內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件指標體系

黃 軍，趙 靜，譚炳卿，張 磊，余 濟

(合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和資源環(huán)境問題的突顯，國家提出調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、加快發(fā)展新能源、節(jié)能減排的戰(zhàn)略，核電因其發(fā)電成本低、發(fā)電小時數(shù)長、電網(wǎng)接入穩(wěn)定、低碳環(huán)保等特性，成為目前最能有效改善我國能源結(jié)構(gòu)的新能源［1］。我國內(nèi)陸核電將進入穩(wěn)步發(fā)展階段，《核電中長期發(fā)展調(diào)整規(guī)劃(2011—2020年)》提出到 2020年核電運行裝機容量達到5800萬kW，在建核電裝機容量保持在3 000萬kW左右的目標［2］。我國《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》也提出在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電［3］。湖南桃花江、湖北咸寧以及江西彭澤已被列入首批興建內(nèi)陸核電站的廠址，正開展相關(guān)前期研究工作。湖南、湖北、江西、安徽、河南、重慶、廣西、四川等省(自治區(qū)、直轄市)也不同程度地開展了核電廠址的比選工作。

內(nèi)陸核電建設(shè)項目取用水量大，保證率要求高，退水中含有低放射性廢液，水資源條件是核電建設(shè)布局的關(guān)鍵性因素之一，如何處理好核電建設(shè)與水資源管理和保護之間的關(guān)系，保障內(nèi)陸核電建設(shè)與運行期間水資源安全，實現(xiàn)內(nèi)陸核電建設(shè)與水資源安全的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，是當前我國水資源管理和內(nèi)陸核電發(fā)展面臨的新課題。本文通過對內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件的初步分析，構(gòu)建了內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件指標體系，為指導(dǎo)內(nèi)陸核電項目的選址與建設(shè)、促進內(nèi)陸核電的合理布局、保障內(nèi)陸核電建設(shè)與運行期的水資源安全提供參考。

1 水資源約束條件指標體系

當前我國內(nèi)陸核電廠選址階段水資源條件面臨如下問題:①2010年批準發(fā)布的《全國水資源綜合規(guī)劃》并未考慮內(nèi)陸核電取水，核電取水可能會對區(qū)域水資源配置及其他用戶取水產(chǎn)生影響;②核電廠取水量大，保證率要求高，面臨廠址取水水源斷面的來水量能否滿足核電取水需求的問題;③核電低放射性廢液排放需要大量的水進行稀釋，面臨受納水體能否承載低放射性廢液排放的問題;④鑒于核電事故的危害性，面臨如何保障核電的安全用水以及飲用水安全等問題。

1.1 水資源約束條件的定義

內(nèi)陸核電廠選址階段需要充分考慮區(qū)域水資源配置與管理要求、取水水源條件、低放射性廢液排放受納水域水文條件以及水資源安全等因素，以便為促進核電項目的合理布局、保障核電的用水安全和區(qū)域水資源安全以及經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)依據(jù)。內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件的初步定義為［4］:在確保水資源可持續(xù)開發(fā)利用、經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的前提下，保障內(nèi)陸核電的用水安全和核電廠建成運行后核電所在區(qū)域的水資源安全，在選址階段必須滿足的管理規(guī)定和技術(shù)要求。

1.2 水資源約束條件指標體系的構(gòu)建原則

a.保障核電設(shè)計安全原則。內(nèi)陸核電近幾年才在我國大規(guī)模興起，牽涉面廣，敏感要素多，必須堅持核電設(shè)計安全為首要原則，嚴格執(zhí)行國家現(xiàn)有的相關(guān)法律、法規(guī)、標準及規(guī)程規(guī)范。

b.保障核電用水安全原則。核電發(fā)展第一要務(wù)為安全，要在保證核電安全的前提下又好又快地發(fā)展核電。當前我國已開工建設(shè)或者運行的核電廠均位于濱海地區(qū)，可以利用海水進行冷卻，水量有保證。而內(nèi)陸核電廠布局于內(nèi)陸，相對來說淡水資源有限，增加了內(nèi)陸核電用水的調(diào)度難度?？紤]到核電的特殊性，有必要優(yōu)先保障核電用水安全。

