè)前期階段，海洋環(huán)保政策相對較松，建設(shè)因素中工程費(fèi)用為主導(dǎo)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(yán)控圍填海和破壞自然岸線等保護(hù)海洋生態(tài)政策，隨著用海政策的收緊，方案設(shè)計(jì)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(shè)中，更多是考慮暗排方案。明渠排水方案即便是同步進(jìn)行生態(tài)保護(hù)修復(fù)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(yīng)用，使暗排方案有更好的發(fā)展和應(yīng)用空間。

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