c.符合水資源配置與水功能區(qū)管理要求原則。內(nèi)陸核電取水和低放射性廢液排放將會對現(xiàn)有流域、區(qū)域水資源配置格局產(chǎn)生較大影響，也會對現(xiàn)有用水戶和水資源規(guī)劃用水戶產(chǎn)生影響。內(nèi)陸核電建設(shè)過程中要符合水資源配置與水功能區(qū)管理要求，協(xié)調(diào)好核電建設(shè)取用水后與其他用水戶之間的關(guān)系，減輕或者降低核電建設(shè)對水資源配置和其他用水戶的影響。

d.內(nèi)陸核電布局與水資源條件相適應(yīng)原則。我國當前擬規(guī)劃布局建設(shè)的內(nèi)陸核電均采用AP1000核電機組，采用循環(huán)冷卻方式后4臺核電機組設(shè)計年需水量約為1.6億m3，核電在正常運行期間排放的低放射性廢液也需要大量水進行稀釋。雖然我國水資源條件較為豐富，但人均占有量較低，南北差異較大，因此內(nèi)陸核電布局應(yīng)與水資源條件相適應(yīng)，充分保障內(nèi)陸核電取水和低放射性廢液排放稀釋用水的需求。

e.保障飲用水安全原則。核電站退水中含有低放射性廢液，會對下游水質(zhì)安全構(gòu)成影響。低放射性廢液的長期排放會造成在水流交換弱的地區(qū)形成放射性元素的富集，通過底泥吸附、食物鏈傳遞、地下水側(cè)滲等方式影響下游水質(zhì)，對水資源的安全構(gòu)成威脅。考慮到飲用水安全敏感度高，關(guān)注度大，必須保障內(nèi)陸核電在正常運行工況和非正常工況下的居民飲用水安全。

1.3 水資源約束條件指標體系的基本框架

基于目前內(nèi)陸核電廠選址階段面臨的問題和水資源約束條件指標體系的構(gòu)建原則，結(jié)合水資源約束條件的定義，著重考慮核電突發(fā)事故及低放射性廢液排放對水資源的影響，根據(jù)我國最嚴格的水資源管理要求和水功能區(qū)管理規(guī)定，初步建立包括一級指標與二級指標在內(nèi)的水資源約束條件指標體系(表1)。一級指標包括4個，即水資源配置與管理要求、取水水源條件、低放射性廢液排放受納水域水文條件和水資源安全。一級指標是與內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件有直接關(guān)系的指標，它直接反映內(nèi)陸核電廠在選址過程中所遇到的核電取水對區(qū)域水資源配置產(chǎn)生影響的問題、低放射性廢液排放對水功能區(qū)產(chǎn)生影響的問題、核電運行取水需求問題、受納水體承載低放射性廢液能力的問題、核電突發(fā)事故對水資源安全產(chǎn)生影響等問題。二級指標是在一級指標基礎(chǔ)上的細化，將一級指標具體到可操作、可定性和可定量的程度。需要指出的是，在針對不同區(qū)域不同水資源條件下的核電廠選址研究時，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐乃Y源條件和面臨的主要水資源問題，在采用專家咨詢與模型模擬計算分析等方法的基礎(chǔ)上，對指標進行篩選，以確定適合不同內(nèi)陸核電廠選址階段的水資源約束條件指標體系。

表1 內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件指標體系

2 水資源約束條件指標含義及風險度分析

2.1 指標含義

2.1.1 水資源配置與管理要求

a.取水、用水控制指標?？紤]核電擬取水水域其他用戶用水以及生態(tài)用水等，核電廠應(yīng)嚴格遵守取用水總量控制的要求，在選址階段應(yīng)充分考慮核電廠建設(shè)所在區(qū)域取水、用水總量控制要求，是否有取水、用水指標，如果沒有，則需考慮取水、用水控制指標是否有條件解決。

b.水資源配置條件。定性分析廠址與所在區(qū)域水資源規(guī)劃與配置的關(guān)系，分析廠址取水與用水總量和水量分配指標的關(guān)系，明確提出解決擬建內(nèi)陸核電廠水資源配置條件或用水總量控制指標的具體措施和方案，并對方案的可行性和實施效果進行評價。

c.水資源管理要求。根據(jù)《水功能區(qū)管理辦法 》［5］、GB8978—1996 《污 水 綜 合 排 放 標準》［6］、EJ/T1127—2001《核電廠廠址選擇基本程序》［7］，明確規(guī)定飲用水源區(qū)、飲用水源保護區(qū)、緩沖區(qū)以及具有飲用水功能的水庫(湖泊)內(nèi)禁止設(shè)置核電低放射性廢液排放口;設(shè)有生活取用水設(shè)施的飲用水源區(qū)下游1 km范圍內(nèi)禁止設(shè)置低放射性廢液排放口;在重要河流的干流、河流型飲用水水源地保護區(qū)、生態(tài)濕地上下游一定距離內(nèi)禁止或限制設(shè)置低放射性廢液排放口，具體需要結(jié)合區(qū)域水資源條件、核電廠址實際情況確定。

2.1.2 取水水源條件

依據(jù)內(nèi)陸核電廠供水保證率和用水需求，考慮核電在連續(xù)枯水條件下的用水需求，結(jié)合內(nèi)陸核電防洪以及核電核事故條件下的安全用水水源條件，明確內(nèi)陸核電廠選址階段的取水水源條件:①內(nèi)陸核電廠供水設(shè)計保證率為97%，校核保證率為99%，可供水量需滿足核電廠取水需求;②核電廠址所在區(qū)域河段連續(xù)枯水年可供水量需滿足核電廠取水需求;③計算可能最大暴雨和最大洪水，廠坪高程應(yīng)在可能最高洪水位以上;④滿足核事故條件下的安全用水，保障事故救援冷卻水、消防用水和其他處理工作用水等。

2.1.3 低放射性廢液排放受納水域水文條件

依據(jù) GB 6249—2011《核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定》［8］、GB14587—2011《核電廠放射性液態(tài)流出物排放技術(shù)要求》［9］對內(nèi)陸核電低放射性廢液排放總量、排放濃度以及排放方式的控制要求，通過對河流、河口、湖泊、水庫等不同受納水域水力學(xué)特征的分析，明確內(nèi)陸核電廠低放射性廢液排放受納水域水文條件:①核電廠低放射性廢液排放需通過數(shù)值模擬或試驗?zāi)M低放射性廢液在水體中的輸運、擴散及衰減過程，估算河流、湖泊的稀釋擴散能力;②需要對低放射性廢液排放風險進行分析，對可能產(chǎn)生排放事故的概率和影響程度進行定量分析并提出具體的防范措施和控制預(yù)案;③分析低放射性廢液排放、放射性沉積物累積對受納水域的影響，提出減緩或消除不利影響的補救措施或補償措施。

2.1.4 水資源安全

a.與飲用水源地的安全距離［10］?？紤]內(nèi)陸核電具有其特殊性以及核事故條件下的區(qū)域飲用水安全，有必要定量考慮核電與飲用水源地的安全距離。具體結(jié)合歷史上發(fā)生的核事故、我國人口現(xiàn)狀分布、人口增長潛力以及當前我國新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)和城鎮(zhèn)化進程等方面的因素加以確定。

b.核事故條件下備用飲用水源條件。核電站發(fā)生事故以后將會導(dǎo)致放射性元素外泄，需要考慮設(shè)置一個可供當?shù)厥苡绊懛秶鷥?nèi)人口一定時間內(nèi)飲用水量的備用水源，以保證核電事故應(yīng)急期的居民用水安全，備用水源水量根據(jù)當?shù)厝丝诿芏炔⒆鲞m當調(diào)整確定。

c.核事故條件下生產(chǎn)用水安全。在綜合AP1000安全設(shè)計的基礎(chǔ)上，建議新建內(nèi)陸核電廠在“縱深防御”的原則下，備用一定量的事故應(yīng)急冷卻水作為核事故條件下的安全生產(chǎn)用水。

2.2 風險度分析

指標體系中一級指標直接與選址階段水資源約束條件相關(guān)，而在廠址水資源條件評價過程中各個指標所占權(quán)重不同，需要通過風險度分析將指標體系的重要程度定性與定量化，確定指標體系的主次及優(yōu)先順序。內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件指標體系風險度大小依次為:水資源安全、低放射性廢液排放受納水域水文條件、水資源配置與管理要求、取水水源條件。

3 水資源約束條件指標體系的應(yīng)用實例

在內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件指標體系中，水資源配置與管理要求可以根據(jù)核電廠選址所在流域(區(qū)域)的取水、用水總量控制指標和水功能區(qū)管理規(guī)定直接判別;取水水源條件，如97%和99%保證率可供水量、連續(xù)枯水年可供水量和核事故安全用水源條件，需要通過分析計算來確定;低放射性廢液排放受納水域水文條件與低放射性廢液排放方式關(guān)系密切，需要根據(jù)設(shè)計排放方案專題研究后確定;反之，也可根據(jù)受納水域的水文條件，調(diào)整和優(yōu)化低放射性廢液排放方案;水資源安全條件可結(jié)合選址階段開展的水資源安全評估專題，明確內(nèi)陸核電廠址與飲用水源地的安全距離、核事故條件下備用飲用水源條件以及生產(chǎn)用水安全。

表2 桃花江 、咸寧、彭澤核電廠水資源約束條件指標初步分析

選取桃花江、咸寧、彭澤核電廠進行實例分析，初步分析結(jié)果見表2。桃花江核電廠擬建于湖南省益陽市桃江縣荷葉山，為濱河核電廠，取水水源和退水水域為資水［11］;咸寧核電廠擬建于湖北省咸寧市通山縣大畈鎮(zhèn)，廠址位于富水水庫中部，為濱庫核電廠，取水水源和退水水域為富水水庫［12］;彭澤核電廠擬建于江西省彭澤縣馬垱鄉(xiāng)境內(nèi)帽子山，為濱河核電廠，取水水源和退水水域為長江［13］。

通過對桃花江、咸寧、彭澤核電廠水資源約束條件的初步分析可知，核電廠址取水水源條件、低放射性廢液排放受納水域水文條件基本能滿足要求，但核電廠尚未開展核電建設(shè)對水資源配置的影響研究以及核電突發(fā)事故水資源尤其是飲用水安全的專題研究，同時3座核電廠的低放射性廢液排放均存在一些與水資源管理要求不協(xié)調(diào)的問題，需要進一步研究。

4 結(jié)語

從水資源配置與管理要求、取水水源條件、低放射性廢液排放受納水域水文條件、水資源安全4個方面構(gòu)建了內(nèi)陸核電廠選址階段水資源約束條件的指標體系。應(yīng)用實例分析結(jié)果表明，水資源約束條件指標體系可作為內(nèi)陸核電廠廠址選擇的約束條件，可為選址階段解決內(nèi)陸核電建設(shè)與運行可能面臨的水資源問題提供技術(shù)依據(jù)。

:

［1］張淑玲，陳慶偉.日本福島核泄漏事故對我國核電水資源管理的警示［J］.水利發(fā)展研究，2011(8):89-93.

［2］中華人民共和國國務(wù)院.核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)［R］.北京:中華人民共和國國務(wù)院，2012.

［3］中華人民共和國國務(wù)院.中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要［M］.北京:人民出版社，2011.

［4］譚炳卿，趙靜，黃軍，等.內(nèi)陸核電項目選址階段水資源約束條件研究［R］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

［5］中華人民共和國水利部.水功能區(qū)管理辦法［R］.北京:中華人民共和國水利部，2003.

［6］GB8978—1996 污水綜合排放標準［S］.

［7］EJ/T1127—2001 核電廠廠址選擇基本程序［S］.

［8］GB6249—2011 核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定［S］.

［9］GB14587—2011 核電廠放射性液態(tài)流出物排放技術(shù)要求［S］.

［10］胡鐵松，丁曉雯，張楠楠，等.核電站事故對水資源影響分析及對策措施研究［R］.武漢:武漢大學(xué)，2011.

［11］黃燕，李中平，郭希望，等.湖南桃花江核電廠一期工程(2×1000 MW)水資源論證報告書［R］.武漢:長江水利委員會水文局，2009.

［12］談廣鳴，阮新建，胡穎，等.咸寧核電廠水資源論證報告書［R］.武漢:武漢大學(xué)，2009.

［13］彭虹，徐長江，張萬順，等.江西彭澤核電項目一期2×1000 MW級機組水資源論證報告書［R］.武漢:武漢大學(xué)，2009.